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(一)離子鍵的形成離子鍵定義陰、陽(yáng)離子之間通過靜電作用形成的化學(xué)鍵[微提醒]離子化合物中一定有離子鍵，可能有共價(jià)鍵。離子鍵的形成過程離子鍵的特點(diǎn)離子鍵沒有方向性和飽和性(二)離子晶體概念由陰、陽(yáng)離子按一定方式有規(guī)則地排列形成的晶體[微點(diǎn)撥]離子晶體在固態(tài)時(shí)不能導(dǎo)電，因?yàn)榇藭r(shí)陰、陽(yáng)離子不能自由移動(dòng)；在熔融狀態(tài)下或水溶液中陰陽(yáng)離子可自由移動(dòng)，離子晶體才能導(dǎo)電。[微拓展]NaCl晶體中，氯離子的堆積方式為面心立方堆積；CsCl晶體中，氯離子的堆積方式為簡(jiǎn)單立方堆積。物理性質(zhì)離子晶體一般具有一定的硬度和較高的熔點(diǎn)晶格能定義指拆開1_mol離子晶體使之形成氣態(tài)陰離子和氣態(tài)陽(yáng)離子時(shí)所吸收的能量。用符號(hào)U表示，單位為kJ·mol－1影響因素對(duì)晶體物理性質(zhì)的影響晶格能越大→離子鍵越牢固→離子晶體的熔、沸點(diǎn)越高、硬度越大常見的兩種結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型氯化鈉型氯化銫型晶胞結(jié)構(gòu)配位數(shù)68晶胞組成Na＋：4；Cl－：4Cs＋：1；Cl－：1注意：離子晶體中不同離子周圍異電性離子數(shù)目的多少主要取決于陰、陽(yáng)離子的相對(duì)大小[新知探究(一)]離子晶體的組成和性質(zhì)[分析與推測(cè)能力][情境質(zhì)疑]我國(guó)于2021年1月1日正式啟動(dòng)酸雨自動(dòng)觀測(cè)業(yè)務(wù)。提高酸雨觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，提升酸雨觀測(cè)自動(dòng)化水平，確保酸雨觀測(cè)數(shù)據(jù)的代表性、準(zhǔn)確性和可比性。我國(guó)的酸雨主要因大量燃燒含硫量高的煤而形成的，多為硫酸雨，大氣中的SO2是造成酸雨的主要污染物。研究表明，離子晶體[N(CH3)4]2SO4(s)能與SO1．[N(CH3)4]2SO4中只有離子鍵嗎？提示：既有離子鍵，又有共價(jià)鍵。2．[N(CH3)4]2SO4固體可以導(dǎo)電嗎？提示：固體不導(dǎo)電，其水溶液可以導(dǎo)電。[生成認(rèn)知]1．離子晶體的組成(1)離子晶體由陰、陽(yáng)離子組成，陰、陽(yáng)離子間的作用力是離子鍵。(2)離子晶體中不一定都含有金屬元素，如NH4Cl是離子晶體。(3)離子晶體中除離子鍵外不一定不含其他化學(xué)鍵，如：NaOH晶體中還含有極性共價(jià)鍵，Na2O2晶體中還含有非極性共價(jià)鍵。2．離子晶體的性質(zhì)具有較高的熔沸點(diǎn)，難揮發(fā)離子晶體的熔、沸點(diǎn)取決于構(gòu)成晶體的陰陽(yáng)離子間離子鍵的強(qiáng)弱，而離子鍵的強(qiáng)弱，可用晶格能的大小來衡量，晶格能越大，離子鍵越牢固，離子晶體的熔點(diǎn)越高、硬度越大。而對(duì)于同種類型的離子晶體，離子所帶的電荷數(shù)越高，半徑越小，晶格能越大。如MgO>Na2O；NaCl>CsCl等硬而脆，無(wú)延展性離子晶體中，陰、陽(yáng)離子間有較強(qiáng)的離子鍵，離子晶體表現(xiàn)出較高的硬度。當(dāng)晶體受到?jīng)_擊力作用時(shí)，部分離子鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致晶體破碎導(dǎo)電性離子晶體不導(dǎo)電，熔化或溶于水后能導(dǎo)電。離子晶體中，離子鍵較強(qiáng)，離子不能自由移動(dòng)，即晶體中無(wú)自由移動(dòng)離子，離子晶體不導(dǎo)電。當(dāng)升高溫度時(shí)，陰、陽(yáng)離子獲得足夠能量克服離子間的相互作用，成為自由移動(dòng)的離子，在外電場(chǎng)作用下，離子定向移動(dòng)而導(dǎo)電。離子化合物溶于水時(shí)，陰、陽(yáng)離子受到水分子作用變成了自由移動(dòng)的離子(或水合離子)，在外電場(chǎng)作用下，陰、陽(yáng)離子定向移動(dòng)而導(dǎo)電溶解性大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑(如水)中，難溶于非極性溶劑(如苯、CCl4)中3．離子晶體的判斷方法依據(jù)晶體微粒判斷由陰、陽(yáng)離子構(gòu)成的晶體，一定是離子晶體依據(jù)物質(zhì)類別判斷金屬氧化物、強(qiáng)堿和大部分鹽類，是離子晶體依據(jù)導(dǎo)電性判斷離子晶體在固體狀態(tài)下不導(dǎo)電，而熔融狀態(tài)下可以導(dǎo)電依據(jù)熔點(diǎn)判斷離子晶體熔點(diǎn)較高，常在數(shù)百至一千攝氏度依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷離子晶體硬度較大，但較脆[跟蹤訓(xùn)練]1．下列敘述正確的是()A．離子晶體中一定含有活潑金屬陽(yáng)離子B．離子晶體都是化合物C．固態(tài)不導(dǎo)電、溶于水能導(dǎo)電，這一性質(zhì)能說明某晶體一定是離子晶體D．離子晶體一般具有較低的熔點(diǎn)解析：選B離子晶體中不一定含金屬陽(yáng)離子，如NH4Cl；固體不導(dǎo)電、溶于水能導(dǎo)電的可能是分子晶體，如AlCl3。2．北京大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院的化學(xué)工作者已成功研制出堿金屬與C60形成的球碳鹽K3C60，實(shí)驗(yàn)測(cè)知該物質(zhì)屬于離子晶體，其有良好的超導(dǎo)性。下列有關(guān)分析正確的是(A．K3C60B．C60與12CC．該晶體在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電D．K3C60中碳元素顯－3解析：選CK3C60中還存在碳碳的共價(jià)鍵，A錯(cuò)；C60是碳單質(zhì)，12C是碳原子，二者不是同素異形體，B錯(cuò)；離子晶體在熔融狀態(tài)下能電離出自由移動(dòng)的陰陽(yáng)離子而導(dǎo)電，C正確；K3C60中整個(gè)C60顯－33．下列性質(zhì)中，可以較充分說明某晶體是離子晶體的是()A．具有高的熔點(diǎn)B．固態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電C．固態(tài)導(dǎo)電，可溶于水D．固態(tài)不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電解析：選D具有較高的熔點(diǎn)的不一定是離子晶體，共價(jià)晶體也具有較高的熔點(diǎn)，故A錯(cuò)誤；固態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電的不一定是離子晶體，如HCl、NH3等固態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電，但是分子晶體，故B錯(cuò)誤；離子晶體固態(tài)不導(dǎo)電，熔融態(tài)導(dǎo)電，離子晶體不一定可溶于水，故C錯(cuò)誤；離子晶體固體中離子不能自由移動(dòng)，所以不能導(dǎo)電，而熔融狀態(tài)下可以電離出自由移動(dòng)的離子，所以可以導(dǎo)電，故D正確。[新知探究(二)]幾種典型的離子晶體的結(jié)構(gòu)[理解與辨析能力][發(fā)展認(rèn)知]離子晶體的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)類型晶體類型晶體結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)NaCl型①Na＋、Cl－的配位數(shù)均為6；②每個(gè)Na＋(Cl－)周圍緊鄰(距離最近且相等)的Cl－(Na＋)構(gòu)成正八面體；③每個(gè)Na＋(Cl－)周圍緊鄰的Na＋(Cl－)有12個(gè)；④每個(gè)晶胞中含4個(gè)Na＋、4個(gè)Cl－CsCl型①Cs＋、Cl－的配位數(shù)均為8；②每個(gè)Cs＋(Cl－)周圍緊鄰的Cl－(Cs＋)構(gòu)成正六面體；③每個(gè)Cs＋(Cl－)周圍緊鄰的Cs＋(Cl－)有6個(gè)；④每個(gè)晶胞中含1個(gè)Cs＋、1個(gè)Cl－CaF2型①Ca2＋的配位數(shù)為8，F(xiàn)－的配位數(shù)為4，二者的配位數(shù)之比等于二者電荷(絕對(duì)值)之比；②每個(gè)F－周圍緊鄰的4個(gè)Ca2＋構(gòu)成正四面體，每個(gè)Ca2＋周圍緊鄰的8個(gè)F－構(gòu)成立方體；③每個(gè)晶胞中有4個(gè)Ca2＋、8個(gè)F－；④Ca2＋與F－之間的最短距離為晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)的ZnS型①Zn2＋、S2－的配位數(shù)均為4；②每個(gè)Zn2＋(S2－)周圍緊鄰的S2－(Zn2＋)構(gòu)成正四面體；③每個(gè)晶胞中有4個(gè)S2－、4個(gè)Zn2＋；④Zn2＋與S2－之間的最短距離為晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)的陰、陽(yáng)離子的配位數(shù)之比與什么有關(guān)？提示：陰、陽(yáng)離子的配位數(shù)之比等于陰、陽(yáng)離子的個(gè)數(shù)比的反比。[跟蹤訓(xùn)練]1．認(rèn)真分析NaCl和CsCl的晶體結(jié)構(gòu)，判斷下列說法錯(cuò)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(yáng)離子個(gè)數(shù)比相同，所以陰、陽(yáng)離子的配位數(shù)相等C．NaCl和CsCl晶體中陰、陽(yáng)離子的配位數(shù)分別為6和8D．NaCl和CsCl都屬于AB型的離子晶體，但陰、陽(yáng)離子半徑比不相同解析：選B由化學(xué)式可知NaCl和CsCl都屬于AB型的離子晶體，A正確；NaCl晶體中陰、陽(yáng)離子配位數(shù)為6，而CsCl晶體中陰、陽(yáng)離子配位數(shù)為8，B錯(cuò)誤，C正確；NaCl和CsCl晶體中陰、陽(yáng)離子配位數(shù)不同的主要原因是兩種晶體中陰、陽(yáng)離子半徑比不同，D正確。2.鋅與硫所形成化合物晶體的晶胞如圖所示。下列判斷正確的是()A．該晶體屬于離子晶體B．該晶胞中Zn2＋和S2－數(shù)目不相等C．陽(yáng)離子的配位數(shù)為6D．氧化鋅的晶格能小于硫化鋅解析：選AA項(xiàng)，該晶體屬于離子晶體；B項(xiàng)，從晶胞圖分析，屬于該晶胞的Zn2＋數(shù)目為8×＋6×＝4，S2－數(shù)目也為4，所以化合物中Zn2＋與S2－個(gè)數(shù)之比為1∶1，Zn2＋與S2－的數(shù)目相等；C項(xiàng)，在ZnS晶胞中，Zn2＋的配位數(shù)為4；D項(xiàng)，ZnO和ZnS中，O2－半徑小于S2－，所帶的電荷數(shù)相等，所以ZnO的晶格能大于ZnS。3.科學(xué)家研究利用CaF2晶體釋放出的Ca2＋和F－脫除硅烷，拓展了金屬氟化物材料的生物醫(yī)學(xué)功能。下列說法錯(cuò)誤的是()A．F、Si和Ca原子半徑依次增大B．SiO2與OF2中氧原子的雜化方式相同，晶體類型不同C．圖中A處原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為(0,0,0)，則B處原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為D．脫除硅烷反應(yīng)速率依賴于晶體提供自由氟離子的能力，脫硅能力BaF2＜CaF2＜MgF2解析：選D根據(jù)層多徑大原則，F(xiàn)、Si和Ca的原子半徑依次增大，故A正確；SiO2晶體中一個(gè)O與周圍兩個(gè)Si相連，2個(gè)σ鍵，有2個(gè)孤電子對(duì)，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，雜化類型為sp3，OF2中氧原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2＋(6－1×2)＝4，雜化類型為sp3，因此兩者雜化方式相同，前者是共價(jià)晶體，后者是分子晶體，兩者晶體類型不同，故B正確；圖中A處原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為(0,0,0)，B點(diǎn)在體對(duì)角線的四分之一處即B處原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為，故C正確；三種氟化物均為離子晶體，晶體提供自由氟離子的能力越強(qiáng)，陰陽(yáng)離子間形成離子鍵越弱，鋇離子、鈣離子、鎂離子的電荷數(shù)相同，離子半徑依次減小，則BaF2、CaF2、MgF2三種晶體中的離子鍵依次增強(qiáng)，導(dǎo)致晶體提供自由氟離子的能量依次減弱，脫硅能力依次減弱，故D錯(cuò)誤。離子晶體中的能量觀離子鍵的形成總伴隨著能量的變化，化學(xué)反應(yīng)放出的能量越多，越有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。(1)離子鍵形成時(shí)，陰、陽(yáng)離子保持一定的平衡核間距，形成穩(wěn)定的離子鍵，整個(gè)體系達(dá)到能量最低狀態(tài)。(2)離子鍵的強(qiáng)弱與晶格能大小有關(guān)，晶格能越大，說明形成晶體時(shí)放出能量越多，離子晶體的熔點(diǎn)越高，硬度越大。[應(yīng)用體驗(yàn)]1．下列敘述中正確的是()A．鈉原子和氯原子作用生成NaCl后，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性減弱B．在氯化鈉晶體中，除氯離子和鈉離子的靜電吸引作用外，還存在電子與電子、原子核與原子核之間的排斥作用C．任何離子鍵在形成的過程中必定有電子的得與失D．鈉與氯氣反應(yīng)生成氯化鈉后，體系能量升高答案：B2．堿金屬鹵化物是典型的離子晶體，它的晶格能與成正比(d0是晶體中最鄰近的導(dǎo)電性離子的核間距)。下面說法錯(cuò)誤的是()晶格能/(kJ·mol－1)離子半徑/pm①LiFLiClLiBrLiI1031845807752Li＋Na＋K＋6095133②NaFNaClNaBrNaI915777740693F－Cl－Br－I－136181195216③KFKClKBrKI812708676641A．晶格能的大小與離子半徑成反比B．陽(yáng)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(yáng)離子不同陰離子相同的離子晶體，陽(yáng)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(qiáng)解析：選D由表中數(shù)據(jù)可知晶格能的大小與離子半徑成反比，A項(xiàng)正確；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可確定B項(xiàng)正確；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可確定C項(xiàng)正確；表中晶格能最小的是碘化物，因還原性F－<Cl－<Br－<I－，可知D項(xiàng)錯(cuò)誤。練好題——滲透核心價(jià)值1．下列說法不正確的是()A．離子鍵沒有方向性和飽和性B．并不是只有活潑的金屬和非金屬化合才形成離子鍵C．離子鍵的實(shí)質(zhì)是靜電作用D．靜電作用只有引力解析：選D離子鍵是陰、陽(yáng)離子之間的靜電作用，包括靜電吸引和靜電排斥，且一個(gè)離子同時(shí)吸引多個(gè)帶相反電荷的離子，故無(wú)方向性和飽和性，非金屬元素也可形成離子鍵，如NH4Cl中NH與Cl－形成離子鍵。2．(選自魯科版新教材P106)堿金屬和鹵素形成的化合物通常具有的性質(zhì)是()①能溶于水②水溶液能導(dǎo)電③熔融狀態(tài)不導(dǎo)電A．①② B．②③C．①③ D．①②③解析：選A堿金屬和鹵素形成的化合物屬于離子化合物，能溶于水，其水溶液能導(dǎo)電，熔融狀態(tài)可以導(dǎo)電，①②正確。3．下列物質(zhì)中，含有極性共價(jià)鍵的離子晶體是()A．NaCl B．Na2OC．Na2O2 D．NaOH解析：選DNaCl屬于離子晶體，只含有離子鍵，不含共價(jià)鍵，故A不符合題意；Na2O屬于離子晶體，只含有離子鍵，不含共價(jià)鍵，故B不符合題意；Na2O2屬于離子晶體，Na＋和O之間是離子鍵，O中氧原子和氧原子之間是非極性共價(jià)鍵，故C不符合題意；NaOH屬于離子晶體，Na＋和OH－之間是離子鍵，OH－中氧原子和氫原子之間是極性共價(jià)鍵，故D符合題意。4．晶體結(jié)構(gòu)的缺陷美與對(duì)稱美同樣受關(guān)注。某富鋰超離子導(dǎo)體的晶胞是立方體(圖1)，進(jìn)行鎂離子取代及鹵素共摻雜后，可獲得高性能固體電解質(zhì)材料(圖2)。下列說法錯(cuò)誤的是()A．圖1晶體密度為g·cm－3(NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)B．圖1中O原子的配位數(shù)為6C．圖2表示的化學(xué)式為L(zhǎng)iMg2OClxBr1－xD．Mg2＋取代產(chǎn)生的空位有利于Li＋傳導(dǎo)解析：選C圖1晶胞中Li個(gè)數(shù)為8×＋1＝3，O個(gè)數(shù)為2×＝1，Cl個(gè)數(shù)為4×＝1，晶胞質(zhì)量為g＝g，晶胞體積為(a×10－10cm)3，則晶體密度為g÷(a×10－10cm)3＝g·cm－3，A項(xiàng)正確；題圖1中以下底面面心處O為例，與O距離相等且最近的Li有6個(gè)，分別位于下底面的4個(gè)棱心、上下兩個(gè)晶胞的2個(gè)體心，即O的配位數(shù)為6，B項(xiàng)正確；題圖2所示電解質(zhì)材料晶胞中，Mg或空位取代了棱心的Li，根據(jù)電荷守恒，8個(gè)棱心位置的Li只有4個(gè)被Mg取代，4個(gè)被空位取代，則Li個(gè)數(shù)為1、Mg個(gè)數(shù)為1，又O個(gè)數(shù)為1，Cl和Br的總個(gè)數(shù)為1，故化學(xué)式為L(zhǎng)iMgOClxBr1－x，C項(xiàng)錯(cuò)誤；進(jìn)行鎂離子取代及鹵素共摻雜后，可獲得高性能固體電解質(zhì)材料，說明Mg2＋取代產(chǎn)生的空位有利于Li＋傳導(dǎo)，5．NaCl晶體模型如圖所示。(1)在NaCl晶體中，每個(gè)Na＋周圍同時(shí)吸引________個(gè)C