高中化學選修三《3.4 離子晶體》學案

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精第四節(jié)離子晶體［學習目標］能說明離子鍵的形成，能根據(jù)離子化合物的結構特征解釋其物理性質。能說明離子鍵的形成，能根據(jù)離子化合物的結構特征解釋其物理性質。知道離子化合物的熱穩(wěn)定性與陰、陽離子的半徑和電荷有關。了解晶格能的應用，知道晶格能的大小可以衡量離子晶體中離子鍵的強弱能說出分子晶體與原子晶體、離子晶體、金屬晶體的結構基元以及物理性質方面的主要區(qū)別［知識梳理］1．構成離子晶體的粒子是，粒子之間的相互作用是,這些粒子在晶體中(能或不能)自由移動，所以離子晶體(能或不能）導電．2.離子晶體中的配位數(shù)是指___________________________________________________.3。___________________________________是決定離子晶體結構的重要因素.此外,離子晶體的結構還取決于____________________________.4.離子晶體的晶格能的定義是________________________________________________.離子晶體的晶格能是最能反映_____________________的數(shù)據(jù).5.晶格能越大，形成的離子晶體_________________________,而且熔點_______________，硬度______________.典型的離子晶體，晶格能的大小與離子所帶的電荷和離子半徑的關系一般是:離子電荷高,晶格能

，離子半徑大，晶格能

.［方法導引］1。離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體的比較晶體類型原子晶體分子晶體金屬晶體離子晶體晶體質點（粒子)原子分子金屬陽離子、自由電子陰、陽離子粒子間作用（力）共價鍵分子間作用力復雜的靜電作用離子鍵熔沸點很高很低一般較高，少部分低較高硬度很硬一般較軟一般較硬，少部分軟較硬溶解性難溶解相似相溶難溶(Na等與水反應）易溶于極性溶劑導電情況不導電(除硅）一般不導電良導體固體不導電，熔化或溶于水后導電實例金剛石、水晶、碳化硅等干冰、冰、純硫酸、H2(S）Na、Mg、Al等NaCl、CaCO3NaOH等2．物質熔沸點的比較⑴不同類晶體：一般情況下，原子晶體>離子晶體〉分子晶體⑵同種類型晶體：構成晶體質點間的作用大，則熔沸點高，反之則小。四種晶體熔、沸點對比規(guī)律

①離子晶體：結構相似且化學式中各離子個數(shù)比相同的離子晶體中，離子半徑小（或陰、陽離子半徑之和越小的），鍵能越強的熔、沸點就越高。如NaCl、NaBr、Nal；NaCl、KCl、RbCl等的熔、沸點依次降低。

離子所帶電荷大的熔點較高。如：MgO熔點高于NaCl

②分子晶體：在組成結構均相似的分子晶體中,式量大的分子間作用力就大熔點也高。如：F2、Cl2、Br2、I2和HCl、HBr、HI等均隨式量增大。熔、沸點升高。但結構相似的分子晶體,有氫鍵存在熔、沸點較高.

③原子晶體:在原子晶體中,只要成鍵原子半徑小，鍵能大的，熔點就高.如金剛石、金剛砂（碳化硅)、晶體硅的熔、沸點逐漸降低。④金屬晶體:在元素周期表中，主族數(shù)越大,金屬原子半徑越小，其熔、沸點也就越高。如ⅢA的Al，ⅡA的Mg，IA的Na，熔、沸點就依次降低。而在同一主族中，金屬原子半徑越小的，其熔沸點越高。⑶常溫常壓下狀態(tài)①熔點:固態(tài)物質〉液態(tài)物質②沸點:液態(tài)物質>氣態(tài)物質3.均攤法確定晶體的化學式在學習晶體時和在一些考試中，我們會遇到這樣一類試題：題目中給出晶體的—部分(稱為晶胞)的圖形,要求我們確定晶體的化學式．求解這類題,通常采用均攤法．均攤法是先求出給出的圖形（晶胞)中平均擁有的各種粒子(離子或原子）的數(shù)目，再計算各種粒子數(shù)目的比值，從而確定化學式．均攤法有如下規(guī)則，以NaCl的晶胞為例：①處于頂點的粒子，同時為8個晶胞所共有，所以，每個粒子只分攤1/8給該晶胞．②處于棱上的粒子,同時為4個晶胞所共有,所以，每個粒子只分攤1/4給該晶胞．③處于面上的粒子，同時為2個晶胞所共有,所以，每個粒子只分攤1/2給該晶胞．④處于晶胞內部的粒子，則完全屬于該晶胞．由此算出在NaCl的晶胞中：含數(shù)：含數(shù)：故NaCl晶體中,和數(shù)目之比為1∶1．例題解析例1.下列性質中，可以證明某化合物內一定存在離子鍵的是（）A、可溶于水B、具有較高的熔點C、水溶液能導電D、熔融狀態(tài)能導電解析：本題考查對化學鍵—-—-——離子鍵的判斷。只要化合物中存在離子鍵必例2.參考下表中物質的熔點，回答下列問題。物質NaFNaClNaBrNaINaClKClRbClCsCl熔點（℃）995801755651801776715646物質SiF4SiCl4SiBr4SiI4SiCl4GeCl4SbCl4PbCl4熔點(℃)—90.4—70。25.2120-70。2—49。5—36.2—15(1)鈉的鹵化物及堿金屬的氯化物的熔點與鹵離子及堿金屬離子的__有關,隨著增大,熔點依次降低。(2）硅的鹵化物及硅、鍺、錫、鉛的氯化物熔點與有關，隨著增大，增強，熔點依次升高.（3）鈉的鹵化物的熔點比相應的硅的鹵化物的熔點高得多，這與有關,因為一般比熔點高。解析：本題主要考查物質溶沸點的高低與晶體類型和晶體內部微粒之間作用力的關系以及分析數(shù)據(jù)進行推理的能力.(1）表中第一欄的熔點明顯高于第二欄的熔點，第一欄為IA元素與ⅦA元素組成的離子晶體，則第二欄為分子晶體.(2）分析比較離子晶體熔點高低的影響因素:物質熔化實質是減弱晶體內微粒間的作用力,而離子晶體內是陰、陽離子，因此離子晶體的熔化實際上是減弱陰、陽離子間的作用力———-——-—離子鍵,故離子晶體的熔點與離子鍵的強弱有關。從鈉的鹵化物進行比較：鹵素離子半徑是r(F—)〈r（Cl-）<r(Br—）〈r（I—），說明熔點隨鹵素陰離子半徑的增大而減小.又從堿金屬的氯化物進行比較:堿金屬陽離子半徑是r（Na+）〈r(K+）〈r（Rb+)〈r（Cs+)，說明熔點隨堿金屬陽離子半徑的增大而減小。（3）分析比較分子晶體熔點高低的影響因素:分子晶體內的微粒是分子，因此分子晶體的熔點與分子間的作用力有關.從硅的鹵化物進行比較:硅的鹵化物分子具有相似的結構，從SiF4到SiI4相對分子量逐步增大，說明熔點隨化學式的式量的增加而增大。由從硅、鍺、錫、鉛的氯化物進行比較：這些氯化物具有相似的結構，從SiCl4到PbCl4相對分子質量逐步增大，說明熔點隨化學式的式量的增加而增大。答案：第一問半徑,半徑第二問：相對分子質量，相對分子質量,分子間作用力.第三問：晶體類型，離子晶體,分子晶體。例3。（1)中學化學教材中圖示了NaCl晶體結構，它向三維空間延伸得到完美晶體。NiO（氧化鎳）晶體的結構與NaCl相同，Ni2+與最臨近O2-的核間距離為a×10-8cm,計算NiO晶體的密度(已知NiO的摩爾質量為74。7g（2）天然和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某氧化鎳晶體中就存在如圖所示的缺陷:一個Ni2+空缺，另有兩個Ni2+被兩個Ni3+所取代。其結果晶體仍呈電中性，但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成Ni0。97O，試計算該晶體中Ni3+與Ni2+的離子個數(shù)之比.解析：（1）如圖所示，以立方體作為計算單元，此結構中含有Ni2+——O2—離子數(shù)為：4×=（個），所以1molNiO晶體中應含有此結構的數(shù)目為6。02×1023÷=12.04×1023(個），又因一個此結構的體積為（a×10—8cm）3,所以1molNiO的體積為12。04×1023×(a×10-8cm）3，NiO的摩爾質量為74。7g/mol，所以NiO晶體的密度為 （g/cm3）（2）解法一（列方程）：設1molNi0。97O中含Ni3+為xmol,Ni2+為ymol,則得x+y=0。97(Ni原子個數(shù)守恒）3x+2y=2(電荷守恒）解得x=0.06，y=0.91故n(Ni3+）：n(Ni2+)=6：91解法二（十字交叉）:由化學式Ni0。97O求出Ni的平均化合價為2/0.97,則有Ni3+30.06/0。972/0。97Ni2+20.91/0.97故n(Ni3+):n（Ni2+)=6:91.解法三直接分析法依題意,一個Ni2+空缺，另有兩個Ni2+被兩個Ni3+取代。由Ni0.97O可知,每100個氧離子，就有97個鎳離子，有三個Ni2+空缺，也就有6個Ni2+被Ni3+所取代,所以Ni3+有6個，Ni2+為97-6=91個。即Ni3+與Ni2+之比為6：91。解法四雞兔同籠發(fā)從Ni0。97O可知,假如有100個氧離子，就有97個鎳離子，假設這97個鎳離子都是+2價，那么正價總和為194價，負價總和為200價.為什么還差+6價呢?這是因為多假設6個+2價的鎳離子。實際上有Ni3+6個、Ni2+91個。所以Ni3+與Ni2+的個數(shù)比為6：91.說明：求解晶體結構計算題,空間三維立體想象是關鍵。要運用分割、增補等手段。借此類題的中心思想是把化學問題抽象成數(shù)學問題來解決.［基礎訓練］1.由鉀和氧組成的某種離子晶體中含鉀的質量分數(shù)為78/126，其陰離子只有過氧離子（O22－)和超氧離子（O2－)兩種.在此晶體中，過氧離子和超氧離子的物質的量之比為A.2︰1B.1︰1C。1︰2D。12．食鹽晶體如右圖所示。在晶體中，表示Na+，表示Cl。已知食鹽的密度為g/cm3,NaCl摩爾質量Mg/mol，阿伏加德羅常數(shù)為N，則在食鹽晶體里Na+和Cl的間距大約是 AcmBcm AcmDcm3．下列物質中，含有共價鍵的離子晶體是（）A．NaCl B．NaOHC．NH4Cl D．I24．實現(xiàn)下列變化，需克服相同類型作用力的是（）A．石墨和干冰的熔化 B．食鹽和冰醋酸的熔化C．液溴和水的汽化 D．純堿和燒堿的熔化5．下列性質中，能較充分說明某晶體是離子晶體的是（)A．具有高的熔點 B．固態(tài)不導電，水溶液能導電C．可溶于水 D．固態(tài)不導電,熔化狀態(tài)能導電6．下列敘述中正確的是（)A．離子晶體中肯定不含非極性共價鍵B．原子晶體的熔點肯定高于其他晶體C．由分子組成的物質其熔點一定較低D．原子晶體中除去極性共價鍵外不可能存在其他類型的化學鍵7.某物質的晶體中，含A、B、C三種元素，其排列方式如右圖所示（其中前后兩面心上的B原子不能畫出)，晶體中A、B、C的原子個數(shù)比依次為（）A．1：3:1 B．2：3:1C．2:2：1 D．1：3：38.實現(xiàn)下列變化，需克服相同類型作用力的是（）A．碘和干冰升華B．二氧化硅和生石灰熔化C．氯化鈉和鐵熔化D．苯和乙烷蒸發(fā)9。下列各組物質的晶體中，化學鍵類型相同，晶體類型也相同的是（)A．SO2和SiO2B．CO2和H2OC．NaCl和HClD．CCl4和KCl10.如下圖所示,是一種晶體的晶胞,該離子晶體的化學式為（）A．ABCB．ABC3C．AB2C3D．AB11．實現(xiàn)下列變化時,需克服相同類型作用力的是(）A．水晶和干冰的熔化B．食鹽和冰醋酸的熔化C．液溴和液汞的汽化D．純堿和燒堿的熔化12.2001年，日本科學家發(fā)現(xiàn)了便于應用、可把阻抗降為零的由硼和鎂兩種元素組成的超導材料。這是27年來首次更新了金屬超導體的記錄，是目前金屬化合物超導體的最高溫度.該化合物也因此被美國《科學》雜志評為2001年十大科技突破之一。圖為該化合物的晶體結構單元示意圖：鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上下底面還各有一個鎂原子，6個硼原子位于棱柱內。則該化合物的化學式可表示為（)A.MgBB.MgB2CMg2BD。Mg3B213.如下圖為高溫超導領域里的一種化合物——鈣鈦礦晶體結構，該結構是具有代表性的最小重復單元．（1）在該物質的晶體中，每個鈦離子周圍與它最接近的且等距離的鈦離子共有個．(2）該晶體中，元素氧、鈦、鈣的個數(shù)比是．14.1mol氣態(tài)鈉離子和1mol氣態(tài)氯離子結合生成1mol氯化鈉晶體釋放出的熱能為氯化鈉晶體的晶格能。下列熱化學方程中,能直接表示出氯化鈉晶體格能的是。A．Na+（g)+Cl－(g）NaCl（s）；△H B．Na(s)+Cl2（g）NaCl（s)；△H1C．Na（s)Na（g)；△H2 D．Na(g)－e－Na+(g);△H3E．Cl2(g）Cl（g)；△H4 F．Cl(g）+e－Cl－（g）;△H15.NaCl晶體中Na+與Cl-都是等距離交錯排列，若食鹽的密度是2。2g/cm3,阿伏加德羅常數(shù)為6。02×1023mol-1，食鹽的摩爾質量為58。5g.mol.求食鹽晶體中兩個距離最近的鈉離子中心間的距離是多少。[拓展提高]16。晶態(tài)氯化鈉是晶體,晶體中，每個鈉離子周圍有個氯離子,每個氯離子周圍有個鈉離子,鈉離子半徑比氯離子半徑。在氯化物MCl中,M在第六周期，是鈉的同族元素，該晶體中，每個陽離子周期有氯離子。鈉的金屬性比M.氯化鈉的電子式是,熔融后導電(填“能”或“不能”）.Na+（或Cl—)周圍的6個Cl—(或Na+)相鄰的連線構成的面是什么樣的多面體？每個Na+（或Cl—）周圍與之距離最近且距離相等的Na+(或Cl-)有幾個?17．晶體具有規(guī)則的幾何外形,晶體中最基本的重復單位稱為晶胞。NaCl晶體結構如右圖所示.已知FexO晶體晶胞結構為NaCl型，由于晶體缺陷,x值小于1。測知FexO晶體密度為ρg/cm3，晶胞邊長為4.28×10—10⑴FexO中x值(精確至0.01)為___________。⑵晶體中的Fe分別為Fe2+、Fe3+，在Fe2+和Fe3+的總數(shù)中，F(xiàn)e2+所占分數(shù)（用小數(shù)表示，精確至0。001）為___________.⑶此晶體化學式為____________。⑷與某個Fe2+（或Fe3+)距離最近且等距離的O2—圍成的空間幾何構型形狀是__________。⑸在晶體中，鐵元素的離子間最短距離為__________m。18。某離子晶體晶胞結構如右圖所示，X位于立方體的頂點，Y位于立方體的中心，試回答：（1）晶體中每個Y同時吸引著個X，每個X同時吸引著個Y，該晶體的化學式為。（2）晶體中在每個X周圍與它最接近且距離相等的X共有個。(3）晶體中距離最近的2個X與一個Y形成的夾角(∠XYX）為（填角的度數(shù)）.（4）設該晶體的摩爾質量為Mg·mol—1,晶體密度為ρg·cm—3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體中兩個距離最近的X中心間的距離為cm。19。如圖，直線交點處的圓圈為NaCl晶體中離子或離子所處的位置．這兩種離子在空間3個互相垂直的方向上都是等距離排列的．（1)請將其中代表離子的圓圈涂黑(不必考慮體積大小)，以完成NaCl晶體結構示意圖．(2）晶體中，在每個離子的周圍與它最接近的且距離相等的共有_________個．(3)晶體中每一個重復的結構單元叫晶胞．在NaCl晶胞中正六面體的頂點上、面上、棱上的或Cl—為該晶胞與其相鄰的晶胞所共有,一個晶胞中Cl-離子的個數(shù)等于_____________,即（填計算式）___________；離子的個數(shù)等于___________，即(填計算式)___________．（4）設NaCl的摩爾質量為,食鹽晶體的密度為，阿伏加德羅常數(shù)為．食鹽晶體中兩個距離最近的鈉離子中心間的距離為___________cm．參考答案1.C2.B3。BC4。