人教版选修三第三章 第四节 离子晶体 学案.doc

细读教材记主干1什么是离子键？其成键微粒有哪些？提示：带相反电荷离子之间的相互作用叫作离子键，其成键微粒是阴、阳离子。2由离子键构成的化合物叫离子化合物；离子化合物一定含离子键，可能含共价键，含离子键的化合物一定是离子化合物。3离子晶体是由阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体。决定离子晶体结构的重要因素有：几何因素(正负离子的半径比)，电荷因素(正负离子的电荷比)，键性因素(离子键的纯粹程度)。4离子晶体硬度较大，难以压缩，具有较高的熔点和沸点，固体不导电，溶于水或在熔融状态下可以导电。新知探究1概念由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。(1)构成粒子：阳离子和阴离子。(2)作用力：离子键。2决定晶体结构的因素3离子晶体的性质熔、沸点熔、沸点较高，难挥发硬度硬度较大，难以压缩溶解性一般在水中易溶，在非极性溶剂中难溶导电性固态时不导电，熔融状态或在水溶液中能导电4.常见的离子晶体晶体晶胞晶胞详解nacl在nacl晶体中，na的配位数为6，cl的配位数为6与na(cl)等距离且最近的na(cl)有12个每个晶胞中有4个na和4个cl每个cl周围的na构成正八面体图形续表晶体晶胞晶胞详解cscl在cscl晶体中，cs的配位数为8，cl的配位数为8每个cs与6个cs等距离相邻，每个cs与8个cl等距离相邻caf2在caf2晶体中，ca2的配位数为8，f的配位数为4每个晶胞中含有4个ca2和8个f名师点拨1离子晶体中的“不一定”(1)离子晶体中不一定都含有金属元素，如nh4no3晶体。(2)离子晶体的熔点不一定低于原子晶体，如mgo的熔点(2 800 )高于sio2的熔点(1 600 )。(3)离子晶体中除含离子键外不一定不含其他化学键，如ch3coonh4中除含离子键外，还含有共价键、配位键。(4)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是分子晶体。(5)含有阳离子的晶体不一定是离子晶体，也可能是金属晶体。(6)离子晶体中不一定不含分子，如cuso45h2o晶体。2四种晶体结构和性质的比较 类型项目离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体构成晶体的粒子阴、阳离子原子分子金属阳离子和自由电子粒子间的作用离子键共价键分子间作用力(范德华力或氢键)金属离子和自由电子之间的强烈相互作用确定作用力强弱的一般判断方法离子电荷、半径键长(原子半径)组成结构相似时，比较相对分子质量离子半径、价电子数熔、沸点较高高低差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 )硬度略硬而脆大较小差别较大导电性不良导体(熔化后或溶于水时导电)不良导体(个别为半导体)不良导体(部分溶于水发生电离后导电)良导体溶解性多数易溶一般不溶相似相溶一般不溶于水，少数与水反应机械加工性不良不良不良优良延展性差差差优良对点演练1(2016邢台高二检测)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c的存在，使晶胞沿一个方向拉长。下列关于cac2晶体的说法中正确的是()a1个ca2周围距离最近且等距离的c数目为6b该晶体中的阴离子与f2是等电子体c6.4 g cac2晶体中含阴离子0.1 mold与每个ca2距离相等且最近的ca2共有12个解析：选c依据晶胞示意图可以看出，晶胞的一个平面的长与宽不相等，再由图中体心可知1个ca2周围距离最近的c有4个，而不是6个，故a错误；c含电子数为26214，f2的电子数为18，二者电子数不同，不是等电子体，故b错误；6.4 g cac2为0.1 mol，cac2晶体中含阴离子为c，则含阴离子0.1 mol，故c正确；晶胞的一个平面的长与宽不相等，与每个ca2距离相等且最近的ca2应为4个，故d错误。2nacl晶体模型如图所示：(1)在nacl晶体中，每个na周围同时吸引_个cl，每个cl周围也同时吸引着_个na；在nacl晶胞中含有_个na、_个cl，晶体中每个na周围与它距离最近且相等的na共有_个。(2)对于氯化钠晶体，下列描述正确的是_。a它是六方紧密堆积b相邻的正负离子核间距等于正负离子半径之和c与氯化铯晶体结构相同d每个na与6个cl作为近邻解析：(1)在氯化钠晶体中，一个na位于晶胞的中心，12个na分别位于晶胞的12条棱上，则属于该晶胞的na相当于3个，因此一个晶胞中共含有4个na，8个cl分别位于晶胞的8个顶点上，则属于该晶胞的cl相当于1个，6个cl分别位于晶胞的6个面心上，则属于该晶胞的cl相当于3个，所以一个晶胞中共含有4个cl。可见nacl晶体中na、cl的个数比为11。图中位于晶胞中心的na实际上共有3个平面通过它，通过中心na的每个平面都有4个na位于平面的四角，这4个na与中心na距离最近且距离相等。所以在nacl晶体中，每个na周围与它距离最近且距离相等的na共有12个，按相似的方法可推出每个cl周围与它最近且距离相等的cl也共有12个。(2)氯化钠晶体是面心立方堆积，a错误，相邻的正负离子核间距不等于正负离子半径之和，b错误，氯化铯晶体结构呈体心立体堆积，c错误，氯化钠晶体中以na为中心向三维方向伸展，有6个cl近邻，d正确。答案：(1)664412(2)d新知探究1概念气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位为 kj/mol。2影响因素3晶格能对离子晶体性质的影响晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。对点演练3(2016潮州高二检测)离子晶体稳定性取决于晶体中晶格能的大小。判断kcl、nacl、cao、bao四种晶体稳定性由高到低的顺序是()akclnaclbaocaobnaclkclcaobaoccaobaonaclkcldcaobaokclnacl解析：选c离子晶体的离子半径越小，晶格能越大，则晶体的稳定性越高，离子半径nak，稳定性naclkcl，离子半径ca2ba2，稳定性caobao；离子所带电荷数越多，晶格能越大，则晶体的稳定性越高，离子电荷数naclo2ba2，有稳定性baonacl，稳定性由高到低的顺序是caobaonaclkcl，故选c。4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解析：选a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)碳化硅石英解析：选d离子晶体中一定含有离子键，也可能存在共价键，如koh，故a错误；氧族元素的氢化物都是分子晶体，其溶沸点的高低取决于分子间作用力，水分子之间存在氢键使得其溶沸点特别高，所以水的沸点最高，故b错误；硫酸氢钠、过氧化钠中其阴离子分别是hso、o，其阳离子都是钠离子，所以nahso4中阴阳离子个数比是11，na2o2晶体中的阴阳离子个数比为12，故c错误；这几种晶体都是原子晶体，且键长sisicsicc，所以键能sisicsicc，熔点金刚石碳化硅单晶硅，故d正确。2(2016蚌埠高二检测)离子键、共价键、金属键、范德华力都是微粒之间的不同作用力，下列物质：na2o2sio2氦气金刚石nh4cl白磷含有上述任意两种作用力的是()a b c d解析：选cna2o2含有离子键和共价键；sio2只含有共价键；氦气只含有范德华力；金刚石中只含有共价键；nh4cl含有离子键和共价键；白磷含有共价键和范德华力。3(2016绵阳高二检测)如图是nacl、cscl、zns等离子晶体结构图或是从其中分割出来的部分结构图。试判断属于nacl的晶体结构的图像为()ab c d解析：选b因nacl属于立方晶体，每个钠离子周围有6个氯离子，选项中只有b将黑球表示钠离子，白球表示氯离子，钠离子周围有6个氯离子，即b属于nacl的晶体结构。4下列各组物质中，按熔点由低到高排列正确的是()ao2、i2、hg bsi、sic、金刚石ch2o、h2s、h2se dnacl、kcl、cscl解析：选ba项，hg的熔点比i2低；b项，si的原子半径大于c的原子半径，错误；b项，键能：cccsisisi，熔点sisic金刚石，正确；c项，h2o分子间有氢键，沸点最高，错误；d项，na、k、cs的半径依次增大，晶格能逐渐减小，熔点逐渐降低，错误。5(2016汪清高二检测)高温下超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为2价。如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)，则下列说法中正确的是()a超氧化钾的化学式为ko2，每个晶胞含有4个k和4个ob晶体中每个k周围有8个o，每个o周围有8个kc晶体中与每个k距离最近的k有8个d晶体中，0价氧与2价氧的数目比为21解析：选a在超氧化钾晶体中含有k个数是：864，含有o原子个数是：1214，因此超氧化钾的化学式为ko2，每个晶胞含有4个k和4个o；在晶体中每个k周围有6个o，每个o周围有6个k；晶体中与每个k距离最近的k有(38)212个；晶胞中，k和o都是4个，所以含有8个o原子，根据电荷相等可知 2价氧是2个，0价氧是6个，所以0价氧与 2价氧的数目比为6231。6在离子晶体中，阴、阳离子按一定规律在空间排列，如图1就是nacl的晶体结构。在离子晶体中，阴、阳离子具有或接近具有球对称的电子云，它们可以被看成是不等径的刚性圆球，并彼此相切，如图2所示。离子键的键长是相邻阴、阳离子的半径之和，如图3所示。已知a为常数。 图1 图2 图3试回答下列问题：(1)在nacl晶体中，每个na同时吸引_个cl，而na数目与cl数目之比为_。(2)nacl晶体离子键的键长为_。(3)na半径与cl半径之比 _(已知 1.414，1.732，2.236)。(4)nacl晶体中不存在分子，但温度达到1 413 时，nacl晶体形成气体，并以分子形式存在。现有 29.25 g nacl晶体，强热使温度达到1 450 ，测得气体体积为5.6 l(已折算为标准状况)，则此时氯化钠气体的化学式为_。解析：观察中间图形知：sin 45，即 1.414，0.414。2(rr)a，rr，即离子键键长为。由题意29.25 g氯化钠在1 450 时为0.25 mol，故其摩尔质量为117 g/mol，氯化钠气体的化学式为na2cl2。答案：(1)611(2)(3)0.414(4)na2cl2一、选择题1(2016上海闸北区高二检测)下列有关化学基本概念的判断依据正确的是()a弱电解质：溶液的导电能力弱b共价化合物：含有共价键c离子化合物：含有离子键d金属晶体：能够导电解析：选c溶液的导电能力和电解质的强弱无关，根据电解质在水溶液中是否完全电离将电解质分为强电解质和弱电解质，故a错误；含有共价键的化合物不一定为共价化合物，离子化合物中也可能含有共价键，如naoh，故b错误；含有离子键的化合物必定为离子化合物，c正确；金属晶体能导电，离子晶体在熔融状态下也能导电，则不能利用晶体能否导电来确定金属，故d错误。2(2016资阳高二检测)关于晶体的叙述中，正确的是()a原子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高b分子晶体中，分子间的作用力越大，该分子越稳定c分子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高d某晶体溶于水后，可电离出自由移动的离子，该晶体一定是离子晶体解析：选a原子晶体熔化需要破坏共价键，共价键键能越大，共价键越强、越稳定，原子晶体的熔沸点越高，故a正确；分子间作用力影响物质的物理性质，分子的稳定性是指化学性质，故b错误；分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关，与共价键的键能无关，故c错误；分子晶体溶于水也可能导电，如乙酸等，故d错误。3(2016襄阳高二检测)下列性质中，能充分说明某晶体是离子晶体的是()a具有较高的熔点b固态不导电，水溶液能导电c可溶于水d固态不导电，熔融状态能导电解析：选d具有较高的熔点的晶体可能是离子晶体、金属晶体或原子晶体，a错误；固态不导电，水溶液能导电的晶体可能是分子晶体或离子晶体，b错误；可溶于水的晶体可能是分子晶体或离子晶体，c错误；固态不导电，熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体，d正确。4氧化钙在2 973 k时熔化，而氯化钠在1 074 k时熔化，两者的离子间距离和晶体结构类似，下列有关它们熔点差别较大的原因的叙述中不正确的是()a氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多b氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大c氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同d在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定解析：选ccao晶体和nacl晶体都属于离子晶体，熔点的高低可根据晶格能的大小判断。晶格能的大小与离子所带电荷多少、离子间距离、晶体结构类型等因素有关。cao和nacl的离子间距离和晶体结构都类似，故晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定。5表中给出了几种氯化物的熔点和沸点。物质naclmgcl2alcl3ccl4熔点/80171219068沸点/1 4651 41818357关于表中4种氯化物有下列说法：alcl3在加热时可升华ccl4属于分子晶体1 500 时nacl的分子组成可用nacl表示alcl3是典型的离子晶体其中与表中数据一致的是()a只有和 b只有c只有 d全部一致解析：选c根据各物质的熔、沸点判断，alcl3和ccl4为分子晶体；alcl3的沸点低于熔点，所以易升华；nacl为离子晶体，1 500 高于其沸点，故以分子nacl形式存在。6(2016盐城高二检测)下列大小关系正确的是()a熔点：nainabrb硬度：mgocaoc晶格能：naclnacl解析：选b离子晶体熔化克服离子键，分子晶体熔化克服分子间作用力，则离子晶体的熔沸点大于分子晶体；对于结构相似的离子晶体，离子所带的电荷越多，离子半径越小，离子核间距越小，晶格能越大，熔沸点越高。nai和nabr 均为离子晶体，离子所带的电荷相同，离子半径：ibr，离子核间距：nainabr，晶格能：nainabr，熔点：nainabr，错误；离子半径 clnabr。mgo、cao均为离子晶体，离子所带的电荷相同，离子半径mg2cao。nacl和nabr 均为离子晶体，离子所带的电荷相同，离子半径：clbr，离子核间距：naclnabr，晶格能：naclnabr。co2是分子晶体，nacl是离子晶体，熔沸点：co2kclrbclcscl，其原因为_。解析：通过读取表格中数据先判断晶体的类型及晶体的性质，a、b、c、d组分别代表原子晶体、金属晶体、分子晶体、离子晶体。(2)中的性质都属于金属晶体的物理性质。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的原因。答案：(1)原子共价键(2)(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)(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，相应晶体的熔点越高14(2016徐州高二检测)钠和铜的单质及其化合物在社会实际中有着广泛的应用。(1)cu2基态的核外电子排布式为_。(2)nacl晶体的晶胞结构如图所示，在nacl的晶胞中含有的阴离子的个数为_，阳离子的配位数为_。(3)钠的有关卤化物的熔点见表，钠的卤化物熔点按naf、nacl、nabr、nai顺序降低的原因是_。nafnaclnabrnai熔点/993801747661(4)碘化钠溶液和硫酸铜溶液能反应生成一种铜的碘化物a(白色沉淀，a的晶胞如图所示，则a的化学式是_，a中铜元素的化合价为_。解析：(1)cu 是29号元素，cu2基态的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9。(2)nacl晶体中阳离子和阴离子的个数比为11，在nacl的晶胞中含有的阴离子的个数为864，阳离子的配位数为6。(3)按氟、氯、溴、碘的顺序，这四种离子晶体中阴离子半径逐渐增大，离子键的强度逐渐减弱，晶格能逐渐减小，熔点按naf、nacl、nabr、nai顺序逐渐降低，故填：按氟、氯、溴、碘的顺序，这四种离子晶体中阴离子半径逐渐增大，离子键的强度逐渐减弱，晶格能逐渐减小。(4)根据晶胞结构示意图，两种微粒的个数比为11，因此化学式为cui，其中铜元素的化合价为1价。答案： (1)1s22s22p63s23p63d9(2)46(3)按氟、氯、溴、碘的顺序，这四种离子晶体中阴离子半径逐渐增大，离子键的强度逐渐减弱，晶格能逐渐减小(4) cuil15.某离子晶体晶胞的结构如图所示。x() 位于立方体顶点，y()位于立方体中心，试分析：(1)该晶体的化学式为_。(2)晶体中每个x周围与它最接近且距离相等的x共有_个。(3)晶体中距离最近的2个x与1个y形成的夹角xyx是_。(4)设该晶体的摩尔质量为m g/mol，晶体密度为 g/cm3，阿伏加德罗常数的值为na，则晶体中两个距离最近的x的核间距为_cm。解析：(1)观察图可知，y位于立方体的体心，x位于立方体的顶点，每个y同时吸引着4个x；而每个x同时被8个立方体共用，每个立方体的体心都有1个y，所以每个x同时吸引着8个y。晶体的化学式应为阴、阳离子的个数比，x、y的个数比为12，所以化学式为xy2或y2x。(2)以标注x为标准，在该晶胞中与它距离最近且相等的其他x有3个。标注x被8个晶胞共用，而与它距离最近且相等的其他x又都用了两次，故与标注x距离最近且相等的其他x共有 12个。(3)若将4个x连接，构成1个正四面体，y位于正四面体的中心，可联想ch4的键角，故xyx10928。(4)解此类问题比较简便的方法是把摩尔质量表示出来。摩尔质量在数值上即为1 mol物质的质量，等于 1个粒子的质量乘以na，而1个粒子的质量等于1个粒子的体积乘以密度。设正方体的边长为a，每个x被8个正方体共用，每个正方体实际独占x：4，而晶体的化学式为xy2(或y2x)，由x的数目可知每个粒子的体积为正方体体积的2倍，则a32nam。或由一个晶胞中含 个“xy2”，利用质量相等列等式为：a3。得a ，晶体中两个距离最近的x之间的距离为 a 。答案：(1)xy2(或y2x)(2)12(3)10928(4) 能力提升16(2016荆州高二检测)如图所示是一些晶体的结构，它们分别是nacl、cscl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。(1)其中代表金刚石的是(填写编号字母，下同)_，其中每个碳原子与_个碳原子最接近且距离相等。(2)其中代表石墨的是_，其中每个正六边形占有的碳原子数平均为_个。(3)其中表示nacl的是_，每个钠离子周围与它最接近且距离相等的氯离子有_个，每个钠离子周围与它最接近且距离相等的钠离子有_个，每个氯离子周围紧邻的钠离子相连接而成的空间几何体为_。(4)代表cscl的是_，它属于_晶体，每个铯离子与_个氯离子紧邻。解析：(1)金刚石中每个c原子与相邻的四个c原子形成共价键，这种结构向空间扩展就形成了立体网状结构，因此其中代表金刚石的是b；其中每个碳原子与4个碳原子最接近且距离相等。(2)在石墨中每个c原子与相邻的三个c原子形成共价键，键角是120，碳原子形成平面正六边形，每个正六边形占有的碳原子数平均为62。因此其中代表石墨的是d，其中每个正六边形占有的碳原子数平均为2个。(3)nacl是离子晶体，构成离子是na、cl；离子之间通过离子键结合，每个钠离子周围与它最接近且距离相等的氯离子有6个，位于na的上、下、前、后、左、右，每个钠离子周围与它最接近且距离相等的钠离子有(38)212个，每个氯离子周围紧邻的钠离子相连接而成的空间几何体为正八面体结构。(4)cscl是离子晶体，构成微粒是cs、cl，离子之间通过离子键结合，每个cs离子周围有8个距离相等且最近的cl，同理，每个cl周围有8个距离相等且最近的cs，代表cscl的是e。答案：(1)b4(2)d2(3)a612正八面体(4)e离子817(2016宿迁高二检测)根据价层电子对互斥理论判断下列分子或离子中空间构型是v形的是_(填写序号)。ah3o bh2o cno dno(2)已知fecl3的沸点： 319 ，熔点： 306 ，则fecl3的晶体类型为_。p可形成h3po4、hpo3、h3po3等多种酸，则这三种酸的酸性由强到弱的顺序为_(用化学式填写)。(3)原子序数小于36的元素q和t，在周期表中既处于同一周期又位于同一族，且原子序数t比q多2，t的基态原子最外层电子(价电子)排布式为_，q2的未成对电子数是_。(4)如图1是从nacl或cscl晶体结构图中分割