人教版选修3 第3章第4节 离子晶体 学案.docx

第四节离子晶体目标导航1.熟知离子键、离子晶体的概念，知道离子晶体类型与性质的联系。2.认识晶格能的概念和意义，能根据晶格能的大小，分析晶体的性质。一、离子键和离子晶体1离子键(1)离子键的实质是静电作用，它包括阴、阳离子之间的引力和两种离子的核之间以及它们的电子之间的斥力两个方面，当引力与斥力之间达到平衡时，就形成了稳定的离子化合物，它不显电性。(2)离子键的特征：没有方向性和饱和性。因此，以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子，从而达到稳定的目的。2离子晶体(1)概念：阴、阳离子通过离子键结合，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体叫离子晶体。如nacl、cscl等。(2)离子晶体的空间构型离子晶体以紧密堆积的方式，使阴、阳离子尽可能接近，向空间无限延伸，形成晶体。决定离子晶体中离子配位数的因素有几何因素、电荷因素、键性因素。几何因素是指晶体中正负离子的半径比。它是决定离子晶体结构的重要因素。电荷因素是指正负离子的电荷比。如在nacl晶体中每个na周围有6个cl，每个cl周围有6个na。nacl只是氯化钠晶体的化学式，在晶体中不存在单个氯化钠分子，只有na和cl。在cscl晶体中每个cs周围有8个cl，每个cl周围有8个cs。如果正负离子的电荷不同，正负离子的个数必定不相同，结果，正负离子的配位数就不会相同。如在caf2晶体中，ca2和f的电荷比是21，个数比是12，ca2的配位数为8，f的配位数为4。键性因素是指离子键的纯粹程度。(3)离子晶体的物理性质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，溶于水或熔融后能导电。大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。离子晶体不导电，但是在熔融态或水溶液中可导电。【议一议】1结合离子晶体的知识回答：(1)离子晶体中只存在离子键吗？(2)晶体中只要有阳离子，就一定存在阴离子吗？(3)离子晶体是否全部由金属元素与非金属元素组成？答案(1)还可能存在共价键，如na2so4、kno3、nh4cl、naoh、ca(oh)2等晶体中除了离子键之外，还存在共价键。(2)晶体中有阳离子不一定有阴离子，如金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，但若有阴离子必然有阳离子。(3)全部由非金属元素形成的晶体，也可能是离子晶体，如铵盐。2氯化钠、氟化钙晶体的组成写成nacl、caf2，nacl、caf2是不是该物质的分子式？答案nacl、caf2并不是说该晶体中存在组成为nacl、caf2的单独分子，而只是代表晶体中元素原子组成的比例关系，因此nacl、caf2是其化学式，而非分子式。二、晶格能1晶格能的概念离子晶体的晶格能是气态离子形成1_mol离子晶体释放的能量。晶格能通常取正值，单位kjmol1。2晶格能的作用晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。3影响晶格能大小的因素离子所带电荷数越多，晶格能越大；离子半径越小，晶格能越大。【议一议】3为何na2o的晶格能大于naf，而kcl的晶格能大于ki?答案晶格能与离子所带的电荷成正比，而与离子半径的大小成反比。在na2o和naf中，o2所带的电荷比f多，故na2o的晶格能大于naf；而kcl和ki中，cl半径小于i的半径，故kcl的晶格能大于ki。1离子晶体【例1】下列性质适合于离子晶体的是()a熔点1 070 ，易溶于水，水溶液能导电b熔点10.31 ，液态不导电，水溶液能导电c能溶于cs2，熔点112.8 ，沸点444.6 d熔点97.81 ，质软，导电，密度0.97 gcm3答案a解析离子晶体在液态(即熔融态)导电；cs2是非极性溶剂，根据相似相溶规律，c项也不是离子晶体；由于离子晶体质硬易碎，且固态不导电，所以d项也不是离子晶体。规律总结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变式训练1以下事实，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是()a具有较高的熔点b可溶于水c固体不导电，熔融状态能导电d水溶液能导电答案c解析原子晶体通常熔点也比较高，故a选项不正确；某些分子晶体也可溶于水，如so3等，故b错；分子晶体溶于水，只要能电离也能导电，故d也不正确；c选项是离子晶体独有的性质，能说明晶体是离子晶体。二、晶格能【例2】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/kjmol17873 890(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nabr比nacl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。规律总结1离子晶体结构类型相同时，离子所带电荷越多，离子半径越小，晶格能越大，晶体熔、沸点越高，硬度越大。2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。变式训练2naf、nai、mgo均为离子化合物，根据表中数据，推知这三种化合物的熔点高低顺序是()物质离子电荷数112键长(1010m)2.313.182.10a. bc d答案b解析离子化合物的熔点高低主要取决于离子键的强弱(或晶格能的大小)，而离子键的强弱(或晶格能的大小)与离子所带的电荷的乘积成正比，与离子间距离成反比。1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，其密度较大答案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；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。2离子晶体熔点的高低决定于阴、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。3下列关于晶格能的叙述中正确的是()a晶格能仅与形成晶体中的离子所带电荷有关b晶格能仅与形成晶体的离子半径有关c晶格能是指相邻的离子间的静电作用d晶格能越大的离子晶体，其熔点越高答案d解析晶格能与离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子半径的大小成反比。晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，硬度也越大，所以a、b错，d项正确。4根据表中给出物质的熔点数据(alcl3沸点为182.7 )，判断下列说法错误的是()晶体naclmgosicl4alcl3晶体硼熔点/8012 800701802 500a.mgo中的离子键比nacl中的离子键强bsicl4晶体是分子晶体calcl3晶体是离子晶体d晶体硼是原子晶体答案c解析根据表中各物质的熔点，判断晶体类型。nacl和mgo是离子化合物，形成离子晶体，故熔、沸点越高，说明晶格能越大，离子键越强，a项正确；sicl4是共价化合物，熔、沸点较低，为分子晶体，硼为非金属单质，熔、沸点很高，是原子晶体，b、d项正确；alcl3虽是由活泼金属和活泼非金属形成的化合物，但其晶体熔、沸点较低，应属于分子晶体。5如图所示，食盐晶体由钠离子和氯离子构成。已知食盐的m58.5 gmol1，食盐的密度是2.2 gcm3，阿伏加德罗常数为6.01023 mol1，在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近下列哪个数据()a3.0108cm b3.5108cmc4.0108cm d5.0108cm答案c解析从图中可看出，顶角上的每个离子为8个小立方体所共有，因此每个小立方体实际上只能分摊得个“nacl”。设每个小立方体的边长为a。则(2a32.2 gcm3)6.01023mol158.5 gmol1。所以，两个距离最近的钠离子中心间的距离为4.0108cm。6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/k1 0741 049918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namgmg2al3namgmgf2alf3b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)ash3ph3前者中含有氢键，后两者结构相同，相对分子质量大的分子间作用力大sih4、正四面体，ph3、三角锥形，h2s、v形(5)sicl44nh3si(nh2)44hcl，3si(nh2)48nh3si3n4解析本题可结合问题作答。w的氯化物为正四面体形，则应为sicl4或ccl4，又w与q形成高温结构陶瓷材料，故可推断w为si。(1)sio2为原子晶体。(2)高温结构陶瓷可联想到si