第四节离子晶体.docx

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第四节离子晶体

第四节离子晶体

学习目标  1

1．了解离子晶体的结构特点。

（重难点）

2．能根据离子晶体的结构特点解释其物理性质。

（重点）

3．了解晶格能的含义及应用。

（重点）

自主预习  1

一、离子晶体

1.离子晶体

2.决定晶体结构的因素

几何因素

晶体中正负离子的（r+/r?

）

电荷因素

晶体中正负离子的

键性因素

的纯粹程度

3.常见离子晶体的结构类型

离子晶体

NaCl

CsCl

CaF2

阴离子的配位数

阳离子的配位数

晶胞

4.离子晶体的性质

熔、沸点

硬度

导电性

不导电,但在或时导电

二、晶格能

1.概念:

    离子形成    离子晶体释放的能量,通常取正值,单位为kJ·mol?

1。

2.影响因素:

离子晶体中离子所带电荷越多,离子半径越小,晶格能越大。

3.晶格能对离子晶体性质的影响:

晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,而且熔点      ,硬度      。

预习检测  1

1．（判断）晶格能是指破坏1mol离子键所吸收的能量。

2．（判断）固态不导电、水溶液能导电,这一性质能说明某晶体一定是离子晶体。

3．（判断）离子晶体中一定含有金属元素。

4．金属晶体和离子晶体的导电实质一样吗？

5．离子晶体中存在共价键吗？

6．“NaCl”是氯化钠的分子式吗？

要点探究  1

离子晶体的结构和性质

1.观察NaCl、CsCl和CaF2的晶体结构,探究下列问题:

（1）在NaCl和CsCl两种晶体中,明阳离子的个数比都是1:

1,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？

（2）为什么在NaCl（或CsCl）晶体中,正、负离子的配位数相等;而在CaF2晶体中,正、负离子的配位数不相等？

（3）试计算NaCl晶胞、CsCl晶胞和CaF2晶胞中阴、阳离子的个数。

（4）在NaCl晶体中每个Na+周围同时吸引、距离相等且最近的Cl?

有多少个？

每个Na+周围距离相等且最近的Na+有多少个？

2.分子晶体、原子晶体、离子晶体的熔点、沸点、硬度不同的原因是什么？

典例精析  1

自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。

下列实验一定能说明CaF2是离子晶体的是

A.CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱

B.CaF2的熔沸点较高，硬度较大

C.CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电

D.CaF2在有机溶剂（如苯）中的溶解度极小

变式训练  1

（2014·四川仁寿高三摸底）下图为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿的晶胞结构,该结构是钙钛矿晶体结构中具有代表性的最小重复单元。

（1）在该物质的晶体结构中,每个钛离子周围与它最近且距离相等的氧离子、钙离子的个数分别为  、  。

（2）该晶体结构中,氧、钛、钙的离子个数比是  ,该物质的化学式可表示为  。

（3）若钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为a、b、c,晶胞结构图中正方体边长（钛原子之间的距离）为dnm（1nm=10-9m）,则该晶体的密度为  g/cm3。

要点探究  1

晶格能

1.观察分析下表数据,探究下列问题:

离子化合物

NaBr

BaCl

MgO

离子电荷数

1

1

2

核间距/pm

298

282

210

晶格能/kJ·mol?

1

747

786

3791

熔点/℃

747

801

2852

摩氏硬度

<2.5

2.5

6.5

（1）影响晶格能大小的因素有哪些？

（2）晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系？

2.NaCl与KCl,NaCl与MgCl2,哪一个晶格能更大？

3.结合晶格能的知识,推测MgO和CaO的熔点的相对高低和硬度的相对大小。

典例精析  1

NaF、NaI和MgO均为离子晶体，有关数据如下表：

物质

①NaF

②NaI

③MgO

离子电荷数

1

1

2

键长（10?

10m）

2.31

3.18

2.10

试判断，这三种化合物熔点由高到低的顺序是

A.①>②>③

B.③>①>②

C.③>②>①

D.②>①>③

变式训练  1

（2013·南京师大附中月考）氧化钙在2973K时熔化,而氯化钠在1074K时熔化,两者的离子间距离相近,晶体结构类似,有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是

A.氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多

B.氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大

C.氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同

D.在氧化钙与氯化钠的离子间距离相近的情况下,晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定

随堂自测  1

1．（双选）下列说法正确的是

A.离子晶体中可能含有共价键，但一定含有金属元素

B.分子晶体中一定含有共价键

C.离子晶体中可能存在非极性键

D.含有离子键的晶体一定是离子晶体

2．根据下表给出物质的熔点数据（AlCl3160℃时升华），判断下列说法错误的是

晶体

NaCl

MgO

SiCl4

AlCl3

晶体硼

熔点/℃

801

2800

-70

180

2500

A.MgO中的离子键比NaCl中的离子键强

B.SiCl4晶体是分子晶体

C.AlCl3晶体是离子晶体

D.晶体硼是原子晶体

3．（2013·南京外国语学校月考）如图是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图,其中是从NaCl晶体中分割出来的结构图是

A.图

（1）和（3）

B.图

（2）和（3）

C.图

（1）和（4）

D.只有图（4）

4．由下列各组的三种元素共同构成的化合物中，既可能有离子化合物，又可能有共价化合物的是

A.H、O、C

B.Na、S、O

C.H、N、O

D.H、S、O

5．离子晶体通常具有的性质是

A.熔、沸点都较高，难于挥发

B.硬度很小，容易变形

C.都能溶于有机溶剂而难溶于水

D.密度很小

6．将HCl、HF、CH4、NH3、H2O、MgO、SiO2、CO2、NaCl、NaOH等化合物按要求填空。

（1）属于离子化合物的是_____________，其中只含有离子键的化合物的电子式为_______________、_______________。

（2）属于分子晶体的氧化物是_______________，属于原子晶体的氧化物是_______________。

（3）难溶于水的气态氢化物是_______________，难溶于水的氧化物是_______________。

基础过关  1

1．某离子晶体中晶体结构最小的重复单元如下图：

A为阴离子，在立方体内，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为

A.B2A

B.BA2

C.B7A4

D.B4A7

2．下面有关晶体的叙述中，错误的是

A.金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子

B.在NaCl晶体中每个Na＋（或Cl-）周围都紧邻6个Cl-（或6个Na＋）

C.白磷晶体中，分子之间通过共价键结合

D.离子晶体在熔化时，离子键被破坏；而分子晶体熔化时，化学键不被破坏

3．下列关于晶格能的说法中正确的是

A.晶格能指形成1mol离子键所放出的能量

B.晶格能指破坏1mol离子键所吸收的能量

C.晶格能指1mol离子化合物中的阴、阳离子由相互远离的气态离子结合成离子晶体时所放出的能量

D.晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关

4．MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序可能是

A.MgO＞Rb2O＞BaO＞CaO

B.MgO＞CaO＞BaO＞Rb2O

C.CaO＞BaO＞MgO＞Rb2O

D.CaO＞BaO＞Rb2O＞MgO

5．下列性质中，可以证明某化合物形成的晶体一定是离子晶体的是

A.可溶于水

B.具有较高的熔点

C.水溶液能导电

D.熔融状态能导电

6．

（1）下列六种晶体：

①CO2　②NaCl　③Na　④Si　⑤CS2　⑥金刚石，它们的熔点从低到高的顺序为______（填序号）。

（2）在H2、（NH4）2SO4、SiC、CO2、HF中，由极性键形成的非极性分子有______（填化学式，下同），由非极性键形成的非极性分子有______，能形成分子晶体的物质是______，晶体中含有氢键的是______，属于离子晶体的是______，属于原子晶体的是______，五种物质的熔点由高到低的顺序是______。

能力提升  1

1．冰晶石（化学式为Na3AlF6）的晶体结构单元如图所示（

位于大立方体的定点和面心，○位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心），已知冰晶石熔融时电离方程式为：

Na3AlF6＝3Na＋+Al

，那么大立方体的体心处

所代表的微粒为

A.Na＋

B.Al3＋

C.F―

D.Al

2．氟化钙材料具有良好的透光性和较低的折射率，可用做紫外和红外光学元件、不可见光谱范围内的消色差镜头。

如图为氟化钙晶胞，其中小球代表Ca2＋，大球代表F－。

（1）每个晶胞实际含有________个Ca2＋和________个F－。

（2）氟化钙晶体可以看作Ca2＋按__________堆积排列，F－填入Ca2＋堆积的部分空隙中。

每个Ca2＋周围有__________个F－，而每个F－周围有_________个Ca2＋，每个F－周围与其距离最近的F－的数目是________。

3．I.同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：

物质

A

NaCl

KCl

CsCl

熔点/K

1074

1049

918

物质

B

Na

Mg

Al

熔点/K

317

923

933

（1）A组是______晶体，晶体微粒之间通过________相连，粒子之间的作用力由大到小的顺序是________。

（2）B组晶体属于____________晶体，价电子数由少到多的顺序是__________，离子半径由大到小的顺序是__________。

金属键强度由小到大的顺序为______________。

Ⅱ.元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3-形成的晶体结构如图所示。

（1）该晶体的阳离子与阴离子个数比为           。

（2）该晶体中Xn+离子中n=         。

（3）X元素的原子序数是          。

（4）晶体中每个N3-被      个等距离的Xn+离子包围。

4．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晶胞结构示意图如图所示，请改正图中错误：

________。

（3）Mg是第三周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点见下表：

氟化物

NaF

MgF2

SiF4

熔点/K

1266

1534

183

解释表中氟化物熔点差异的原因：

__________________。

第四节离子晶体

【自主预习】

一、1.阴离子和阳离子通过离子键阴离子阳离子2.半径比电荷比离子键

3.684688  4.较高较大熔融状态溶于水

二、1.气态 1摩尔 3.越高越大

【预习检测】

1．×

提示:

晶格能指1mol离子化合物中阴、阳离子由相互远离的气态离子结合成离子晶体时放出的能量。

2．×

提示:

离子晶体和某些分子晶体（如冰醋酸）都具有同态不导电、水溶液能导电的性质,因此这一性质不能说明某晶体一定是离子晶体。

3．×

某些离子晶体可能只含有非金属元素的原子,如NH4Cl、CH3COONH4等。

4．不一样。

金属晶体导电是物理变化,离子晶体导电时发生了电解是化学变化。

5．有些离子晶体如NaOH、NH4Cl、Na2SO4中存在共价键,有些离子晶体中不存在共价键如NaCl、MgO等。

6．不是。

由Na+和Cl?

通过离子键结合而成的离子晶体,离子晶体中没有单个的分子,“NaCl”可表示离子晶体中Na+和Cl?

的个数比为1:

1,是化学式。

【要点探究】

1.

（1）提示:

在NaCl晶体中,正、负离子的半径比

=0.525,在CsCl晶体中,

=0.934,由于

值的不同,结果使晶体中离子的配位数不同,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。

数值越大,离子的配位数越高。

（2）提示:

在NaCl、CsCl晶体中,正、负离子的配位数相等,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、负离子的配位数相等;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等。

如,CaF2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。

（3）提示:

NaCl晶胞中Na+个数为12×

+1=4;

Cl?

个数为8×

+6×

=4;

CsCl晶胞中Cs+个数为1,Cl?

个数为8×

=1;

CaF2晶胞中Ca2+个数为8×

+6×

=4,F?

个数为8×1=8.

（4）提示:

在NaCl晶体中每个Na+周围最近且距离相等的Cl?

有6个。

每个Na+周围距离相等且最近的Na+是小正方形对角线上的Na+,在三维空间的每个面上有4个,共12个。

2.提示:

决定晶体硬度大小,熔、沸点高低的因素是构成晶体的微粒间作用力。

作用力越大,硬度越大,熔、沸点越高,反之,作用力越小,硬度越小,熔、沸点越低。

【典例精析】

C

【解析】难溶于水，其水溶液的导电性极弱，不能说明CaF2一定是离子晶体；熔、沸点较高，硬度较大，也可能是原子晶体的性质，B不能说明CaF2一定是离子晶体；熔融状态下可以导电，一定有自由移动的离子生成，C说明CaF2一定是离子晶体；CaF2在有机溶剂（如苯）中的溶解度极小，只能说明CaF2是极性分子，不能说明CaF2一定是离子晶体。

【备注】无

【变式训练】

（1）6　8　

（2）3∶1∶1　CaTiO3　（3）

×1021

【解析】

（1）根据钙钛矿晶胞可知,晶体结构中,每个钛离子周围与它最近且距离相等的氧离子分布为:

同一平面内有4个,上下有2个,所以共有6个。

每个晶胞中的1个钙离子与周围8个钛离子距离最近且相等,所以每个钛离子周围与它最近且距离相等的钙离子有8个。

（2）根据“切割法”,每个钙钛矿晶胞中含有的氧离子数为12×

=3,含有的钛离子数为8×

=1,含有的钙离子数为1,所以该晶体的化学式可表示为CaTiO3。

（3）该晶胞的摩尔质量=（a+b+3c）g/mol,其体积=d3×10-21cm3,1mol晶胞的质量=（a+b+3c）g,体积=NA×d3×10-21cm3,根据ρ=

=

=

×

。

【备注】无

【要点探究】

1.

（1）提示:

影响晶格能的因素:

离子所带的电荷和阴、阳离子间的距离（与离子半径成正比）。

晶格能与离子所带电荷的乘积成正比,与阴、阳离子间的距离成反比。

（2）提示:

晶格能的数据可以用来说明许多典型离子晶体的性质变化规律,晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,晶体的熔、沸点越高,硬度越大。

2.提示:

r（Na+）

3.提示:

MgO和CaO比较,O2?

相同,Mg2+与Ca2+所带电荷数相同,但Mg2+半径小,所以晶格能MgO>CaO,熔点MgO>CaO,硬度MgO>CaO。

【典例精析】

B

【解析】本题考查离子晶体熔点高低的判断方法。

离子晶体的熔点与晶格能有关。

晶格能越大，晶体的熔点就越高。

晶格能与离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。

在上述三种晶体中，MgO的键长最短，离子电荷又高，故其晶格能最大，熔点最高；NaF的键长小于NaI，故NaF的晶格能大于NaI，熔点高于NaI。

【备注】无

【变式训练】

C

【解析】CaO和NaCl都属于离子晶体,熔点的高低可根据晶格能的大小判断。

晶格能的大小与离子所带电荷多少、离子间距离、晶体结构类型等因素有关。

CaO和NaCl的离子间距离相近、晶体结构类似,故晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定。

【备注】无

【随堂自测】

1．CD

【解析】根据离子晶体的概念可知，只要含有离子键，形成的晶体就是离子晶体，但离子晶体中不一定只含有离子键，如Na2O2中除含有离子键外，还含有非极性共价键，故C正确，D正确。

铵盐形成的晶体也是离子晶体，其中不含金属元素，如NH4Cl，故A错。

由于稀有气体形成的分子晶体中含范德华力而无共价键，故B错。

【备注】无

2．C

【解析】根据表中各物质的熔点，判断晶体类型。

NaCl和MgO是离子化合物，形成离子晶体，故熔、沸点高，说明晶格能越大，离子键越强，A项正确；SiCl4是共价化合物，熔、沸点较低，为分子晶体；硼为非金属单质，熔、沸点很高，是原子晶体，B、D项正确；AlCl3虽是由活泼金属和活泼非金属形成的化合物，但其晶体熔、沸点较低，应属于分子晶体，C项错误。

【备注】无

3．C

【解析】NaCl晶体中,每个Na+周围有6个Cl-,每个Cl-周围有6个Na+;与每个Na+等距离的Cl-有6个,且构成正八面体,同理,与每个Cl-等距离的6个Na+也构成正八面体,由此可知图

（1）和（4）是属于NaCl晶体的,C项符合题意。

【备注】无

4．C

【解析】要形成离子键，必须先形成阴、阳离子。

B中三种元素可形成Na2SO3、Na2SO4、Na2S2O3等，都是离子化合物；C中三种元素可形成HNO3、HNO2、NH4NO3等，既有离子化合物，又有共价化合物；A、D中三种非金属元素只能形成共价化合物。

【备注】无

5．A

【解析】离子晶体中的阴、阳离子通过一种强烈的相互作用——离子键结合在一起，离子键的键能较大，且极性很强，除了有些在极性溶剂中容易断裂外，其他的必须在高温下才能断裂，所以其熔、沸点都较高且不挥发，硬度很大，不易变形，难溶于有机溶剂；又因为在离子晶体中，较大的离子采取密堆积形式，较小的离子填隙，所以密度一般都较大。

【备注】无

6．（l）MgO、NaCl、NaOH  

（2）CO2、H2O  SiO2

（3）CH4   SiO2

【解析】无

【备注】无

【基础过关】

1．B

【解析】根据均摊法，该结构单元中含A：

8×1＝8，含B：

，B与A离子数之比为4:

8＝1:

2，即该晶体的化学式为BA2，B项正确。

【备注】无

2．C

【解析】金刚石的网状结构中，每个最小的碳环上有6个碳原子，碳原子之间以共价键连接成环；NaCl晶体的配位数为6，即每个Cl－周围有6个Na+，每个Na+周围有6个Cl－；白磷的化学式为P4，结构为正四面体形，键角为60°，分子内以P—P共价键结合，而P4分子间以分子间作用力结合，而非共价键；离子晶体熔化时，离子键被断开，而分子晶体熔化时，分子并未发生改变。

【备注】无

3．C

【解析】晶格能指1mol离子化合物中阴、阳离子由相互远离的气态离子结合成离子晶体时放出的能量。

【备注】无

4．B

【解析】四种离子晶体所含阴离子相同，所含阳离子不同。

Mg2+、Rb+、Ca2+、Ba2+比较，Rb+所带电荷最少且半径比Mg2+、Ca2+的大，其与O2-形成的离子键较弱，使Rb2O的熔点比MgO、CaO的低。

Mg2+、Ca2+、Ba2+比较，它们所带正电荷一样多，半径Mg2+＜Ca2+＜Ba2+，与O2-形成的离子键由强到弱的顺序是Mg2+＞Ca2+＞Ba2+，相应离子晶体的熔点由高到低的顺序是MgO＞CaO＞BaO。

综上所述，四种离子晶体熔点的高低顺序是MgO＞CaO＞BaO＞Rb2O，选B。

【备注】无

5．D

【解析】熔融状态能导电的化合物形成的晶体一定是离子晶体。

分子晶体和原子晶体熔融状态成为分子和原子，不导电。

金属晶体在固态和熔融状态均能导电，但金属晶体是单质。

【备注】无

6．

（1）①⑤③②④⑥

（2）CO2　H2　H2、CO2、HF　HF　（NH4）2SO4　SiC　SiC＞（NH4）2SO4＞HF＞CO2＞H2

【解析】

（1）一般地，不同晶体的熔点顺序为：

原子晶体＞离子晶体＞分子晶体，金属晶体的熔点变化大；相对状态而言熔点，固体＞液体＞气体，则可得出：

CO2＜CS2＜Na＜NaCl＜Si＜金刚石。

（2）首先判断各物质的晶体类型，然后对分子晶体具体分析其分子间作用力有无氢键，范德华力大小等情况。

【备注】无

【能力提升】

1．A

【解析】根据Na3AlF6熔融时的电离方程式Na3AlF6＝3Na＋+Al

并结合题目中晶体结构单元图示可知，晶胞中拥有的

有8×1/8+6×1/2＝4个,由于Na＋与AlF63－的个数比为3：

1，所以晶胞中拥有○的数目＝12×1/4+8+1＝12个，即体心处

代表Na＋。

【备注】无

2．

（1）4　8　

（2）面心立方　8　4　6

【解析】

（1）Ca2＋占据晶胞中8个顶角、6个面心的位置，故Ca2＋的个数为8×

＋6×

＝4个，F－在晶胞内，完全属于该晶胞，含有8个F－。

（2）由晶胞的结构可知，每个Ca2＋周围有8个F－，而每个F－周围有4个Ca2＋。

【备注】无

3．I.

（1）离子　离子键　NaCl>KCl>CsCl　

（2）金属　NaMg2＋>Al3＋　Na

Ⅱ.

（1）3∶1    

（2）1       （3）29   （4）6

【解析】I.　

（1）A组NaCl、KCl、CsCl为同一主族的卤化物且为离子化合物，故熔点与离子键的强弱有关，离子键越弱，熔点越低。

而Na＋、K＋、Cs＋的离子半径逐渐增大，故Na＋与Cl－、K＋与Cl－、Cs＋与Cl－的离子键逐渐减弱，NaCl、KCl、CsCl的熔点依次降低。

（2）B组中Na、Mg、Al是金属晶体且价电子数依次增多，离子半径逐渐减小，因此金属原子核对外层电子束缚能力越来越大，形成的金属键越来越牢固，故熔点依次升高。

Ⅱ.

（1）Xn+位于晶胞的棱上，其数目为1