1、1第 2 课时 离子晶体学习目标定位 1.正确理解离子键、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 离子晶体结构模型离子晶体中，阴离子呈等径圆球密堆积，阳离子有序地填在阴离子的空隙中，每个离子周围等距离地排列着异电性离子，被异电性离子包围。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6Cl 和 Cs 配位数都为8Zn2 和 S2 配位数都为4晶胞中微粒数 Na 、Cl 都为 4 Cs 、Cl 都为 1 Zn2 、S 2 都为 4阴、阳离子个数比 11 11 11化学式
2、 NaCl CsCl ZnS符合类型Li、Na、K、Rb 的卤化物，AgF、MgO 等CsBr、CsI、NH 4Cl 等 BeO、BeS 等2右图是 CaF2晶体的晶胞示意图回答下列问题：(1)Ca2 的配位数是 8，F 的配位数是 4。(2)该晶胞中含有的 Ca2 数目是 4，F 数目是 8。3问题讨论：(1)在 NaCl 和 CsCl 两种晶体中，阴、阳离子的个数比都是 11，都属于 AB 型离子晶体，为什么二者的配位数不同、晶体结构不同？答案 在 NaCl 晶体中，正负离子的半径比 r /r 0.525，在 CsCl 晶体中，2r /r 0.934，由于 r /r 值的不同，结果使晶体中
3、离子的配位数不同，其晶体结构不同。NaCl 晶体中阴、阳离子的配位数都是 6，CsCl 晶体中阴、阳离子的配位数都是 8。 r /r数值越大，离子的配位数越高。(2)为什么在 NaCl(或 CsCl)晶体中，正负离子的配位数相同；而在 CaF2晶体中，正负离子的配位数不相同？答案 在 NaCl、CsCl 晶体中，正负离子的配位数相同，是由于正负离子电荷(绝对值)相同，因而正负离子的个数相同，结果导致正负离子的配位数相同；若正负离子的电荷不相同，正负离子的个数必定不相同，结果正负离子的配位数就不会相同。CaF 2晶体中，Ca2 的配位数为 8，F 的配位数为 4，离子所带电荷越多，配位数越多。(
4、3)根据离子晶体的形成，推测离子晶体具有怎样的特性？答案 离子晶体是由阴、阳离子间通过较强的离子键而形成的，所以离子晶体具有较高的熔、沸点，难挥发，硬度较大，离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电。大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。归纳总结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晶体中正负离子的半径比是决定离子晶体结构的重要因素，简称几何因素。此外正负离子的电荷比也是决定离子晶体结构的重要因素，简称电荷因素。3强碱、活泼金属氧化物、大多数盐类都是离子化合物。它们在通常条件下都是固体，都属于离子晶体。4一般说来，阴、阳
5、离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，如：Al 2O3MgO，NaClCsCl 等。活学活用1下列关于氯化钠晶体结构的说法中正确的是( )A氯化钠晶体中，阴、阳离子的配位数相等B氯化钠的晶体结构中，每 1 个 Na 仅结合 1 个 ClC氯化钠的晶胞中的质点代表一个 NaClD氯化钠晶体中存在单个的 NaCl 分子答案 A解析 氯化钠晶体中，每个 Na 周围结合 6 个 Cl ，而每个 Cl 周围结合 6 个Na ；NaCl 只表示 Na 和 Cl 个数比为 11。2下列性质中，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是( )A具有较高的熔点B固态不导电，水溶液能导电3
6、C可溶于水D固态不导电，熔融状态能导电答案 D解析二 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)晶格能符号为 U，通常取正值，单位 kJmol1 。2观察分析下表，回答下列问题：离子化合物 NaBr NaCl MgO离子电荷数 1 1 2核间距/pm 290 276 205晶格能/kJmol1 736 787 3890熔点/ 750 801 2800摩氏硬度 BC D答案 B解析 NaF、NaI、MgO 均为离子晶体，它们熔点高低由离子键强弱决定，而离子键的强弱与键长和离子电荷数有
7、关，MgO 中键长最短，离子电荷数最高，故离子键最强。离子晶体Error!当堂检测1下列各类化合物中，固态时只能形成离子晶体的是( )A非金属氧化物 B非金属单质C强酸 D强碱答案 D2下列物质中，属于离子晶体，并且含有共价键的是( )ACaCl 2 BMgOCN 2 DNH 4Cl答案 D解析 N 2中只有共价键。CaCl 2、MgO、NH 4Cl 都是离子晶体，CaCl 2、MgO 中只含离子键，而 NH4Cl 的 NH 中 NH 是共价键。 43下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )A熔点：NaFMgF 2AlF 3B晶格能：NaFNaClNaBrC阴离子的配位数：CsClNaC
8、lCaF 25D硬度：MgOCaOBaO答案 A解析 由于 Na 、Mg 2 、Al 3 的离子半径依次减小，所带电荷数依次增加，所以NaF、MgF 2、AlF 3的晶格能依次增大，即熔点依次升高；F 、Cl 、Br 的半径依次增大，NaF、NaCl、NaBr 的晶格能依次减小；CsCl、NaCl、CaF 2中阴离子的配位数分别为8、6、4；Mg 2 、Ca 2 、Ba 2 的半径依次增大，MgO、CaO、BaO 的晶格能依次减小，即硬度依次减小。4下列关于晶格能的叙述中正确的是( )A晶格能仅与形成晶体中的离子所带电荷有关B晶格能仅与形成晶体的离子半径有关C晶格能是指相邻的离子间的静电作用D
9、晶格能越大的离子晶体，其熔点越高答案 D解析 晶格能与离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子半径的大小成反比。晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，硬度也越大，所以 D 项正确。5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 acm，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 Ma38NAC. gcm3 D. gcm3MNAa3 Ma3NA答案 C解析 gcm3 gcm3 。mV MNA1a3 MNAa340 分钟课时作业基础过关一、离子晶体的结构及其特征1
10、如右图，在氯化钠晶胞中，与每个 Na 等距离且最近的几个 Cl 所围成的几何构型为6( )A十二面体B正八面体C正六面体D正四面体答案 B解析 首先要理解最近的离子在什么位置，以一个晶胞为例，处在中心位置上的 Na被六个面上的 Cl 所包围，这 6 个 Cl 离中心 Na 最近，将六个面心的 Cl 连成一个图形即正八面体，也可以有其他连接方法。2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)。则下列说法正确的是( )A晶体中只存在离子键B超氧化钾的化学式为 KO2，每个晶胞含有 1 个 K 和 1 个
11、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 2 2 2价键。作为面心立方晶胞，每个晶胞中含有 4(即 8 6)个 K ，4(即 1 12)个 O18 12 14，晶胞中与每个 K 距离最近的 O 有 6 个。 2 23氯化铯晶胞(晶体重复的结构单元)如图甲所示，该晶体中 Cs 与 Cl 的个数比为11，化学式为 CsCl。若某晶体晶胞结构如图乙所示，其中含有 A、B、
12、C 三种元素的粒子，则该晶体中的 A、B、C 的粒子个数比为( )7A861 B431C161 D131答案 D解析 在此晶体的晶胞中有 A：8 1 个，有 B：6 3 个，有 C：111 个，即18 12A、B、C 的粒子个数比为 131。4萤石(CaF 2)晶体属于立方晶系，萤石中每个 Ca2 被 8 个 F 所包围，则每个 F 周围最近距离的 Ca2 数目为( )A2 B4 C6 D8答案 B解析 萤石(CaF 2)中 Ca2 和 F 的数目之比为 12，Ca 2 被 8 个 F 所包围，配位数是8，F 的配位数应为 4，所以每个 F 周围最近距离的 Ca2 数目为 4。二、离子晶体的主
13、要特性及其应用5下列说法中正确的是( )A固态时能导电的晶体一定是金属晶体B熔融态能导电的晶体一定是离子晶体C水溶液能导电的晶体一定是离子晶体D固态不导电而熔融态导电的晶体一定是离子晶体答案 D解析 离子晶体是阴、阳离子组成的，固态时阴、阳离子不能自由移动，不导电；熔融状态时，离子化合物电离，能够导电；而金属晶体固态时也能导电。6碱金属和卤素形成的化合物大多具有的性质是( )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 BC D答案 B解析 卤素与碱金属形成的化合物为典型的离子化合物，具备离子晶体的性质。7下列性质适合于离子晶体的是( )A熔点 1070，易溶于
14、水，水溶液能导电8B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 444.6D熔点 97.81，质软，导电，密度 0.97gcm3答案 A解析 离子晶体在液态(即熔融态)时是导电的，所以 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，且固态不导电，所以 D 项也不是离子晶体。三、离子晶体的晶格能与其性质的关系8离子晶体熔点的高低决定于阴、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( )AKClNaClBaOCaOBNaClK
15、ClCaOBaOCCaOBaOKClNaClDCaOBaONaClKCl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：Cl O2 ，比较可得只有 D 项是正确的。9下列大小关系正确的是( )A晶格能：NaClCaOC熔点：NaINaBr 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 T(YCO3)，则下列判断不正确的是( )A晶格能：XCO 3Y2C金属性：XYD氧化物的熔点：XO
16、YO答案 D解析 碳酸盐的热分解温度与形成碳酸盐的金属元素的活动性有关，金属越活泼，形成的盐越稳定，因此根据碳酸盐的热分解温度： T(XCO3)T(YCO3)，可判断出 X 的活动性大于 Y，即金属性：XY，在周期表中，X 位于 Y 的下面，阳离子半径：X 2 Y2 ，所以 B、C9选项正确。根据阳离子半径：X 2 Y2 以及影响离子化合物晶格能、熔沸点的因素可知，晶格能：XCO 3B，则 A 是 Mg，B 是 O。(2)电子式表示 MgO 的形成过程：(3)MgO 晶体结构与 NaCl 相似，则每个 Mg2 周围有 6 个 O2 ，阴、阳离子数之比为11。(4)因为 Mg2 、O 2 所带电
17、荷比 Na 、F 所带电荷多，且 r(Mg2 )r(F )，总体比较，离子半径相差不大，但 MgO 中离子电荷数多，离子键强。14镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时，先制备无水氯化镁，然后将其熔融电解，得到金属镁。(1)以 MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时，常加入 NaCl、KCl 或 CaCl2等金属氯化物，其主要作用除了降低熔点之外还有_。(2)已知 MgO 的晶体结构属于 NaCl 型。某同学画出的 MgO 晶胞结构示意图如下图所示，请改正图中错误：_。11(3)用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成烟火。燃放时，烟火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识
18、解释发光的原因：_。答案 (1)增强熔融盐的导电性(2)空心球应为 O2 ，实心球应为 Mg2 ；8 号空心球应改为实心球(3)电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以发光的形式释放能量解析 (1)这些物质不能实际参与反应，但能增强熔融盐的导电性。(2)Mg2 和 O2 的半径大小是 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。(3)电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以发光的形式释放能量。拓展探究15某离子晶体晶胞的结构如图所示，试分析：(1)晶体中每个 Y 同时吸引着_个 X，每个 X 同时吸引着_个 Y，该晶体
19、的化学式为_。(2)晶体中每个 X 周围与它距离最近且相等的 X 共有_个。(3)晶体中距离最近的 2 个 X 与 1 个 Y 所形成的夹角XYX 为_(填角的度数)。(4)设该晶体的摩尔质量为 Mgmol1 ，晶体密度为 gcm3 ，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中距离最近的两个 X 之间的距离为_cm。答案 (1)4 8 XY 2(或 Y2X) (2)12(3)109.5 (4) 23 M2 NA解析 (1)Y 只为一个晶胞所共有，即每个 Y 同时吸引 4 个 X，而 X 处于顶点上，为 8个晶胞所共有，即每个 X 同时吸引 8 个 Y。在每个晶胞中含 X 个数为 4 个，含 1 个18 12Y，则化学式为 XY2或 Y2X。(2)在一个晶胞中，每个 X 与它距离最近的 X 有 3 个，则每个 X 周围有：3 12 个82(每个面为两个晶胞共有)。12(3)在晶胞中，Y 与四个 X 形成正四面体结构，故键角为 109.5。(4)因为一个晶胞中只含 个 XY2或 Y2X，故一个晶胞的质量为 ，则有 (a12 M2NA M2NAa3为晶胞的边长)，得 a ，则距离最近的两个 X 之间的距离为 。3 M2 NA 23 M2 NA
