高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第2节第2课时离子晶体学案鲁科选修3

第 2 课时离子晶体
[ 学习目标定位] 1. 正确理解离子键、离子晶体的观点，知道离子晶体种类与其性质的
联系。

2. 认识晶格能的观点和意义，能依据晶格能的大小，剖析晶体的性质。

一离子晶体构造模型
离子晶体中，阴离子呈等径圆球密聚积，阳离子有序地填在阴离子的缝隙中，每个离子四周等距离地摆列着异电性离子，被异电性离子包围。

1．察看剖析表中AB 型离子晶体的构造模型，填写下表：
晶体构造模型
配位数Cl －和 Na＋配位数都为 6 Cl －和 Cs＋配位数都为 8 Zn2＋和 S2－配位数都为 4 晶胞中微粒数Na＋、 Cl －都为 4 Cs＋、 Cl －都为 1 Zn2＋、 S2－都为 4 阴、阳离子个数
1∶11∶11∶1比
化学式NaCl CsCl ZnS
切合种类Li 、 Na、 K、 Rb的卤化CsBr、 CsI 、 NHCl 等BeO、 BeS等
4
物， AgF、 MgO等
2．右图是CaF2晶体的晶胞表示图
回答以下问题：
(1)Ca 2＋的配位数是8， F－的配位数是 4。

(2) 该晶胞中含有的Ca2＋数量是 4， F－数量是 8。

3．问题议论：
(1) 在 NaCl 和 CsCl 两种晶体中，阴、阳离子的个数比都是1∶1，都属于AB 型离子晶体，为何两者的配位数不一样、晶体构造不一样？
答案在 NaCl 晶体中，正负离子的半径比r ＋/ r －＝0.525 ，在 CsCl 晶体中，r＋ / r－＝0.934 ，因为r＋ / r－值的不一样，结果使晶体中离子的配位数不一样，其晶体构造不
一样。

NaCl 晶
体中阴、阳离子的配位数都是6，CsCl 晶体中阴、阳离子的配位数都是8。

r＋ / r－数值越大，离子的配位数越高。

(2) 为何在 NaCl( 或 CsCl) 晶体中，正负离子的配位数同样；而在CaF 晶体中，正负
2
离子的配位数不同样？
答案在 NaCl、 CsCl 晶体中，正负离子的配位数同样，是因为正负离子电荷(绝对值) 同样，因此正负离子的个数同样，结果致使正负离子的配位数同样；若正负离子的电荷不相
同，正负离子的个数必然不同样，结果正负离子的配位数就不会同样。

2 2＋
的CaF 晶体中， Ca
配位数为 8， F－的配位数为4，离子所带电荷越多，配位数越多。

(3)依据离子晶体的形成，推断离子晶体拥有如何的特征？
答案离子晶体是由阴、阳离子间经过较强的离子键而形成的，所以离子晶体拥有较高的熔、沸点，难挥发，硬度较大，离子晶体不导电，融化或溶于水后能导电。

大部分离子晶
体能溶于水，难溶于有机溶剂。

[ 概括总结 ]
1．离子键无方向性和饱和性，在离子晶体中阴、阳离子与异电性离子接触尽可能采纳
最密聚积，能够看作是不等径圆球密聚积。

2．晶体中正负离子的半径比是决定离子晶体构造的重要要素，简称几何要素。

别的正
负离子的电荷比也是决定离子晶体构造的重要要素，简称电荷要素。

3．强碱、开朗金属氧化物、大部分盐类都是离子化合物。

它们在往常条件下都是固体，都属于离子晶体。

4．一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的
熔、沸点越高，如：Al 2O3>MgO， NaCl>CsCl 等。

[ 活学活用 ]
1．以下对于氯化钠晶体构造的说法中正确的选项是()
A．氯化钠晶体中，阴、阳离子的配位数相等
B．氯化钠的晶体构造中，每 1 个 Na＋仅联合 1 个 Cl －
C．氯化钠的晶胞中的质点代表一个NaCl
D．氯化钠晶体中存在单个的NaCl 分子
答案 A
分析氯化钠晶体中，每个 Na＋四周联合 6 个 Cl －，而每个 Cl －四周联合 6 个 Na＋；NaCl 只表示 Na＋和 Cl －个数比为 1∶1。

2．以下性质中，能够较充足说明某晶体是离子晶体的是()
A．拥有较高的熔点
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
答案 D
分析
二晶格能1．晶格能是指将1_mol 离子晶体中的阴、阳离子完整气化而远离所汲取的能量。

(1)汲取的能量越多，晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体越稳固。

(2)晶格能符号为 U，往常取正当，单位 kJ·mol －1。

2．察看剖析下表，回答以下问题：
离子化合物NaBr NaCl MgO
离子电荷数 1 1 2
核间距 /pm 290 276 205
晶格能 /kJ ·mol －
736 787 3890
1
熔点/ ℃750 801 2800
摩氏硬度<2.5 2.5 6.5
(1) 影响晶格能大小的要素有哪些？
答案影响晶格能的要素：离子所带的电荷数和阴、阳离子间的距离( 与离子半径成正比) 。

晶格能与离子所带电荷数的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。

(2)晶格能与晶体的熔点、硬度有如何的关系？
答案晶格能的数据能够用来说明很多典型离子晶体的性质变化规律，晶格能越大，形成的离子晶体越稳固，晶体的熔、沸点越高，硬度越大。

[ 概括总结 ]
影响离子键强度的要素
(1)离子电荷数的影响：电荷数越多，晶格能越大，离子键越坚固，离子晶体的熔点越
高、硬度越大。

(2)离子半径的影响：半径越大，致使离子核间距越大，晶格能越小，离子键越易断裂，
离子晶体的熔点越低、硬度越小。

[ 活学活用 ]
3．一种金属晶体与一种离子晶体对比较，正确的选项是()
A．金属晶体必定比离子晶体微粒聚积得更密集
B．金属晶体必定比离子晶体硬度大
C．金属晶体必定比离子晶体熔点高
D．金属晶体必定比离子晶体导电性强
答案 D
分析一般来说，金属晶体和离子晶体的微粒聚积方式均为密聚积，但详细到某一种金属晶体或离子晶体，就很难说谁的微粒聚积更密集了。

离子晶体的熔点和硬度广泛较高；金属晶体的熔点和硬度有的很高，也有的很低。

金属晶体都有导电性，离子晶体熔融态时都导电固态时不导电。

4． NaF、NaI 、 MgO晶体均为离子晶体，依据以下数据，这三种晶体的熔点高低次序是
()
物质①NaF ②NaI ③MgO
离子电荷数 1 1 2
离子间距离 /10 －10m 2.31 3.18 2.10
A．① >②>③B．③ >①>②
C．③ >②>①D．② >①>③
答案 B
分析NaF、NaI 、 MgO均为离子晶体，它们熔点高低由离子键强弱决定，而离子键的强
弱与键长和离子电荷数相关，MgO中键长最短，离子电荷数最高，故离子键最强。

构成微粒：阴、阳离子
微粒间作用：离子键
离子晶体聚积形式：非等径圆球密聚积当堂检测物理性质：
与晶格能相关
典型例子： NaCl、 CsCl、 ZnS
1．以下各种化合物中，固态时只好形成离子晶体的是()
A．非金属氧化物B．非金属单质
C．强酸D．强碱
答案 D
2．以下物质中，属于离子晶体，而且含有共价键的是()
A． CaCl2 B． MgO
C． N2 D． NH4Cl
答案 D
分析N 中只有共价键。

CaCl 、MgO、 NHCl 都是离子晶体， CaCl 、 MgO中只含离子
键，
2 2 4 2
＋中 N— H 是共价键。

而 NHCl 的 NH
4 4
A．熔点： NaF＞MgF2＞ AlF 3
B．晶格能： NaF＞ NaCl＞NaBr
C．阴离子的配位数：CsCl＞ NaCl＞ CaF2 D．硬度： MgO＞CaO＞ BaO
答案 A
分析
＋2＋
、 Al
3＋
的离子半径挨次减小，所带电荷数挨次增添，所以NaF、因为 Na 、 Mg
MgF、AlF 的晶格能挨次增大，－－－的半径挨次增大， NaF、NaCl、
即熔点挨次高升； F 、Cl 、Br
2 3
NaBr 的晶格能挨次减小；CsCl、NaCl 、CaF2中阴离子的配位数分别为
2＋2＋
、8、6、4；Mg 、Ca
Ba2＋的半径挨次增大，MgO、 CaO、 BaO的晶格能挨次减小，即硬度挨次减小。

4．以下对于晶格能的表达中正确的选项是()
A．晶格能仅与形成晶体中的离子所带电荷相关
B．晶格能仅与形成晶体的离子半径相关
C．晶格能是指相邻的离子间的静电作用
D．晶格能越大的离子晶体，其熔点越高
答案 D
分析晶格能与离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子半径的大小成反比。

晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，硬度也越大，所以D项正确。

5．如图是氯化铯晶体的晶胞( 晶体中最小的重复构造单元) 表示图，已知晶体中 2 个最＋核间距为cm，氯化铯 (CsCl) 的相对分子质量为，N 为阿伏加德罗常数，则氯化
近的 Cs
A
铯晶体的密度为 ( )
8M 3
－ 3 Ma － 3
A. 3g·cm
B. g·cm
A 8 A
Na N
M 3
－ 3 Ma － 3
C. N A a3g·cm
D. N A g·cm
答案 C
M
m N ×1M － 3
A
g·cm ＝N A a3g·cm 。

分析ρ＝V＝a3
40 分钟课时作业
[ 基础过关 ]
一、离子晶体的构造及其特点
＋
等距离且近来的几个－
所围成的几何构型为
1．如右图，在氯化钠晶胞中，与每个 Na Cl
()
A．十二面体
B．正八面体
C．正六面体
D．正四周体
答案 B
分析第一要理解近来的离子在什么地点，以一个晶胞为例，处在中心地点上的Na＋被六个面上的Cl －所包围，这 6 个 Cl －离中心Na＋近来，将六个面心的Cl －连成一个图形即正
八面体，也能够有其余连结方法。

2．高温下，超氧化钾晶体呈立方体构造。

晶体中氧的化合价可看作部分为0 价，
部分为－ 2 价。

如图为超氧化钾晶体的一个晶胞( 晶体中最小的重复单元) 。

则以下说法正确的选项
是 ( )
A．晶体中只存在离子键
B．超氧化钾的化学式为KO，每个晶胞含有＋－
1 个 K 和1个O
2 2
C．晶胞中与每个
＋－
有 6 个K 距离近来的O2
D．晶体中全部原子之间都是以离子键联合
答案 C
分析依据题给信息，超氧化钾晶体是面心立方晶胞，超氧化钾晶体(KO ) 是离子化合
2
物，阴、阳离子分别为
－＋＋－
以离子键相联合，
－
O2、 K ，晶体中K 与 O2 O2中 O— O键为共价键。

1 1 ＋ 1 －
作为面心立方晶胞，每个晶胞中含有4( 即 8×8＋2×6) 个 K ， 4( 即 1＋4×12) 个 O2 ，晶胞＋－
有6个。

中与每个 K 距离近来的O2
3．氯化铯晶胞 ( 晶体重复的构造单元) 如图甲所示，该晶体中 Cs＋与 Cl －的个数比为1∶1，化学式为 CsCl 。

若某晶体晶胞构造如图乙所示，此中含有A、 B、 C 三种元素的粒子，则该
A．8∶6∶1B．4∶3∶1
C．1∶6∶1D．1∶3∶1
答案 D
1 1
分析在此晶体的晶胞中有A：8×8＝ 1 个，有 B：6×2＝ 3 个，有 C：1×1＝ 1 个，即A、 B、 C 的粒子个数比为 1∶3∶1。

4．萤石 (CaF2) 晶体属于立方晶系，萤石中每个Ca2＋被 8 个 F－所包围，则每个F－四周最近距离的 Ca2＋数量为 ()
A． 2 B． 4 C． 6 D． 8
答案 B
分析萤石 (CaF2) 中 Ca2＋和 F－的数量之比为1∶2， Ca2＋被 8 个 F－所包围，配位数是8，F－的配位数应为 4，所以每个 F－四周近来距离的Ca2＋数量为 4。

二、离子晶体的主要特征及其应用
5．以下说法中正确的选项是()
A．固态时能导电的晶体必定是金属晶体
B．熔融态能导电的晶体必定是离子晶体
C．水溶液能导电的晶体必定是离子晶体
D．固态不导电而熔融态导电的晶体必定是离子晶体
答案 D
分析离子晶体是阴、阳离子构成的，固态时阴、阳离子不可以自由挪动，不导电；熔
融状态时，离子化合物电离，能够导电；而金属晶体固态时也能导电。

6．碱金属和卤素形成的化合物大多拥有的性质是()
①固态时不导电，熔融状态导电②能溶于水，其水溶液导电③低熔点④高沸点⑤易升华
A．①②③B．①②④
C．①④⑤D．②③④
答案 B
分析卤素与碱金属形成的化合物为典型的离子化合物，具备离子晶体的性质。

7．以下性质合适于离子晶体的是()
A．熔点 1070℃，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 CS 2，熔点 112.8 ℃，沸点 444.6 ℃
D ．熔点 97.81 ℃，质软，导电，密度
0.97g ·cm －3
答案
A
分析
离子晶体在液态 ( 即熔融态 ) 时是导电的，所以
B 项不是离子晶体； CS 2 是非极性
溶剂，依据“相像相溶”的规律，
C 项也不是离子晶体；因为离子晶体质硬易碎，且固态不
导电，所以 D 项也不是离子晶体。

三、离子晶体的晶格能与其性质的关系
8．离子晶体熔点的高低决定于阴、阳离子之间的核间距离和晶格能的大小，依据所学
知识判断 KCl 、 NaCl 、 CaO 、 BaO 四种晶体熔点的高低次序是 (
)
A ． KCl>NaCl>BaO>CaO
B ． NaCl>KCl>CaO>BaO
C ． CaO>BaO>KCl>NaCl
D ． CaO>BaO>NaCl>KCl
答案 D
分析 对于离子晶体来说，离子所带电荷数越多，
阴、阳离子间的核间距离越小， 晶格
能越大，离子键越强，熔点越高。

阳离子半径大小次序为
2 ＋
＋
2＋
＋
Ba >K >Ca >Na ；阴离子半径：
Cl －
2 －
，比较可得只有 D 项是正确的。

>O 9．以下大小关系正确的选项是 ()
A ．晶格能： NaCl<NaBr
B ．硬度： MgO>CaO
C ．熔点： NaI>NaBr
D ．熔、沸点： KCl>NaCl
答案 B
分析 对于电荷数同样的离子，半径越小，离子键越强，晶格能越大，硬度越大，熔、
沸点越高。

半径： Cl － <Br
－
<I －， Mg 2＋<Ca 2＋ ， K ＋＞ Na ＋
，故 A 、 C 、 D 错误， B 正确。

10．X 、Y 都是ⅡA 族 (Be
除外 ) 的元素，已知它们的碳酸盐的热分解温度： T (XCO 3)> T (YCO 3) ， 则以下判断不正确的选项是
( )
A ．晶格能： XCO 3<YCO 3
B ．阳离子半径：
X 2＋ >Y 2
＋
C ．金属性： X>Y
D ．氧化物的熔点： XO>YO
答案
D
分析 碳酸盐的热分解温度与形成碳酸盐的金属元素的活动性相关，
金属越开朗， 形成
的盐越稳固， 所以依据碳酸盐的热分解温度：
T (XCO 3)> T (YCO 3) ，可判断出 X 的活动性大于 Y ，2＋ 2＋
2＋2＋
依据阳离子半径：X >Y以及影响离子化合物晶格能、熔沸点的要素可知，晶格能：
XCO3<YCO3，氧化物的熔点：XO<YO，A 项正确， D项不正确。

[ 能力提高 ]
11．已知晶格能的大小影响岩浆晶出的序次，晶格能越大，形成的晶体越稳固，岩浆中
的矿物越简单结晶析出。

剖析下表中硅酸盐矿物和石英的晶格能。

硅酸盐矿物和石英晶格能 (kJ ·mol －1)
橄榄石4400
辉石4100
角闪石3800
云母3800
长石2400
石英2600
回答以下问题：
(1)橄榄石和云母晶出的次序是 ________。

(2)石英老是在各样硅酸盐析出后才晶出的原由是________________ 。

(3)推断云母和橄榄石的熔点次序为 ________，硬度大小为 ________。

答案
(1) 先晶出橄榄石后晶出云母
(2)石英的晶格能较小，所以石英老是在各样硅酸盐析出后才晶出
(3)橄榄石高于云母橄榄石高于云母
分析解此类题目要修业生经过仔细剖析科学数据，从中找出科学规律。

晶格能高的晶体，熔点较高，更简单在岩浆冷却过程中先结晶析出，故先晶出橄榄石后晶出云母。

晶格能
越大，形成的离子晶体越稳固，熔点越高，硬度越大。

本题使学生从定量的角度加深了对晶
格能的认识，并更为深刻地领会到晶格能影响离子晶体的性质。

12． X、 Y、 Z 是三种常有的短周期元素，它们能够形成XY2、XY3、 Z2Y、 Z2Y2等化合物。

已知 X 原子比 Y 原子多一个电子层，Y 获得电子达到8 电子稳固构造时与Z 离子拥有同样的电子层构造。

(1)X 是 ________， Y 是 ________，Z 是 ________。

(2)Z 的单质属于 ________晶体， Z 与 Y 形成 Z2Y 的过程可用电子式表示为_______。

答案(1) 硫 (S)氧(O)钠(Na)
(2)金属
分析依据题意知：X 在第 3 周期， Y 在第 2 周期。

因为Y 与 Z 能形成 Z2Y、 Z2Y2， Z 的
离子应为阳离子， Z 元素在第 3 周期。

联合形成化合物的形式以及“常有”的短周期元素，则
X为硫， Y为氧、 Z为钠。

最外层电子数的 3 倍。

A、 B 形成的化合物是中学化学常有的化合物，该化合物熔融时能导
电。

试回答以下问题：
(1)A 、B 的元素符号分别是________、 ________。

(2)用电子式表示 A、 B 元素形成化合物的过程：
________________________________________________________________________ 。

(3)A 、B 所形成的化合物的晶体构造与氯化钠晶体构造相像，则每个阳离子四周吸引了
________个阴离子；晶体中阴、阳离子数之比为________。

(4)A 、 B 所形成化合物的晶体的熔点比NaF 晶体的熔点________，其判断的原由是
________________________________________________________________________ 。

答案(1)Mg O
(2)
(3)61∶1
(4)高离子半径相差不大， MgO中离子所带电荷许多，离子键较强，离子键越强，熔
点越高
分析(1) 最外层电子数是从1→8， B 原子的最外层电子数是 A 原子的 3 倍，且A、 B 能形成化合物，则 B 原子的最外层电子数只好为6，A 的为 2。

短周期元素分别为 A 是 Be 或Mg， B 是 O或 S，又因为原子序数A>B，则 A 是 Mg， B 是 O。

(2)电子式表示 MgO的形成过程：
(3)MgO 晶体构造与 NaCl 相像，则每个
2＋
四周有 6
2－
，阴、阳离子数之比为1∶1。

Mg 个 O
2＋2－
所带电荷比＋－2＋＋
) ，r (O
2－
)> r (F
－
) ，
(4) 因为 Mg 、O Na 、F 所带电荷多，且 r (Mg )< r (Na
整体比较，离子半径相差不大，但MgO中离子电荷数多，离子键强。

14．镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。

工业上从海水中提取镁时，先制备无
水氯化镁，而后将其熔融电解，获得金属镁。

(1) 以 MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时，常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物，其主要作用除了降低熔点以外还有__________。

(2)已知 MgO的晶体构造属于 NaCl 型。

某同学画出的 MgO晶胞构造表示图以以下图所示，请更正图中错误：
________________________________________________________________________ 。

(3) 用镁粉、 碱金属盐及碱土金属盐等能够做成烟火。

燃放时， 烟火发出五彩缤纷的光，
请用原子构造的知识解说发光的原由：
______________________________________ 。

答案 (1) 加强熔融盐的导电性
(2) 2－
，实心球应为 2＋
； 8 号空心球应改为实心球 空心球应为 O Mg (3) 电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以发光的形式开释能量
分析
(1) 这些物质不可以实质参加反响，但能加强熔融盐的导电性。

(2)Mg 2＋
2－
的半径大小是 2－2＋
，故空心球应为 2－
，实心球应为 2＋
；图中应当 和 O O >Mg O Mg 黑白球交替出现，故
8 号球应为实心球。

(3) 电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以发光的形式开释能量。

[ 拓展研究 ]
15．某离子晶体晶胞的构造以下图，试剖析：
(1) 晶体中每个 Y 同时吸引着 ________个 X ，每个 X 同时吸引着 ________个 Y ，该晶体的化学式为 ________。

(2) 晶体中每个 X 四周与它距离近来且相等的
X 共有 ____个。

(3) 晶体中距离近来的 2 个 X 与 1 个 Y 所形成的夹角∠ XYX 为 ________( 填角的度数 ) 。

(4) 设该晶体的摩尔质量为 M g ·mol －
1，晶体密度为 ρg ·cm －
3，阿伏加德罗常数为 N A ，则晶体中距离近来的两个 X 之间的距离为 ________cm 。

答案 (1)4 8 XY 2( 或 Y 2X) (2)12
(3)109.5 °
(4) 3M
2
2ρ· N
A
分析 (1)Y
只为一个晶胞所共有，即每个
Y 同时吸引 4 个 X ，而 X 处于极点上，为 8
1
1
个晶胞所共有，即每个 X 同时吸引 8 个 Y 。

在每个晶胞中含 X 个数为 8×4＝ 2个，含 1 个
Y ， 则化学式为 XY 2 或 Y 2X 。

8
(2) 在一个晶胞中， 每个 X 与它距离近来的 X 有 3 个，则每个 X 四周有： 3× 2＝ 12 个 ( 每个面为两个晶胞共有 ) 。

11
(3) 在晶胞中， Y 与四个 X 形成正四周体构造，故键角为109.5 °。

(4) 因为一个晶胞中只含1
或 Y2X，故一个晶胞的质量为
M M
3(a为晶个 XY2 ，则有ρ＝
2N A a
2 2N A
3 M
，则距离近来的两个3 M。

胞的边长 ) ，得a＝2ρ·N X 之间的距离为 2 2ρ·N
A A
12。