人教版选修3 第三章 第四节 离子晶体 学案.docx

第四节离子晶体目标定位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、离子晶体1结合已学知识和教材内容，填写下表：物质名称金刚石干冰金属镁食盐构成微粒碳原子co2分子mg2、自由电子na和cl微粒间作用力共价键范德华力金属键离子键物质类别非金属单质共价化合物金属单质离子化合物晶体类型原子晶体分子晶体金属晶体离子晶体(1)离子晶体的概念是阴、阳离子通过离子键结合而形成的晶体。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8f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？答案在nacl晶体中，正负离子的半径比0.525，在cscl晶体中，0.934，由于值的不同，结果使晶体中离子的配位数不同，其晶体结构不同。nacl晶体中阴、阳离子的配位数都是6，cscl晶体中阴、阳离子的配位数都是8。数值越大，离子的配位数越高。(2)为什么在nacl(或cscl)晶体中，阳、阴离子的配位数相同；而在caf2晶体中，阳、阴离子的配位数不相同？答案在nacl、cscl晶体中，阳、阴离子的配位数相同，是由于阳、阴离子电荷(绝对值)相同，因而阳、阴离子的个数相同，结果导致阳、阴离子的配位数相同；若阳、阴离子的电荷数不相同，阳、阴离子的个数必定不相同，结果阳、阴离子的配位数就不会相同。如caf2晶体中，ca2的配位数为8，f的配位数为4，离子所带电荷越多，配位数越多。(3)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结合而形成的，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。 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，b项错误；cs2是非极性溶剂，根据相似相溶规律，c项错误；由于离子晶体质硬易碎，且固态不导电，d项错误。2.一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子a以表示，阴离子b以表示。关于该离子晶体的说法正确的是()a阳离子的配位数为8，化学式为abb阴离子的配位数为4，化学式为a2bc每个晶胞中含4个ad每个a周围有4个与它等距且最近的a答案c解析用均摊法可知，晶胞中含有阳离子数为864；阴离子显然是8个，故化学式为ab2，a、b项错误；每个a周围与它等距且最近的a有12个(类似于干冰晶体)，d项错误。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/kjmol17477863 791熔点/7478012 852摩氏硬度2.52.56.5(1)影响晶格能大小的因素有哪些？答案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。1.离子晶体结构类型相同时，离子所带电荷数越多，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。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数有关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数的乘积成正比，与阴、阳离子半径的大小成反比，a、b项错误；晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，硬度也越大，d项正确。4碱金属卤化物是典型的离子晶体，它的晶格能与成正比(d0是晶体中最邻近的导电性离子的核间距)。下面说法错误的是()晶格能/kjmol1离子半径/pmlif licllibrlii1 031 845 807752linak60 95133nafnaclnabrnai915 777 740 693fclbri136181195 216kfkclkbrki812708 676641a晶格能的大小与离子半径成反比b阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离子半径越大，晶格能越小c阳离子不同阴离子相同的离子晶体，阳离子半径越小，晶格能越大d金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强答案d解析由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，a项正确；由naf、nacl、nabr、nai晶格能的大小即可确定b项正确；由lif、naf、kf晶格能的大小即可确定c项正确；表中晶格能最小的碘化物，因还原性fclbrkclcscl金属namgmg2al3namgnaclbaocaobnaclkclcaobaoccaobaokclnacldcaobaonaclkcl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d项正确。9根据表中给出物质的熔点数据(alcl3沸点为260 )，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。10.如图是氯化铯晶体的晶胞(晶体中的最小重复单元)，已知晶体中两个最近的cs离子核间距离为 a cm，氯化铯的相对分子质量为m，na为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度是()a. gcm3 b. gcm3c. gcm3 d. gcm3答案c解析处于顶点的离子同时为8个晶胞所共有，每个离子有属于1个晶胞，处于晶胞内的离子全属于该晶胞，可知1个氯化铯晶胞有1个cs和1个cl，则1 mol氯化铯的体积为naa3 cm3，故氯化铯晶体的密度为 gcm3。能力提升11氧元素和钠元素能够形成化合物f，其晶胞结构如图所示，晶胞参数a0.566 nm，f的化学式为_；晶胞中氧原子的配位数为_；列式计算晶体f的密度(gcm3)_ _。答案na2o82.27 gcm3解析根据晶胞结构可知氧原子的个数864，na全部在晶胞中，共计是8个，则f的化学式为na2o。以顶点氧原子为中心，与氧原子距离最近的钠原子的个数是8个，即晶胞中a原子的配位数为8。晶体f的密度2.27 gcm3。12已知物质熔、沸点数据回答问题：物质alf3alcl3albr3al2o3mgcl2mgo熔点/1 260181(升华)2632 0457072 852(1)下列各组物质中，熔化时所克服的粒子间作用力类型分别与氟化铝和溴化铝相同的是_(填字母)。anacl和ccl4 bna2o和sio2c金刚石和金属铝 d碘和干冰(2)mgcl2的熔点远高于alcl3熔点的原因是_。(3)工业上常用电解熔融mgcl2的方法生产金属镁，用电解al2o3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。为什么不用电解mgo的方法生产镁，也不用电解alcl3的方法生产铝？(4)mgo的熔点比bao的熔点_(填“高”或“低”)。(5)设计可靠的实验证明mgcl2、alcl3所属的晶体类型，其实验方法是_。答案(1)a(2)mgcl2是离子晶体，alcl3是分子晶体，离子键的强度远大于分子间作用力(3)氧化镁晶体比氯化镁晶体晶格能大，熔点高，电解时消耗电能大。alcl3不属于离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解alcl3的方法生产铝。(4)高(5)将两晶体加热到熔化状态，mgcl2能导电，alcl3不能导电，证明alcl3为分子晶体，mgcl2为离子晶体解析(1)由表中数据可知alf3是离子化合物，熔化时需克服离子键，而albr3是分子晶体，熔化时需克服分子间作用力，故选a。(2)mgcl2是离子晶体，离子间通过离子键结合，alcl3为共价化合物分子，分子间通过范德华力结合，离子键作用力远大于范德华力，所以mgcl2的熔点远高于alcl3的熔点。(3)因为mgo的熔点远高于mgcl2，故电解熔融mgo将需要更高的温度，消耗更多的能量，因而不用电解mgo的方法生产镁。alcl3不属于离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解alcl3的方法生产铝。(4)mgo和bao都是离子化合物，mg2的半径比ba2小，所以mgo的熔点比bao的熔点高。(5)将两种晶体加热到熔化状态，mgcl2能导电，而alcl3不能导电，即可证明mgcl2为离子晶体，alcl3为分子晶体。13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na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点上、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)。(4)设nacl的摩尔质量为mr gmol1，食盐晶体的密度为 gcm3，阿伏加德罗常数的值为na。食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为_ cm。答案(1)答案不唯一，合理即可(2)12(3)412144864(答案不唯一，只要与第1问对应即可)(4)解析(1)如图所示：(2)从体心na看，离它最接近且距离相等的na共有12个。(3)根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法是均摊法。由此可知，如图nacl晶胞中，含na数目为864；含cl数目为1214。(4)设cl与na的最近距离为a cm，则两个最近的na间的距离为a cm，又：namr。即a 。所以na间的最近距离为 cm。14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晶胞结构示意图如下图所示，请改正图中错误：_。(3)用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成烟火。燃放时，烟火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释发光的原因：_。(4)mg是第三周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点见下表：氟化物nafmgf2sif4熔点/k1 2661 534183解释表中氟化物熔点差异的原因：_。答案(1)增强熔融盐的导电性(2)空心球应为o2，实心球应为mg2；8号空心球应改为实心球(3)电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以发光的形式释放能量(4)离子晶体微粒间的作