1、第三章 晶体结构与性质第四节 离子晶体学习目标 1.通过模型了解离子晶体的结构特点并利用其结构特点解释物理性质。2结合图片了解常见的离子晶体的晶胞结构。3了解晶格能的概念、意义及对物质性质的影响。课时作业01课前自主学习02课堂互动探究03随堂基础巩固一、离子晶体1构成离子晶体的粒子构成离子晶体的粒子是_，粒子之间的相互作 用 是 _，这 些 粒 子 在 晶 体 中 _(填“能”或“不能”，下同)自由移动，所以离子晶体_导电。阳离子和阴离子离子键不能不能2配位数离 子 晶 体 中 离 子 的 配 位 数 指 一 个 离 子 周 围 最 邻 近 的_。决定离子晶体中离子的配位数的因素有_因素、_
2、因素、_因素。(1)几何因素是指晶体中正负离子的_。它是决定离子晶体结构的重要因素。异电性离子的数目几何电荷键性半径比(r/r)(2)电荷因素是指_。如在 NaCl 晶体中，每个 Na 周 围 有 _ 个 Cl，每 个 Cl 周 围 有_个 Na。NaCl 只是氯化钠晶体的_，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_个 Cl，每个 Cl周围有_个 Cs。如果正负离子的_不同，正负离 子 的 _ 必 定 不 相 同，结 果，正 负 离 子 的_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_，F的
3、配位数为_。正负离子的电荷比66化学式88电荷个数配位数84(3)键性因素是指_。3特点离子晶体_、难于压缩、_。二、晶格能1概念_形成_离子晶体_的能量，通常取正值。离子键的纯粹程度硬度较大较高的熔点和沸点气态离子1 摩尔释放2影响晶格能大小的因素(1)离子所带电荷：离子所带电荷_，晶格能_。(2)离子的半径：离子的半径越_，晶格能越_。3晶格能的作用晶 格 能 直 接 反 应 离子 晶 体 的 _。晶 格 能 越_，形成的离子晶体越_，而且熔点越_，硬度越_。越多越大大大稳定性大稳定高大知识点一 离子晶体的组成和性质1离子键(1)定义：阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫做离子键。(2
4、)成键元素：活泼金属元素(如 K、Na、Ca、Ba 等，主要是第A 族和第A 族元素)和活泼非金属元素(如 F、Cl、Br、O 等，主要是第A 族和第A 族元素)相互结合时大多形成离子键。(3)成键原因：活泼金属原子容易失去电子而形成阳离子，活泼非金属原子容易得到电子形成阴离子。当活泼金属遇到活泼非金属时，电子发生转移，分别形成阳、阴离子，再通过静电作用形成离子键。(4)离子键只存在于离子化合物中。(5)强碱、活泼金属氧化物、大多数盐类等是离子化合物。2离子晶体(1)离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。(2)离子晶体微粒之间的作用力是离子键。由于静电作用没有方向性，故离子键没有
5、方向性。只要条件允许，阳离子周围可以尽可能多地吸引阴离子，同样，阴离子周围可以尽可能多地吸引阳离子，故离子键也没有饱和性。根据静电作用大小的影响因素可知，在离子晶体中阴阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强。(3)离子晶体的化学式只表示晶体中阴阳离子的个数比，而不是表示分子的组成。3离子晶体的组成离子晶体由阴阳离子组成，阴阳离子间的作用力是离子键。离子晶体中不一定都含有金属元素，如 NH4Cl 是离子晶体。离子晶体中除离子键外不一定不含其他化学键，如：NaOH 晶体中还含有极性共价键，Na2O2晶体中还含有非极性共价键。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如：AlCl3是由金
6、属元素 Al 和非金属元素 Cl 组成的分子晶体，含有金属离子的晶体不一定是离子晶体，如：金属晶体中含有金属阳离子。4离子晶体的性质(1)具有较高的熔沸点，难挥发离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键)，要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔沸点和难挥发的性质。一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔沸点越高，如 Al2O3MgO；NaClCsCl 等。(2)硬而脆离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。(3)导电性离子晶体
7、不导电，熔化或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动离子，离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而导电。离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(或水合离子)，在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。(4)溶解性大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如苯、CCl4)中。当把离子晶体放在水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使晶体中的离子克服离子间的作用而离开晶体，变成在水中自由移动的离子。化学变化过程一定发生旧化学键
8、的断裂和新化学键的形成，但破坏化学键或形成化学键的过程却不一定发生化学变化。如食盐熔化会破坏离子键，食盐结晶过程会形成离子键，但均不是化学变化过程。1.AB 型离子晶体 NaCl 和 CsCl 中的配位数为何不同？【点拨】rr是决定离子晶体结构的重要因素，其值越大，配位数越大，NaCl 与 CsCl 虽都为 AB 型离子晶体，但 Na与Cs的半径不同，则rr的比值不同，则配位数也就不同。2如何判断一种晶体是否为离子晶体？【点拨】常见的方法有以下两种。方法一：由组成晶体的粒子种类来判断，离子化合物形成的晶体一定为离子晶体。方法二：由晶体的性质来判断。(1)根据导电性，固态时不导电，而熔融状态或溶
9、于水时能导电的一般为离子晶体；(2)根据机械性能，一般具有较大硬度且质脆的为离子晶体。3离子键为何没有方向性和饱和性？【点拨】通常情况下，阴、阳离子可以看成是球形对称的，其电荷分布也是球形对称的，只要空间条件允许，一个离子可以同时吸引多个异电性离子。因此，离子键没有方向性和饱和性。【例 1】下列性质中，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固态不导电，水溶液能导电C可溶于水D固态不导电，熔融状态能导电D【提示】判断某晶体是否属于离子晶体，就要看它是否具有离子晶体的特性。熔点高、固体不导电、可溶或难溶于水都不是离子晶体所特有的，而在熔融状态下能否导电是区分化合物是离子化合物还是
10、共价化合物的重要依据。【解析】从熔点来看，离子晶体一般具有较高的熔点，但金刚石、石英等原子晶体也有很高的熔点，A 项错误；从溶解性来看，蔗糖、葡萄糖等分子晶体也可溶于水，C 项错误；从导电性来看，AlCl3、HCl 都不是离子化合物，但它们的水溶液均能导电，B 项错误；而如果固态不导电、熔融状态能导电，说明由固态变为熔融状态的过程是克服离子键(而不是共价键或金属键)的过程，即固态中原本有阴、阳离子，只是不能自由移动，而由阴、阳离子构成的晶体一定是离子晶体。下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是()A熔点：NaFMgF2AlF3B晶格能：NaFNaClNaBrC阴离子的配位数：CsClNaCl
11、CaF2D硬度：MgOCaOBaOA解析：由于 r(Na)r(Mg2)r(Al3)，且 Na、Mg2、Al3所带电荷数依次增大，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)r(Ba2)，故 MgO、CaO、BaO 中离子键依次减弱，晶格能依次减小，硬度依次减小。知识点二 常见离子晶体的构型1离子晶体的典型结构(1)NaCl 型如图所示，每个 Na周围最近距离的 Cl有 6 个，构成正八
12、面体构型；每个 Cl周围最近距离的 Na也有 6 个，构成正八面体构型。由此可推知食盐晶体的化学式为 NaCl。每个 Na周围最近距离的 Na有 12 个(上层 4 个，同层 4个，下层 4 个)；每个 Cl周围最近距离的 Cl也有 12 个。每个晶胞中 Na的实际数目是 112144(个)，Cl的数目是 6128184(个)。由此亦可推知食盐晶体的化学式为NaCl。(2)CsCl 型CsCl 型离子晶体中，每个离子被 8 个带相反电荷的离子包围，常见的 CsCl 型离子晶体有铯的卤化物(氟化物除外)等。CsCl晶体的晶胞如图所示。每个 Cs周围最近距离的 Cl有 8 个，构成正六面体构型；每
13、个 Cl周围最近距离的 Cs也有 8 个，构成正六面体构型。由此可推知该晶体的化学式为 CsCl。每个 Cs周围最近距离的 Cs有 6 个(上、下、左、右、前、后)，构成正八面体；每个 Cl周围最近距离的 Cl也有 6 个，构成正八面体。每个晶胞中实际 Cs的数目为 8181(个)，Cl的数目为1 个。由此亦可推知该晶体的化学式为 CsCl。(3)CaF2型CaF2晶体中每个 Ca2周围同时吸引着 8 个 F，每个 F周围同时吸引着 4 个 Ca2(如图所示)。2离子晶体中离子的配位数(1)离子的配位数：晶体晶胞中一个离子周围最邻近的异电性离子的数目称为该离子的配位数。见下表：离子晶体NaCl
14、CsCl CaF2阴离子的配位数684阳离子的配位数688(2)影响配位数的因素离子的半径：离子半径比值越大，配位数就越大(见下表)。离子晶体正、负离子半径比(r/r)配位数(C.N.)NaClr/r0.52(0.4140.732)6CsClr/r0.93(0.7321.00)8ZnSr/r0.27(0.2250.414)4离子的电荷数：离子正、负电荷的比值决定阴、阳离子的个数比，这对配位数有重要影响。以 CaF2 的结构为例分析：分析右图中的晶胞结构可知：每个 Ca2周围最邻近的 F有8 个，表明 Ca2的配位数为 8；每个 F周围最邻近的 Ca2有 4个，表明 F的配位数为 4。由此可见，
15、在 CaF2晶体中，Ca2和F的个数比为 12，刚好与 Ca2和 F的电荷比 21 相反。因此可以得出：晶体中阴、阳离子的电荷比也是决定离子晶体结构的重要因素，称为电荷因素。NaCl、CsCl 晶体中有无单个分子？“NaCl”、“CsCl”是否代表其分子构成？其晶体中阴、阳离子的配位数各是多少？【点拨】在 NaCl 晶体、CsCl 晶体中都不存在单个的 NaCl分子、CsCl 分子，在这两种晶体里，阴、阳离子的个数比都是 11。所以 NaCl 和 CsCl 是表示离子晶体中离子个数比的化学式，而不是表示其分子构成的分子式。这两种离子晶体中阴、阳离子的配位数见下表。离子晶体阴离子的配位数阳离子的
16、配位数NaCl66CsCl88【例 2】高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为 0，部分为2。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。下列说法正确的是()AA超氧化钾的化学式为 KO2，每个晶胞含有 4 个 K和 4个 O2B晶体中每个 K周围有 8 个 O2，每个 O2 周围有 8 个 KC晶体中与每个 K距离最近的 K有 8 个D晶体中，0 价氧元素与2 价氧元素的原子个数比为 13【提示】解答该题时，一要利用“均摊法”，求得每个晶胞中所含离子的数目；二要根据晶体结构求得阴阳离子的配位数。同时也可联想 NaCl 晶体模型，利用熟悉的模型去解答有关问题。【解析
17、】在一个超氧化钾晶胞中，含 K数为 8186124，O2 数为 121414，故化学式为 KO2，且每个晶胞中含有 4 个 K和 4 个 O2，故 A 正确；晶体中每个 K周围有 6 个O2，每个 O2 周围有 6 个 K，故 B 错；晶体中与每个 K距离最近的 K有 12 个，故 C 错；设 0 价氧原子个数为 x，2 价氧原子个数为 y，根据 KO2为电中性物质得：2yxy2，xy31，故 D不正确。下面是从 NaCl或 CsCl 晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从 NaCl 晶体中分割出来的结构图是()A图(1)和(3)B图(2)和(3)C图(1)和(4)D只有图(4)C解析：本
18、题考查了离子晶体的代表物质 NaCl、CsCl 晶体结构。NaCl 晶体是简单立方体结构，每个 Na周围有 6 个 Cl，每个 Cl周围有 6 个 Na；与每个 Na等距离的 Cl有 6 个，且构成正八面体，同理，与每个 Cl等距离的 6 个 Na也构成正八面体，由此可知图(1)和(4)是属于 NaCl 晶体的，C 项正确，A、B、D 三项错误。知识点三 晶格能1概念离子晶体的晶格能的定义是气态离子形成 1 mol 离子晶体时释放的能量，通常取正值。下表给出了某些离子晶体的晶格能数据。某些离子晶体的晶格能/(kJmol1)FClBrILi1 036853807757Na923786747704
19、K821715682649Rb785689660630Cs740659631604晶格能可用来判断离子键的强弱，晶格能越大，晶格越稳定，破坏其晶格时消耗的能量也越大，表示离子键越强，则离子晶体越稳定。2影响晶格能大小的因素影响晶格能大小的因素主要是离子所带的电荷和阴、阳离子间的距离。晶格能与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离的平方成反比，可用下式表示：晶格能q1q2r2离子所带电荷越多，核间距越小，晶格能就越大。而离子的核间距与离子的半径大小有关，阳离子或阴离子半径越小，离子的核间距就越小，则晶格能就越大。如，比较 MgO 晶体和 NaCl 晶体的晶格能大小。Mg2和O2都是
20、二价离子，而 Na和 Cl都是一价离子；Mg2半径小于Na，O2半径小于 Cl，故 Mg2和 O2的核间距小于 Na和 Cl的核间距，所以 MgO 晶体的晶格能大于 NaCl 晶体的晶格能。除此之外，影响晶格能的因素还有离子晶体的结构型式。如，NaCl 晶体中，每个 Na周围有 6 个 Cl，稍远一点，又有12 个 Na，再远一点还有 8 个 Cl而带异性电荷的离子之间存在着相互吸引作用，带同性电荷的离子之间却存在着相互排斥作用。因而具有不同结构型式的晶体的晶格能也不相同。3晶格能与离子晶体性质的关系因为晶格能的大小标志着离子晶体裂解成气态阴、阳离子的难易程度，反映着离子晶体中离子键的强度，故
21、它与离子晶体的性质有着密切联系。对于相同类型的离子晶体，晶格能越大，离子键越强，熔沸点越高，硬度越大。几种离子晶体的晶格能和熔点、硬度数据如下表。AB 型离子晶体离子电荷数晶格能/(kJmol1)熔点/摩氏硬度NaF19239933.2NaCl17868012.5NaBr17477472.5NaI1704661NaCl，故 NaF 晶体比 NaCl 晶体稳定；D 项，晶格能越大，晶体越稳定，表中所列物质中 MgO 的晶体最稳定。离子晶体溴化钠、氯化钠和氧化镁的核间距和晶格能(部分)如下表所示。NaBrNaClMgO离子的核间距/pm290276205晶格能/(kJmol1)7873 890(1
22、)溴 化 钠 晶 体 比 氯 化 钠 晶 体 晶 格 能 _(填“大”或“小”)，主要原因是_。小NaBr 晶体比 NaCl 晶体中离子的核间距大(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_。氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大，并且离子的核间距小氧化镁氧化镁晶体比氯化镁晶体晶格能大，熔点高，电解时消耗电能大解析：(1)离子核间距越小，晶格能越大，核间距 NaBrNaCl，故晶格能 NaClNaBr；(2)离子所带电荷越多，晶格能越大，M
23、gO中阴、阳离子所带电荷多，且 r(O2)r(Cl)r(Br)，r(Mg2)NaCl。(3)晶格能大的物质，熔点高，硬度大，三种物质中硬度最大的为 MgO；MgO 的熔点高，电解时要消耗大量的电能。1离子晶体中一定不会存在的相互作用是()A离子键B极性键C非极性键D范德华力D解析：离子化合物中一定含有离子键，也可能含有共价键，例如 OH和含氧酸根中的极性共价键，还有 O22 中的非极性共价键。只有分子晶体中才含有范德华力，离子晶体中一定不含有范德华力。因此选 D。2下列说法中正确的是()A固态时能导电的物质一定是金属晶体B熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体C水溶液能导电的晶体一定是离子晶体D固
24、态不导电而熔融态导电的晶体一定是离子晶体D解析：四种晶体在不同状态下的导电性区别如下：分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体固态不导电不导电(晶体硅导电)可导电不导电熔融状态不导电不导电可导电可导电水溶液有的可导电可导电3.下列说法不正确的是()A由于 NaCl 晶体和 CsCl 晶体中正负离子半径比不相等，所以两种晶体中离子的配位数不相等BCaF2 晶体中，Ca2的配位数为 8，F的配位数为 4，配位数不相等主要是由于 F、Ca2所带电荷(绝对值)不相同CMgO 的熔点比 MgCl2高主要是因为 MgO 的晶格能比MgCl2大DMCO3中 M2半径越大，MCO3热分解温度越低D解析：碳酸盐受热分解
25、是由于晶体中阳离子结合碳酸根离子中的氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳分子，故阳离子半径越小，碳酸盐的分解温度越低，故选 D。4下列说法不正确的是()A离子晶体的晶格能越大，离子键越强B阳离子的半径越大，则可同时吸引的阴离子越多C通常阴、阳离子的半径越小、所带电荷数越多，该阴阳离子组成离子化合物的晶格能越大D拆开 1 mol 离子键所需的能量叫该离子晶体的晶格能D解析：晶格能是气态离子形成 1 mol 离子晶体释放的能量。5下列性质适合于离子晶体的是()熔点 1 070，易溶于水，水溶液能导电熔点 10.31，液态不导电，水溶液能导电能溶于 CS2，熔点 112.8，沸点 444.6 熔点 9
26、7.81，质软，导电，密度 0.97 g/cm3熔点218，难溶于水熔点 3 900，硬度很大，不导电难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电ABCDA解析：离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶剂，熔点较高、质硬而脆，固体不导电，故均不符合离子晶体的特点；中熔点达 3 900，硬度很大应是原子晶体。故只有符合题意。6下面有关晶体的叙述中，错误的是()A金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有 6个碳原子B在 NaCl 晶体中每个 Na(或 Cl)周围都紧邻 6 个 Cl(或6 个 Na)C白磷晶体中，分子之间通过共价键结合D离子晶体在熔化时，离子键
27、被破坏；而分子晶体熔化时，化学键不被破坏C解析：金刚石的网状结构中，每个最小的碳环上有 6 个碳原子，碳原子之间以共价键连接成环；NaCl 晶体的配位数为 6，即每个 Cl周围有 6 个 Na，每个 Na周围有 6 个 Cl；白磷的化学式为 P4，结构为正四面体形，键角为 60，分子内以 PP 共价键结合，而 P4 分子间以分子间作用力结合，而非共价键；离子晶体熔化时，离子键被断开，而分子晶体熔化时，分子并未发生改变。7下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是 NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨晶体结构中的某一种的某一部分。(1)其中代表金刚石的是(填编号字母，下同)_，其中每个碳原子与_
28、个碳原子最接近且距离相等，金刚石属于_晶体。(2)其中代表石墨的是_，其中每个正六边形占有碳原子数平均为_个。(3)其中代表 NaCl 晶体的是_，每个 Na周围与它最接近且距离相等的 Na有_个。D4原子E2A12(4)代表 CsCl 晶体的是_，它属于_晶体，每个 Cs与_个 Cl紧邻。(5)代表干冰的是_，它属于_晶体，每个 CO2分子与_个 CO2分子紧邻。C离子8B分子128下列 7 种物质固态下都为晶体。白磷(P4)水晶 氯化铵 氢氧化钙 氟化钠 过氧化钠 石墨回答下列问题(填写序号)：(1)不含金属离子的离子晶体是_，只含离子键的离子晶体是_，既有离子键又有非极性键的离子晶体是_，既有离子键又有极性键的离子晶体是_。和(2)既含范德华力又有非极性键的晶体是_，熔化时既要克服范德华力又要破坏化学键的是_，熔化时只破坏共价键的是_。温示提馨请 做：课时作业 15PPT文稿（点击进入）
