化学第3章第4节离子晶体优化课件人教版选修3高中化学课件

第四节离子晶体学习目标1.了解离子晶体的结构特点。2.能根据离子晶体的结构特点解释其物理性质。3.了解晶格能的含义及其应用。课堂互动讲练课前自主学案知能优化训练第四节离子晶体课前自主学案一、离子晶体1．结构特点阳离子阴离子离子键2．决定晶体结构的因素半径比电荷比离子键3．性质熔、沸点_______，硬度_______，难溶于有机溶剂。较高较大思考感悟1．离子晶体中存在共价键吗？【提示】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。二、晶格能1．概念_____________形成1摩离子晶体__________的能量，通常取_________，单位为___________。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________，而且熔点越_______，硬度越________。气态离子释放正值kJ·mol－1越多越小稳定高大思考感悟2．NaCl与KCl，NaCl与MgCl2哪一个晶格能更大？【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(Na＋)r(Mg2＋)，所以MgCl2的晶格能大于NaCl。课堂互动讲练离子晶体及常见的类型1．离子键(1)定义：阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫做离子键。(2)成键元素：活泼金属元素(如K、Na、Ca、Ba等，主要是第ⅠA族和第ⅡA族元素)和活泼非金属元素(如F、Cl、Br、O等，主要是第ⅥA族和第ⅦA族元素)相互结合时多形成离子键。(3)成键原因：活泼金属原子容易失去电子而形成阳离子，活泼非金属原子容易得到电子形成阴离子。当活泼金属遇到活泼非金属时，电子发生转移，分别形成阳、阴离子，再通过静电作用形成离子键。(4)离子键只存在于离子化合物中。(5)强碱、活泼金属氧化物、大多数盐类是离子化合物。2.离子晶体(1)离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。(2)离子晶体微粒之间的作用力是离子键。由于静电作用没有方向性，故离子键没有方向性。只要条件允许，阳离子周围可以尽可能多地吸引阴离子，同样，阴离子周围可以尽可能多地吸引阳离子，故离子键也没有饱和性。根据静电作用大小的影响因素可知，在离子晶体中阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强。(3)离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示分子的组成。3．几种离子晶体模型(1)NaCl型晶体结构模型(左下图)：配位数为6。①在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引着6个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着6个Na＋。②每个Na＋周围与它最近且等距的Na＋有12个，每个Na＋周围与它最近且等距的Cl－有6个。(2)CsCl型晶体结构模型(右下图)：配位数为8。①在CsCl晶体中，每个Cs＋周围同时吸引着8个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着8个Cs＋。②每个Cs＋与6个Cs＋等距离相邻，每个Cs＋与8个Cl－等距离相邻。特别提醒：(1)阴、阳离子间只存在离子键。(2)不存在小分子，化学式仅表示晶体中阴、阳离子个数比的最简式。如：在NaCl和CsCl晶体中，都不存在单个的NaCl和CsCl分子。在这种晶体中，阴、阳离子的个数比都是1∶1，NaCl和CsCl只是表示离子晶体中阴、阳离子个数比的化学式，而不是表示分子组成的分子式。而Na2O2的阴离子为O2－2，阳离子为Na＋，故晶体中阴、阳离子的个数比为1∶2，而不是1∶1。(3)阴、阳离子采用不等径密圆球的堆积方式。例1(2011年黄冈高二检测)有下列八种晶体：A.SiO2(水晶)；B.冰醋酸；C.氧化镁；D.白磷；E.晶体氩；F.氯化铵；G.铝；H.金刚石。用序号回答下列问题：(1)属于原子晶体的化合物是________，直接由原子构成的晶体是________，直接由原子构成的分子晶体是________。(2)由极性分子构成的晶体是________，含有共价键的离子晶体是________，属于分子晶体的单质是________。(3)在一定条件下能导电并发生化学变化的是________。受热熔化后化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。【思路点拨】判断晶体类型需要注意以下两点：(1)晶体的构成微粒。(2)微粒间的相互作用力。【解析】在选项中属于原子晶体的是：金刚石和水晶(由硅原子和氧原子构成)；属于分子晶体的是：冰醋酸、白磷和晶体氩；属于离子晶体的是：MgO(由Mg2＋和O2－组成)、NH4Cl(由NH＋4和Cl－组成)；而Al属于金属晶体，金属的导电是靠自由电子的移动，并不发生化学变化，但金属熔化时金属键就被破坏。分子晶体的熔化只需要克服分子间作用力，而原子晶体、离子晶体熔化时分别需要克服共价键、离子键。【答案】(1)AA、E、HE(2)BFD、E(3)B、C、FB、D、EA、H互动探究(1)上述物质中均含有化学键吗？(2)B与F所含化学键类型是否相同？【提示】(1)不是，稀有气体为单原子分子，分子内无化学键。(2)B项冰醋酸分子中的化学键为共价键，而F项所含化学键为离子键、共价键、配位键。所以两者所含化学键类型不同。【规律方法】判断晶体类型的方法判断晶体的类型一般是根据物质的物理性质：(1)在常温下呈气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。如H2O、H2等。对于稀有气体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看作单原子分子，因为微粒间的相互作用力是范德华力，而非共价键。(2)在熔融状态下能导电的晶体(化合物)是离子晶体。如：NaCl熔融后电离出Na＋和Cl－，能自由移动，所以能导电。(3)有较高的熔、沸点，硬度大，并且难溶于水的物质大多为原子晶体，如晶体硅、二氧化硅、金刚石等。(4)易升华的物质大多为分子晶体。还要强调的是，对于教材上每种晶体类型的例子，同学们一定要认真掌握其结构，把握其实质和内涵，在解题中灵活运用。变式训练1如图，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na＋或Cl－所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。(1)请将其中代表Cl－的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体结构示意图。(2)晶体中，在每个Na＋的周围与它最接近的且距离相等的Na＋共有________个。(3)在NaCl晶胞中正六面体的顶角上、面上、棱上的Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl－的个数等于________，即________(填计算式)；Na＋的个数等于________，即________(填计算式)。解析：(1)如图所示(2)从体心Na＋看，与它最接近的且距离相等的Na＋共有12个。(3)根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比用均摊法。由此可知，如图NaCl晶胞中，含Na＋：12×14＋1＝4个；含Cl－：8×18＋6×12＝4个。答案：(1)如图(答案不惟一，合理即可)(2)12(3)48×18＋6×12＝4412×14＋1＝4(答案不惟一，只要与第1问对应即可)离子晶体的性质1．熔、沸点具有较高的熔、沸点，难挥发。离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键)，要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。2．硬度硬而脆。离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。3．导电性不导电，但熔化或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力，成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电。4．溶解性大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)中。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子。特别提醒：化学变化过程一定发生旧化学键的断裂和新化学键的形成，但破坏化学键或形成化学键的过程却不一定发生化学变化，如食盐熔化会破坏离子键，食盐结晶过程会形成离子键，但均不是化学变化过程。例2(2011年北京东城区高二检测)现有几组物质的熔点(℃)的数据：A组B组C组D组金刚石：3550Li：181HF：－83NaCl：801晶体硅：1410Na：98HCl：－115KCl：776晶体硼：2300K：64HBr：－89RbCl：718二氧化硅：1723Rb：39HI：－51CsCl：645据此回答下列问题：(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。(2)B组晶体共同的物理性质是______(填序号)。①有金属光泽②导电性③导热性④延展性(3)C组中HF熔点反常是由于________________________________________________________________________。(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。①硬度小②水溶液能导电③固体能导电④熔融状态能导电(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为：NaClKClRbClCsCl，其原因解释为：________________________________________________________________________。【解析】通过读取表格中数据先判断出晶体的类型及晶体的性质，应用氢键解释HF的熔点反常，利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因。【答案】(1)原子共价键(2)①②③④(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)(4)②④(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)r(K＋)r(Rb＋)r(Cs＋)，在离子所带电荷相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高互动探究(1)A组与C组熔点差别较大的原因是什么？(2)B组与D组的组成微粒分别是什么？微粒间的作用力是什么？【提示】(1)A组的微粒间的作用力是共价键，C组的微粒间的作用力为分子间作用力，因共价键分子间作用力，所以A组的熔点高于C组。(2)B组的组成微粒为金属阳离子和自由电子，两者之间的作用力为金属键。D组的组成微粒为阳离子和阴离子，两者之间的作用力为离子键。【规律方法】晶体熔、沸点高低的判断(1)不同类型晶体的熔、沸点：原子晶体离子晶体分子晶体；金属晶体(除少数外)分子晶体；金属晶体熔、沸点有的很高，如钨，有的很低，如汞(常温下是液体)。(2)同类型晶体的熔、沸点：①原子晶体：结构相似，半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高。如金刚石碳化硅晶体硅。②分子晶体：组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，熔、沸点越高。如CI4CBr4CCl4CF4。③金属晶体：所带电荷数越大，原子半径越小，则金属键越强，熔、沸点越高。如AlMgNaK。④离子晶体：离子所带电荷越多，半径越小，离子键越强，熔、沸点越高。如KFKClKBrKI。变式训练2比较下列几组晶体熔、沸点的高低顺序。(1)金刚石、氯化钠、晶体硅、干冰(2)石英晶体、铝硅合金、冰(3)CaO、KI、KCl(4)F2、Cl2、Br2、I2解析：金刚石、晶体硅都属于原子晶体，C原子半径比Si原子半径小，键能大，金刚石熔点比晶体硅的高，原子晶体离子晶体分子晶体，故金刚石晶体硅氯化钠干冰；石英为原子晶体，熔点较高，并且合金的熔点比任一组分熔点都低，故冰铝硅合金金属铝石英晶体；CaO、KCl、KI为离子晶体，熔点：CaOKClKI；F2、Cl2、Br2、I2单质为分子晶体，熔点高低与相对分子质量大小有关，相对分子质量越大，熔点越高，故熔点高