離子晶體空間結(jié)構(gòu)

1、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)專題3微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)第二單元離子鍵離子晶體化學(xué)選修311 、形成過(guò)程 以 NaCl 為例 。 第一步 電子轉(zhuǎn)移形成離子： Na e Na+ ， Cl + e Cl 第二步 靠靜電作用， 形成化學(xué)鍵 。 相應(yīng)的電子構(gòu)型變化： 2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6 ， 3s 2 3p 5 3s 2 3p 6 形成 Ne 和 Ar 的稀有氣體原子的結(jié)構(gòu)，形成穩(wěn)定離子。離 子 鍵回顧:化學(xué)2 使帶相反電荷的陰、陽(yáng)離子結(jié)合的相互作用，稱為離子鍵。 一 、離子鍵的形成22Na + Cl2 = 2NaCl +11+17+17+11Na+ Cl-NaClCl-Na+3 2 、

2、離子鍵的形成條件 1元素的電負(fù)性差比較大 X 1.7，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，形成離子鍵； X 1.7 ，實(shí)際上是指離子鍵的成分大于 50 %。 2 易形成穩(wěn)定離子 Na + 2s 2 2p 6，Cl 3s 2 3p 6 ，達(dá)到稀有氣體式穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 Ag + 4d10 ， Zn 2 + 3d10 ， d 軌道全充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 只轉(zhuǎn)移少數(shù)的電子，就達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 而 C 和 Si 原子的電子結(jié)構(gòu)為 s 2 p 2 ，要失去或得到 4 e，才能形成穩(wěn)定離子，比較困難。所以一般不形成離子鍵。如53形成離子鍵時(shí)釋放能量多 Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s ) H = 4

3、10.9 kJmol1 在形成離子鍵時(shí)，以放熱的形式，釋放較多的能量。 CCl 4 、SiF4 等，均為共價(jià)化合物 。離子鍵的特征離子鍵無(wú)方向性和飽和性 通常情況下，陰、陽(yáng)離子可以看成是球形對(duì)稱的。陰、陽(yáng)離子的電荷分布也是球形對(duì)稱的，它們?cè)诳臻g各個(gè)方向上的靜電作用相同，所以在各個(gè)方向上都可以與帶相反電荷的離子發(fā)生靜電作用，且在靜電作用能達(dá)到的范圍內(nèi)，只要空間允許，一個(gè)離子可以同時(shí)吸引多個(gè)帶相反電荷的離子。（思考P35的交流與討論）6特征：無(wú)方向性，無(wú)飽和性Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-Na+Na+N

4、a+Cl-Cl-Na+氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)7用電子式表示離子化合物及其形成過(guò)程N(yùn)a+Cl Na+ Cl - 回顧:8注意點(diǎn)：陽(yáng)離子的表示 Na+ Mg2+1.離子的電子式陰離子的表示 Cl - 2- O 9化合物的電子式如NaCl的電子式 Na+ Cl - 如MgO電子式 2- O Mg2+10二、離子晶體1、離子晶體：由陰、陽(yáng)離子構(gòu)成的晶體。2、離子晶體中離子之間的作用力是離子鍵。3、離子鍵的強(qiáng)度： 晶格能 ：是指拆開1mol離子晶體使之形成氣態(tài)陰離子和陽(yáng)離子所吸收的能量。 用 U 表示，單位是kj/mol. 晶格能 U 越大，則形成離子鍵得到離子晶體時(shí)放出的能量越多，離子鍵越強(qiáng)。晶體的熔沸點(diǎn)就

5、比較高，硬度就比較大。討論并完成P36的交流與討論114、影響離子鍵強(qiáng)度的因素 離子電荷數(shù)的影響，電荷高，離子鍵強(qiáng) 。 離子半徑的影響，半徑小，離子鍵強(qiáng)。5、離子晶體的特點(diǎn)： 無(wú)確定的相對(duì)分子質(zhì)量 NaCl 晶體是個(gè)大分子，晶體中無(wú)單獨(dú)的 NaCl 分子存在。NaCl 是化學(xué)式，因而 58.5 可以認(rèn)為是式量，不是相對(duì)分子質(zhì)量 。 導(dǎo)電性 ：水溶液或熔融態(tài)導(dǎo)電，是通過(guò)離子的定向遷移完成的，而不是通過(guò)電子流動(dòng)導(dǎo)電 。 熔點(diǎn)沸點(diǎn)較高 硬度高 延展性差12三、離子晶體結(jié)構(gòu)模型 1、 NaCl型離子晶體的結(jié)構(gòu)（KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO、CaS等均屬于此類晶體。）晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在

6、氯化鈉晶體中，Na+ 或Cl-周圍各排列著6個(gè)帶相反電荷的離子，即每個(gè)Na+ 周圍有6個(gè)Cl-，每個(gè)Cl-周圍有6個(gè)Na+。每個(gè)NaCl晶胞中含有4個(gè)Na+和4個(gè)Cl-。13 配位數(shù) 最近層的異號(hào)離子有 6 個(gè)，則配位數(shù)為 6 。 晶胞類型 觀察同一種點(diǎn)，如觀察空心圓點(diǎn) Cl，正六面體的 8 個(gè)頂點(diǎn)和各面的中心，均有一個(gè)。所以為面心立方晶胞。14-Cl- Na+NaCl的晶體結(jié)構(gòu)模型151、每個(gè)Na+同時(shí)吸引 個(gè)Cl-，每個(gè)Cl-同時(shí)吸引 個(gè)Na+，而Na+數(shù)目與Cl-數(shù)目之比為 ，化學(xué)式為 。2、根據(jù)氯化鈉的結(jié)構(gòu)模型確定晶胞，并分析其構(gòu)成。每個(gè)晶胞中有 個(gè)Na+，有 個(gè)Cl-。3、在每個(gè)Na

7、+周圍與它最近的且距離相等的Na+有 個(gè)。661：1 NaCl44124、在每個(gè)Na+周圍與它最近的且距離相等的Cl-所圍成的空間結(jié)構(gòu)為 體。正八面氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)氯化鈉晶胞提問162、CsCl型離子晶體的結(jié)構(gòu)（CsBr、CsI、NH4Cl等均屬于此類晶體。）晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在氯化銫晶體中，Cs+ 或Cl-周圍各排列著8個(gè)帶相反電荷的離子，即每個(gè)Cs+ 周圍有8個(gè)Cl-，每個(gè)Cl-周圍有8個(gè)Cs+。每個(gè)CsCl晶胞中含有1個(gè)Cs+和1個(gè)Cl-。17 右圖是一個(gè) CsCl 的晶胞 觀察空心圓點(diǎn)，只存在于立方體頂點(diǎn)的 8 個(gè)位置上，無(wú)其它位置。( 1/8 ) 8 = 1 1 1 = 1 組成和對(duì)稱性均

8、有代表性 。配位數(shù)為 8 。18CsCl型CsCl的晶體結(jié)構(gòu)示意圖191、每個(gè)Cs+同時(shí)吸引 個(gè) Cl-，每個(gè)Cl-同時(shí)吸引 個(gè)Cs+，而Cs+數(shù)目與Cl-數(shù)目之比為 ，化學(xué)式為 。 2、根據(jù)氯化銫的結(jié)構(gòu)模型確定晶胞，并分析其構(gòu)成。每個(gè)晶胞中有 Cs+，有 個(gè)Cl- 。3、在每個(gè)Cs+周圍與它最近的且距離相等的Cs+有 個(gè)。881：1CsCl116氯化銫晶體結(jié)構(gòu)氯化銫晶胞提問20？問題：NaCl 、CsCl都是AB型離子化合物，兩者的配位數(shù)卻不同，你認(rèn)為造成這一差異的可能原因是什么？21P37 拓展視野離子晶體中離子的配位數(shù)：與它們的相對(duì)大小有關(guān)，與其所帶的電荷數(shù)的多少無(wú)關(guān)。在離子晶體中，陰、

9、陽(yáng)離子總是盡可能緊密地排列，且一種離子周圍緊鄰的帶相反電荷的離子越多，體系能量越低，所形成的離子晶體越穩(wěn)定。離子中離子的配位數(shù)與r +/ r 有關(guān)。22。 ABCD+ADCB+r + / r 與配位數(shù)23 結(jié)論 時(shí) ，配位數(shù)為 6 。 此時(shí)，為介穩(wěn)狀態(tài)，見下面左圖。 如果 r + 再大些 ：+ 則出現(xiàn) b) 種情況，見下面右圖，即離子同號(hào)相離，異號(hào)相切的穩(wěn)定狀態(tài)。+ 從八配位的介穩(wěn)狀態(tài)出發(fā)，探討半徑比與配位數(shù)之間的關(guān)系。24ABCDABCD 下圖所示，八配位的介穩(wěn)狀態(tài)的對(duì)角面圖。ABCD 是矩形。 當(dāng) r + 繼續(xù)增加，達(dá)到并超過(guò) 時(shí)，即陽(yáng)離子周圍可容納更多陰離子時(shí)，為 8 配位。可以求得 結(jié)

10、論 為 0.414 0.732，6 配位 NaCl 式晶體結(jié)構(gòu)。25 總之，配位數(shù)與 r +/ r 之比相關(guān)： 0.225 0.414 4 配位 ZnS 式晶體結(jié)構(gòu) 0.414 0.732 6 配位 NaCl 式晶體結(jié)構(gòu) 0.732 1.000 8 配位 CsCl 式晶體結(jié)構(gòu) 注意 討論中將離子視為剛性球體，這與實(shí)際情況有出入。但這些計(jì)算結(jié)果仍不失為一組重要的參考數(shù)據(jù)。因而，我們可以用離子間的半徑比值作為判斷配位數(shù)的參考。 若 r + 再增大，可達(dá)到 12 配位；r + 再減小，則形成 3 配位。 若 r + 變小，當(dāng) ， 則出現(xiàn) a ) 種情況，如右圖。陰離子相切，陰離子陽(yáng)離子相離的不穩(wěn)定狀

11、態(tài)。配位數(shù)將變成 4 。+26陰、陽(yáng)離子半徑必欲配位數(shù)的關(guān)系r + / r配位數(shù)實(shí)例0.2550.4144ZnS0.4140.3726NaCl0.3721.08CsCl1.012CsF27 石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)為平面正六邊形結(jié)構(gòu)（如圖），試回答下列問題：（1）圖中平均每個(gè)正六邊形占有C原子數(shù)為_個(gè)、占有的碳碳鍵數(shù)為_個(gè)。碳原子數(shù)目與碳碳化學(xué)鍵數(shù)目之比為_.練習(xí)一：2:32328 在氯化銫晶體中，每個(gè)Cl-(或Cs+)周圍與之最接近且距離相等的Cs+(或Cl-)共有 ；這幾個(gè)Cs+(或Cl-)在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 ；在每個(gè)Cs+周圍距離相等且最近的Cs+共有 ；這幾個(gè)Cs+(或Cl-)在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 ；CsCl晶體8個(gè)立方體6 個(gè)正八面體練習(xí)229 1987年2月，朱經(jīng)武（Paul Chu）教授等發(fā)現(xiàn)釔鋇銅氧化合物在90K溫度下即具有超導(dǎo)性，若該化合物的結(jié)構(gòu)如右圖所示，則該化合物的化學(xué)式可能是（ ） A. YBa2CuO7-X B. YBa2Cu2O7-X C. YBa2Cu3O7-X D. YBa2Cu4O7-XCu 8(1/8) + 8(1/4) = 3 1/81/4Ba 2Y 1C練習(xí)330白磷的鍵角為多少？Wg白磷中磷磷單鍵的數(shù)目為多少？60 (W/124) 6 NA 練習(xí)431晶體中Na+和Cl-間最小距離為a cm， 計(jì)算NaCl晶體的密度