高中化學 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第2節(jié) 金屬晶體與離子晶體 第2課時學案 魯科版選修3

1、第2課時離子晶體學習目標定位1.理解離子鍵、離子晶體的概念，知道離子晶體類型與其性質(zhì)的聯(lián)系。2.認識晶格能的概念和意義，能根據(jù)晶格能的大小，分析晶體的性質(zhì)。一、離子晶體及其結構模型1概念及結構特點(1)概念：陰、陽離子通過離子鍵結合而形成的晶體。(2)結構特點：構成微粒：陰離子和陽離子，離子晶體中不存在單個分子。微粒間的作用力：離子鍵。2典型離子晶體的結構模型(1)觀察分析表中ab型離子晶體的結構模型，填寫下表：晶體結構模型配位數(shù)cl和na配位數(shù)都為6cl和cs配位數(shù)都為8zn2和s2配位數(shù)都為4晶胞中微粒數(shù)na、cl都為4cs、cl都為1zn2、s2都為4陰、陽離子個數(shù)比111111化學式n

2、aclcsclzns符合類型li、na、k、rb的鹵化物，agf、mgo等csbr、csi、nh4cl等beo、bes等(2)觀察caf2晶體的晶胞示意圖，回答下列問題：該晶胞中含有的ca2數(shù)目是4，f數(shù)目是8。ca2的配位數(shù)是8，f的配位數(shù)是4。(1)離子鍵無方向性和飽和性，在離子晶體中陰、陽離子與異電性離子接觸盡可能采用最密堆積，可以看作是不等徑圓球密堆積。(2)影響離子晶體配位數(shù)的因素離子半徑因素：值的不同，晶體中離子的配位數(shù)不同，其晶體結構不同。數(shù)值越大，離子的配位數(shù)越多。電荷因素： ab型離子晶體的陰、陽離子的配位數(shù)相等；abn型a、b離子的配位數(shù)比值為n1。如caf2中ca2的配位

3、數(shù)是8，f的配位數(shù)是4。例1下列說法中正確的是()a固態(tài)能導電的晶體一定是金屬晶體b固態(tài)不能導電，水溶液能導電的晶體一定是離子晶體c熔融狀態(tài)能導電的晶體一定是離子晶體d固態(tài)不導電而熔融態(tài)能導電的晶體一定是離子晶體答案d解析固態(tài)時能導電的晶體不一定是金屬晶體，如硅和石墨等不是金屬晶體，a不正確；固態(tài)不能導電，水溶液能導電的晶體不一定是離子晶體，如p2o5等不是離子晶體，b不正確；金屬熔融狀態(tài)也能導電，c不正確；離子晶體是陰、陽離子組成的，固態(tài)時陰、陽離子不能自由移動，不導電，熔融狀態(tài)時電離出自由移動的離子而導電。方法規(guī)律離子晶體的判斷方法(1)依據(jù)組成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷。(2)依據(jù)物

4、質(zhì)類別判斷?；顫娊饘傺趸?，強堿和絕大多數(shù)鹽類是離子晶體。(3)依據(jù)導電性判斷。離子晶體溶于水和熔融狀態(tài)下均導電。(4)依據(jù)熔、沸點和溶解性判斷。離子晶體熔、沸點較高，多數(shù)能溶于水，難溶于有機溶劑。例2一種離子晶體的晶胞如圖所示。其中陽離子a以表示，陰離子b以表示。關于該離子晶體的說法正確的是()a陽離子的配位數(shù)為8，化學式為abb陰離子的配位數(shù)為4，化學式為a2bc每個晶胞中含4個ad每個a周圍有4個與它等距且最近的a答案c解析用均攤法可知，晶胞中含有陽離子數(shù)為8×6×4；陰離子顯然是8個，故化學式為ab2，a、b項錯誤；每個a周圍與它等距且最近的a有12個(類似于干冰晶

5、體)，d項錯誤。二、晶格能1晶格能是指將1_mol離子晶體中的陰、陽離子完全氣化而遠離所吸收的能量。(1)吸收的能量越多，晶格能越大，表示離子鍵越強，離子晶體越穩(wěn)定。(2)晶格能通常取正值，單位：kj·mol1。2觀察分析下表，回答下列問題(已知mgo、nabr與nacl晶體結構相似)：離子化合物nabrnaclmgo離子電荷數(shù)112核間距/pm290276205晶格能/kj·mol17367873 890熔點/7508012 800摩氏硬度<2.52.56.5(1)影響晶格能大小的因素有哪些？答案影響晶格能的因素：離子所帶的電荷數(shù)和陰、陽離子間的距離。晶格能與離子所

6、帶電荷數(shù)的乘積成正比，與陰、陽離子間的距離成反比。(2)晶格能與晶體的熔點、硬度有怎樣的關系？答案結構相似的離子晶體，晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，晶體的熔、沸點越高，硬度越大。(3)根據(jù)離子晶體的形成，推測離子晶體具有怎樣的特性？答案離子晶體是由陰、陽離子通過較強的離子鍵而形成的，所以離子晶體具有較高的熔、沸點，難揮發(fā)，硬度較大，離子晶體不導電，熔化或溶于水后能導電。大多數(shù)離子晶體能溶于水，難溶于有機溶劑。影響離子鍵強度的因素(1)離子電荷數(shù)的影響：電荷數(shù)越多，晶格能越大，離子鍵越牢固，離子晶體的熔點越高、硬度越大。(2)離子半徑的影響：半徑越大，導致離子核間距越大，晶格能越小，離子鍵越

7、易斷裂，離子晶體的熔點越低、硬度越小。例3根據(jù)表格數(shù)據(jù)回答下列有關問題：(1)已知nabr、nacl、mgo等離子晶體的核間距離和晶格能如下表所示：nabrnaclmgo離子的核間距/pm290276205晶格能/kj·mol17873 890nabr晶體比nacl晶體晶格能_(填“大”或“小”)，主要原因是_。mgo晶體比nacl晶體晶格能大，主要原因是_。nabr、nacl和mgo晶體中，熔點最高的是_。(2)cu2o的熔點比cu2s的_(填“高”或“低”)，請解釋原因：_。(3)naf的熔點_(填“>”“<”或“”)bf的熔點，其原因是_。答案(1)小nabr比na

8、cl離子的核間距大氧化鎂晶體中的陰、陽離子的電荷數(shù)絕對值大，并且離子的核間距小mgo(2)高o2半徑小于s2的半徑， cu2o的離子鍵強于cu2s的離子鍵，所以cu2o的熔點比cu2s的高(3)兩者均為離子化合物，且電荷數(shù)均為1，但后者離子半徑大，離子鍵較弱，因此熔點較低方法規(guī)律離子晶體結構類型相同時，離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，晶格能越大，晶體越穩(wěn)定，熔、沸點越高，硬度越大。離子晶體1僅由下列各組元素所構成的化合物，不可能形成離子晶體的是()ah、o、s bna、h、o ck、cl、o dh、n、cl答案a解析強堿、活潑金屬氧化物、絕大多數(shù)鹽等是離子晶體。b項如naoh、c項如kclo

9、、d項如nh4cl。2下列關于nacl晶體結構的說法中正確的是()anacl晶體中，陰、陽離子的配位數(shù)相等bnacl晶體中，每個na周圍吸引1個clcnacl晶胞中的質(zhì)點代表一個nacldnacl晶體中存在單個的nacl分子答案a解析氯化鈉晶體中，每個na周圍結合6個cl，而每個cl周圍結合6個na；nacl只表示na和cl個數(shù)比為11。3一種金屬晶體與一種離子晶體相比較，正確的是()a金屬晶體一定比離子晶體微粒堆積得更密集b金屬晶體一定比離子晶體硬度大c金屬晶體一定比離子晶體熔點高d金屬晶體固態(tài)時一定能導電，但離子晶體不能答案d解析一般來說，金屬晶體和離子晶體的微粒堆積方式均為密堆積，但具體

10、到某一種金屬晶體或離子晶體，就很難說誰的微粒堆積更密集了。離子晶體的熔點和硬度普遍較高；金屬晶體的熔點和硬度有的很高，也有的很低。金屬晶體都有導電性，離子晶體熔融態(tài)時都能導電，固態(tài)時不導電。4下列關于晶格能的敘述中正確的是()a晶格能是氣態(tài)原子形成1 mol離子晶體所釋放的能量b晶格能僅與形成晶體的離子半徑有關c晶格能是指相鄰的離子間的靜電作用d晶格能越大的離子晶體，其熔點越高、硬度越大答案d解析晶格能是將1 mol離子晶體中的陰、陽離子完全氣化而遠離所吸收的能量，晶格能與離子所帶電荷的乘積成正比，與陰、陽離子核間距離成反比。晶格能越大，晶體的熔、沸點越高，硬度也越大，所以d項正確。5科學家通

11、過x射線證明， mgo、cao、nio、feo的晶體結構與nacl的晶體結構相似。(1)某同學畫出的mgo晶胞結構示意圖如下圖所示，請改正圖中的錯誤_。(2)mgo是優(yōu)良的耐高溫材料，mgo的熔點比cao的高，其原因是_。(3)ni2和fe2的離子半徑分別為69 pm和78 pm，則熔點nio_(填“<”或“>”)feo，nio晶胞中ni和o的配位數(shù)分別為_、_。答案(1)空心球應為o2，實心球應為mg2；8號空心球應改為實心球(2)mg2半徑比ca2小，mgo的晶格能大(3)>66解析(1)mg2和o2的半徑是o2>mg2，故空心球應為o2，實心球應為mg2；圖中應該

12、黑白球交替出現(xiàn)，故8號球應為實心球。(2)mgo與cao的離子電荷數(shù)相同，mg2半徑比ca2小，mgo晶格能大，熔點高。(3)nio晶胞與nacl晶胞相同，所以ni和o的配位數(shù)都是6，離子半徑ni2<fe2，晶格能nio>feo，所以熔點nio>feo。對點訓練題組1離子晶體的判斷與物理性質(zhì)1離子晶體一般不具有的特征是()a熔點較高，硬度較大b易溶于水而難溶于有機溶劑c固體時不能導電d離子間距離較大，其密度較大答案d解析離子晶體的結構決定著離子晶體具有一系列特性，這些特性包括a、b、c項所述；離子間的距離取決于離子半徑的大小及晶體的密堆積方式等。2下列化學式表示的物質(zhì)中，屬于

13、離子晶體并且含有非極性共價鍵的是()acacl2 bna2o2cn2 dnh4cl答案b3堿金屬和鹵素形成的化合物大多具有的性質(zhì)是()固態(tài)時不導電，熔融狀態(tài)導電能溶于水，其水溶液導電低熔點高沸點易升華a b c d答案b解析鹵素與堿金屬形成的化合物大多為典型的離子化合物，具備離子晶體的性質(zhì)。4下列性質(zhì)適合于離子晶體的是()a熔點1 070 ，易溶于水，水溶液能導電b熔點10.31 ，液態(tài)不導電，水溶液能導電c能溶于cs2，熔點112.8 ，沸點444.6 d熔點97.81 ，質(zhì)軟，導電，密度0.97 g·cm3答案a解析離子晶體在液態(tài)(即熔融態(tài))時導電， b項不是離子晶體；cs2是非

14、極性溶劑，根據(jù)“相似相溶”的規(guī)律，c項也不是離子晶體；由于離子晶體質(zhì)硬易碎，且固態(tài)時不導電，所以d項也不是離子晶體。題組2離子晶體的晶格能及其與性質(zhì)的關系5離子晶體熔點的高低取決于陰、陽離子之間的核間距離和晶格能的大小，根據(jù)所學知識判斷kcl、nacl、cao、bao四種晶體熔點的高低順序是()akcl>nacl>bao>caobnacl>kcl>cao>baoccao>bao>kcl>nacldcao>bao>nacl>kcl答案d解析對于離子晶體來說，離子所帶電荷數(shù)越多，陰、陽離子間的核間距離越小，晶格能越大，離子鍵越

15、強，熔點越高。陽離子半徑大小順序為ba2>k>ca2>na，陰離子半徑：cl>o2，比較可得只有d項正確。6下列大小關系正確的是()a晶格能：nacl<nabr b硬度：mgo>caoc熔點：nai>nabr d熔、沸點：kcl>nacl答案b解析對于電荷數(shù)相同的離子，半徑越小，離子鍵越強，晶格能越大，硬度越大，熔、沸點越高。半徑：cl<br<i，mg2<ca2，kna，故a、c、d錯誤，b正確。7已知金屬鈉能與兩種鹵族元素形成化合物q、p，它們的晶格能分別為923 kj·mol1、786 kj·mol1，下

16、列有關說法中不正確的是()aq的熔點比p的高b若p是nacl，則q一定是nafcq中成鍵離子核間距較小d若p是nacl，則q可能是nabr答案d解析本題主要涉及晶格能的大小與物質(zhì)性質(zhì)及影響晶格能大小的內(nèi)部因素之間的關系問題，解答時應從晶格能的大小對物質(zhì)性質(zhì)的影響以及影響晶格能大小的因素等角度進行分析。q的晶格能大于p的晶格能，故q的熔點比p高，a項正確；因f的半徑比cl的小(其他鹵素離子的半徑比cl的大)，故naf的晶格能大于nacl的，故b項正確，d項錯誤；因q、p中成鍵離子均為一價離子，電荷數(shù)相同，故晶格能的差異是由成鍵離子核間距決定的，晶格能越大，表明核間距越小，c項正確。8堿金屬鹵化物

17、是典型的離子晶體，它們的晶格能與成正比(d0是晶體中最鄰近的異電性離子的核間距)。下列說法錯誤的是()晶格能/kj·mol1離子半徑/pmliflicllibrlii1 031845807752linak6095133nafnaclnabrnai915 787 736 686fclbri136181195216kfkclkbrki 812699689 632a.晶格能的大小與離子半徑成反比b陽離子相同陰離子不同的離子晶體，陰離子半徑越大，晶格能越小c陽離子不同陰離子相同的離子晶體，陽離子半徑越小，晶格能越大d金屬鹵化物晶體中，晶格能越小，氧化性越強答案d解析由表中數(shù)據(jù)可知晶格能的大小

18、與離子半徑成反比，可確定a項正確；由naf、nacl、nabr、nai晶格能的大小即可確定b項說法正確；由lif、naf、kf晶格能的大小即可確定c項說法正確；表中晶格能最小的金屬鹵化物是碘化物，因還原性f<cl<br<i，可知d項錯誤。題組3離子晶體結構的考查9下列有關離子晶體的敘述中不正確的是()a1 mol氯化鈉中有na個nacl分子b氯化鈉晶體中，每個na周圍距離相等的cl共有6個c氯化銫晶體中，每個cs周圍緊鄰8個cld平均每個nacl晶胞中有4個na、4個cl答案a解析離子晶體采取密堆積方式，氯化鈉晶體中并不存在單獨的“nacl分子”，其化學式僅表示陰、陽離子的個

19、數(shù)比，“nacl”是化學式，表示晶體的組成，其他三項根據(jù)晶胞結構判斷，均正確。10高溫下，超氧化鉀晶體呈立方體結構。晶體中氧的化合價可看作部分為0價，部分為2價。如圖為超氧化鉀晶體的一個晶胞(晶體中最小的重復單元)。下列說法正確的是()a該晶體是體心立方晶胞b超氧化鉀的化學式為ko2，每個晶胞含有1個k和1個oc晶胞中與每個k距離最近的o有6個d晶體中所有原子之間都是以離子鍵結合答案c解析根據(jù)題給信息，超氧化鉀晶體是面心立方晶胞，超氧化鉀晶體(ko2)是離子化合物，陰、陽離子分別為o、k，晶體中k與o以離子鍵相結合，o中oo鍵為共價鍵。作為面心立方晶胞，每個晶胞中含有4(即8×

20、15;6)個k，4(即1×12)個o，晶胞中與每個k距離最近的o有6個。11在冰晶石(na3alf6)的晶胞中，alf63占據(jù)的位置相當于nacl晶胞中cl占據(jù)的位置，則冰晶石晶胞中含na數(shù)為()a12個 b8個c4個 d3個答案a解析nacl晶胞中cl的個數(shù)為8×6×4，由題意知，冰晶石晶胞中alf63的個數(shù)也應當為4，化學式na3alf6中na和alf63的個數(shù)比為31，所以冰晶石晶胞中含na的個數(shù)為4×312，故選a。12有一種藍色晶體可表示為mxfey(cn)6，經(jīng)x射線研究發(fā)現(xiàn)，它的結構特征是fe3和fe2互相占據(jù)立方體互不相鄰的頂點，而cn位

21、于立方體棱上。其晶體中陰離子的最小結構單元如圖所示。下列說法正確的是()a該晶體的化學式為mfe3(cn)6b該晶體屬于離子晶體，m呈1價c該晶體屬于離子晶體，m呈2價d晶體中與每個fe3距離最近且等距離的cn為3個答案b解析由題圖可推出，晶體中陰離子的最小結構單元中含fe2的個數(shù)為4×，含fe3的個數(shù)也為，cn的個數(shù)為12×3，因此陰離子的化學式為fe2(cn)6，則該晶體的化學式只能為mfe2(cn)6，由陰、陽離子形成的晶體為離子晶體，m的化合價為1價，故b項正確；由題圖可看出與每個fe3最近且距離相等的cn為6個。13如圖是氯化銫晶體的晶胞(晶體中最小的重復結構單元

22、)示意圖，已知晶體中2個最近的cs核間距為a cm，氯化銫(cscl)的相對分子質(zhì)量為m，na為阿伏加德羅常數(shù)，則氯化銫晶體的密度為()a. g·cm3 b. g·cm3c. g·cm3 d. g·cm3答案c解析 g·cm3 g·cm3。綜合強化14zns、nacl、cscl、caf2分別代表四種常見的離子晶體結構模型，根據(jù)圖示回答下列問題：(1)試寫出三種結構分別對應的化學式：圖甲_、圖乙_、圖丙_。在這三種晶體中，每個陽離子周圍的陰離子在空間構成的幾何構型分別為_。(2)在nacl、cscl晶體中，每個cl的周圍和它等距離且最近

23、的cl分別有_個。(3)下圖所示是從nacl或cscl晶體結構中分割出來的部分結構圖，其中屬于從nacl晶體中分割出來的結構圖是_(填字母)。a和 b和c和 d只有答案(1)csclnaclzns立方體、正八面體、正四面體(2)12、6(3)c解析在zns晶體中，陰、陽離子的配位數(shù)都是4，故圖丙表示該晶體結構，在zn2周圍的s2構成正四面體結構；在nacl晶體中，陰、陽離子的配位數(shù)都為6，在na周圍的6個cl形成正八面體，由于晶體中cl采用a1型堆積，故每個cl周圍和它等距離且最近的cl有12個；在cscl晶體中，每個cs周圍的8個cl形成立方體，設定圖甲中心離子為cl，每個cl周圍和它等距離

24、且最近的cl位于該立方體周圍的6個立方體的體心。(3)根據(jù)nacl和cscl兩種典型離子晶體的結構特點分析圖示。圖中黑球的配位數(shù)為6，圖為簡單立方結構，故和應表示nacl的晶體結構。圖中黑球的配位數(shù)為8，圖為體心立方結構，故和應表示cscl的晶體結構。15已知有關物質(zhì)的熔、沸點數(shù)據(jù)如下表：物質(zhì)mgoal2o3mgcl2alcl3熔點/2 8522 072714190(2.6×105pa)沸點/3 6002 9801 412182.7(1)mgcl2的熔點遠高于alcl3熔點的原因是_。(2)工業(yè)上常用電解熔融mgcl2的方法生產(chǎn)金屬鎂，用電解al2o3與冰晶石熔融混合物的方法生產(chǎn)鋁。

25、為什么不用電解mgo的方法生產(chǎn)鎂，也不用電解alcl3的方法生產(chǎn)鋁？_。(3)mgo的熔點比bao的熔點_(填“高”或“低”)。(4)設計可靠的實驗證明mgcl2、alcl3所屬的晶體類型，其實驗方法是_。答案(1)mgcl2是離子晶體，alcl3是分子晶體，離子鍵的強度遠大于分子間作用力(2)氧化鎂晶體比氯化鎂晶體晶格能大，熔點高，電解時消耗電能大。alcl3不是離子晶體，熔融時不能導電，因而不能用電解alcl3的方法生產(chǎn)鋁(3)高(4)將兩晶體加熱到熔融狀態(tài)，mgcl2能導電，alcl3不能導電，證明alcl3為分子晶體，mgcl2為離子晶體解析(1)mgcl2是離子晶體，陰、陽離子間以離子鍵結合，離子鍵作用力強；alcl3為共價化合物，分子間作用力弱，所以mgcl2熔點遠高于alcl3熔點。(2)因為mgo的熔點遠高于