第三章 第四节.docx
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第三章第四节
第四节 离子晶体
[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：
能辨识常见的晶体，能从微观角度理解离子键强弱对离子晶体性质的影响，能从宏观角度解释离子晶体性质的差异。
2.证据推理与模型认知：
通过对常见离子晶体模型的认识，理解离子晶体的结构特点，预测其性质。
一、离子晶体
1．离子键
（1）概念
阴、阳离子通过静电作用形成的化学键，叫做离子键。
（2）实质：
离子键是一种静电作用，包括阴、阳离子之间的静电吸引和静电排斥。
（3）特征：
没有方向性和饱和性。
2．离子晶体
（1）概念：
阴离子和阳离子通过离子键结合而成的晶体。
（2）常见的离子晶体
强碱、活泼金属氧化物和过氧化物、大部分盐。
特别提醒
（1）在离子晶体中无分子。
如NaCl、CsCl只表示晶体中阴、阳离子个数比，为化学式，不是分子式。
（2）离子晶体中一定有离子键，还可能有共价键，如KNO3、NH4Cl等晶体中既有离子键又有共价键。
（3）全部由非金属元素形成的晶体也有可能是离子晶体，如铵盐。
例1 泽维尔研究发现，当用激光脉冲照射NaI，使Na＋和I－两核间距为1.0～1.5nm时，呈离子键；当两核靠近约距0.28nm时，呈共价键。
根据泽维尔的研究成果能得出的结论是（ ）
A．NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物
B．离子晶体可能含有共价键
C．NaI晶体中既有离子键，又有共价键
D．共价键和离子键没有明显的界线
答案 D
二、离子晶体的结构与性质
1．离子晶体中离子的配位数
（1）配位数：
一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。
（2）影响配位数的因素
几何因素
晶体中正负离子的半径比
电荷因素
晶体中正负离子的电荷比
键性因素
离子键的纯粹程度
2.典型离子晶体的结构模型
化学式
NaCl
CsCl
CaF2
晶胞
晶胞中离子数目
Na＋：
4
Cl－：
4
Cs＋：
1
Cl－：
1
Ca2＋：
4
F－：
8
阳离子的配位数
6
8
8
阴离子的配位数
6
8
4
3．离子晶体的性质
（1）熔、沸点较高，硬度较大。
（2）离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。
（3）大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。
特别提醒
（1）离子晶体中，每一阴（阳）离子周围排列的带相反电荷离子的数目都是固定的，不是任意的。
（2）离子晶体的熔、沸点和硬度与离子键的强弱有关，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。
（3）离子键的强弱与离子半径和离子所带电荷数有关，离子半径越小，离子所带的电荷数越多，离子键越强。
例2 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。
下列一定能说明CaF2是离子晶体的实验是（ ）
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
答案 C
解析 离子晶体中含有离子键，离子键在熔融状态下被破坏，电离出自由移动的阴、阳离子，所以离子晶体在熔融状态下能够导电，这是判断某晶体是否为离子晶体的依据。
例3 （2018·长沙高二期中）如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是（ ）
A．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体
B．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同
C．NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8
D．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同
答案 D
解析 NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体，阴、阳离子个数之比都为1∶1，则都属于AB型的离子晶体，故A、B正确；结合题图可知，NaCl为面心立方结构，钠离子的配位数为6，CsCl为体心立方结构，铯离子的配位数为8，故C正确；NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，但钠离子半径小于铯离子半径，则NaCl的阳离子与阴离子的半径比
小于CsCl的，故D错误。
例4 （2018·南京高二期中）MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序是（ ）
A．MgO＞Rb2O＞BaO＞CaO
B．MgO＞CaO＞BaO＞Rb2O
C．CaO＞BaO＞MgO＞Rb2O
D．CaO＞BaO＞Rb2O＞MgO
答案 B
解析 四种离子晶体所含阴离子相同，所含阳离子不同。
对Mg2＋、Rb＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，Rb＋所带电荷数少，离子半径最大，其与O2－形成的离子键最弱，故Rb2O的熔点最低。
对Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，它们所带电荷数一样多，离子半径Mg2＋＜Ca2＋＜Ba2＋，与O2－形成的离子键由强到弱的顺序是MgO＞CaO＞BaO，相应离子晶体的熔点由高到低的顺序为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。
1．正误判断
（1）离子晶体一定是离子化合物（ ）
（2）离子晶体中一定含有金属元素（ ）
（3）离子晶体的熔点一定低于原子晶体的熔点（ ）
（4）金属晶体与离子晶体的导电原理相同（ ）
（5）含有阴离子的晶体一定是离子晶体（ ）
答案
（1）√
（2）× （3）× （4）× （5）√
2．下列说法中正确的是（ ）
A．固态时能导电的物质一定是金属晶体
B．熔融状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 四种晶体在不同状态下的导电性区别如下：
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
固态
不导电
不导电（晶体硅导电）
导电
不导电
熔融状态
不导电
不导电
导电
可导电
水溶液
有的可导电
－
－
可导电
3.（2018·西安月考）下列说法中正确的是（ ）
A．形成离子键的阴、阳离子间只存在静电吸引力
B．第ⅠA族元素与第ⅦA族元素形成的化合物一定是离子化合物
C．离子化合物的熔点一定比共价化合物的熔点高
D．离子化合物中可能只含有非金属元素
答案 D
解析 形成离子键的阴、阳离子之间不但存在阴、阳离子之间的相互吸引，也存在着电子之间的相互排斥和原子核之间的相互排斥，A项错误；氢是ⅠA族元素，与ⅦA族元素形成的化合物HX都是共价化合物，B项错误；NaCl是离子化合物，SiO2是共价化合物，但前者的熔点较低，C项错误；NH4Cl、（NH4）2SO4等都是只含有非金属元素的离子化合物，D项正确。
4.一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AB
B．阴离子的配位数为4，化学式为A2B
C．每个晶胞中含4个A
D．每个A周围有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，故化学式为AB2，A、B项错误；每个A周围最近且等距离的A有12个（类似于干冰晶体），D项错误。
5．铜单质及其化合物在很多领域有重要用途，如金属铜用来制造电线电缆，五水硫酸铜可用作杀菌剂。
（1）Cu位于元素周期表第ⅠB族。
Cu2＋的核外电子排布式为____________________。
（2）如图是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图，可确定该晶胞中阴离子的个数为________。
（3）Cu2O的熔点比Cu2S的______（填“高”或“低”），请解释原因：
________________________________________________________________________。
答案
（1）1s22s22p63s23p63d9（或[Ar]3d9）
（2）4
（3）高 Cu2O与Cu2S相比，阳离子相同、阴离子所带电荷数也相同，但O2－的半径比S2－的小，所以Cu2O中离子键较强，熔点较高
解析
（1）Cu为29号元素，位于元素周期表的ds区，其价电子排布式为3d104s1，则Cu2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。
（2）由铜的氧化物的晶胞结构可知，有8个O处于顶点位置，4个O处于棱上，2个O处于面上，1个O处于体心，故一个晶胞中实际拥有的O个数为：
8×
＋4×
＋2×
＋1＝4。
（3）Cu2O与Cu2S相比，阳离子相同、阴离子所带电荷数也相同，但O2－的半径比S2－的小，所以Cu2O中离子键较强，熔点较高。
题组一 离子晶体的组成与性质
1．（2019·南充高二月考）仅由下列各组元素所构成的化合物，不可能形成离子晶体的是（ ）
A．H、O、SB．Na、H、O
C．K、Cl、OD．H、N、Cl
答案 A
解析 强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐等是离子晶体。
B项NaOH、C项KClO、D项NH4Cl都是离子晶体。
2．离子晶体中一定不会存在的相互作用是（ ）
A．离子键B．极性键
C．非极性键D．范德华力
答案 D
解析 离子化合物中一定含有离子键，也可能含有共价键，主要是OH－和含氧酸根中的极性共价键，还有O
中的非极性共价键。
只有分子晶体中才含有范德华力，离子晶体中一定不会有范德华力。
3．（2018·乐山沫若中学高二月考）下列物质的性质中，可证明某晶体是离子晶体的是（ ）
A．易溶于水
B．晶体不导电，熔融时能导电
C．熔点较高
D．晶体不导电，水溶液能导电
答案 B
4．下列性质适合于离子晶体的是（ ）
A．熔点1070℃，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0.97g·cm－3
答案 A
解析 离子晶体在液态（即熔融态）导电，B项错误；CS2是非极性溶剂，根据“相似相溶”规律，C项错误；离子晶体质硬易碎，且固态不导电，D项错误。
5．（2018·呼伦贝尔扎兰屯一中高二下学期月考）下表给出几种化合物的熔点和沸点：
物质
NaCl
MgCl2
AlCl3
CCl4
熔点/℃
801
714
190
－22.9
沸点/℃
1465
1412
178
76.8
关于表中4种化合物有下列说法，其中正确的是（ ）
①AlCl3在加热时可升华
②CCl4属于分子晶体
③1500℃时NaCl可形成气体分子
④AlCl3是典型的离子晶体
A．①②④B．③④C．①②③D．①②③④
答案 C
解析 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，所以可升华；NaCl为离子晶体，但1500℃高于其沸点，故1500℃时以分子形式存在。
6．离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子之间的核间距离和离子所带电荷的大小，根据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是（ ）
A．KCl>NaCl>BaO>CaO
B．NaCl>KCl>CaO>BaO
C．CaO>BaO>KCl>NaCl
D．CaO>BaO>NaCl>KCl
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，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D项正确。
7．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．离子键强弱：
NaF＞NaCl＞NaBr
C．阴离子的配位数：
CsCl＞NaCl＞CaF2
D．硬度：
MgO＞CaO＞BaO
答案 A
解析 掌握好离子半径的大小变化规律是分析离子晶体性质的关键。
r（Na＋）＞r（Mg2＋）＞r（Al3＋），Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷数依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强，故熔点依次升高；r（F－）＜r（Cl－）＜r（Br－），故NaF、NaCl、NaBr的离子键依次减弱；在CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4；r（Mg2＋）＜r（Ca2＋）＜r（Ba2＋），故MgO、CaO、BaO中离子键依次减弱，硬度依次减小。
题组二 离子晶体结构分析
8．（2019·济宁一中月考）下列关于氯化铯晶体的叙述不正确的是（ ）
A．1mol氯化铯中有6.02×1023个CsCl分子
B．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围与它最近且等距离的Cs＋有6个
C．氯化铯晶体中，Cs＋和Cl－的配位数都是8
D．每个晶胞中平均含有1个Cs＋和1个Cl－
答案 A
解析 在氯化铯晶体中不存在CsCl分子，只存在Cs＋和Cl－，化学式CsCl表示氯化铯晶体中Cs＋和Cl－的个数比为1∶1。
9．（2019·宜昌高二检测）在冰晶石（Na3[AlF6]）晶胞中，[AlF6]3－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（ ）
A．12B．8C．4D．3
答案 A
解析 NaCl晶胞中Cl－个数为8×
＋6×
＝4，由题意知，冰晶石晶胞中[AlF6]3－的个数也应当为4，化学式Na3[AlF6]中Na＋和[AlF6]3－的个数比为3∶1，所以冰晶石晶胞中含Na＋个数为4×3＝12。
10．在下列离子晶体空间结构示意图中，代表阳离子，代表阴离子。
若M代表阳离子，N代表阴离子，则化学式为MN2的晶体结构是（ ）
答案 B
解析 A项，阳离子位于顶点和面心，晶胞中平均含有阳离子的数目为8×
＋6×
＝4，阴离子位于体心，晶胞中含有的阴离子数目为1，故该晶胞中阳离子和阴离子的个数比为4∶1，化学式为M4N，错误；B项，阳离子位于顶点，晶胞中平均含有阳离子的数目为4×
＝
，阴离子位于体心，晶胞中含有的阴离子数目为1，故该晶胞中阳离子和阴离子的个数比为
∶1＝1∶2，化学式为MN2，正确；C项，阳离子位于顶点，晶胞中平均含有阳离子的数目为3×
＝
，阴离子位于体心，晶胞中含有的阴离子数目为1，故该晶胞中阳离子和阴离子的个数比为
∶1＝3∶8，化学式为M3N8，错误；D项，阳离子位于顶点，晶胞中平均含有阳离子的数目为8×
＝1，阴离子位于体心，晶胞中含有的阴离子数目为1，故该晶胞中阳离子和阴离子的个数比为1∶1，化学式为MN，错误。
11.钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其晶胞的结构如图所示，下列有关说法中不正确的是（ ）
A．该晶体属于离子晶体
B．晶体的化学式为BaO2
C．该晶体的晶胞结构与CsCl相似
D．与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有12个
答案 C
解析 图示晶体中含有Ba2＋和O
，则该晶体属于离子晶体，A项正确；该晶体的晶胞结构与NaCl的晶胞结构相似，所以与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有12个，C项不正确，D项正确；在1个NaCl晶胞中含有4个Na＋和4个Cl－，因此该氧化物的1个晶胞中含有4个Ba2＋和4个O
，晶体的化学式应为BaO2，B项正确。
12.已知CsCl晶体的密度为ρg·cm－3，NA为阿伏加德罗常数的值，相邻的两个Cs＋的核间距为acm，如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为（ ）
A．NA·a3·ρB.
C.
D.
答案 A
解析 该立方体中含1个Cl－，Cs＋数目为8×
＝1，根据ρV＝
知，M＝ρVNA＝ρa3NA，以g·mol－1为单位时摩尔质量在数值上等于其相对分子质量，所以其相对分子质量是ρa3NA。
13．金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。
请回答下列问题：
（1）Ni原子的核外电子排布式为________________。
（2）NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同：
Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69pm和78pm，则熔点NiO________（填“<”或“>”）FeO。
（3）NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为____________、__________。
（4）金属镍与镧（La）形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如图所示。
该合金的化学式为_____________________。
答案
（1）1s22s22p63s23p63d84s2（或[Ar]3d84s2）
（2）> （3）6 6 （4）LaNi5
解析
（2）NiO、FeO都属于离子晶体，熔点高低受离子键强弱影响，离子半径越小，离子键越强，熔点越高。
（3）因为NiO晶体结构与NaCl的相同，而NaCl晶体中Na＋、Cl－的配位数都是6，所以，NiO晶体中Ni2＋、O2－的配位数也是6。
（4）根据晶胞结构可计算，一个合金晶胞中，La原子数＝8×
＝1，Ni原子数＝1＋8×
＝5。
所以该合金的化学式为LaNi5。
14．（2018·江苏盘湾中学、陈洋中学高二期中联考）A、B为两种短周期元素，A的原子序数大于B，且B原子的最外层电子数为A原子最外层电子数的3倍。
A、B形成的化合物是中学化学常见的化合物，该化合物熔融时能导电，试回答下列问题：
（1）A、B的元素符号分别是__________、____________。
（2）写出A、B元素形成的化合物的电子式：
________________________________________________________________________。
（3）A、B所形成的化合物的晶体结构与氯化钠晶体结构相似，则每个阳离子周围吸引了____________个阴离子；晶体中阴、阳离子个数之比为____________。
（4）A、B所形成化合物的晶体的熔点比NaF晶体的熔点________（填“高”或“低”），其判断的理由是______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）Mg O
（2）
（3）6 1∶1
（4）高 MgO中离子所带电荷数较多，离子键强
解析 A、B形成的化合物是中学化学常见的化合物，该化合物熔融时能导电，说明是离子化合物。
B原子的最外层电子数为A原子最外层电子数的3倍，B的最外层电子数＜8，又是3的倍数，就只能是6或3，最外层电子数为6的短周期元素只有O和S，最外层电子数为3的短周期元素为B或Al，分别对应的A的最外层电子数是2或1，A的原子序数大于B，则满足条件的有A为Na、B为B，A为Mg、B为O，其中MgO为中学化学常见化合物，且为离子化合物。
（1）根据上述分析可知，A、B分别是Mg和O。
（2）A、B元素形成的化合物是MgO，其电子式为
。
（3）因A、B所形成的化合物是MgO，其晶体结构与氯化钠晶体结构相似，则每个阳离子周围吸引了6个阴离子，晶体中阴、阳离子个数之比为1∶1。
（4）Mg2＋、O2－与Na＋、F－半径相差不大，但Mg2＋、O2－所带的电荷数多，形成的离子键较强，故熔点较高。
15.如图所示为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿的晶胞结构。
（1）在该物质的晶体结构中，每个钛离子周围与它距离最近且相等的钛离子有______个，钙离子有______个。
（2）该化合物的化学式为________。
（3）若钙、钛、氧三种元素的相对原子质量分别为a、b、c，晶胞的边长（钛离子之间的距离）为dnm（1nm＝1×10－9m），则该晶体的密度为__________g·cm－3（用NA表示阿伏加德罗常数的值）。
答案
（1）6 8
（2）CaTiO3 （3）
解析
（1）每个钛离子周围与它距离最近且相等的钛离子有6个（上、下、前、后、左、右各1个），每个钛离子周围与它距离最近且相等的钙离子有8个。
（2）该正六面体结构单元中，钙离子位于晶胞的体心，故钙离子数为1。
钛离子位于顶角，钛离子数为8×
＝1，氧离子位于棱上，氧离子数为12×
＝3。
因此，该化合物的化学式为CaTiO3。
（3）由
（2）可知，1个晶胞的质量m＝
g，体积V＝（d×10－7cm）3＝d3×10－21cm3，则晶体的密度ρ＝
＝
g·cm－3。
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