选修3《物质结构与性质》第三章 晶体结构与性质 第四节 离子晶体(导学案)

第四节离子晶体

▍课标要求▍

1．能说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。

2．了解晶格能的概念及其应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。3．知道离子晶体的构成粒子、粒子间作用力以及与其他晶体的区别。

要点一离子晶体

1．概念

由和通过结合而成的晶体。

2．配位数和决定晶体结构的因素

(1)配位数是指一个离子周围最近的。

(2)决定离子晶体结构的因素有：

3．性质

(1) 较大，难于压缩；

(2)熔、沸点，难挥发；

(3)不导电，但是在或中可导电。

4．常见离子晶体的空间结构

(1)NaCl晶体：在NaCl晶体中每个Na＋周围有个Cl－，每个Cl－周围有个Na＋，因此，NaCl晶体中Na＋和Cl－的配位数都是。

(2)CsCl晶体：在CsCl晶体中每个Cs＋周围有个Cl－，每个Cl－周围有个Cs＋，即Cl－的配位数为。

(3)CaF2晶体Ca2＋的配位数是，F－配位数是。

思考1：NaCl晶体和CsCl晶体都是AB型的离子晶体，为什么这两种晶体的空间结构不同呢？

要点二晶格能

1．概念

形成1 mol离子晶体的能量，通常为正值，单位为。2．影响因素

3．晶格能的作用

晶格能最能反映离子晶体的。晶格能越，离子键越，形成的离子晶体越，而且熔点越，硬度越。

思考2：在NaF、NaCl、NaBr、NaI中，哪种物质的晶格能最大？

考点一离子晶体的物理性质与结构的关系

1．离子晶体具有较高的熔、沸点，难挥发

离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的离子键相互作用，要克服离子键使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。

一般来说，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Al2O3>MgO；NaCl>CsCl等。

2．离子晶体硬而脆

(1)离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，离子晶体表现较高的硬度。

(2)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．离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电

(1)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。

(2)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。

(3)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)难溶于水的强电解质如BaSO4、CaCO3等溶于水，由于浓度极小，故导电性极差。通常情况下，我们认为它们的水溶液不导电。

【例题1】下列性质适合于离子晶体的是()

①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电

②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电

③熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃，能溶于CS2

④熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g/cm3

⑤熔点－218 ℃，难溶于水

⑥熔点3 900 ℃，硬度很大，不导电

⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱

⑧熔点高，难溶于水，固体不导电，熔化时导电

A．①⑧B．②③⑥

C ．①④⑦

D ．②⑤

(1)在离子晶体中无分子。如NaCl 、CsCl 只表示晶体中阴、阳离子个数比，为化学式，不是分子式。

(2)离子晶体中一定有离子键，还可能有共价键，如KNO 3、NH 4Cl 等晶体中既有离子键又有共价键。

(3)全部由非金属元素形成的晶体也有可能是离子晶体，如铵盐。

(4)离子晶体在熔化时只破坏离子键，不破坏其中的共价键，在水溶液中可断裂共价键。因此在熔化状态下，离子化合物可以导电，共价化合物不导电。

【变式1】 为了确定SbCl 3、SbCl 5、SnCl 4是否为离子化合物，可以进行下列实验，其中合理、可靠的是( )

A ．观察常温下的状态，SbCl 5是苍黄色液体，SnCl 4为无色液体。结论：SbCl 5和SnCl 4

都是离子化合物

B ．测定SbCl 3、SbCl 5、SnCl 4的熔点依次为73.5 ℃、2.8 ℃、－33 ℃。结论：SbCl 3、SbCl 5、SnCl 4都不是离子化合物

C ．将SbCl 3、SbCl 5、SnCl 4溶解于水中，滴入HNO 3酸化的AgNO 3溶液，产生白色沉淀。结论：SbCl 3、SbCl 5、SnCl 4都是离子化合物

D ．测定SbCl 3、SbCl 5、SnCl 4的水溶液的导电性，发现它们都可以导电。结论：SbCl 3、SbCl 5、SnCl 4都是离子化合物

考点二 三种典型离子晶体的结构模型 1．NaCl 晶体结构模型(AB 型，配位数是6)

(1)在NaCl 晶体的最小结构单元(一个晶胞)中，含Na ＋数目为1＋12×14＝4(个)；含Cl

－数目为8×18＋6×12＝4(个)。故Na ＋与Cl －

个数比为4∶4＝1∶1，化学式NaCl 表示该晶体中

离子的个数比。只有在蒸气状态时，才有单个的氯化钠分子。

(2)在NaCl 晶体中，阴离子(Cl －

)以面心立方最密堆积方式排列，阳离子(Na ＋

)填充在阴离子形成的八面体空隙中。属于NaCl 构型的有：Li 、Na 、K 、Rb 的卤化物，AgF ，MgO 等。

2．CsCl晶体结构模型(AB型，配位数是8)

(1)在CsCl晶体的最小结构单元(一个晶胞)中，含Cs＋个数为1；含Cl－个数为8×1

8＝1。

故Cs＋与Cl－个数之比为1∶1。化学式CsCl表示这种晶体中阴、阳离子的个数之比。同样的，在CsCl晶体中不存在单个的氯化铯分子。

(2)在CsCl晶体中，阴离子(Cl－)按简单立方堆积方式排列，即阴离子(Cl－)以非密置层方式排布，两层球心对球心排成立方体，阳离子(Cs＋)填充在由阴离子构成的空隙之中。属于CsCl构型的有CsBr、CsI、NH4Cl等。

3．CaF2晶体结构模型

(1)Ca2＋在大的立方体的顶点和面心，8个F－在大立方体内构成一个小立方体。

(2)一个CaF2晶胞中含4个Ca2＋、8个F－。化学式CaF2代表这种晶体中阴、阳离子的个数之比。

【例题2】已知CaF2是离子晶体，如果用“”表示F－，用“”表示Ca2＋，在如图所示晶胞中，符合CaF2晶体结构的是()

【变式2】在离子晶体中，阴、阳离子按一定规律在空间排列，如图甲是NaCl的晶体结构。在离子晶体中，阴、阳离子具有或接近具有球对称的电子云，它们可以被看成是不等径的刚性圆球，并彼此相切，如图乙所示。离子键的键长是相邻阴、阳离子的半径之和，如图丙所示。已知a为常数。

试回答下列问题：

(1)在NaCl晶体中，每个Na＋同时吸引________个Cl－，而Na＋数目与Cl－数目之比为________。

(2)NaCl晶体离子键的键长为________。(用含a的代数式表示)