1、第四节 离子晶体学业要求 素养对接 1.借助离子晶体模型认识离子晶体的结构和性质。2.能利用离子键的有关理论解释离子晶体的物理性质。微观探析：离子晶体的结构特点。模型认知：能借助离子晶体模型说明离子晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。知 识 梳 理 离子晶体 1.结构特点(1)构成微粒：_和_。(2)作用力：_。(3)配位数：一个离子周围最邻近的_离子的数目。阳离子阴离子离子键异电性2.决定晶体结构的因素(1)几何因素：晶体中正、负离子的_。(2)电荷因素：晶体中正、负离子的_。(3)键性因素：_的纯粹程度。半径比电荷比离子键3.常见的离子晶体 晶体类型 NaCl CsCl CaF2 晶胞 阳离
2、子的配位数 阴离子的配位数 晶胞中所含离子数 Cl_ Na_ Cs_ Cl_ Ca2_ F_ 6886844411484.物理性质(1)硬度_，难于压缩。(2)熔点和沸点_。(3)固体不导电，但在_时能导电。较大较高熔融状态或水溶液【自主思考】离子晶体是否全由金属元素与非金属元素组成？提示 不一定，如NH4Cl固体是离子晶体但它不含金属元素。1.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。(1)“NaCl”是氯化钠的分子式。()(2)离子晶体一定含有金属阳离子。()(3)离子晶体中一定不存在共价键。()(4)离子晶体都能导电。()(5)金属晶体和离子晶体的导电实质是一样的。()(6)固态不导电、水溶
3、液能导电，这一性质能说明某晶体一定是离子晶体。()(7)NaCl晶体的晶胞中有1个Cl和1个Na。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)自 我 检 测 2.离子晶体一般不具有的特征是()A.熔点较高，硬度较大 B.易溶于水而难溶于有机溶剂 C.固体时不能导电 D.离子间距离较大，其密度较大 解析 离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括A、B、C项所述；离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积方式等。答案 D 3.下列7种物质：白磷(P4)；水晶；氯化铵；氢氧化钙；氟化钠；过氧化钠；石墨。固态下都为晶体，回答下列问题(填写序号)：(1)不含金属离子的离子晶体是
4、_，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_。(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_。答案(1)(2)学习任务一 离子晶体的结构与性质【合作交流】在我们周围广泛存在着离子化合物，常温下，许多离子化合物以晶体形态存在，如碳酸钙等。1.含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？提示 不一定。也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属晶体由阳离子和自由电子构成。2.离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗？提示 不一定。离子晶体的
5、熔点不一定低于共价晶体，如MgO是离子晶体，SiO2是共价晶体，MgO的熔点高于SiO2的熔点。3.离子晶体中除含有离子键外，是否含有共价键？提示 离子晶体中除含有离子键外，还有可能含有共价键、配位键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键。【点拨提升】1.离子晶体的结构(1)离子晶体微粒之间的作用力是离子键，由于离子键没有方向性和饱和性，故离子晶体一般采取密堆积方式。(2)离子晶体中存在的微粒是阳离子和阴离子，离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。(3)离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷越多，离子键越强。2.离子晶体的性质
6、 性质 原因 熔、沸点 离子晶体中有较强的离子键，熔化或气化时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高 硬度 硬而脆。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 导电性 不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力，成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自
7、由移动的离子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电 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(如汽油、苯、CCl4)中。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子 延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性 3.离子晶体的判断 判断一种物质是不是离子晶体，我们可以根据物质的分类、组成和性质等方面进行判断。(1)利用物质的分类 金属离子和酸根离子、OH形成的大多数盐、强碱，活泼金属的氧化物
8、和过氧化物(如Na2O和Na2O2)，活泼金属的氢化物(如NaH)，活泼金属的硫化物等都是离子晶体。(2)利用元素的性质和种类 如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素(特别是活泼的金属元素，A、A族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，A、A族元素)组成的化合物。(3)利用物质的性质 离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶于水时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。4.离子晶体与其他晶体类型的比较 类型 项目 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 构成晶体的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子和自由电子 粒子间的作用 离子
9、键 共价键 分子间作用力(范德华力或氢键)金属键 确定作用力强弱的一般判断方法 离 子 电 荷数、半径 键 长(原 子半径)组成结构相似时，比较相对分子质量 离子半径、价电子数 熔、沸点 较高 很高 较低 差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410)硬度 略硬而脆 很大 较小 差别较大 导电性 不良导体(熔化后或溶于水导电)不良导体(个别为半导体)不良导体(部分溶于水发生电离后导电)良导体 溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应 机械加工性 不良 不良 不良 优良 延展性 差 差 差 优良 易错提醒(1)离子晶体中一定存在离子键，可能存在共价键，一定不存在分子间作用
10、力。(2)只有分子晶体中存在单个分子。(3)某些离子晶体的熔点高于某些共价晶体的熔点。如MgO(2 852)SiO2(1 710)。(4)某些分子晶体的熔点高于某些金属晶体的熔点。如碱金属熔点较低。(5)个别金属的熔点高于某些共价晶体的熔点。如钨(3 410)SiO2(1 710)。(6)合金的熔点一般低于成分金属的熔点。5.晶体熔、沸点高低的比较方法(1)不同类型晶体熔、沸点的比较：不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：共价晶体离子晶体分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。(2)同种类型晶体熔、沸点的比较：共价晶体 原子半径越小键长越短键能越大熔、
11、沸点越高。如熔点：金刚石硅晶体。离子晶体 一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高。如熔点：MgONaClCsCl。分子晶体 a.分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高。如沸点：H2OH2TeH2SeH2S。b.组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。如熔、沸点：SnH4GeH4SiH4CH4。c.组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高。如熔、沸点：CON2，CH3OHCH3CH3。金属晶体 金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸
12、点就越高。如熔、沸点：NaMgAl。【例1】NaCl晶体模型如下图所示：(1)在NaCl晶体中，每个Na周围同时吸引_个Cl，每个Cl周围也同时吸引着_个Na，在NaCl晶胞中含有_个Na、_个Cl，晶体中每个Na周围与它距离最近且相等的Na共有_个。(2)对于氯化钠晶体，下列描述正确的是_。A.相邻的正、负离子核间距等于正、负离子半径之和 B.与氯化铯晶体结构相同 C.每个Na与6个Cl作为近邻 解析(1)在氯化钠晶体中，一个 Na位于晶胞的中心，12 个 Na分别位于晶胞的 12条棱上，则属于该晶胞的 Na相当于 3 个14123，因此一个晶胞中共含有 4 个 Na，8 个 Cl分别位于晶
13、胞的 8 个顶点上，则属于该晶胞的 Cl相当于 1 个1881，6 个Cl分别位于晶胞的 6 个面心上，则属于该晶胞的 Cl相当于 3 个1263，所以一个晶胞中共含有 4 个 Cl。可见 NaCl 晶体中 Na、Cl的个数比为 11。图中位于晶胞中心的 Na实际上共有 3 个平面通过它，通过中心 Na的每个平面都有 4个 Na位于平面的四角，这 4 个 Na与中心 Na距离最近且距离相等。所以在 NaCl 晶体中，每个 Na周围与它距离最近且距离相等的 Na共有 12 个，按相似的方法可推出每个 Cl周围与它最近且距离相等的 Cl也共有 12 个。(2)氯化铯晶体结构呈体心立方堆积，B错误，
14、氯化钠晶体中以Na为中心向三维方向伸展，有6个Cl近邻，C正确，相邻的正、负离子核间距不等于正、负离子半径之和，A错误。答案(1)6 6 4 4 12(2)C 判断物质结构图是否表示晶胞的方法 整块晶体是由完全相同的晶胞“无隙并置”地堆积而成的。“完全相同”包括“化学上等同”晶胞里原子的数目和种类完全等同；还包括“几何上等同”晶胞的形状、取向、大小等同，而且原子的排列完全等同。“无隙并置”即一个晶胞与它的相邻晶胞完全共顶角、共面、共棱。晶胞的这种本质属性可归纳为晶胞具有平移性。因此可根据结构图在晶体中是否具有平移性来判断是否表示晶胞。【变式训练】1.如图所示是从NaCl或CsCl的晶体结构中分
15、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)解析 本题考查了离子晶体的代表物质NaCl、CsCl的晶体结构。NaCl晶体中，每个Na周围最邻近的Cl有6个，构成正八面体，同理，每个Cl周围最邻近的6个Na也构成正八面体，由此可知图(1)和(4)是从NaCl晶体中分割出来的结构图，C项正确。答案 C 2.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
16、电，密度0.97 gcm3 解析 离子晶体在液态(即熔融状态)导电；CS2是非极性溶剂，根据相似相溶规律，C不是离子晶体；离子晶体质硬易碎，且固态不导电，D不是离子晶体。答案 A 3.钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其晶胞的结构如图所示，下列有关说法中正确的是()A.该晶体属于离子晶体 B.晶体的化学式为Ba2O2 C.该晶体的晶胞结构与CsCl相似 D.与每个Ba2距离相等且最近的Ba2共有4个 答案 A 解析 图示晶体中含有 Ba2和 O22，则该晶体属于离子晶体，A 正确。该晶体的晶胞结构与 NaCl 的晶胞结构相似，所以与每个 Ba2距离相等且最近的 Ba2共有 12 个，C
17、不正确，D 不正确。该氧化物的 1 个晶胞中含有 4 个 Ba2和 4 个 O22，晶体的化学式应为 BaO2，B 不正确。【例2】根据表格数据回答下列有关问题：Mg是第三周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点见下表：(1)解释表中氟化物熔点差异的原因：a._。b._。(2)硅在一定条件下可以与Cl2反应生成SiCl4，试判断SiCl4的沸点比CCl4的_(填“高”或“低”)，理由_。氟化物 NaF MgF2 SiF4 熔点/K 1 266 1 534 183 解析(1)先比较不同类型晶体的熔点。NaF、MgF2为离子晶体，离子间以离子键结合，离子键作用强，SiF4固态时为分子晶体，分子间以范德
18、华力结合，范德华力较弱，故NaF和MgF2的熔点都高于SiF4。b.再比较相同类型晶体的熔点。Na的半径比Mg2半径大，Na所带电荷数小于Mg2，所以MgF2的离子键比NaF的离子键强度大，MgF2熔点高于NaF熔点。(2)SiCl4和CCl4组成、结构相似，SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量，SiCl4的分子间作用力大于CCl4的分子间作用力，故SiCl4的熔点高于CCl4的熔点。答案(1)a.NaF与MgF2为离子晶体，SiF4为分子晶体，所以NaF与MgF2远比SiF4熔点要高 b.因为Mg2的半径小于Na的半径且Mg2所带电荷数较大，所以MgF2的离子键强度大于NaF的
19、离子键强度，故MgF2的熔点高于NaF(2)高 SiCl4的相对分子质量比CCl4的大，范德华力大，因此沸点高 晶格能的大小与离子半径成反比，和电荷成正比。【变式训练】4.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是()A.熔点：NaFMgF2AlF3 B.沸点：NaFNaClNaBr C.阴离子的配位数：CsClNaClCaF2 D.硬度：MgOCaOBaO 解析 由于Na、Mg2、Al3的离子半径依次减小，所带电荷数依次增加，所以NaF、MgF2、AlF3的微粒间的作用力依次增大，即熔点依次升高，A错误；F、Cl、Br的半径依次增大，NaF、NaCl、NaBr的微粒间的作用力依次减小，B正确；
20、CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4，C正确；Mg2、Ca2、Ba2的半径依次增大，MgO、CaO、BaO的微粒间的作用力依次减小，即硬度依次减小，D正确。答案 A 5.现有几组物质的熔点()数据：据此回答下列问题：(1)由表格可知，A组熔点普遍偏高，据此回答：A组属于_晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是_。硅的熔点低于二氧化硅，是由于_。硼晶体的硬度与硅晶体相对比：_。A组 B组 C组 D组 金刚石：3 550 Li：181 HF：83 NaCl 硅晶体：1 410 Na：98 HCl：115 KCl 硼晶体：2 300 K：64 HBr：89 RbCl 二氧化硅：
21、1 732 Rb：39 HI：51 MgO：2 800(2)B组晶体中存在的作用力是_，其共同的物理性质是_(填序号)，可以用_理论解释。有金属光泽 导电性 导热性 延展性(3)C组中HF熔点反常是由于_。(4)D组晶体可能具有的性质是_(填序号)。硬度小 水溶液能导电 固体能导电 熔融状态能导电(5)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为_，MgO晶体的熔点高于三者，其原因解释为_。解析(1)A组由非金属元素组成，熔点最高，属于共价晶体，熔化时需破坏共价键。由共价键形成的共价晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高，硬度大。(2)B组都是金属，存在金属键，具有金属晶体的性质，可以用“电子气理论”解释相关物理性质。(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体，HF熔点高是由于分子之间形成氢键。(4)D组是离子化合物，熔点高，具有离子晶体的性质。(5)熔点与离子电荷数和离子半径有关，电荷越多，半径越小，晶体熔点越高。答案(1)原子 共价键 SiSi键键能小于SiO键键能 硼晶体大于硅晶体(2)金属键 电子气(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)(4)(5)NaClKClRbCl MgO晶体为离子晶体，离子所带电荷越多，半径越小，熔点越高