2019-2020学年高中化学 第三章 晶体结构与性质 第四节 离子晶体课件 新人教版选修3

第四节离子晶体课程目标素养目标1.了解离子晶体的结构特点，能根据离子晶体的结构特点解释其物理性质。2．了解几种常见的离子晶体的晶胞结构。3．认识晶格能的概念和意义，能根据晶格能大小，分析晶体的性质。1.宏观辨识与微观探析：通过从微观角度对晶格能理论的学习，能从宏观的角度解释离子晶体性质不同的原因。2．证据推理与模型认知：通过对离子晶体模型的制作与探究，理解离子晶体的结构特点，预测离子晶体的性质。01基础自主落实02要点系统认知03检测课堂达标04演练效果检测一、离子晶体1．结构特点2．决定晶体结构的因素3．性质(1)硬度，难于压缩；(2)熔、沸点，难挥发；(3)不导电，但可导电，部分溶于水后可导电。较大较高熔融态溶液二、晶格能1．概念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。稳定高大[微思考]NaCl与KCl，NaCl与MgCl2哪一个晶格能更大？为什么？[提示]晶格能：NaClKCl，NaClMgCl2。因为NaCl和KCl晶体中，阴、阳离子所带荷分别相同，又因为r(Na＋)r(K＋)，所以NaCl的晶格能大于KCl的晶格能；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的晶格能。■多维思考·自主预习1．下列物质中，含有共价键的离子晶体是()A．CaCl2B．SiO2C．NH4ClD．I2答案：C2．离子晶体一般不具有的特征是()A．熔点较高，硬度较大B．易溶于水而难溶于有机溶剂C．固体时不能导电D．离子间距离较大，其密度较小解析：离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特征，这些特征包括A、B、C；离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积形式等。答案：D3．下列不属于直接决定离子晶体结构的因素是()A．正负离子的半径比B．正负离子的电荷比C．离子键的纯粹程度D．离子键的晶格能解析：几何因素、电荷因素和键性因素共同决定了离子晶体的结构，而晶格能是表示离子键强弱的因素。答案：D4．下列有关晶格能的叙述正确的是()A．晶格能是气态离子形成1mol离子晶体吸收的能量B．晶格能通常取正值，但是有时也取负值C．晶格能越大，形成的离子晶体越稳定D．晶格能越大，物质的硬度反而越小解析：晶格能是气态离子形成1mol离子晶体释放的能量，故A项错误；晶格能通常取正值，而不取负值，故B项错误；晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，物质的硬度越大，故C项正确，D项错误。答案：C要点一离子晶体的结构1．离子晶体的结构特点(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，而不是表示其分子组成。2．常见离子晶体的晶胞结构晶体晶胞晶胞详解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－等距离相邻晶体晶胞晶胞详解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－[题组训练]1．有下列离子晶体空间结构示意图：•为阳离子，∘为阴离子。用M代表阳离子，N代表阴离子，化学式为MN2的晶体结构为()解析：A项，M与N的个数比为4∶1；B项，M与N的个数比为1∶2，C项，M与N的个数比为3∶8；D项，M与N的个数比为1∶1。答案：B2．CaO晶胞如图所示，其中Ca2＋的配位数为()A．4B．6C．8D．12解析：根据CaO晶胞图示，可知与Ca2＋邻近的O2－为2×3＝6(个)。答案：B3．如图所示为NaCl晶胞的结构示意图。它向三维空间延伸得到完美晶体。试回答：(1)一个NaCl晶胞中有________个Na＋，有________个Cl－。(2)一定温度下，用X射线衍射法测得晶胞的边长为acm，该温度下NaCl晶体的密度是________。解析：(1)根据图中NaCl一个晶胞；Cl－个数＝8×18＋6×12＝4，Na＋个数＝12×14＋1＝4。(2)1个晶胞中含有NaCl为4/NAmol，晶胞体积为a3cm，晶体密度ρ＝mV＝4NA×58.5a3g·cm－3。答案：(1)44(2)234NA·a3g·cm－3要点二离子晶体的性质性质原因熔沸点离子晶体中有较强的离子键，熔化或汽化时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高硬度硬而脆。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，导致晶体破碎性质原因导电性不导电，但熔融或溶于水后能导电。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延展性离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性[题组训练]1．下列性质适合于离子晶体的是()①熔点1070℃.易溶于水，水溶液能导电②熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电③能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃④熔点97.81℃，质软，导电，密度0.97g/cm3⑤熔点－218℃，难溶于水⑥熔点3900℃，硬度很大，不导电⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱⑧难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电A．①⑧B．②③⑥C．①④⑦D．②⑤解析：离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶剂，熔点较高、质硬而脆，固体不导电，故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点；⑥中熔点达3900℃，硬度很大应是原子晶体。故只有①⑧符合题意。答案：A2．下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是()A．熔点：NaFMgF2AlF3B．晶格能：NaF＞NaCl＞NaBrC．阴离子的配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2D．硬度：MgO＞CaO＞BaO解析：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。答案：A3．NaF、NaI和MgO均为离子晶体，有关数据如下表：物质①NaF②NaI③MgO离子电荷数112键长(10－10m)2.313.182.10试判断，这三种化合物熔点由高到低的顺序为()A．①②③B．③①②C．③②①D．②①③解析：NaF、NaI、MgO均为离子晶体，它们熔点高低由离子键强弱决定，而离子键的强弱与离子半径和离子电荷数有关，MgO中键长最短，离子电荷数最高，故离子键最强，熔点最高。答案：B练后反思：离子晶体的组成认识误区1离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4Cl是离子晶体。2离子晶体中除离子键外不一定不含其他化学键，如NaOH晶体中还含有极性共价键，Na2O2晶体中还含有非极性共价键。3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是由金属元素Al和非金属元素Cl组成的分子晶体。4含有金属离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属阳离子。[系统归纳][课堂达标]1．下列叙述正确的是()A．离子晶体中一定含有活泼金属阳离子B．离子晶体都是化合物C．固态不导电、溶于水能导电，这一性质能说明某晶体一定是离子晶体D．离子晶体一般具有较低的熔点解析：离子晶体中不一定含金属阳离子，如NH4Cl；固体不导电、溶于水能导电的也可能是分子晶体，如AlCl3。答案：B2．下列关于氯化铯晶体的叙述不正确的是()A．1mol氯化铯中有NA个CsCl分子B．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围与它最近且等距离的Cs＋有6个C．氯化铯晶体中，Cs＋和Cl－的配位数都是8D．每个晶胞中平均含有1个Cs＋和1个Cl－解析：在氯化铯晶体中不存在CsCl分子，只存在Cs＋和Cl－，化学式CsCl表示氯化铯晶体中Cs＋和Cl－的个数比为1∶1。答案：A3．下列关于CaF2的表述正确的是()A．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用B．F－的离子半径小于Cl－，则CaF2的熔点低于CaCl2C．阴、阳离子个数比为2∶1的物质均与CaF2晶体构型相同D．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电解析：Ca2＋与F－间既有静电引力作用，也有静电排斥作用，A错误；离子所带电荷相同，F－的离子半径小于Cl－，所以CaF2晶体的晶格能大，则CaF2的熔点高于CaCl2，B错误；晶体构型还与离子的大小有关，所以阴、阳离子个数比为2∶1的物质，不一定与CaF2晶体构型相同，C错误；CaF2中的化学键为离子键，CaF2在熔融状态下发生电离，因此CaF2在熔融状态下能导电，D正确。答案：D4.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C2－2的存在，使晶胞沿一个方向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是()A．CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大B．与Ca2＋距离相同且最近的C2－2构成的多面体是正六面体C．与Ca2＋距离相同且最近的C2－2有4个D．如图的结构中共含有4个Ca2＋和4个C2－2解析：CaC2晶体属于离子晶体，故有较高的熔点和较大的硬度，A正确；因为晶胞沿一个方向拉长，故和Ca2＋距离相同且最近的C2－2只有4个(与拉长方向垂直的同一面上)，构成的是正方形，B错误；以Ca2＋为中心，与之等距离且最近的是同一平面上的4个C2－2，C正确；该晶胞中含有Ca2＋的个数＝12×14＋1＝4，含有C2－2的个数＝8×18＋6×12＝4，故D正确。答案：B5．如图所示是钾、氧两种元素形成的一种晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。晶体中氧的化合价可看作部分为0价，部分为－2价。(1)该结构与________的结构相似(填选项字母，下同)。A．NaClB．CsClC．干冰D．SiO2(2)钾、氧两种元素所形成化合物的化学式是________。A．K2OB．K2O2C．K2O3D．KO2(3)下列对此晶体结构的描述正确的是________。A．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个B．晶体中每个K＋周围有8个O－2，每个O－2周围有8个K＋C．每个O－2周围最近且等距离的K＋所围成的立体构型为正八面体D．晶体中，0价氧原子与－2价氧原子的数目比为3∶1解析：(1)该结构与NaCl晶体的结构相似，相当于Na＋被K＋代替，Cl－被O－2代替。(2)晶体中平均每个晶胞有K＋：8×1/8＋6×1/2＝4个；有O－2：1＋12×1/4＝4个，故其化学式为KO2。(3)由图可看出