化学选修3 物质结构与性质第四节 离子晶体教学设计

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 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NaCl①在NaCl晶体中，Na＋的配位数为6，Cl－的配位数为6②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CsCl①在CsCl晶体中，Cs＋的配位数为8，Cl－的配位数为8②每个Cs＋与6个Cs＋等距离相邻，每个Cs＋与8个Cl－等距离相邻CaF2①在CaF2晶体中，Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4②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(2 800 ℃)高于SiO2的熔点(1 600 ℃)。(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3 410 ℃)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6B．该晶体中的阴离子与F2是等电子体C．6.4 g CaC2晶体中含阴离子0.1 molD．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；6.4 g CaC2为0.1 mol，CaC2晶体中含阴离子为C，则含阴离子0.1 mol，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1 mol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＞CaOB．NaCl＞KCl＞CaO＞BaOC．CaO＞BaO＞NaCl＞KClD．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>AlF3B．晶格能：NaF>NaCl>NaBrC．阴离子的配位数：CsCl>NaCl>CaF2D．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－)<r(Cl－)<r(Br－)，故NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小。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，晶格能依次减小，硬度依次减小。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∶1D．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．①②④  B．①③⑥  C．①⑤⑥  D．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、Hg       B．Si、SiC、金刚石C．H2O、H2S、H2Se  D．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OB．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1 413 ℃时，NaCl晶体形成气体，并以分子形式存在。现有 29.25 g NaCl晶体，强热使温度达到1 450 ℃，测得气体体积为5.6 L(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：＝sin 45°，即 ＝1.414，＝0.414。2(r＋＋r－)＝a，r＋＋r－＝，即离子键键长为。由题意29.25 g氯化钠在1 450 ℃时为0.25 mol，故其摩尔质量为117 g/mol，氯化钠气体的化学式为Na2Cl2。答案：(1)6　1∶1　(2)　(3)0.414　(4)Na2Cl2