学年高二化学人教版选修三教学案第三章 第四节 离子晶体 Word版含答案.docx
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学年高二化学人教版选修三教学案第三章第四节离子晶体Word版含答案
细读教材记主干
1.什么是离子键?
其成键微粒有哪些?
提示:
带相反电荷离子之间的相互作用叫作离子键,其成键微粒是阴、阳离子。
2.由离子键构成的化合物叫离子化合物;离子化合物一定含离子键,可能含共价键,含离子键的化合物一定是离子化合物。
3.离子晶体是由阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体。
决定离子晶体结构的重要因素有:
几何因素(正负离子的半径比),电荷因素(正负离子的电荷比),键性因素(离子键的纯粹程度)。
4.离子晶体硬度较大,难以压缩,具有较高的熔点和沸点,固体不导电,溶于水或在熔融状态下可以导电。
[新知探究]
1.概念
由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。
(1)构成粒子:
阳离子和阴离子。
(2)作用力:
离子键。
2.决定晶体结构的因素
3.离子晶体的性质
熔、沸点
熔、沸点较高,难挥发
硬度
硬度较大,难以压缩
溶解性
一般在水中易溶,在非极性溶剂中难溶
导电性
固态时不导电,熔融状态或在水溶液中能导电
4.常见的离子晶体
晶体
晶胞
晶胞详解
NaCl
①在NaCl晶体中,Na+的配位数为6,Cl-的配位数为6
②与Na+(Cl-)等距离且最近的Na+(Cl-)有12个
③每个晶胞中有4个Na+和4个Cl-
④每个Cl-周围的Na+构成正八面体图形
续表
晶体
晶胞
晶胞详解
CsCl
①在CsCl晶体中,Cs+的配位数为8,Cl-的配位数为8
②每个Cs+与6个Cs+等距离相邻,每个Cs+与8个Cl-等距离相邻
CaF2
①在CaF2晶体中,Ca2+的配位数为8,F-的配位数为4
②每个晶胞中含有4个Ca2+和8个F-
[名师点拨]
1.离子晶体中的“不一定”
(1)离子晶体中不一定都含有金属元素,如NH4NO3晶体。
(2)离子晶体的熔点不一定低于原子晶体,如MgO的熔点(2800℃)高于SiO2的熔点(1600℃)。
(3)离子晶体中除含离子键外不一定不含其他化学键,如CH3COONH4中除含离子键外,还含有共价键、配位键。
(4)由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3是分子晶体。
(5)含有阳离子的晶体不一定是离子晶体,也可能是金属晶体。
(6)离子晶体中不一定不含分子,如CuSO4·5H2O晶体。
2.四种晶体结构和性质的比较
类型
项目
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
构成晶体的粒子
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子和自由电子
粒子间
的作用
离子键
共价键
分子间作用力(范德华力或氢键)
金属离子和自由电子之间的强烈相互作用
确定作用力强弱的一般判断方法
离子电
荷、半径
键长(原
子半径)
组成结构相似时,比较相对分子质量
离子半径、价电子数
熔、沸点
较高
高
低
差别较大(汞常温下为液态,钨熔点为3410℃)
硬度
略硬而脆
大
较小
差别较大
导电性
不良导体(熔化后或溶于水时导电)
不良导体(个别为半导体)
不良导体(部分溶于水发生电离后导电)
良导体
溶解性
多数易溶
一般不溶
相似相溶
一般不溶于水,少数与水反应
机械
加工性
不良
不良
不良
优良
延展性
差
差
差
优良
[对点演练]
1.(2016·邢台高二检测)CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示),但CaC2晶体中由于哑铃形C
的存在,使晶胞沿一个方向拉长。
下列关于CaC2晶体的说法中正确的是( )
A.1个Ca2+周围距离最近且等距离的C
数目为6
B.该晶体中的阴离子与F2是等电子体
C.6.4gCaC2晶体中含阴离子0.1mol
D.与每个Ca2+距离相等且最近的Ca2+共有12个
解析:
选C 依据晶胞示意图可以看出,晶胞的一个平面的长与宽不相等,再由图中体心可知1个Ca2+周围距离最近的C
有4个,而不是6个,故A错误;C
含电子数为2×6+2=14,F2的电子数为18,二者电子数不同,不是等电子体,故B错误;6.4gCaC2为0.1mol,CaC2晶体中含阴离子为C
,则含阴离子0.1mol,故C正确;晶胞的一个平面的长与宽不相等,与每个Ca2+距离相等且最近的Ca2+应为4个,故D错误。
2.NaCl晶体模型如图所示:
(1)在NaCl晶体中,每个Na+周围同时吸引________个Cl-,每个Cl-周围也同时吸引着________个Na+;在NaCl晶胞中含有________个Na+、________个Cl-,晶体中每个Na+周围与它距离最近且相等的Na+共有________个。
(2)对于氯化钠晶体,下列描述正确的是________。
A.它是六方紧密堆积
B.相邻的正负离子核间距等于正负离子半径之和
C.与氯化铯晶体结构相同
D.每个Na+与6个Cl-作为近邻
解析:
(1)在氯化钠晶体中,一个Na+位于晶胞的中心,12个Na+分别位于晶胞的12条棱上,则属于该晶胞的Na+相当于3个
,因此一个晶胞中共含有4个Na+,8个Cl-分别位于晶胞的8个顶点上,则属于该晶胞的Cl-相当于1个
,6个Cl-分别位于晶胞的6个面心上,则属于该晶胞的Cl-相当于3个
,所以一个晶胞中共含有4个Cl-。
可见NaCl晶体中Na+、Cl-的个数比为1∶1。
图中位于晶胞中心的Na+实际上共有3个平面通过它,通过中心Na+的每个平面都有4个Na+位于平面的四角,这4个Na+与中心Na+距离最近且距离相等。
所以在NaCl晶体中,每个Na+周围与它距离最近且距离相等的Na+共有12个,按相似的方法可推出每个Cl-周围与它最近且距离相等的Cl-也共有12个。
(2)氯化钠晶体是面心立方堆积,A错误,相邻的正负离子核间距不等于正负离子半径之和,B错误,氯化铯晶体结构呈体心立体堆积,C错误,氯化钠晶体中以Na+为中心向三维方向伸展,有6个Cl-近邻,D正确。
答案:
(1)6 6 4 4 12
(2)D
[新知探究]
1.概念
气态离子形成1mol离子晶体释放的能量,通常取正值,单位为kJ/mol。
2.影响因素
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,而且熔点越高,硬度越大。
[对点演练]
3.(2016·潮州高二检测)离子晶体稳定性取决于晶体中晶格能的大小。
判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体稳定性由高到低的顺序是( )
A.KCl>NaCl>BaO>CaO
B.NaCl>KCl>CaO>BaO
C.CaO>BaO>NaCl>KCl
D.CaO>BaO>KCl>NaCl
解析:
选C 离子晶体的离子半径越小,晶格能越大,则晶体的稳定性越高,离子半径Na+<K+,稳定性NaCl>KCl,离子半径Ca2+<Ba2+,稳定性CaO>BaO;离子所带电荷数越多,晶格能越大,则晶体的稳定性越高,离子电荷数Na+=Cl-<O2-=Ba2+,有稳定性BaO>NaCl,稳定性由高到低的顺序是CaO>BaO>NaCl>KCl,故选C。
4.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )
A.熔点:
NaF>MgF2>AlF3
B.晶格能:
NaF>NaCl>NaBr
C.阴离子的配位数:
CsCl>NaCl>CaF2
D.硬度:
MgO>CaO>BaO
解析:
选A 掌握好离子半径的大小变化规律是分析离子晶体性质的一个关键点。
由于r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+),且Na+、Mg2+、Al3+所带电荷依次增大,所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强,晶格能依次增大,故熔点依次升高。
r(F-)在CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4。
r(Mg2+)
1.(2016·黄石高二检测)下列叙述正确的是( )
A.离子晶体中,只存在离子键,不可能存在其他化学键
B.氧族元素(O、S、Se、Te)的氢化物的沸点依次升高
C.NaHSO4、Na2O2晶体中的阴阳离子个数比均为1∶1
D.晶体的硬度:
金刚石>碳化硅>石英
解析:
选D 离子晶体中一定含有离子键,也可能存在共价键,如KOH,故A错误;氧族元素的氢化物都是分子晶体,其溶沸点的高低取决于分子间作用力,水分子之间存在氢键使得其溶沸点特别高,所以水的沸点最高,故B错误;硫酸氢钠、过氧化钠中其阴离子分别是HSO
、O
,其阳离子都是钠离子,所以NaHSO4中阴阳离子个数比是1∶1,Na2O2晶体中的阴阳离子个数比为1∶2,故C错误;这几种晶体都是原子晶体,且键长Si-Si>C-Si>C-C,所以键能Si-Si<C-Si<C-C,熔点金刚石>碳化硅>单晶硅,故D正确。
2.(2016·蚌埠高二检测)离子键、共价键、金属键、范德华力都是微粒之间的不同作用力,下列物质:
①Na2O2 ②SiO2 ③氦气 ④金刚石 ⑤NH4Cl ⑥白磷
含有上述任意两种作用力的是( )
A.①②④B.①③⑥C.①⑤⑥D.③④⑤
解析:
选C ①Na2O2含有离子键和共价键;②SiO2只含有共价键;③氦气只含有范德华力;④金刚石中只含有共价键;⑤NH4Cl含有离子键和共价键;⑥白磷含有共价键和范德华力。
3.(2016·绵阳高二检测)如图是NaCl、CsCl、ZnS等离子晶体结构图或是从其中分割出来的部分结构图。
试判断属于NaCl的晶体结构的图像为( )
A B C D
解析:
选B 因NaCl属于立方晶体,每个钠离子周围有6个氯离子,选项中只有B将黑球表示钠离子,白球表示氯离子,钠离子周围有6个氯离子,即B属于NaCl的晶体结构。
4.下列各组物质中,按熔点由低到高排列正确的是( )
A.O2、I2、HgB.Si、SiC、金刚石
C.H2O、H2S、H2SeD.NaCl、KCl、CsCl
解析:
选B A项,Hg的熔点比I2低;B项,Si的原子半径大于C的原子半径,错误;B项,键能:
C—C>C—Si>Si—Si,熔点Si<SiC<金刚石,正确;C项,H2O分子间有氢键,沸点最高,错误;D项,Na+、K+、Cs+的半径依次增大,晶格能逐渐减小,熔点逐渐降低,错误。
5.(2016·汪清高二检测)高温下超氧化钾晶体呈立方体结构,晶体中氧的化合价部分为0价,部分为-2价。
如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元),则下列说法中正确的是( )
A.超氧化钾的化学式为KO2,每个晶胞含有4个K+和4个O
B.晶体中每个K+周围有8个O
,每个O
周围有8个K+
C.晶体中与每个K+距离最近的K+有8个
D.晶体中,0价氧与-2价氧的数目比为2∶1
解析:
选A 在超氧化钾晶体中含有K+个数是:
8×
+6×
=4,含有O
原子个数是:
12×
+1=4,因此超氧化钾的化学式为KO2,每个晶胞含有4个K+和4个O
;在晶体中每个K+周围有6个O
,每个O
周围有6个K+;晶体中与每个K+距离最近的K+有(3×8)÷2=12个;晶胞中,K+和O
都是4个,所以含有8个O原子,根据电荷相等可知-2价氧是2个,0价氧是6个,所以0价氧与-2价氧的数目比为6∶2=3∶1。
6.在离子晶体中,阴、阳离子按一定规律在空间排列,如图1就是NaCl的晶体结构。
在离子晶体中,阴、阳离子具有或接近具有球对称的电子云,它们可以被看成是不等径的刚性圆球,并彼此相切,如图2所示。
离子键的键长是相邻阴、阳离子的半径之和,如图3所示。
已知a为常数。
图1 图2 图3
试回答下列问题:
(1)在NaCl晶体中,每个Na+同时吸引________个Cl-,而Na+数目与Cl-数目之比为________。
(2)NaCl晶体离子键的键长为________。
(3)Na+半径与Cl-半径之比
=__________(已知
≈1.414,
≈1.732,
≈2.236)。
(4)NaCl晶体中不存在分子,但温度达到1413℃时,NaCl晶体形成气体,并以分子形式存在。
现有29.25gNaCl晶体,强热使温度达到1450℃,测得气体体积为5.6L(已折算为标准状况),则此时氯化钠气体的化学式为________。
解析:
观察中间图形知:
=sin45°,即
=1.414,
=0.414。
2(r++r-)=a,r++r-=
,即离子键键长为
。
由题意29.25g氯化钠在1450℃时为0.25mol,故其摩尔质量为117g/mol,氯化钠气体的化学式为Na2Cl2。
答案:
(1)6 1∶1
(2)
(3)0.414 (4)Na2Cl2
一、选择题
1.(2016·上海闸北区高二检测)下列有关化学基本概念的判断依据正确的是( )
A.弱电解质:
溶液的导电能力弱
B.共价化合物:
含有共价键
C.离子化合物:
含有离子键
D.金属晶体:
能够导电
解析:
选C 溶液的导电能力和电解质的强弱无关,根据电解质在水溶液中是否完全电离将电解质分为强电解质和弱电解质,故A错误;含有共价键的化合物不一定为共价化合物,离子化合物中也可能含有共价键,如NaOH,故B错误;含有离子键的化合物必定为离子化合物,C正确;金属晶体能导电,离子晶体在熔融状态下也能导电,则不能利用晶体能否导电来确定金属,故D错误。
2.(2016·资阳高二检测)关于晶体的叙述中,正确的是( )
A.原子晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
B.分子晶体中,分子间的作用力越大,该分子越稳定
C.分子晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高
D.某晶体溶于水后,可电离出自由移动的离子,该晶体一定是离子晶体
解析:
选A 原子晶体熔化需要破坏共价键,共价键键能越大,共价键越强、越稳定,原子晶体的熔沸点越高,故A正确;分子间作用力影响物质的物理性质,分子的稳定性是指化学性质,故B错误;分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关,与共价键的键能无关,故C错误;分子晶体溶于水也可能导电,如乙酸等,故D错误。
3.(2016·襄阳高二检测)下列性质中,能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
C.可溶于水
D.固态不导电,熔融状态能导电
解析:
选D 具有较高的熔点的晶体可能是离子晶体、金属晶体或原子晶体,A错误;固态不导电,水溶液能导电的晶体可能是分子晶体或离子晶体,B错误;可溶于水的晶体可能是分子晶体或离子晶体,C错误;固态不导电,熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体,D正确。
4.氧化钙在2973K时熔化,而氯化钠在1074K时熔化,两者的离子间距离和晶体结构类似,下列有关它们熔点差别较大的原因的叙述中不正确的是( )
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类似的情况下,晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定
解析:
选C CaO晶体和NaCl晶体都属于离子晶体,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的离子间距离和晶体结构都类似,故晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定。
5.表中给出了几种氯化物的熔点和沸点。
物质
NaCl
MgCl2
AlCl3
CCl4
熔点/℃
801
712
190
-68
沸点/℃
1465
1418
183
57
关于表中4种氯化物有下列说法:
①AlCl3在加热时可升华
②CCl4属于分子晶体
③1500℃时NaCl的分子组成可用NaCl表示
④AlCl3是典型的离子晶体
其中与表中数据一致的是( )
A.只有①和②B.只有③
C.只有①②③D.全部一致
解析:
选C 根据各物质的熔、沸点判断,AlCl3和CCl4为分子晶体;AlCl3的沸点低于熔点,所以易升华;NaCl为离子晶体,1500℃高于其沸点,故以分子NaCl形式存在。
6.(2016·盐城高二检测)下列大小关系正确的是( )
A.熔点:
NaI>NaBr
B.硬度:
MgO>CaO
C.晶格能:
NaClD.熔沸点:
CO2>NaCl
解析:
选B 离子晶体熔化克服离子键,分子晶体熔化克服分子间作用力,则离子晶体的熔沸点大于分子晶体;对于结构相似的离子晶体,离子所带的电荷越多,离子半径越小,离子核间距越小,晶格能越大,熔沸点越高。
NaI和NaBr均为离子晶体,离子所带的电荷相同,离子半径:
I->Br-,离子核间距:
NaI>NaBr,晶格能:
NaI<NaBr,熔点:
NaI<NaBr,错误;离子半径Cl-
NaBr。
MgO、CaO均为离子晶体,离子所带的电荷相同,离子半径Mg2+MgO<CaO,晶格能:
MgO>CaO,硬度:
MgO>CaO。
NaCl和NaBr均为离子晶体,离子所带的电荷相同,离子半径:
Cl-
NaClNaCl>NaBr。
CO2是分子晶体,NaCl是离子晶体,熔沸点:
CO27.金属晶体和离子晶体是重要的晶体类型。
下列关于它们的说法中正确的是( )
A.金属晶体和离子晶体都能导电
B.在镁晶体中,1个Mg2+只与2个价电子存在强烈的相互作用
C.金属晶体和离子晶体都可采取“紧密堆积”方式,原子晶体都可采取“非紧密堆积”方式
D.金属晶体和离子晶体中分别存在金属键和离子键等相互作用,很难断裂,因而都具有延展性
解析:
选C 离子晶体中的离子不是自由移动的离子,不能导电,A项错误;镁晶体中的自由电子被整个晶体所共有,不属于某个Mg2+,B项错误;离子晶体不具有延展性,D项错误。
8.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
解析:
选C 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键共价键结合,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。
9.(2016·衡水高二检测)如图是氯化铯晶体的晶胞,已知晶体中2个最近的Cs+离子核间距为acm,氯化铯的摩尔质量为M,则氯化铯晶体的密度为dg/cm3,阿伏加德罗常数的值可表示为( )
A.2Ma3dB.
C.
D.
解析:
选B 假设阿伏加德罗常数的值为NA,氯离子位于顶点,晶胞中数目为8×
=1,铯离子位于体心,数目为1,即一个晶胞中含有一个氯离子和一个铯离子,则一个晶胞质量为
g,2个最近的Cs+离子核间距为acm,即晶胞边长为acm,则晶胞体积为a3cm3,则密度为d=
g/cm3,解得NA=
,故选B。
10.(2016·绵阳高二检测)“类推”是一种重要的学习方法,但有时会产生错误结论,下列类推结论中正确的是( )
A.碱金属氟化物的晶格能顺序是LiF>NaF>KF>RbF>CsF;则钠的卤化物的晶格能顺序是NaF>NaCl>NaBr>NaI
B.第ⅣA族元素氢化物沸点顺序是GeH4>SiH4>CH4;则第ⅤA族元素氢化物沸点顺序是AsH3>PH3>NH3
C.晶体中有阴离子,必有阳离子;则晶体中有阳离子,必有阴离子
D.若盐酸的浓度是醋酸浓度的2倍;则盐酸中H+浓度也是醋酸中H+浓度的2倍
解析:
选A 组成和结构相似的离子晶体,阴、阳离子的半径越小,离子所带的电荷越多,晶格能越大,故碱金属氟化物的晶格能顺序是LiF>NaF>KF>RbF>CsF;则钠的卤化物的晶格能顺序是NaF>NaCl>NaBr>NaI。
组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔沸点越高,但氨分子间存在氢键,故在同族元素的氢化物中沸点反常的高,故第ⅤA族元素氢化物沸点顺序是NH3>AsH3>PH3。
金属晶体的构成微粒为金属阳离子和自由电子,晶体中只有阳离子,没有阴离子。
HCl为强电解质,全部电离,醋酸为弱电解质,部分电离,若盐酸的浓度是醋酸浓度的2倍;则盐酸中H+浓度大于醋酸中H+浓度的2倍。
11.食盐晶体的结构示意图如图所示。
已知食盐的密度为ρg/cm3,摩尔质量为Mg/mol,阿伏加德罗常数为NA,则在食盐晶体中Na+和Cl-的间距大约是( )
A.
cmB.
cm
C.
cmD.
cm
解析:
选B 食盐晶胞中含有4个Na+和4个Cl-,每个晶胞的体积为
×4cm3。
设食盐晶体里Na+和Cl-的间距为xcm,可得(2x)3=
×4,解得x=
,即在食盐晶体中Na+和Cl-的间距大约是
cm。
12.(2016·厦门高二检测)有关晶体的结构如图所示,下列说法中不正确的是( )
A.在NaCl晶体中,距Na+最近的Cl-形成正八面体
B.在CaF2晶体中,每个晶胞平均占有4个Ca2+
C.在金刚石晶体中,碳原子与碳碳键个数的比为1∶2
D.该气态团簇分子的分子式为EF或FE
解析:
选D 在NaCl晶体中,距Na+最近的Cl-有6个,且形成正八面体,A正确;Ca2+位于晶胞的顶点和面心,晶胞中含有Ca2+的个数为:
8×
+6×
=4,B正确;在金刚石晶体中,每个碳原子形成4个共价键,每两个碳原子形成一个共价键,则每个碳原子形成的共价键平均为4×
=2,所以在金刚石晶体中,碳原子与碳碳键数之比为1∶2,C正确;气态团簇分子不同于晶胞,气态团簇分子中含有4个E原子,4个F原子,则分子式为E4F4或F4E4,D错误。
二、非选择题
13.现有几组物质的熔点(℃)数据:
A组
B组
C组
D组
金刚石:
3550
Li:
181
HF:
-83
NaCl:
801
硅晶体:
1410
Na:
98
HCl:
-115
KCl:
776
硼晶体:
2300
K:
64
HBr:
-89
RbCl:
718
二氧化硅:
1723
Rb:
39
HI:
-51
CsCl:
645
据此回答下列问题:
(1)A组属于________晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是______________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于_________。
(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电
④熔融状态能导电
(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为:
NaCl>KCl>RbCl>CsCl,其原因为_____