2018_2019版高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第2节金属晶体与离子晶体第2课时学案鲁科版选修3.doc

1、1第 2 课时 离子晶体学习目标定位 1.理解离子键、离子晶体的概念，知道离子晶体类型与其性质的联系。2.认识晶格能的概念和意义，能根据晶格能的大小，分析晶体的性质。一、离子晶体及其结构模型1概念及结构特点(1)概念：阴、阳离子通过离子键结合而形成的晶体。(2)结构特点：构成微粒：阴离子和阳离子，离子晶体中不存在单个分子。微粒间的作用力：离子键。2典型离子晶体的结构模型(1)观察分析表中 AB 型离子晶体的结构模型，填写下表：晶体结构模型配位数 Cl 和 Na 配位数都为 6 Cl 和 Cs 配位数都为 8 Zn2 和 S2 配位数都为 4晶胞中微粒数Na 、Cl 都为 4 Cs 、Cl 都为

2、 1 Zn2 、S 2 都为 4阴、阳离 11 11 112子个数比化学式 NaCl CsCl ZnS符合类型Li、Na、K、Rb 的卤化物，AgF、MgO 等CsBr、CsI、NH4Cl 等BeO、BeS 等(2)观察 CaF2晶体的晶胞示意图，回答下列问题：该晶胞中含有的 Ca2 数目是 4，F 数目是 8。Ca 2 的配位数是 8，F 的配位数是 4。(1)离子键无方向性和饱和性，在离子晶体中阴、阳离子与异电性离子接触尽可能采用最密堆积，可以看作是不等径圆球密堆积。(2)影响离子晶体配位数的因素离子半径因素： 值的不同，晶体中离子的配位数不同，其晶体结构不同。 数值越大，rr rr离子的

3、配位数越多。电荷因素： AB 型离子晶体的阴、阳离子的配位数相等；AB n型 A、B 离子的配位数比值为n1。如 CaF2中 Ca2 的配位数是 8，F 的配位数是 4。例 1 下列说法中正确的是( )A固态能导电的晶体一定是金属晶体B固态不能导电，水溶液能导电的晶体一定是离子晶体C熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体D固态不导电而熔融态能导电的晶体一定是离子晶体答案 D解析 固态时能导电的晶体不一定是金属晶体，如硅和石墨等不是金属晶体，A 不正确；固态不能导电，水溶液能导电的晶体不一定是离子晶体，如 P2O5等不是离子晶体，B 不正确；金属熔融状态也能导电，C 不正确；离子晶体是阴、阳离子组成

4、的，固态时阴、阳离子不能自由移动，不导电，熔融状态时电离出自由移动的离子而导电。方法规律离子晶体的判断方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。3(2)依据物质类别判断。活泼金属氧化物，强碱和绝大多数盐类是离子晶体。(3)依据导电性判断。离子晶体溶于水和熔融状态下均导电。(4)依据熔、沸点和溶解性判断。离子晶体熔、沸点较高，多数能溶于水，难溶于有机溶剂。例 2 一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子 A 以 表示，阴离子 B 以 表示。关于该离子晶体的说法正确的是( )A阳离子的配位数为 8，化学式为 ABB阴离子的配位数为 4，化学式为 A2BC每个晶胞中含 4 个 AD每个 A 周

5、围有 4 个与它等距且最近的 A答案 C解析 用均摊法可知，晶胞中含有阳离子数为 8 6 4；阴离子显然是 8 个，故化学18 12式为 AB2，A、B 项错误；每个 A 周围与它等距且最近的 A 有 12 个(类似于干冰晶体)，D 项错误。二、晶格能1晶格能是指将 1_mol 离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量。(1)吸收的能量越多，晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体越稳定。(2)晶格能通常取正值，单位：kJmol 1 。2观察分析下表，回答下列问题(已知 MgO、NaBr 与 NaCl 晶体结构相似)：离子化合物 NaBr NaCl MgO离子电荷数 1 1 2核间距/pm

6、 290 276 205晶格能/kJmol1 736 787 3 890熔点/ 750 801 2 800摩氏硬度 ” “”)FeO，NiO 晶胞中 Ni 和 O 的配位数分别为_、_。答案 (1)空心球应为 O2 ，实心球应为 Mg2 ；8 号空心球应改为实心球 (2)Mg 2 半径比Ca2 小，MgO 的晶格能大 (3) 6 6解析 (1)Mg 2 和 O2 的半径是 O2 Mg2 ，故空心球应为 O2 ，实心球应为 Mg2 ；图中应该黑白球交替出现，故 8 号球应为实心球。(2)MgO 与 CaO 的离子电荷数相同，Mg 2 半径比Ca2 小，MgO 晶格能大，熔点高。(3)NiO 晶胞

7、与 NaCl 晶胞相同，所以 Ni 和 O 的配位数都是6，离子半径 Ni2 FeO，所以熔点 NiOFeO。对点训练题组 1 离子晶体的判断与物理性质1离子晶体一般不具有的特征是( )A熔点较高，硬度较大B易溶于水而难溶于有机溶剂7C固体时不能导电D离子间距离较大，其密度较大答案 D解析 离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括 A、B、C 项所述；离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积方式等。2下列化学式表示的物质中，属于离子晶体并且含有非极性共价键的是( )ACaCl 2 BNa 2O2CN 2 DNH 4Cl答案 B3碱金属和卤素形成的化合物大多具有的性质是(

8、)固态时不导电，熔融状态导电 能溶于水，其水溶液导电 低熔点 高沸点 易升华A B C D答案 B解析 卤素与碱金属形成的化合物大多为典型的离子化合物，具备离子晶体的性质。4下列性质适合于离子晶体的是( )A熔点 1 070 ，易溶于水，水溶液能导电B熔点 10.31 ，液态不导电，水溶液能导电C能溶于 CS2，熔点 112.8 ，沸点 444.6 D熔点 97.81 ，质软，导电，密度 0.97 gcm3答案 A解析 离子晶体在液态(即熔融态)时导电， B 项不是离子晶体；CS 2是非极性溶剂，根据“相似相溶”的规律，C 项也不是离子晶体；由于离子晶体质硬易碎，且固态时不导电，所以 D 项也

9、不是离子晶体。题组 2 离子晶体的晶格能及其与性质的关系5离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子之间的核间距离和晶格能的大小，根据所学知识判断 KCl、NaCl、CaO、BaO 四种晶体熔点的高低顺序是( )AKClNaClBaOCaOBNaClKClCaOBaOCCaOBaOKClNaClDCaOBaONaClKCl答案 D解析 对于离子晶体来说，离子所带电荷数越多，阴、阳离子间的核间距离越小，晶格能越大，离子键越强，熔点越高。阳离子半径大小顺序为 Ba2 K Ca2 Na ，阴离子半径：8Cl O2 ，比较可得只有 D 项正确。6下列大小关系正确的是( )A晶格能：NaClCaOC熔点：NaI

10、NaBr D熔、沸点：KClNaCl答案 B解析 对于电荷数相同的离子，半径越小，离子键越强，晶格能越大，硬度越大，熔、沸点越高。半径：Cl Br I ，Mg 2 Ca2 ，K Na ，故 A、C、D 错误，B 正确。7已知金属钠能与两种卤族元素形成化合物 Q、P，它们的晶格能分别为 923 kJmol1 、786 kJmol 1 ，下列有关说法中不正确的是( )AQ 的熔点比 P 的高B若 P 是 NaCl，则 Q 一定是 NaFCQ 中成键离子核间距较小D若 P 是 NaCl，则 Q 可能是 NaBr答案 D解析 本题主要涉及晶格能的大小与物质性质及影响晶格能大小的内部因素之间的关系问题，

11、解答时应从晶格能的大小对物质性质的影响以及影响晶格能大小的因素等角度进行分析。Q的晶格能大于 P 的晶格能，故 Q 的熔点比 P 高，A 项正确；因 F 的半径比 Cl 的小(其他卤素离子的半径比 Cl 的大)，故 NaF 的晶格能大于 NaCl 的，故 B 项正确，D 项错误；因Q、P 中成键离子均为一价离子，电荷数相同，故晶格能的差异是由成键离子核间距决定的，晶格能越大，表明核间距越小，C 项正确。8碱金属卤化物是典型的离子晶体，它们的晶格能与 成正比( d0是晶体中最邻近的异电性1d0离子的核间距)。下列说法错误的是( )晶格能/kJmol 1 离子半径/pmLiF LiCl LiBr

12、LiI1 031 845 807 752Li Na K 60 95 133NaF NaCl NaBr NaI915 787 736 686KF KCl KBr KI812 699 689 632F Cl Br I 136 181 195 216A.晶格能的大小与离子半径成反比B阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离子半径越大，晶格能越小C阳离子不同阴离子相同的离子晶体，阳离子半径越小，晶格能越大9D金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强答案 D解析 由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，可确定 A 项正确；由NaF、NaCl、NaBr、NaI 晶格能的大小即可确定 B 项说法正确；由 L

13、iF、NaF、KF 晶格能的大小即可确定 C 项说法正确；表中晶格能最小的金属卤化物是碘化物，因还原性F Cl Br I ，可知 D 项错误。题组 3 离子晶体结构的考查9下列有关离子晶体的叙述中不正确的是( )A1 mol 氯化钠中有 NA个 NaCl 分子B氯化钠晶体中，每个 Na 周围距离相等的 Cl 共有 6 个C氯化铯晶体中，每个 Cs 周围紧邻 8 个 ClD平均每个 NaCl 晶胞中有 4 个 Na 、4 个 Cl答案 A解析 离子晶体采取密堆积方式，氯化钠晶体中并不存在单独的“NaCl 分子” ，其化学式仅表示阴、阳离子的个数比， “NaCl”是化学式，表示晶体的组成，其他三项

14、根据晶胞结构判断，均正确。10高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价可看作部分为 0 价，部分为2 价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。下列说法正确的是( )A该晶体是体心立方晶胞B超氧化钾的化学式为 KO2，每个晶胞含有 1 个 K 和 1 个 O 2C晶胞中与每个 K 距离最近的 O 有 6 个 2D晶体中所有原子之间都是以离子键结合答案 C解析 根据题给信息，超氧化钾晶体是面心立方晶胞，超氧化钾晶体(KO 2)是离子化合物，阴、阳离子分别为 O 、K ，晶体中 K 与 O 以离子键相结合，O 中 OO 键为共价键。 2 2 2作为面心立方晶胞，每个晶胞中

15、含有 4(即 8 6)个 K ，4(即 1 12)个 O ，晶胞18 12 14 2中与每个 K 距离最近的 O 有 6 个。 211在冰晶石(Na 3AlF6)的晶胞中，AlF 63 占据的位置相当于 NaCl 晶胞中 Cl 占据的位置，则冰晶石晶胞中含 Na 数为( )10A12 个 B8 个C4 个 D3 个答案 A解析 NaCl 晶胞中 Cl 的个数为 8 6 4，由题意知，冰晶石晶胞中AlF 63 的个数18 12也应当为 4，化学式 Na3AlF6中 Na 和AlF 63 的个数比为 31，所以冰晶石晶胞中含Na 的个数为 4312，故选 A。12有一种蓝色晶体可表示为 MxFey

16、(CN)6，经 X 射线研究发现，它的结构特征是 Fe3 和Fe2 互相占据立方体互不相邻的顶点，而 CN 位于立方体棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法正确的是( )A该晶体的化学式为 MFe3(CN)6B该晶体属于离子晶体，M 呈1 价C该晶体属于离子晶体，M 呈2 价D晶体中与每个 Fe3 距离最近且等距离的 CN 为 3 个答案 B解析 由题图可推出，晶体中阴离子的最小结构单元中含 Fe2 的个数为 4 ，含 Fe318 12的个数也为 ，CN 的个数为 12 3，因此阴离子的化学式为Fe 2(CN)6 ，则该晶体的化12 14学式只能为 MFe2(CN)6，由阴、阳离

17、子形成的晶体为离子晶体，M 的化合价为1 价，故 B 项正确；由题图可看出与每个 Fe3 最近且距离相等的 CN 为 6 个。13如图是氯化铯晶体的晶胞(晶体中最小的重复结构单元)示意图，已知晶体中 2 个最近的Cs 核间距为 a cm，氯化铯(CsCl)的相对分子质量为 M， NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为( )A. gcm3 B. gcm38MNAa3 Ma38NA11C. gcm3 D. gcm3MNAa3 Ma3NA答案 C解析 gcm3 gcm3 。mV MNA1a3 MNAa3综合强化14ZnS、NaCl、CsCl、CaF 2分别代表四种常见的离子晶体结构模型，根据图示

18、回答下列问题：(1)试写出三种结构分别对应的化学式：图甲_、图乙_、图丙_。在这三种晶体中，每个阳离子周围的阴离子在空间构成的几何构型分别为_。(2)在 NaCl、CsCl 晶体中，每个 Cl 的周围和它等距离且最近的 Cl 分别有_个。(3)下图所示是从 NaCl 或 CsCl 晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从 NaCl 晶体中分割出来的结构图是_(填字母)。A和 B和C和 D只有答案 (1)CsCl NaCl ZnS 立方体、正八面体、正四面体 (2)12、6 (3)C解析 在 ZnS 晶体中，阴、阳离子的配位数都是 4，故图丙表示该晶体结构，在 Zn2 周围的S2 构成正四面体

19、结构；在 NaCl 晶体中，阴、阳离子的配位数都为 6，在 Na 周围的 6 个Cl 形成正八面体，由于晶体中 Cl 采用 A1型堆积，故每个 Cl 周围和它等距离且最近的Cl 有 12 个；在 CsCl 晶体中，每个 Cs 周围的 8 个 Cl 形成立方体，设定图甲中心离子为Cl ，每个 Cl 周围和它等距离且最近的 Cl 位于该立方体周围的 6 个立方体的体心。(3)根据 NaCl 和 CsCl 两种典型离子晶体的结构特点分析图示。图中黑球的配位数为 6，图为简单立方结构，故和应表示 NaCl 的晶体结构。图中黑球的配位数为 8，图12为体心立方结构，故和应表示 CsCl 的晶体结构。15

20、已知有关物质的熔、沸点数据如下表：物质 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3熔点/ 2 852 2 072 714 190(2.6105Pa)沸点/ 3 600 2 980 1 412 182.7(1)MgCl2的熔点远高于 AlCl3熔点的原因是_。(2)工业上常用电解熔融 MgCl2的方法生产金属镁，用电解 Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。为什么不用电解 MgO 的方法生产镁，也不用电解 AlCl3的方法生产铝？_。(3)MgO 的熔点比 BaO 的熔点_(填“高”或“低”)。(4)设计可靠的实验证明 MgCl2、AlCl 3所属的晶体类型，其实验方法是_。答案 (1)Mg

21、Cl 2是离子晶体，AlCl 3是分子晶体，离子键的强度远大于分子间作用力(2)氧化镁晶体比氯化镁晶体晶格能大，熔点高，电解时消耗电能大。AlCl 3不是离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解 AlCl3的方法生产铝(3)高(4)将两晶体加热到熔融状态，MgCl 2能导电，AlCl 3不能导电，证明 AlCl3为分子晶体，MgCl2为离子晶体解析 (1)MgCl 2是离子晶体，阴、阳离子间以离子键结合，离子键作用力强；AlCl 3为共价化合物，分子间作用力弱，所以 MgCl2熔点远高于 AlCl3熔点。(2)因为 MgO 的熔点远高于 MgCl2，故电解熔融 MgO 将需要更高的温度，消耗更

22、多的能量，因而不用电解 MgO 的方法生产镁。AlCl 3不是离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解AlCl3的方法生产铝。(3)MgO 和 BaO 都是离子化合物，Mg 2 的半径比 Ba2 小，所以 MgO 的熔点比 BaO 的熔点高。(4)将两种晶体加热到熔融状态，MgCl 2能导电，而 AlCl3不能导电，即可证明 MgCl2为离子晶体，AlCl 3为分子晶体。16回答下列问题：(1)CaC2晶体的晶胞结构如图所示，CaC 2晶体中含有哑铃形 C ，使晶胞沿一个方向拉长。22CaC2晶体中 1 个 Ca2 周围距离最近的 C 数目为_。2213(2)已知 CaO 晶体密度为 a gc

23、m3 ， NA表示阿伏加德罗常数，则 CaO 晶胞体积为_ cm3。(3)MgO 具有 NaCl 型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X 射线衍射实验测得 MgO 的晶胞参数为 a0.420 nm，则 r(O2 )为_ nm。MnO 也属于 NaCl 型结构，晶胞参数为 a0.448 nm，则 r(Mn2 )为_ nm。答案 (1)4 (2) (3)0.148 0.076224aNA解析 (1)一个 Ca2 吸引 6 个 C ，由于晶胞沿一个方向拉长，1 个 Ca2 周围距离最近的 C22为 4 个。22(2)由于 CaO 与 NaCl 的晶胞同为面心立方结构，所以 CaO 晶胞中也含有 4 个钙离子和 4 个氧离子，因此 CaO 晶胞体积为 cm3 cm3。(3)因为 O2 采用面心立方最密堆积方式，456NAa 224aNA所以面对角线长度是 O2 半径的 4 倍，则有4 r(O2 )22 a2，解得 r(O2 ) 0.420 24nm0.148 nm；MnO 也属于 NaCl 型结构，根据晶胞的结构可得 2r(Mn2 )2 r(O2 ) a，代入数据解得 r(Mn2 )0.076 nm。