312物质的聚集状态与晶体的常识（2）知识点专题突破专项训练模式导学案.docx

物质的聚集状态与晶体的常识（2）导学学案

课程内容：晶胞的定义、特征、结构类型；均摊法；晶体结构的测定X射线衍射原理

1.?学习目标

⑴深入理解晶胞的概念，明确晶胞是描述晶体结构的基本单元，掌握晶胞中粒子数目的计算方法——均摊法；了解晶体X射线衍射是测定物质结构的基本方法和实验手段，理解其基本原理。

⑵通过对晶胞结构模型的观察和分析，培养空间想象力和逻辑思维能力；通过对晶体X射线衍射实验的学习，了解科学研究的一般方法和过程。

⑶体会晶体结构的奇妙和科学的严谨性，激发对化学学科的兴趣；了解晶体结构测定在材料科学、生命科学等领域的重要应用，认识化学学科的价值。

2.重点

⑴晶胞的概念及“无隙并置”特点。

⑵运用均摊法计算晶胞中粒子的数目。

⑶晶体X射线衍射实验的原理和应用。

3.难点

⑴对晶胞“无隙并置”的理解以及在三维空间中想象晶胞的堆积方式。

⑵复杂晶胞中粒子数目的准确计算，尤其是涉及多种位置的粒子。

⑶理解X射线衍射实验中衍射图谱与晶体结构的对应关系。

4.核心素养

⑴宏观辨识与微观探析：能从微观角度理解晶胞的结构和组成，以及晶体与晶胞的关系，并能将其与晶体的宏观性质相联系。

⑵证据推理与模型认知：通过对晶胞模型的分析和均摊法的运用，推理得出晶胞中粒子的数目和晶体的化学式；通过对X射线衍射实验的学习，建立起晶体结构测定的方法和模型。

⑶科学探究与创新意识：了解晶体X射线衍射实验的过程和原理，培养对科学探究的兴趣和能力，鼓励创新思维，如对实验结果的分析和应用。

第一部分：课业知识精讲

一、晶胞

1.晶胞的定义与特征

⑴定义：晶胞是描述晶体结构的基本单元，是从晶体中“截取”出来的具有代表性的最小重复单元。

⑵特征：晶胞在空间上具有“无隙并置”的特点。“无隙”指相邻晶胞之间没有任何间隙，是紧密堆积的；“并置”指所有晶胞都是平行排列的，取向相同，且在同一方向上的晶胞是完全相同的。

2.晶胞中微粒数目的计算方法均摊法

⑴顶点原子：晶胞顶点上的原子被8个晶胞所共有，所以每个顶点原子对一个晶胞的贡献为1/8。例如，在简单立方晶胞中，位于顶点的原子，计算晶胞内该原子的实际数目时，需乘以1/8。

⑵棱上原子：棱上的原子为4个晶胞所共有，其对一个晶胞的贡献为1/4。以体心立方晶胞为例，棱上原子在计算晶胞内原子数目时需按此比例计算。

⑶面上原子：面上原子被2个晶胞所共有，对一个晶胞的贡献为1/2。如面心立方晶胞中的面心原子，计算晶胞原子总数时需考虑这一因素。

⑷体内原子：完全属于所在晶胞，对晶胞的贡献为1。像体心立方晶胞中的体心原子，在计算晶胞原子数时直接计为1个。

3.常见晶胞结构类型

⑴金属晶体

①简单立方晶胞：由8个顶点原子构成，原子位于晶胞的顶点，晶胞内部无其他原子。如金属钋（Po）采用简单立方堆积方式，其晶胞中原子个数为8*1/8=1。

②体心立方晶胞：除8个顶点原子外，晶胞体心还有1个原子。如碱金属钠（Na）、钾（K）、铁（Fe）等金属晶体采用这种结构，晶胞中原子个数为8*1/8+1=2。

③六方晶胞：12个顶点、2个面心、3个原子在晶胞内部。如镁（Mg）、锌（Zn）、钛（Ti）等。晶胞中原子个数为12*1/6+2*1/2+3*1=6。

④面心立方晶胞：在8个顶点和6个面心均有原子均匀分布。金属铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）等属于面心立方最密堆积，晶胞中原子个数为8*1/8+6*1/2=4。

⑵离子晶体

以NaCl晶体为例，其晶胞类似于面心立方结构，每个Na?周围有6个Cl?，每个Cl?周围有6个Na?，Na?与Cl?的个数比为1:1，与Na?最近的等距离Na?有12个；与Cl?最近的等距离Cl?有12个。

⑶分子晶体

干冰（CO?）晶体是面心立方晶胞，每个晶胞中有4个CO?分子。

二、晶体结构的测定

1.X射线衍射原理：X射线是一种波长很短的电磁波，当它照射到晶体上时，晶体中的原子会使X射线发生散射。由于晶体内部原子呈周期性有序排列，散射的X射线会在某些特定方向上相互干涉加强，而在其他方向上干涉减弱或抵消，从而形成特定的衍射图谱。

2.测定过程：通过对衍射图样的分析，测量衍射峰的位置、强度等信息，再利用数学方法和晶体学理论进行计算和处理，就可以得到晶体中原子的位置、晶胞的参数等结构信息。

3.晶体结构测定的应用

⑴材料科学领域：可以帮助研究人员了解材料的微观结构，从而设计和合成具有特定性能的新材料，如高强度合金、超导材料等。

⑵药物研发领域：有助于确定药物分子的晶体结构，进而研究药物与靶点的相互作用机制，为药物设计和优化提供依据。

第二部分：重点专题突破

专题一：晶胞概念理解题