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矿物学各论教案矿物学各论教案 （总学时50 讲课学时18 实验学时32） 一、一、 课程教学目的课程教学目的 通过本课程的教学，使学生较系统掌握结晶学与矿物学的基础理论、基本 知识和基本技能。结晶学部分主要包括晶体的基本性质及其所导出的若干规律； 晶体生长和晶面发育的理论； 晶体对称规律的认识和晶体的对称分类以及晶体化 学的基本理论；要求能用所学理论解释有关矿物学现象。矿物学部分主要包括矿 物的晶体化学分类；矿物的主要结构类型；各大类和各类矿物的晶体化学与形态 物性通性；掌握 70 余种矿物的鉴定特征并掌握鉴定未知矿物的技能。初步掌握 矿物学的研究方法；认识矿物的成因及其标型组合；初步认识矿物的主要用途。 通过矿物学专题讨论，掌握矿物学的最新进展。 二、二、 课程教学的基本内容、要求及学时分配课程教学的基本内容、要求及学时分配 第十一章第十一章 自然元素矿物自然元素矿物 一一 概述概述 1. 概念概念 自然元素矿物自然元素矿物1 种元素； 混晶混晶2 种或 2 种以上元素、类质同象； 金属互化物矿物金属互化物矿物2 种或 2 种以上金属元素、 金属键、一定比例、占据一定结构位置。 2. 矿物种数2. 矿物种数～40 3. 地壳分布3. 地壳分布0.1WB，不均匀 4. 组成元素4. 组成元素4、5、6 周期，Ib、IIb、IIIb、 主讲 2 学时 认识实习2 学时 VIII 族，C、S、半金属； 5. 资源属性5. 资源属性贵金属、宝石和化工矿产 6. 分类6. 分类 二. 自然金属元素及其混晶和互化物矿物 二. 自然金属元素及其混晶和互化物矿物 1. 化学组成 1. 化学组成 贵金属 8 元素Cu， 类质同象 2. 晶体结构 原子堆积及格子特点 2. 晶体结构 原子堆积及格子特点 CCP，铜型（自然铜、自然金、 自然银、自然铂） HCP，六方格子（自然锇） 对称程度 对称程度 等轴 六方 3. 键型 3. 键型 金属键 4. 形态物性 4. 形态物性 学生归纳总结。 5. 分类 1）类型 5. 分类 1）类型 铜族 ←重点 1 例自然金 动画展示铜型结 构； 铂族 2）依据 2）依据 6. 成因 7. 主要矿物概览 6. 成因 7. 主要矿物概览 自然铜、自然金、自然银、自然铂 自然铜、自然金、自然银、自然铂 三. 非金属元素矿物 三. 非金属元素矿物 石墨 石墨 化学成分小比重； 层状结构 一组极完全解理、 小硬度； 自由电子 金属光泽、不透明、 导电； 鉴定特征黑色，低硬度，小比重，滑感。 成因高温变质 自然硫 自然硫 化学成分相对密度； 分子型结构无解理、低硬度、脆性、低 导热性； 自由电子 金属光泽、透明度、 导电性； 鉴定特征黄色、油脂光泽、 低硬度、性脆、硫臭味、 ←矿物图片展示自然 铜、自然金、自然银、自 然铂 ←重点 2 ←动画展示结构。 ←矿物图片展示。 ←动画展示 ←矿物图片展示 易熔 成因生物化学沉积、 火山喷气 金刚石金刚石 成分与结构中等比重 金刚石型结构 {111}中等解理、 硬度 10 鉴定特征极高硬度，金刚光泽，浑圆状。 成因高温高压 四. 自然半金属元素矿物通性。 ←动画展示 ←矿物图片展示 简述 第十二章第十二章 硫化物及其类似硫化物及其类似 化合物矿物化合物矿物 一 概述 一 概述 1. 概念、分布及意义 概念 矿物种数300 地壳分布0.15WB 资源属性有色金属、稀散元素矿产 其他属性 二 晶体化学 二 晶体化学 1. 化学组成 阴离子S 2-、Se2-、Te2-、As2-、Sb2-、Bi2- 络阴离子对硫[S2] 2- 或[As S] 2-； [As S3] 3-、[Sb S 3] 3- 阳离子铜型和过渡型 类质同象等价 异价 2. 晶体结构 配位结构 主讲 2 学时 认识实习2 学时 ←重点 四面体配位型（闪锌矿、斑铜矿、黄 铜矿） 八面体配位型（方铅矿、辰砂、磁黄 铁矿、黄铁矿） 异常配位结构 环状分子型（雄黄） 链状（辉锑矿、辉铋矿） 层状（辉钼矿、铜蓝、雌黄） 同质多象（P20 表） 多型 3. 键型离子键→共价键、金属键 三. 分类 三. 分类 1. 类型简单硫化物 复硫化物 硫盐 2. 依据S 2- [S 2] 2- 或[As S] 2- [As S3] 3-、[Sb S 3] 3- 四.形态物性 四.形态物性 学生归纳总结（课后完成） 五. 成因 五. 成因 还原条件 六. 主要矿物概览 六. 主要矿物概览 闪锌矿、斑铜矿、辉银矿、黄铜矿、方铅矿、辰 砂、磁黄铁矿、雄黄、辉锑矿、辉铋矿、辉钼矿、铜 蓝、雌黄、黄铁矿、毒砂 本章概要本章概要 硫化物的晶体化学和形态物性一般特征； 分类及 依据；主要硫化物矿物鉴定特征。 思考题思考题 ←动画及模型展示闪 锌矿结构； ←动画及模型展示方 铅矿、黄铁矿结构； ←动画展示雄黄结 构； ←动画及模型展示辉 钼矿结构 ←阐明单硫化物、复硫 化物和硫盐的分类原则； ←单硫化物与复硫化 物和硫盐的性质差异，阐 明差异的本质；四面体配 位型、八面体配位型、异 常配位型（环状、链状、 层状）单硫化物各该特性 与结构的关系； ←说明条件的特征；硫 化物矿物形成和稳定的 条件。 ←矿物图片展示 ←课后作业 1. 硫化物的晶体化学与形态物性的关系； 2. 按形态、颜色、光泽、硬度、解理等对主要 硫化物矿物进行归类，并对同类矿物间的异同进行比 较。 第十三章第十三章 氧化物和氧化物和 氢氧化物矿物氢氧化物矿物 一一 概述概述 概念 矿物种数200 地壳分布17WB 资源属性黑色、有色、稀散和放射性金属 矿产；工业与工艺原料；宝石原料 二二 晶体化学晶体化学 1. 化学组成化学组成 阴离子O 2-。 附加阴离子少数有 F -、Cl- 氢氧化物 （OH） -或 O2-和（OH）- 阳离子约 40 种，惰气型和过渡型，少量 铜型 类质同象复阳离子氧化物较单阳离子氧 化物广泛； 共价键性强或具分子键者替代有 限。 2. 晶体结构晶体结构 配位结构 四面体配位型 （α-石英、 红锌矿、 铍石） 八面体配位型（刚玉、赤铁矿、钛铁矿、 黑钨矿、金红石、锡石、软锰矿、赤铜矿、方镁石） 立方体配位型（晶质铀矿、方钍石） 混合配位型（尖晶石、磁铁矿、铬铁矿） 正尖晶石型结构 A 2[B3 2]O4铬铁矿 FeCr2O4 反尖晶石型结构B 3 [A2B3]O 4 磁铁矿 Fe 2Fe3 2O4 混合型A 2 1-X B 3 X[A 2 X B 3 2-X]O4镁铁矿 Mg 2Fe3 2O4 锰铁矿 Mn 2Fe3 2O4 氢氧化物 主讲 2 学时 认识实习2 学时 ←重点结构与性质特 征； ←动画展示石英结 构； ←动画及平面简图展 示刚玉及金红石结构； 说明刚玉族、金红 石族矿物的结构型。 ←尖晶石族 O 2-和（OH）-常呈互层层状或链状，比相 应氧化物对称度低。 例方镁石 MgO 等轴晶系，水镁石 Mg[OH]2 三方晶系 3. 键型键型 离子键为主，随阳离子电价增加，从惰气型向 过渡型和铜型转变而共价键性增强。 例刚玉 40共价键，石英 50共价键；赤铜 矿 Cu2O 因共价成键而使的配位数不是 4 而是 2。 少数呈分子键（方锑矿 Sb2O3中[Sb4O6]砷华 As2O3中[As4O6]分子） 。 氢氧化物中多存在氢键，且（OH） -比 O2-的电 价低，使之与阳离子的键力减弱 比重硬度减小。 三. 形态物性 三. 形态物性 学生归纳总结。 四. 分类 四. 分类 氧化物类 简单氧化物 A2X 型赤铜矿族 AX 型方镁石族 A2X3型刚玉族、砷华族 AX2型石英族、金红石族、 晶质铀矿族 复杂氧化物 ABX3钙钛矿族 ABX4黑钨矿族 AB2X4尖晶石族 AB2X6 铌钽铁矿族 A2B2X7烧绿石族 氢氧化物类 五. 成因 五. 成因 ←动画及平面简图展 示 水镁石结构。 说明键性、结构紧密程度 与物性（硬度）关系。 ←着重与硫化物对比。 ←氧化物与硫化物矿 物的性质和稳定条件 氧化/还原讨 论 六. 主要矿物概览 六. 主要矿物概览 刚玉、石英、蛋白石、金红石、锡石、软锰矿、 黑钨矿、磁铁矿、铬铁矿、水镁石、硬水铝石、针铁 矿、硬锰矿 本章概要本章概要 氧化物矿物的晶体化学和形态物性一般特征； 四 种典型结构；主要氧化物矿物鉴定特征。 思考题思考题 1. 氧化物矿物晶体化学与形态物性的关系； 2. 氧化物矿物与硫化物矿物的物理性质有何不 同 3. 氧化物矿物与硫化物矿物的稳定条件有何不 同 4. 如何区别金红石与锡石、磁铁矿与铬铁矿、 石英与刚玉 5. 水镁石与辉钼矿的晶体结构有何异同 ←多媒体展示。 ←课余作业 第十四章第十四章 含氧盐之含氧盐之 硅酸盐矿物硅酸盐矿物 SILICATES 一一 概述概述 概 念 矿物种数600，占已知矿物 1/4 地壳分布85WB 资源属性碱金属、Be、B、Zr 等金属、非金 属和宝石矿物原料 二二 晶体化学晶体化学 1. 化学组成化学组成 络阴离子[SiO4] 4-。 附加阴离子少数有 （OH） -、 F-、 Cl-、 O2-、 [CO 3] 2-、 [SO4] 2-、[PO 4] 3- 水分子 H2O 主讲 2 学时 认识实习岛状与环 状 2 学时 重点重点 重点讨论 要求运用矿物晶体化学 分析其形态和主要性质 特征。 ←附加阴离子与成因 的联系 阳离子约 40 种，惰气型和过渡型 卉离子 （H3O） 2. 硅氧骨干硅氧骨干 1）岛状 单四面体[SiO4]，Si/O1/4，例橄榄石 双四面体[Si2O7]，Si/O1/3.5， 例异极矿 Zn4[Si2O7]OH2H2O 2）环状 Si/O1/3 三方环[Si3O9]，例硅酸钡钛矿 复三方环[Si6O18]，例电气石 四方环[Si4O12]，例包头矿 六方环[Si6O18]，例绿柱石 3）链状 单链，Si/O1/3 二重单链[Si2O6]，例透辉石 三重单链[Si3O9]，例硅灰石 五重单链[Si5O15]，例蔷薇辉石 双链 例 透闪石 Ca2Mg 5[Si4O11]2（OH）2 ， Si/O1/2.75 4）层状 Si/O1/2.5 惰性氧/桥氧； 活性氧/端氧 例滑石 Mg 3[Si4O10]（OH）2 鱼眼石 KCa4 [Si4O10]2 F -8H 2O 5）架状 Si/O1/2 例钾长石 K[AlSi3O8] 钙长石 Ca[Al2Si2O8] 白榴石 K[AlSi2O6] 方钠石 Na8[AlSi3O8]6Cl2 注 两种骨干共存 绿帘石 Ca2 （Al ， Fe 3） 3 [SiO4] [Si2O7] O（OH） 两种骨干过渡 葡萄石 Ca2 Al[AlSi3O10] （OH）2 3. 铝的作用铝的作用 AlIV→铝硅酸盐 aluminosilicate 钠长 ←硅氧骨干类型，硅氧 骨干与形态和性质的联 系。重点 ←动画及平面简图展 示（P103 图） 。 ←动画及平面简图展 示 ←动画及平面简图展 示 ←动画及平面简图展 示，重点 （P104 图） ←动画及平面简图展 示，重点 （P104 图） ←动画及平面简图展 示。 （P105 图） （P105 图） ←动画及平面简图展 示。 ←Al 的双重作用 石 AlVI→铝的硅酸盐 aluminum silicate高 岭石 AlVI AlIV→铝的铝硅酸盐白云母 AlIV代替 Si 难易排序单链、双链、层、架 AlIV / Si ≤1∶1 4. 化学键性化学键性 共价键骨干内，键力生成能从岛状到架状减 小，3000 千卡/克分子 离子键骨干外， 13。 组分类似长石，但 AlSi 13。 说明成因条件与特征变 化规律。 ←平面展示卡式双晶 图，格子双晶图。 ←平面展示钠长石双 晶片厚度的规律变化。中 长石的环带结构。 ←说明产状特征与成 分关系。 1.1. 霞石 Nepheline Na,K[AlSiO 霞石 Nepheline Na,K[AlSiO4 4] ] 六方晶系 特征 与石英类似， 但与大量钾长石共生 （正长岩） 2. 白榴石 Leucite K[AlSi2. 白榴石 Leucite K[AlSi2 2O O6 6] ] 四方晶系，605 0转变 特征颜色，形态，无解理，产状（贫硅富钾喷出 或浅成岩） 3. 方 柱 石 ， Scapolite ， （ Na,Ca ） 3. 方 柱 石 ， Scapolite ， （ Na,Ca ） 4 4[Si,Al[Si,Al4 4O O8 8] ]3 3Cl, COCl, CO3 3 四方晶系，平行 C 轴有巨大空隙， 特征{100}中等解理，H5-6，气成矿物。 四. 沸石（Zeolite）族四. 沸石（Zeolite）族 1. MxDy[Alx2ySin-x2yO2n]mH2O M Na,K D Ca 2, Ba2, Sr2 n/2 m n 2. 结构特征大空腔和孔道，沸石水 3. 矿物种36 种，常见的有 一向延伸的 钠沸石 丝光沸石 二向延伸的 斜发沸石 片沸石 三向等长的 方沸石 浊沸石 菱沸石 材料学科重点 4. 鉴定特征无或白色，玻璃光泽，比重轻 2-2.3，硬度小于 5 5. 产状低温碱性介质，火山凝灰岩蚀变产物， 多与蒙脱石共生。 思考题思考题 1. 长石族矿物的类质同象系列， 不同系列的混溶 度差异原因 2. 似长石只出现在硅不饱和的岩石中， 为什么 课后作业。 基地班补充实习 4 学时。 第十五章第十五章 其他含氧盐其他含氧盐 及卤化物矿物及卤化物矿物 一. 碳 酸 盐 Carbonates 、 硼 酸 盐 Borates、硝酸盐Nitrates 一. 碳 酸 盐 Carbonates 、 硼 酸 盐 Borates、硝酸盐Nitrates 以含三角形络阴离子为特征。 1.1. 碳酸盐Carbonates 碳酸盐Carbonates 1 矿物种逾 100，重要非金属矿物原料。 2 阴离子[CO3] 3-, 表生碳酸盐矿物如孔雀石、 蓝铜矿含附加 OH -等； 阳离子惰气型 Ca、Mg、Sr、Ba; 过渡型 Mn、Fe、 Co、Ni、La、Ce、U、Th；铜型 Cu、Zn、Cd、Pb 等， Ca、Mg 为主。 3 键性 [CO3] 3-平面三角形内共价键， 外离子 键。 4 结构类型、对称及晶变 方解石型， 三方晶系； 文石型，斜方晶系。 过渡型，钡解石，单斜晶系。 晶变 半径小于 Ca 的阳离子 Mn、Fe、Co、Zn、Mg 成方 主讲 4 学时 认识实习4 学时 一般性介绍其晶体化学 与性质，重点介绍各类重 要矿物族特征。 与硅酸盐阳离子比较。 ←量变质变规律的哲 学思想。 解石型（6 次配位） ，大于 Ca 的阳离子 Sr、Ba、Pb 成文石型（9 次配位） ，Ca 二者皆可。 5 类质同象 完全系列方解石型中 CaMn、FeMg、Mn Fe； 不完全系列MgMn、FeZn、MgMn。 6 形态物性变化规律 形态与成因有关； 颜色、比重与阳离子类型有关； 玻璃/金刚光泽、多组解理、高双折射率、遇酸 起泡。 7 常见矿物 方解石族三方晶系，菱面体解理 方解石 Calcite Ca[CO3] ，H3，遇 冷稀 HCl 剧烈起泡。 菱镁矿 Magnesite，Mg [CO3] ，3.5H5， 遇冷稀 HCl 不起泡，加热起泡。 菱铁矿 Siderite，Fe [CO3]，氧化面褐色， 3.5H5，遇冷稀 HCl 微弱起泡。 菱锰矿 Rhodochrosite Mn [CO3]，玫瑰 红色，3.5H5，遇冷稀 HCl 微弱起泡。 菱 锌 矿 Smithsonite Zn [CO3] 3.5H5 多胶状，遇冷稀 HCl 起泡。 白云石 Dolomite Ca Mg [CO3]2 3.5H5 遇冷稀 HCl 微弱起泡。 文石族斜方晶系， 文石 Aragonite, Ca [CO3]， （010）解理不 完全。 碳锶矿 Strontianite, Sr [CO3] 与前述各类比较。要求学 生总结特征。 ←本族遇HCl后的反应 特点。 碳钡矿 Witherite, Ba [CO3] 白铅矿 Cerussite, Pb [CO3] 孔雀石族单斜晶系，含OH -等，硫化物矿 床氧化带共生，多胶状，H3.54，完全解理 孔雀石 Malachite, Cu2[CO3]OH2, 绿色， 遇冷稀 HCl 起泡。 蓝铜矿 Azurite, Cu3[CO3]2OH2, 蓝色，遇 冷稀 HCl 起泡。 2. 硼酸盐Borates 硼镁铁矿 Ludwigite, Mg,Fe2Fe 3[BO 3]O2, 斜方晶系， 长柱状， 绿黑色， 不透明， 无解理， H5.5-6， D3.6-4.7，粉末弱磁性，产于白云质大理岩及镁质夕 卡岩。 3. 硝酸盐Nitrates （略） 二. 硫 酸 盐 （ Sulfates ）、 钨 酸 盐 Tungstates、磷酸盐Phosphates 1. 二. 硫 酸 盐 （ Sulfates ）、 钨 酸 盐 Tungstates、磷酸盐Phosphates 1. 硫酸盐（Sulfates） 硫酸盐（Sulfates） 1 矿物种逾 180，重要建材、化工非金属 矿物原料。 2 阴离子[SO4] 2-, 当含三价阳离子或强极 化阳离子 Cu 2时常附加 OH-等； 阳离子惰气型 NaKCa、Mg、AlSr、Ba; 过渡 型 Fe、Mn；铜型 Cu、Zn、Pb 等。 3 键性[SO4] 2-呈四面体内共价键，外离 子键。 4 结构特征 标型意义。 ←与铜蓝区别 ←矿物展示。 [SO4] 2-半径 0.295nm,与大半径 Sr、Ba、Pb 结 合稳定，形成无水硫酸盐（重晶石、天青石、铅钒） ， 与小半径 Mg、Cu、Fe 结合时，成水合阳离子构成的 含水硫酸盐（泻利盐 Epsomite, MgH2O7[SO4]、 胆 矾Calcanthite, Cu[SO4] 5 H2O、 水绿矾FeH2O7 [SO4] 等） 。 中等半径的 Ca 含水 （石膏） 或不含水 （硬石膏） 。 单斜或斜方，少数三方。 5 类质同象 多表生低温而不发育，仅 FeMg、SrBa 可 呈完全系列。 6 形态物性变化规律 形态与化学沉积或低温热液成因有关，可呈一定 多面体； 颜色、比重与阳离子类型有关； 玻璃/金刚光泽、透明半透明，硬度小于 3.5，含水者更低，常多组解理。 7 常见矿物 重晶石 Barite, Ba[SO4] 斜方，沿{001}板状，粒状、纤维状，无色， 解理{001}完全，{210}中等，夹角90，H3-3.5， D4.5 石膏 Gypsum, Ca[SO4]2H2O 单斜， 沿{010}板状， 粒状 （杂色的雪花石膏） 、 纤维状（纤维石膏） ，无色透明（透石膏） ，解理{010} 极完全，{100}、{011}中等，夹角66/114菱形， 解理片具挠性，H1.5-2，D2.3 2.2. 钨酸盐Tungstates 钨酸盐Tungstates 白钨矿 Scheelite, Ca[WO4] 四方，假八面体状或沿（001）板状，粒状， 与方解石、长石区别 与石英区别 黑 钨 矿 Wolframite, Mn,Fe WO4，为氧化物， 为什么 灰色，油脂/金刚光泽，透明-半透明，解理{111}中 等，H4.55，D6，紫外光下发荧光。产于夕卡岩。 3. 磷酸盐Phosphates 磷灰石 Aptite, Ca5[PO4]3 六方，柱状、板状，无色、浅绿、紫、黑等 色，玻璃-油脂光泽，解理{0001}{1010}不完全，H5， D3.2，加热呈磷光。 三. 卤化物（HALIDES） 矿物大类 三. 卤化物（HALIDES） 矿物大类 F、Cl、Br、I 的化合物，约 100 余种，以 F、Cl 者为主。 阳离子主要是惰性气体型 K、Na、Ca、Mg、 Al，极少铜型。 半径小的F主要与Ca、 Mg形成稳定化合物， 大多不溶于水；半径较大的 Cl、Br、I 常与 K、Na 形 成易溶于水的化合物。 氟化物硬度较大，如 MgF2的硬度为 5，在 本大类中硬度最高。其他性质（略） 。 热液萤石，其他外生。 1. 萤石 Fluorite, CaF2 等轴，立方体，八面体，粒状，颜色多样，玻 璃光泽，解理{111}完全，H4，D3.2。 萤石型结构钙离子分布于立方晶胞的角顶和 面心，氟离子占据八个小立方格的所有中心，阴、阳 离子的配位数分别为 4 和 6。 与绿柱石区别 为何氟化物硬度较大且 较稳定 ←立体动画展示。 萤石具{111}解理的原 因 2. 石盐 等轴，立方体，圆粒（珍珠盐） ，无色，玻璃 光泽，解理{100}完全，H2，D2.2， 易溶，味咸。 NaCl 型结构 3. 光卤石 Carnallite, KMgCl36H2O 斜方，粒状，无-白色，玻璃光泽，无解理， H23，D1.6， 性脆，易潮解，味辛咸，具强萤光性。 石盐具{100}解理的原 因 第十六章第十六章 矿物成因矿物成因 1. 矿物组合的概念 2. 矿物标型的概念 3. 几种典型地质作用的矿物组合 4. 矿物变化假象、副象 4 学时 重点高、中、低温热液标 型矿物 第十七章第十七章 矿物研究方法矿物研究方法 1. 矿物形态研究方法 2. 矿物成分研究方法 3. 矿物结构研究方法 4. 矿物标型研究方法 2 学时 简介 第十五章第十五章 矿物的利用矿物的利用 1. 矿物成分的利用 2. 矿物物性的利用 3. 矿物标型的利用 4 学时 简介 三. 教材及教参，中外文核心期刊名称 三. 教材及教参，中外文核心期刊名称 1. 教材潘兆橹主编. 结晶学及矿物学. 北京地质出版社.1993 2. 教参 罗谷风主编. 基础结晶学与矿物学 .南京 南京大学出版社.1998 3. 教 参 Cornelis Klein Cornelius S. Hurlbut, Jr. Manual of Mineralogy. New York John Wiley Sons, Inc. 1993