第四节离子晶体.docx

1、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NaClCsClCaF2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kJmol?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,

2、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1 mol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

3、)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

4、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d nm(1 nm=10-9 m),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

5、子化合物NaBrBaClMgO离子电荷数112核间距/pm298282210晶格能/kJmol?17477863 791熔点/7478012 852摩氏硬度B.C.D.变式训练 1 (2013南京师大附中月考)氧化钙在2 973 K时熔化,而氯化钠在1 074 K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

6、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(AlCl3 160时升华)，判断下列说法错误的是晶体NaClMgOSiCl4AlCl3晶体硼熔点/8012800-701802500A.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

7、)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、CB.Na、S、OC.H、N、OD.H、S、O5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

8、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.B2AB.BA2C.B7A4D.B4A72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1 mol离子键所放出的能量B.晶格能指破坏1 mol离子键所吸收的能量C.晶格能指1 mol离子化合物中的阴、阳离子由

9、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4MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序可能是A.MgORb2OBaOCaOB.MgOCaOBaORb2OC.CaOBaOMgORb2OD.CaOBaORb2OMgO5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：CO2NaClNaSiCS2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)，

10、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：Na3AlF63Na+ Al，那么大立方体的体心处所代表的微粒为A.Na B.Al3C.FD.Al2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

11、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_。3I.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ANaClKClCsCl熔点/K1 0741 049918物质BNaMgAl熔点/K317923933(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_。. 元素X的某价态离子Xn+中所

12、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

13、周期部分元素氟化物的熔点见下表：氟化物NaFMgF2SiF4熔点/K1 2661 534183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3.68 4 6 8 8 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1 mol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N

14、H4Cl、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

15、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81=8.(4)提示:在NaCl晶体中每个Na

16、+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

17、，不能说明CaF2一定是离子晶体。【备注】无【变式训练】(1)68(2)311CaTiO3(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=d310-21cm3,1 mol晶胞的质量

18、=(a+b+3c)g,体积=NAd310-21 cm3,根据 =。【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+)r(K+),所以NaCl的晶格能大于KCl;Na+所带的电荷数少于Mg2+,且r(Mg2+) CaO,熔点MgOCaO,硬度MgOCaO。【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

19、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】1CD【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

20、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2C【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

21、注】无3C【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4C【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5A【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

22、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】1B【解析】根据均摊法，该结构单元中含A：818，含B：，B与A离子数之比为4:81:2，即该晶体的化学式为BA2，B项正确。【备注】无2C【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

23、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PP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3C【解析】晶格能指1 mol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4B【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

24、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MgOCaOBaO。综上所述，四种离子晶体熔点的高低顺序是MgOCaOBaORb2O，选B。【备注】无5D【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)(2)CO2H2H2、CO2、HFHF(NH4)2SO4SiCSiC(NH4)2SO4HFCO2H2【解析】(1)一般地，不同晶体的

25、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：CO2CS2NaNaClSi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】1A【解析】根据Na3AlF6熔融时的电离方程式Na3AlF63Na + Al并结合题目中晶体结构单元图示可知，晶胞中拥有的有81/8 + 61/24个,由于Na与 AlF63的个数比为3：1，所以晶胞中拥有的数目121/4 + 8 +112个，即体心处代表Na。【备注】无2(1)48(2)面心立方846【解析】(1)Ca2占据晶胞中8个顶

26、角、6个面心的位置，故Ca2的个数为864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3I. (1)离子离子键NaClKClCsCl(2)金属NaMgMg2Al3NaMgAl.(1)31 (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。.(1)Xn+位于晶胞的棱上，其数目为1