高中化学专题3微粒间作用力与物质性质第二单元离子键离子晶体学案苏教版.docx

第二单元离子键离子晶体学习目标定位1.正确理解离子键、离子晶体的概念，知道离子晶体类型与其性质的联系。2.认识晶格能的概念和意义，能根据晶格能的大小，会分析晶体的性质。一离子晶体1结合已学知识和教材内容，填写下表：物质名称构成微粒微粒间作用力物质类别晶体类型金属镁Mg2、自由电子金属键金属单质金属晶体食盐Na和Cl离子键离子化合物离子晶体(1)离子晶体的概念是阴、阳离子通过离子键而形成的晶体。构成离子晶体的微粒是阴离子和阳离子，微粒间的作用力是离子键。(2)由于离子间存在着无方向性的静电作用，每个离子周围会尽可能多地吸引带相反电荷的离子以达到降低体系能量的目的。所以，离子晶体中不存在单独的分子，其化学式表示的是离子的个数比，而不是分子组成。2离子晶体的结构(1)离子晶体中，阴离子呈等径圆球密堆积，阳离子有序地填在阴离子的空隙中，每个离子周围等距离地排列着异电性离子，被异电性离子包围。一个离子周围最邻近的异电性离子的数目，叫做离子晶体中离子的配位数。(2)观察分析表中离子晶体的结构模型，填写下表：晶体结构模型配位数Cl和Na配位数都为6Cl和Cs配位数都为8配位数：F为4，Ca2为8晶胞中微粒数Na、Cl都为4Cs、Cl都为1Ca2为4、F为8阴、阳离子个数比111121化学式NaClCsClCaF2(3)在NaCl晶体中，每个Na周围最近且等距离的Na有12个，每个Cl周围最近且等距离的Cl也有12个。在CsCl晶体中，每个Cs周围最近且等距离的Cs有6个，每个Cl周围最近且等距离的Cl也有6个。3问题讨论(1)在NaCl和CsCl两种晶体中，阴、阳离子的个数比都是11，都属于AB型离子晶体，为什么二者的配位数不同、晶体结构不同？答案离子晶体中离子配位数的多少主要取决于阴、阳离子的相对大小，数值越大，离子的配位数越高。(2)根据离子晶体的形成，推测离子晶体具有怎样的特性？答案离子晶体是由阴、阳离子间通过较强的离子键而形成的，所以离子晶体具有较高的熔、沸点，难挥发，硬度较大，离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电。大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。归纳总结1离子键无方向性和饱和性，在离子晶体中阴、阳离子与异电性离子接触尽可能采用最密堆积，可以看作是不等径圆球密堆积。2晶体中正负离子的半径比是决定离子晶体结构的重要因素，简称几何因素。此外正负离子的电荷比也是决定离子晶体结构的重要因素，简称电荷因素。3强碱、活泼金属氧化物、大多数盐类都是离子化合物。它们在通常条件下都是固体，都属于离子晶体。4一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，如：Al2O3MgO，NaClCsCl等。活学活用1下列关于氯化钠晶体结构的说法中正确的是()A氯化钠晶体中，阴、阳离子的配位数相等B氯化钠的晶体结构中，每1个Na仅结合1个ClC氯化钠的晶胞中的质点代表一个NaClD氯化钠晶体中存在单个的NaCl分子答案A解析氯化钠晶体中，每个Na周围结合6个Cl，而每个Cl周围结合6个Na；NaCl只表示Na和Cl个数比为11。2已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，X、Y、Z分别处于立方体的顶点、棱边的中点、立方体的体心。则下面关于该化合物的说法正确的是()A该晶体的化学式为ZXY3B该晶体的熔点一定比金属晶体熔点高C每个X周围距离最近的Y有8个D每个Z周围距离最近的X有16个答案A二晶格能1晶格能的概念：离子晶体的晶格能是指拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子时所吸收的能量。晶格能符号为U，通常取正值，单位kJmol1。2观察分析下表，回答下列问题：离子化合物NaBrNaClMgO离子电荷数112核间距/pm298282210晶格能/kJmo点/7478012852摩氏硬度2.52.56.5(1)影响晶格能大小的因素有哪些？答案影响晶格能的因素：离子所带的电荷数和阴、阳离子间的距离(与离子半径成正比)。晶格能与离子所带电荷数的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。(2)晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系？答案晶格能的数据可以用来说明许多典型离子晶体的性质变化规律，晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，晶体的熔、沸点越高，硬度越大。归纳总结影响离子键强度的因素(1)离子电荷数的影响：电荷数越多，晶格能越大，离子键越牢固，离子晶体的熔点越高、硬度越大。(2)离子半径的影响：半径越大，导致离子核间距越大，晶格能越小，离子键越易断裂，离子晶体的熔点越低、硬度越小。活学活用3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：NaFNaClNaBrC阴离子的配位数：CsClNaClCaF2D硬度：MgOCaOBaO答案A解析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所带电荷数依次增大，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。4溴化钠、氯化钠和氧化镁等离子晶体的核间距和晶格能(部分)如下表所示：NaBrNaClMgO离子的核间距/pm290276205晶格能/kJmol17873890(1)溴化钠晶体比氯化钠晶体晶格能_(填“大”或“小”)，主要原因是_。(2)氧化镁晶体比氯化钠晶体晶格能大，主要原因是_。(3)溴化钠、氯化钠和氧化镁晶体中，硬度最大的是_。工业制取单质镁时，往往电解的是氯化镁而不是氧化镁，主要原因是_。答案(1)小溴化钠比氯化钠的离子的核间距大(2)氧化镁晶体中阴、阳离子的电荷数大，并且离子的核间距小(3)氧化镁氧化镁晶体比氯化镁晶体的晶格能大，熔点高，电解时消耗电能多解析利用离子晶体中离子的核间距、离子的电荷数与晶格能的关系，对离子晶体的物理性质进行分析。晶格能越大，离子晶体越稳定，其熔、沸点越高。离子晶体当堂检测1下列物质中，属于离子晶体，并且含有共价键的是()ACaCl2BMgOCN2DNH4Cl答案D解析N2中只有共价键。CaCl2、MgO、NH4Cl都是离子晶体，CaCl2、MgO中只含离子键；NH4Cl是离子晶体，其中NH中NH是共价键。2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，其密度较小答案D解析离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括A、B、C项；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。3如图所示，在较高温度时，钾、氧两种元素形成的一种晶体结构与NaCl晶体结构相似，则该化合物的化学式为()AK2OBK2O2CK2O3DKO2答案D解析K的个数：864；O的个数：1214，故其比值为11，应选D。4CaC2和MgC2都是离子化合物，下列叙述中不正确的是()ACaC2和MgC2都跟水反应生成乙炔BC的电子式为CC2CCaC2在水中以Ca2和C形式存在DMgC2的熔点不可能在100以下答案C解析CaC2和MgC2属同主族元素形成的结构相似的离子化合物，故其化学性质也应相似，如A项所述，故C不可能在水溶液中存在。又由于离子化合物中含有离子键，强度较大，故MgC2的熔点不可能低于100，故A、B、D正确。5同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：物质ANaClKClCsCl熔点/K10741049918物质BNaMgAl熔点/K317923933晶体熔、沸点的高低，决定于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组是_晶体，晶体微粒之间通过_相连，粒子之间的作用力由大到小的顺序是_。B组晶体属于_晶体，价电子数由少到多的顺序是_，离子半径由大到小的顺序是_，金属键强弱由小到大的顺序为_。答案离子离子键NaClKClCsCl金属NaMgAlNaMg2Al3NaMgAl解析A组NaCl、KCl、CsCl为同一主族的卤化物且为离子化合物，故熔点与离子键的强弱有关，离子键越弱，熔点越低。而Na、K、Cs的离子半径逐渐增大，故Na与Cl、K与Cl、Cs与Cl的离子键逐渐减弱，NaCl、KCl、CsCl的熔点依次降低；而B组中Na、Mg、Al是金属晶体且价电子数依次增多，离子半径逐渐减小，因此金属原子核对外层电子束缚能力越来越大，形成的金属键越来越牢固，故熔点依次升高。40分钟课时作业基础过关一、正确理解离子键的概念1下列叙述错误的是()A带相反电荷的离子之间的相互吸引称为离子键B金属元素与非金属元素化合时，不一定形成离子键C某元素的原子最外层只有一个电子，它跟卤素结合时所形成的化学键不一定是离子键D非金属原子间可能形成离子键答案A解析离子键的实质是静电作用，包括静电吸引和静电排斥，所以A项不正确；AlCl3、BeCl2等是共价化合物，故B项正确；HCl是共价化合物，C项正确；铵盐如NH4Cl等全为非金属元素，属于离子化合物，D项正确。2下列说法不正确的是()A离子键没有方向性和饱和性B并不是只有活泼的金属和非金属化合才形成离子键C离子键的实质是静电作用D静电作用只有引力答案D解析离子键是阴、阳离子之间的静电作用，包括静电吸引和静电排斥，且一个离子同时吸引多个带相反电荷的离子，故无方向性和饱和性；非金属元素也可形成离子键，如NH4Cl中NH与Cl形成离子键。二、离子晶体的结构及其特征3如图，在氯化钠晶胞中，与每个Na等距离且最近的几个Cl所围成的立体构型为()A十二面体B正八面体C正六面体D正四面体答案B解析首先要理解最近的离子在什么位置，以一个晶胞为例，处在中心位置上的Na被六个面上的Cl所包围，这六个Cl离中心Na最近，将六个面心的Cl连成一个图形即为正八面体，也可以有其他连接方法。4高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价可看作部分为0价，部分为2价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。则下列说法正确的是()A晶体中只存在离子键B超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有1个K和1个OC晶胞中与每个K距离最近的O有6个D晶体中所有原子之间都是以离子键结合答案C解析根据题给信息，超氧化钾晶体是面心立方晶胞，超氧化钾晶体(KO2)是离子化合物，阴、阳离子分别为O、K，晶体中K与O以离子键相结合，O中OO键为共价键。作为面心立方晶胞，每个晶胞中含有4(即86)个K，4(即112)个O，晶胞中与每个K距离最近的O有6个。5氯化铯晶胞(晶体重复的结构单元)如图甲所示，该晶体中Cs与Cl的个数比为11，化学式为CsCl。若某晶体晶胞结构如图乙所示，其中含有A、B、C三种元素的粒子，则该晶体中的A、B、C的粒子个数比为()A861B431C161D131答案D解析在此晶体的晶胞中有A：81个，有B：63个，有C：111个，即A、B、C的粒子个数比为131。三、离子晶体的主要特性及其应用6根据下列实验事实，能确定某晶体一定是离子晶体的是()A晶体熔点达2500B晶体不导电，溶于水导电C晶体不导电，熔融能导电D温度越高，溶解度越大答案C解析熔点为2500的可以是金属晶体、原子晶体或离子晶体；晶体不导电，水溶液导电可以是离子晶体或分子晶体；多数固体温度升高，溶解度增大。7碱金属和卤素形成的化合物大多具有的性质是()固态时不导电，熔融状态导电能溶于水，其水溶液导电低熔点高沸点易升华ABCD答案B解析卤素与碱金属形成的化合物为典型的离子化合物，具备离子晶体的性质。四、离子晶体的晶格能与其性质的关系8离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子之间的核间距离和晶格能的大小，根据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是()AKClNaClBaOCaOBNaClKClCaOBaOCCaOBaOKClNaClDCaOBaONaClKCl答案D解析对于离子晶体来说，离子所带电荷数越多，阴、阳离子间的核间距离越小，晶格能越大，离子键越强，熔点越高。阳离子半径大小顺序为Ba2KCa2Na；阴离子半径：ClO2，比较可得只有D项是正确的。9下列大小关系正确的是()A晶格能：NaClNaBrB硬度：MgOCaOC熔点：NaINaBrD熔、沸点：CO2NaCl答案B解析对于电荷数相同的离子，半径越小，离子键越强，晶格能越大，硬度越大，熔、沸点越高。半径：ClBrI，Mg2Ca2，故A、C错误，B正确；分子晶体的熔、沸点一般低于离子晶体的熔、沸点，故D错误。10已知晶格能的大小影响岩浆晶出的次序，晶格能越大，形成的晶体越稳定，岩浆中的矿物越容易结晶析出。分析下表中硅酸盐矿物和石英的晶格能。硅酸盐矿物和石英晶格能(kJmol1)橄榄石4400辉石4100角闪石3800云母3800长石2400石英2600回答下列问题：(1)橄榄石和云母晶出的顺序是_。(2)石英总是在各种硅酸盐析出后才晶出的原因是_。(3)推测云母和橄榄石的熔点顺序为_，硬度大小为_。答案(1)先晶出橄榄石后晶出云母(2)石英的晶格能较小，所以石英总是在各种硅酸盐析出后才晶出(3)橄榄石高于云母橄榄石高于云母解析解此类题目要求学生通过认真分析科学数据，从中找出科学规律。晶格能高的晶体，熔点较高，更容易在岩浆冷却过程中先结晶析出，故先晶出橄榄石后晶出云母。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。此题使学生从定量的角度加深了对晶格能的认识，并更加深刻地体会到晶格能影响离子晶体的性质。能力提升11X、Y、Z是三种常见的短周期元素，它们可以形成XY2、XY3、Z2Y、Z2Y2等化合物。已知X原子比Y原子多一个电子层，Y得到电子达到8电子稳定结构时与Z离子具有相同的电子层结构。(1)X是_，Y是_，Z是_。(2)Z的单质属于_晶体，Z与Y形成Z2Y的过程可用电子式表示为_。答案(1)硫(S)氧(O)钠(Na)(2)金属解析根据题意知：X在第3周期，Y在第2周期。由于Y与Z能形成Z2Y、Z2Y2，Z的离子应为阳离子，Z元素在第3周期。结合形成化合物的形式以及“常见”的短周期元素，则X为硫，Y为氧、Z为钠。12A、B为两种短周期元素，A的原子序数大于B，且B原子的最外层电子数为A原子最外层电子数的3倍。A、B形成的化合物是中学化学常见的化合物，该化合物熔融时能导电。试回答下列问题：(1)A、B的元素符号分别是_、_。(2)用电子式表示A、B元素形成化合物的过程：_。(3)A、B所形成的化合物的晶体结构与氯化钠晶体结构相似，则每个阳离子周围吸引了_个阴离子；晶体中阴、阳离子数之比为_。(4)A、B所形成化合物的晶体的熔点比NaF晶体的熔点_，其判断的理由是_。答案(1)MgO(2)(3)611(4)高离子半径相差不大，MgO中离子所带电荷较多，离子键较强，离子键越强，熔点越高解析(1)最外层电子数是从18，B原子的最外层电子数是A原子的3倍，且A、B能形成化合物，则B原子的最外层电子数只能为6，A的为2。短周期元素分别为A是Be或Mg，B是O或S，又因为原子序数AB，则A是Mg，B为O。(2)电子式表示MgO的形成过程：(3)MgO晶体结构与NaCl相似，则每个Mg2周围有6个O2，阴、阳离子数之比为11。(4)因为Mg2、O2所带电荷比Na、F所带电荷数多，且r(Mg2)r(Na)，r(O2)r(F)，总体比较，离子半径相差不大，但MgO中离子电荷数多，离子键强。13镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时，先制备无水氯化镁，然后将其熔融电解，得到金属镁。(1)以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时，常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物，其主要作用除了降低熔点之外还有_。(2)已知MgO的晶体结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构示