2023-2024學(xué)年蘇教版新教材選擇性必修二 專題3第二單元 離子鍵 離子晶體 學(xué)案

第二單元離子鍵離子晶體課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)業(yè)質(zhì)量水平1．認(rèn)識離子鍵的本質(zhì)及成鍵特征。2．借助離子晶體模型認(rèn)識離子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性質(zhì)。3．能利用離子鍵的有關(guān)理論解釋離子晶體的物理性質(zhì)。1．能采用模型、符號等多種方式對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合表征。(水平3)2．能說明物質(zhì)間的組成和微粒間作用力的差異對物質(zhì)性質(zhì)的影響。(水平3)[對應(yīng)學(xué)生用書P49]一、離子鍵的形成1．形成過程2．特征陰、陽離子通常可看成是球形對稱的，電荷分布也是球形對稱，它們在空間各個方向上的靜電作用相同，所以在各個方向上都可以與帶相反電荷的離子發(fā)生靜電作用，且在靜電作用能達(dá)到的范圍內(nèi)，只要空間條件允許，一個離子可同時吸引多個帶相反電荷的離子，故離子鍵無方向性和飽和性。二、離子晶體1．離子晶體：陰、陽離子通過離子鍵按一定方式有規(guī)則地排列形成的晶體。2．晶格能：拆開1mol離子晶體使之成為氣態(tài)陰離子和氣態(tài)陽離子所吸收的能量。晶格能越大，離子晶體的熔點(diǎn)越高、硬度越大。3．典型離子晶體的結(jié)構(gòu)化學(xué)式NaClCsCl晶體結(jié)構(gòu)模型晶胞中陰、陽離子個數(shù)Na＋、Cl－都為4Cs＋、Cl－都為1陰、陽離子個數(shù)比1∶11∶1距離最近的帶相反電荷的離子個數(shù)681．巧判斷(對的畫“√”，錯的畫“×”)(1)離子晶體中含有陰、陽離子，在固態(tài)時導(dǎo)電。(×)(2)離子晶體中不存在共價鍵。(×)(3)氯化鈉、氟化鈣晶體的化學(xué)式通常寫為NaCl、CaF2，說明晶體中存在構(gòu)成為NaCl、CaF2的分子。(×)(4)氯化鈉的熔點(diǎn)大于氯化鉀的熔點(diǎn)。(√)2．根據(jù)下列實驗事實，能確定某晶體一定屬于離子晶體的是()A.晶體熔點(diǎn)達(dá)2500B．晶體不導(dǎo)電，溶于水后的溶液導(dǎo)電C．晶體不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電D．溫度越高，溶解度越大C[熔點(diǎn)為2500℃的晶體可以是金屬晶體、離子晶體等；晶體不導(dǎo)電，水溶液導(dǎo)電的晶體可以是離子晶體，也可以是以共價鍵結(jié)合形成的分子(如SiF4)所構(gòu)成的晶體；多數(shù)固體的溶解度隨溫度升高而增大。3．已知金屬鈉與兩種鹵族元素形成的化合物Q、P的晶格能分別為923kJ/mol、786kJ/mol，下列有關(guān)說法不正確的是()A．Q的熔點(diǎn)比P的高B．若P是NaCl，則Q一定是NaFC．Q的離子間距比P的小D．若P是NaCl，則Q可能是NaBrD[Q的晶格能大于P的晶格能，故Q的熔點(diǎn)比P的高；因F－的半徑比Cl－的半徑小，其他鹵素離子的半徑比Cl－的半徑大，故若P是NaCl，只有NaF的晶格能大于NaCl的晶格能，則Q一定是NaF，不可能是NaBr；因Q、P中的陽離子均為Na＋，陰離子所帶電荷數(shù)相同，故晶格能的差異是由離子間距決定的，晶格能越大，表明離子間距越小。][對應(yīng)學(xué)生用書P50]學(xué)習(xí)任務(wù)離子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)在我們周圍廣泛存在著離子化合物，常溫下，許多離子化合物，如氯化鈉、碳酸鈣等，以晶體形態(tài)存在。1．離子晶體中除含有離子鍵外，是否含有共價鍵？提示離子晶體中除含有離子鍵外，還可能含有共價鍵、配位鍵。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含有離子鍵和共價鍵。2．離子鍵具有方向性和飽和性嗎？提示通常情況下，陰、陽離子可以看作是球形對稱的，陰、陽離子的電荷分布也是球形對稱的，它們在空間各個方向的靜電作用相同，所以在各個方向上都可以與帶相反荷的離子發(fā)生靜電作用，并且在能達(dá)到的范圍內(nèi)，只要空間允許，一個離子可以同時吸引多個帶相反電荷的離子，可見離子鍵沒有方向性和飽和性。1．離子晶體的結(jié)構(gòu)(1)離子晶體中微粒之間的作用力是離子鍵，由于離子鍵沒有方向性和飽和性，因此離子晶體一般采取密置堆積方式。(2)離子晶體中存在的微粒是陽離子和陰離子，離子晶體的化學(xué)式只表示晶體中陰、陽離子的個數(shù)比，而不表示其分子構(gòu)成。(3)離子晶體中，離子半徑越小，離子所帶電荷越多，離子鍵越強(qiáng)。2．離子晶體的判斷可以根據(jù)物質(zhì)的分類、組成和性質(zhì)等方面判斷一種物質(zhì)是不是離子晶體。(1)利用物質(zhì)的分類判斷金屬離子和酸根離子、OH－形成的大多數(shù)鹽、強(qiáng)堿，活潑金屬的氧化物和過氧化物(如Na2O和Na2O2)，活潑金屬的氫化物(如NaH)，活潑金屬的硫化物等都是離子晶體。(2)利用元素的性質(zhì)和種類判斷如成鍵元素的電負(fù)性差值大于1.7的物質(zhì)，金屬元素(特別是活潑金屬元素，ⅠA、ⅡA族元素)與非金屬元素(特別是活潑非金屬元素，ⅥA、ⅦA族元素)組成的化合物。(3)利用物質(zhì)的性質(zhì)判斷離子晶體一般具有較高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)，難揮發(fā)，硬而脆；固體不導(dǎo)電，但熔融狀態(tài)或溶于水時能導(dǎo)電；大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑，難溶于非極性溶劑。1．螢石(CaF2)是一種難溶于水的固體。下列實驗事實能說明CaF2一定屬于離子晶體的是()A．CaF2難溶于水，其水溶液的導(dǎo)電性極弱B．CaF2的熔點(diǎn)較高，硬度較大C．CaF2固體不導(dǎo)電，但在熔融狀態(tài)下可以導(dǎo)電D．CaF2在有機(jī)溶劑(如苯)中的溶解度極小C[化合物中存在離子鍵則必為離子晶體，而離子晶體區(qū)別于其他晶體的突出特點(diǎn)是固體不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電。]2．氧化鈣在2973K時熔化，而氯化鈉在1074K時熔化，二者離子間的距離和晶體結(jié)構(gòu)都類似。下列有關(guān)它們?nèi)埸c(diǎn)差別較大的原因敘述不正確的是()A．氧化鈣晶體中陰、陽離子所帶的電荷數(shù)多B．氧化鈣中氧離子與鈣離子之間的作用力更強(qiáng)C．氧化鈣晶體的結(jié)構(gòu)類型與氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)類型不同D．在氧化鈣與氯化鈉的離子間距離類似的情況下，熔點(diǎn)主要由陰、陽離子所帶電荷數(shù)的多少決定C[氧化鈣和氯化鈉中離子間的距離和晶體結(jié)構(gòu)都類似，故熔點(diǎn)主要由陰、陽離子所帶電荷數(shù)的多少決定。]有一種藍(lán)色晶體[其組成可表示為MxFey(CN)6]，經(jīng)X射線研究發(fā)現(xiàn)，它的結(jié)構(gòu)特征是Fe3＋和Fe2＋互相占據(jù)立方體互不相鄰的頂點(diǎn)，而CN－位于立方體棱上，其晶體中陰離子的最小結(jié)構(gòu)單元如下圖所示。(1)根據(jù)上述信息分析該晶體的化學(xué)式。提示由題給陰離子結(jié)構(gòu)圖可推出，晶體的最小結(jié)構(gòu)單元中含F(xiàn)e2＋的個數(shù)為4×＝(個)，含F(xiàn)e3＋的個數(shù)也為個，CN－的個數(shù)為12×＝3(個)，因此陰離子的化學(xué)式為[Fe2(CN)6]－，則該晶體的化學(xué)式只能為MFe2(CN)6。(2)確定該晶體的類型及M的化合價。提示由陰、陽離子形成的晶體為離子晶體，M的化合價為＋1。(1)離子晶體中沒有分子，其化學(xué)式只能表示陰、陽離子的個數(shù)比，不是分子式。(2)離子晶體中一定含有離子鍵，可能含有共價鍵。[對應(yīng)學(xué)生用書P51]1．(雙選)下列關(guān)于CaF2的表述正確的是()A．Ca2＋與F－間不僅存在靜電吸引作用，還有靜電排斥作用B．F－的半徑小于Cl－，則CaF2的熔點(diǎn)低于CaCl2C．陰、陽離子的個數(shù)比為2∶1的物質(zhì)，均與CaF2晶體結(jié)構(gòu)相同D．CaF2中的化學(xué)鍵為離子鍵，因此CaF2在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電A、D[Ca2＋與F－間既有靜電吸引作用，也有靜電排斥作用；離子所帶電荷相同，F(xiàn)－的半徑小于Cl－，所以CaF2晶體的離子鍵鍵能大，CaF2的熔點(diǎn)應(yīng)高于CaCl2；晶體構(gòu)型還與離子的大小有關(guān)，陰、陽離子的個數(shù)比為2∶1的物質(zhì)，不一定與CaF2晶體的結(jié)構(gòu)相同；CaF2中的化學(xué)鍵為離子鍵，CaF2在熔融狀態(tài)下能發(fā)生電離，因此CaF2在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電。]2．離子鍵的強(qiáng)弱主要取決于離子的半徑和離子所帶電荷數(shù)。一般規(guī)律是：離子的半徑越小，離子的電荷數(shù)越大，離子鍵越強(qiáng)。K2O、MgO、CaO三種物質(zhì)中，離子鍵由強(qiáng)到弱的順序是()A．K2O、MgO、CaO B．MgO、K2O、CaOC．MgO、CaO、K2O D．CaO、MgO、K2OC[離子鍵的強(qiáng)弱主要決定于離子的半徑和離子所帶電荷數(shù)。一般規(guī)律是：離子的半徑越小，離子的電荷數(shù)越大，離子鍵越強(qiáng)。離子的半徑由大到小為K＋、Ca2＋、Mg2＋，Ca2＋與Mg2＋所帶電荷數(shù)相同，且大于K＋，所以離子鍵由強(qiáng)到弱的順序為MgO、CaO、K2O。]3．下圖為NaCl和CsCl的晶體結(jié)構(gòu)。下列說法錯誤的是()A．NaCl和CsCl都屬于AB型的離子晶體B．NaCl和CsCl晶體中陰、陽離子的個數(shù)比相同C．NaCl和CsCl晶體中與陽離子距離最近的陰離子分別為6和8D．NaCl和CsCl都屬于AB型的離子晶體，二者陽離子與陰離子的半徑比相同D[NaCl和CsCl都是由陰、陽離子通過離子鍵構(gòu)成的晶體，陰、陽離子的個數(shù)比都為1∶1，都屬于AB型的離子晶體。結(jié)合題給結(jié)構(gòu)圖可知，NaCl為面心立方結(jié)構(gòu)，鈉離子的配位數(shù)為6；CsCl為體心立方結(jié)構(gòu)，銫離子的配位數(shù)為8。NaCl和CsCl都屬于AB型的離子晶體，但鈉離子的半徑小于銫離子的半徑，NaCl中陽離子與陰離子的半徑比小于CsCl中陽離子與陰離子的半徑比。]4．鋇在氧氣中燃燒時得到一種鋇的氧化物晶體，其晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示。下列有關(guān)說法正確的是()A．該晶體屬于離子晶體B．該晶體的化學(xué)式為Ba2O2C．該晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與CsCl相似D．與每個Ba2＋距離相等且最近的Ba2＋共有4個A[該晶體中含有Ba2＋和O2－2，故該晶體屬于離子晶體。該氧化物的1個晶胞中含有4個Ba2＋和4個O2－2，故晶體的化學(xué)式應(yīng)為BaO2。該晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與NaCl的晶胞結(jié)構(gòu)相似，與每個Ba2＋距離相等且最近的Ba2＋共有12個。]5．通過X射線探明，KCl、MgO、CaO、NiO、FeO的空間結(jié)構(gòu)與NaCl的晶體結(jié)構(gòu)相似。(1)某同學(xué)畫出的MgO晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，請改正圖中錯誤。________________________________________________________________________。(2)MgO是優(yōu)良的耐高溫材料，MgO的熔點(diǎn)比CaO高，其原因是____________________。(3)Ni2＋和Fe2＋的半徑分別為69pm和78pm，則熔點(diǎn)NiO________(填“高于”或“低于”)FeO，NiO晶胞中與Ni2＋相鄰的O2－的個數(shù)和與O2－相鄰的Ni2＋的個數(shù)分別為________、________。(4)已知CaO晶體的密度為ag·cm－3，NA表示阿伏加德羅常數(shù)，則CaO晶胞的體積為________cm3。解析(1)因為氧化鎂與氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)相似，所以在晶體中每個Mg2＋周圍應(yīng)該有6個O2－，每個O2－周圍應(yīng)該有6個Mg2＋，根據(jù)此規(guī)則可得⑧應(yīng)該改為實心球。由于Mg2＋的半徑小于O2－的半徑，所以空心球代表O2－，實心球代表Mg2＋。(2)MgO與CaO中