高中化学 第三章 晶体结构与性质 3.4 离子晶体(第1课时)离子晶体(1)新人教版选修3(202

2016-2017年高中化学第三章晶体结构与性质3.4 离子晶体（第1课时）离子晶体（1）新人教版选修3
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第三章 晶体结构与性质 第四节 离子晶体
第1课时 离子晶体（1）
知识归纳
1．离子晶体
(1）概念：阴、阳离子通过______结合,在空间呈现有______的排列所形成的晶体叫离子晶体。

如NaCl 、CsCl 等。

（2）构成粒子为______和______,粒子间作用为______。

2．离子晶体的空间结构
离子晶体以紧密堆积的方式,使阴、阳离子尽可能接近，向空间无限延伸，形成晶体。

决定离子晶体中离子配位数的因素有几何因素、电荷因素和键性因素。

（1）几何因素是指晶体中正、负离子的______比，如
(Na )(Cl )r r +-______(Cs )(Cl )r r +-，NaCl 、CsCl 晶体
中阴、阳离子的配位数分别为______、______。

（2)电荷因素是指正、负离子带的______，如NaCl 、CsCl 中正、负离子带的电荷数______，正、负离子的配位数______;若正负离子带的电荷数不同,正负离子的配位数就不同。

如CaF 2晶体，Ca 2+与F −的电荷比为______，则Ca 2+和F −的个数比为______，Ca 2+的配位数为______，F −的配位数为______。

（3）键性因素是指___________________________。

3．离子晶体的物理性质
（1）离子晶体具有较高的______,难挥发，硬度______，离子晶体不导电，______或______后能导电。

（2)大多数离子晶体能溶于水，难溶于______。

【答案】1．（1）离子键 规律
(2）阴离子 阳离子 离子键
2．（1）半径＜ 6 8
（2）电荷数相同相同2∶1 1∶2 8 4
（3）离子键的纯粹程度
3．（1）熔、沸点大溶于水熔化（2）有机溶剂
知识重点
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形成的大多数盐、强碱，+
NH与酸根离子形成的盐,活泼金属的氧化物和
4
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．利用元素的组成
如：成键元素的电负性差大于1。

7的物质，金属元素（特别是活泼的金属元素,第ⅠA、第ⅡA 族元素）与非金属元素（特别是活泼的非金属元素，第ⅥA、第ⅦA族元素）组成的化合物，个别非金属元素间形成的化合物（如铵盐）等都是离子晶体。

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。

下列关于金属晶体和离子晶体的说法中错误的是
A．都可采取紧密堆积结构B．都含离子
C．一般具有较高的熔点和沸点D．都能导电
【解析】金属晶体和离子晶体都可采取紧密堆积，离子晶体的熔、沸点较高，金属晶体的熔、
沸点虽然有较大的差异，但是大多数的熔、沸点还是比较高的，A、C项正确；金属晶体由金属阳离子和自由电子构成,离子晶体由阳离子和阴离子构成，所以二者都含有离子,B项正确；金属晶体中有自由电子，可以在外加电场的作用下定向移动，而离子晶体的阴、阳离子不能自由移动，因此不具有导电性，D项错误。

【答案】D
知识好题
1．下列关于离子键的叙述中,正确的是
A．离子键比共价键的极性强
B．在氯化钠中，每个Na+周围有六个Cl−，每个Cl−周围有六个Na+，故离子键是有饱和性的
C．在氯化钠中，Na+和Cl−的相对位置都是有方向性的
D．只有含有活泼金属阳离子的化合物中才存在离子键
2．下列物质中离子键最强的是
A．KCl B．CaCl2C．MgO D．Na2O
3．由下列各组中的三种元素构成的化合物中既有离子晶体,又有分子晶体的是A．H、O、C B．Na、S、O C．H、N、O D．H、S、O
4．关于晶体的下列说法正确的是
A．在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子
B．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
C．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高
D．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
5．下列说法错误的是
A．原子晶体中只存在非极性共价键
B．分子晶体的状态变化，只需克服分子间作用力
C．金属晶体通常导电、导热并具有良好的延展性
D．离子晶体在熔化状态下能导电
6．下列关于化学键的叙述中,正确的是
A．金属晶体内部都有“自由电子”，都存在金属键
B．因为离子键无方向性，故阴、阳离子的排列是没有规律的，随意的
C．配合物[Cu(NH3)4]Cl2的配位数是6
D．因为离子键无饱和性，故一种离子周围可以吸引任意多个带异性电荷的离子7．下表中列出了有关晶体的说明，错误的是
8．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，离子键被破坏；而分子晶体熔化时，化学键不被破坏
9．已知某离子晶体晶胞如图所示，其摩尔质量为M ，阿伏加德罗常数为N A ，晶体的密度为d g/cm 3。

下列说法中正确的是
A ．晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1
B ．晶体中阴、阳离子的配位数都是4
C ．该晶胞可能是NaCl 的晶胞
D 3A 4M N d
10．下列对晶体结构和性质的认识错误的是
A ．电解熔融NaCl 的过程中涉及的化学键的变化有离子键、共价键和金属键
B ．晶体CO 2和H 2O 中,化学键类型相同,晶体类型也相同
C ．SiO 2晶体最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子
D ．金刚石和石墨的熔点都较高，是因为二者都为原子晶体
11．对于氯化钠晶体,下列描述正确的是
A ．它是六方紧密堆积的一个例子
B ．58.5 g 氯化钠晶体中约含6。

02×1023个NaCl 分子
C ．与氯化铯晶体结构相同
D ．每个Na +与6个Cl −作为近邻
真题
12．［2016课标Ⅲ]砷化镓（GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。

回答下列问题：
（1）写出基态As原子的核外电子排布式________________________。

（2）根据元素周期律,原子半径Ga_____________As，第一电离能Ga____________As。

(填“大于”或“小于"）
(3)AsCl3分子的立体构型为____________________，其中As的杂化轨道类型为_________。

(4）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77。

9℃，其原因是_____________________.
（5）GaAs的熔点为1238℃,密度为ρg·cm−3，其晶胞结构如图所示。

该晶体的类型为________________，Ga与As以________键键合。

Ga和As的摩尔质量分别为M Ga g·mol−1和M As g·mol−1，原子半径分别为r Ga pm和r As pm，阿伏加德罗常数值为N A,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为____________________。

13．[2016四川]M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素。

M基态原子L层中p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，R是同周期元素中最活泼的金属元素，X和M形成的一种化合物是引起酸雨的主要大气污染物，Z的基态原子4s和3d轨道半充满。

请回答下列问题：
(1）R基态原子的电子排布式是① ,X和Y中电负性较大的是② (填元素符号）.
（2）X的氢化物的沸点低于与其组成相似的M的氢化物，其原因是___________。

（3）X与M形成的XM3分子的空间构型是__________。

（4）M和R所形成的一种离子化合物R2M晶体的晶胞如图所示,则图中黑球代表的离子是
_________（填离子符号）。

（5)在稀硫酸中，Z的最高价含氧酸的钾盐（橙色）氧化M的一种氢化物,Z被还原为+3价，该反应的化学方程式是____________________________________。

1．【答案】A
【解析】电负性较小的金属元素的原子容易失去价电子形成阳离子,电负性较大的非金属元素的原子容易得电子形成阴离子，离子键可以看成极性最强的共价键.离子键的特征：无方向性和饱和性。

每个离子周围尽可能多的排列离子,使化合物的能量达到最低。

非金属原子间也可以形成离子键。

2．【答案】C
【解析】离子键的强弱与离子本身所带电荷的多少和离子半径的大小有关，离子半径越小，离子所带电荷越多，离子键越强.在题给阳离子中,Mg2+带两个单位正电荷，且半径最小，在阴离子中，O2−带两个单位负电荷,且半径比Cl−的小，故MgO中离子键最强。

3．【答案】C
【解析】A、D中三种元素构成的化合物只能为分子晶体；B项中三种元素只能形成离子晶体，C项中HNO3为分子晶体,NH4NO3为离子晶体。

4．【答案】A
【解析】只有认识四类晶体物理性质差异的本质原因才能对此题进行正确判断。

在四类晶体中，金属晶体的结构及物理性质最特殊，应予重视。

金属晶体中，构成晶体的微粒既有金属原子，又有金属阳离子，且二者不断转换，晶体中自由电子与金属离子间的电性作用形成了金属键。

因此晶体中有阳离子，不一定有阴离子，如金属晶体.金属键强弱相差很大(主要由阳离子半径大小决定），因此金属晶体的熔沸点、硬度等物理性质相差极大,它与其他类晶体相比很特殊，有的晶体熔沸点很低，甚至小于分子晶体如金属汞、碱金属等;有的金属熔沸点很高，甚至高于原子晶体（如金属钨).
5．【答案】A
【解析】本题考査四种晶体的组成、结构及性质。

原子晶体是原子间以共用电子对所形成的空间网状结构,原子间的共价键可以是同种原子间的非极性共价键，如金刚石、晶体硅等,也可以是不同原子间的极性共价键，如SiO2、SiC等,故A不正确。

其他三项对分子晶体、金属晶体和离子晶体的描述皆正确。

6．【答案】A
【解析】金属晶体是由金属阳离子和“自由电子”构成的，都存在金属键，A项正确；为了使物质的能量
最低，体系最稳定，阴、阳离子的排列也是有规律的，不是随意的，B项错误; C项中该配合物的配位
数是4而不是6，错误；离子键无饱和性，体现在一种离子周围可以吸引尽可能多的带异性电荷的离子，但不是任意多，受阳离子与阴离子半径比的限制，D项错误。

7．【答案】B
【解析】氩为单原子分子，原子间没有共价键，B错误.
8．【答案】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P—P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。

9．【答案】C
【解析】A项用均摊法分析,晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为4；B项中阴、阳离子的配位数都是6；C项该晶胞为面心立方晶胞，符合NaCl晶胞的特征,根据氯化钠的晶胞结构图
a cm，4×M=
进行计算：设晶胞边长为a cm，则两个距离最近的阳离子的核间距离为2
2 N A·a
3 cm3·d g/cm3，可求出a，进而求得核间距,D项错误。

10．【答案】D
【解析】电解熔融NaCl,生成Cl2和金属钠，有离子键被破坏,有共价键和金属键形成，A 正确；CO2和H2O中的化学键均为共价键，而且都是分子晶体,B正确；二氧化硅晶体相当于将金刚石晶体中的碳原子换成硅原子,同时在每两个硅原子连线的中间加上一个氧原子，最小的环上有12个原子（6个硅原子和6个氧原子），C正确；金刚石为原子晶体，而石墨为混合晶体，D错误.
11．【答案】D
【解析】氯化钠晶体的晶胞结构如图所示，从中可以看出在立方体的面心中均有Cl−,故其是面心立方最密堆积，故A错；氯化铯晶体的晶胞结构为，其结构呈体心立方最密堆积，故C错；从上图中可以得出氯化钠晶体中以Na+为中心向三维方向
伸展，有6（上、下、前、后、左、右)个Cl −
近邻，故D 正确；NaCl 为离子晶体，其中不含有NaCl 分子，故B 错.
12．【答案】（1）1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 24p 3或［Ar ］3d 104s 24p 3
（2） 大于 小于 （3）三角锥形 sp 3
（4）GaF 3是离子晶体，GaCl 3是分子晶体，离子晶体GaF 3的熔沸点高
（5）原子晶体 共价 3033A 410()100%3()Ga As Ga As N r r M M πρ-⨯+⨯+ 【解析】（1）As 的原子序数是33,则基态As 原子的核外电子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 24p 3。

（2）同周期自左向右原子半径逐渐减下，则原子半径Ga 大于As,由于As 的4p 轨道电子处于半充满状态，稳定性强,所以第一电离能Ga 小于As.
（3）AsCl 3分子的价层电子对数＝3＋5132
-⨯＝4，即含有一对孤对电子，所以立体构型为三角锥形，其中As 的杂化轨道类型为sp 3。

（4)由于GaF 3是离子晶体，GaCl 3是分子晶体，所以离子晶体GaF 3的熔沸点高；
(5）GaAs 的熔点为1238℃，密度为ρ g·cm −3，其晶胞结构如图所示，熔点很高，所以晶体的类型为原子晶体,其中Ga 与As 以共价键键合。

根据晶胞结构可知晶胞中Ca 和As 的个
数均是4个，所以晶胞的体积是Ga As A 4()M M N ρ⨯+.二者的原子半径分别为r Ga pm 和r As pm ，
阿伏加德罗常数值为N A ，则GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为
3330Ga As Ga As A
44π()1034()r r M M N ρ
-⨯+⨯⨯+×100%＝3033A Ga As Ga As 4π10()100%3()N r r M M ρ-⨯+⨯+。

【名师点睛】物质结构包括原子结构(原子核外电子排布、原子的杂化方式、元素电负性大
小比较、元素金属性、非金属性的强弱）、分子结构（化学键、分子的电子式、结构式、结构简式的书写、化学式的种类、官能团等)、晶体结构(晶体类型的判断、物质熔沸点的高低、影响因素、晶体的密度、均摊方法的应用等)。

本题考查物质结构内容，涉及前36号元素核外电子排布式的书写、元素周期律、第一电离能规律、空间构型、杂化轨道、晶体熔点高低的判断、晶体类型、以及晶胞的计算等知识，这部分知识要求考生掌握基础知识，做到知识的灵活运用等，考查了学生综合运用所学化学知识解决相关化学问题的能力。

只有掌握这些，才可以更好的解决物质结构的问题。

13．【答案】（1）①1s22s22p63s1或[Ne]3s1②Cl
（2）H2S分子间不存在氢键，H2O分子间存在氢键
（3）平面三角形
(4）Na＋
（5）K 2Cr2O7+3H2O2+ 4H2SO4K2SO4+Cr2(SO4)3+3O2↑+7H2O
【解析】根据题意知M、R、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z是一种过渡元素.M基态原子L层p轨道电子数是s轨道电子数的2倍，则M是O元素；R是同周期元素中最活泼的金属元素,且原子序数大于O，则R在第三周期，应是Na元素；X和M形成的一种化合物是形成酸雨的主要大气污染物,则X是S元素，进而知Y为Cl元素；Z的基态原子4s和3d轨道半充满，即价电子排布式为3d54s1,Z是Cr元素，据此作答。

（1）R是Na元素,原子序数为11，根据构造原理确定其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s1或［Ne］3s1；S和Cl比较电负性较大的是Cl元素,答案为:1s22s22p63s1；Cl。

（2)H2S的沸点低于H2O的主要原因是水分子间形成氢键，使水的沸点升高，答案为：H2S 分子间不存在氢键,H2O分子间存在氢键.
（3）SO3中硫原子的价层电子对数为3+（6−3×2)/2=3,没有孤电子对，硫原子的杂化方式为sp2，该分子的空间构型为平面三角形，答案为：平面三角形.
（4）根据晶胞结构可以算出白球的个数为8×1
8
+6×
1
2
=4，黑球的个数为8个,由于这种离
子化合物的化学式为Na2O,黑球代表的是Na+,答案为:Na+.
（5)根据题意知重铬酸钾被还原为Cr3+，则过氧化氢被氧化生成氧气,利用化合价升降法配平，反应的化学方程式为:K 2Cr2O7+3H2O2+ 4H2SO4 K2SO4+Cr2(SO4)3+3O2↑+7H2O ，
答案为:K 2Cr2O7+3H2O2+ 4H2SO4 K2SO4+Cr2(SO4)3+3O2↑+7H2O .
【名师点睛】对于此类题要掌握以下几点：（1）ⅡA族元素的价电子构型为n s2、ⅤA族元素的价电子构型为n s2n p3，分别属于全满或半满状态,属于稳定结构，因此ⅡA族、ⅤA族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素。

(2)金属元素的电负性较小，非金属元素的电负性较大。

同周期元素从左到右，元素的电负性递增,同主族元素自上而下，元素的电负性递减。

(3)化学键影响物质的物理性质和化学性质;范德华力和氢键只影响物质的物理性质.（4)均摊法在有关晶胞计算中的规律.根据题给信息准确推断相关元素、结合相关知识进行作答是得分的关键。

题目难度适中。