高2019届高2016级步步高高中化学选修3物质结构与性质学案第三章 第四节

第四节离子晶体[目标定位] 1.熟知离子键、离子晶体的概念,知道离子晶体类型与性质的联系。

2.认识晶格能的概念和意义,能根据晶格能的大小,分析晶体的性质。

一、离子晶体1．结合已学知识和教材内容,填写下表：(1)离子晶体的概念是阴、阳离子通过离子键结合而形成的晶体。

构成离子晶体的微粒是阴离子和阳离子,微粒间的作用力是离子键。

(2)由于离子间存在着无方向性的静电作用,每个离子周围会尽可能多地吸引带相反电荷的离子以达到降低体系能量的目的。

所以,离子晶体中不存在单独的分子,其化学式表示的是离子的个数比,而不是分子组成。

2．离子晶体的结构(1)离子晶体中,阴离子呈等径圆球密堆积,阳离子有序地填在阴离子的空隙中,每个离子周围等距离地排列着异电性离子,被异电性离子包围。

一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,叫做离子晶体中离子的配位数。

(2)观察分析表中离子晶体的结构模型,填写下表：(3)在NaCl 晶体中,每个Na ＋周围最近且等距离的Na ＋有12个,每个Cl －周围最近且等距离的Cl －也有12个。

在CsCl 晶体中,每个Cs ＋周围最近且等距离的Cs ＋有6个,每个Cl －周围最近且等距离的Cl －也有6个。

3．问题讨论(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,为什么二者的配位数不同、晶体结构不同？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,由于r＋r －值的不同,结果使晶体中离子的配位数不同,其晶体结构不同。

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)为什么在NaCl(或CsCl)晶体中,阳、阴离子的配位数相同；而在CaF 2晶体中,阳、阴离子的配位数不相同？答案 在NaCl 、CsCl 晶体中,阳、阴离子的配位数相同,是由于阳、阴离子电荷(绝对值)相同,因而阳、阴离子的个数相同,结果导致阳、阴离子的配位数相同；若阳、阴离子的电荷数不相同,阳、阴离子的个数必定不相同,结果阳、阴离子的配位数就不会相同。

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

(3)根据离子晶体的形成,推测离子晶体具有怎样的特性？答案 离子晶体是由阴、阳离子间通过较强的离子键结合而形成的,所以离子晶体具有较高的熔、沸点,难挥发,硬度较大,离子晶体不导电,熔化或溶于水后能导电。

大多数离子晶体能溶于水,难溶于有机溶剂。

1．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CS 2,熔点112.8 ℃,沸点444.6 ℃ D ．熔点97.81 ℃,质软,导电,密度0.97 g·cm －3答案 A解析 离子晶体在液态(即熔融态)导电,B 项错误；CS 2是非极性溶剂,根据相似相溶规律,C 项错误；由于离子晶体质硬易碎,且固态不导电,D 项错误。

2.一种离子晶体的晶胞如图所示。

其中阳离子A 以表示,阴离子B 以表示。

关于该离子晶体的说法正确的是( )A ．阳离子的配位数为8,化学式为AB B ．阴离子的配位数为4,化学式为A 2BC ．每个晶胞中含4个AD ．每个A 周围有4个与它等距且最近的A 答案 C解析 用均摊法可知,晶胞中含有阳离子数为8×18＋6×12＝4；阴离子显然是8个,故化学式为AB 2,A 、B 项错误；每个A 周围与它等距且最近的A 有12个(类似于干冰晶体),D 项错误。

二、晶格能1．晶格能的概念：离子晶体的晶格能是气态离子形成1_mol 离子晶体释放的能量。

晶格能通常取正值,单位kJ·mol －1。

2．观察分析下表,回答下列问题：(1)影响晶格能大小的因素有哪些？答案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、硬度有怎样的关系？答案晶格能的数据可以用来说明许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定,晶体的熔、沸点越高,硬度越大。

1.离子晶体结构类型相同时,离子所带电荷数越多,离子半径越小,晶格能越大,晶体熔、沸点越高,硬度越大。

2．晶格能的大小影响岩浆晶出的次序,晶格能越大,形成的晶体越稳定,岩浆中的矿物越容易结晶析出。

3．下列关于晶格能的叙述中正确的是()A．晶格能仅与形成晶体中的离子所带电荷数有关B．晶格能仅与形成晶体的离子半径有关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解析晶格能与离子所带电荷数的乘积成正比,与阴、阳离子半径的大小成反比,A、B项错误；晶格能越大,晶体的熔、沸点越高,硬度也越大,D项正确。

4．碱金属卤化物是典型的离子晶体,它的晶格能与1d0成正比(d0是晶体中最邻近的导电性离子的核间距)。

下面说法错误的是()A ．晶格能的大小与离子半径成反比B ．阳离子相同阴离子不同的离子晶体,阴离子半径越大,晶格能越小C ．阳离子不同阴离子相同的离子晶体,阳离子半径越小,晶格能越大D ．金属卤化物晶体中,晶格能越小,氧化性越强 答案 D解析 由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比,A 项正确；由NaF 、NaCl 、NaBr 、NaI 晶格能的大小即可确定B 项正确；由LiF 、NaF 、KF 晶格能的大小即可确定C 项正确；表中晶格能最小的碘化物,因还原性F －<Cl －<Br －<I －,可知D 项错误。

四种晶体物理性质的比较1．仅由下列各组元素所构成的化合物,不可能形成离子晶体的是()A．H、O、S B．Na、H、OC．K、Cl、O D．H、N、Cl答案 A解析强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐等是离子晶体。

B项如NaOH、C项如KClO、D 项如NH4Cl。

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．固态不导电而熔融态导电的晶体一定是离子晶体答案 D解析四种晶体在不同状态下的导电性区别如下：3.下列关于CaF2的表述正确的是()A．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用B．F－的离子半径小于Cl－,则CaF2的熔点低于CaCl2C．阴、阳离子比为2∶1的物质,均与CaF2晶体构型相同D．CaF2中的化学键为离子键,因此CaF2在熔融状态下能导电答案 D解析Ca2＋与F－间既有静电引力作用,也有静电排斥作用,A错误；离子所带电荷相同,F－的离子半径小于Cl－,所以CaF2晶体的晶格能大,则CaF2的熔点高于CaCl2,B错误；晶体构型还与离子的大小有关,所以阴、阳离子比为2∶1的物质,不一定与CaF2晶体构型相同,C错误；CaF2中的化学键为离子键,CaF 2在熔融状态下发生电离,因此CaF 2在熔融状态下能导电,D 正确。

4.有一种蓝色晶体[可表示为M x Fe y (CN)6],经X-射线研究发现,它的结构特征是Fe 3＋和Fe 2＋互相占据立方体互不相邻的顶点,而CN －位于立方体的棱上。

其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。

下列说法正确的是( )A ．该晶体的化学式为MFe 3(CN)6B ．该晶体属于离子晶体,M 呈＋1价C ．该晶体属于离子晶体,M 呈＋2价D ．晶体中与每个Fe 3＋距离最近且等距离的CN －为3个答案 B解析 由题图可推出,晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe 2＋个数为4×18＝12,含Fe 3＋个数也为12,CN －的个数为12×14＝3,因此阴离子的化学式为[Fe 2(CN)6]－,则该晶体的化学式只能为MFe 2(CN)6,A 项正确；由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体,M 的化合价为＋1价,B 项正确、C 项错误；由题图可看出与每个Fe 3＋最近且距离相等的CN －为6个,D 项错误。

5．同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的,试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：晶体熔、沸点的高低,决定于组成晶体微粒间的作用力的大小。

A 组是______晶体,晶体微粒之间通过________相连,粒子之间的作用力由大到小的顺序是____________。

B 组晶体属于________晶体,价电子数由少到多的顺序是______________,离子半径由大到小的顺序是______________。

金属键强弱由小到大的顺序为______________。

答案 离子 离子键 NaCl>KCl>CsCl 金属 Na<Mg<Al Na ＋>Mg 2＋>Al 3＋Na<Mg<Al解析 A 组NaCl 、KCl 、CsCl 为同一主族的卤化物且为离子化合物,故熔点与离子键的强弱有关,离子键越弱,熔点越低。

而Na ＋、K ＋、Cs ＋的离子半径逐渐增大,故Na ＋与Cl －、K ＋与Cl －、Cs ＋与Cl －的离子键逐渐减弱,NaCl 、KCl 、CsCl 的熔点依次降低；而B 组中Na 、Mg 、Al 是金属晶体且价电子数依次增多,离子半径逐渐减小,因此金属原子核对外层电子束缚能力越来越大,形成的金属键越来越牢固,故熔点依次升高。

[基础过关]题组一正确理解离子键与离子晶体的概念1．下列关于离子化合物的叙述正确的是()A．离子化合物中都只含有离子键B．离子化合物中的阳离子只能是金属离子C．离子化合物如能溶于水,其所得溶液一定可以导电D．溶于水可以导电的化合物一定是离子化合物答案 C解析离子化合物中的阳离子不一定是金属离子,如NH4Cl,阳离子为NH＋4而不是金属离子；共价化合物溶于水也可能导电,如NH3、SO2、HCl等。

2．下列说法正确的是()A．离子晶体中可能含有共价键,但一定含有金属元素B．分子晶体中一定含有共价键C．离子晶体中一定不存在非极性键D．含有离子键的晶体一定是离子晶体答案 D解析根据离子晶体的概念可知,只要含有离子键,形成的晶体就是离子晶体,但离子晶体中不一定只含有离子键,如Na2O2中除离子键外,还含有非极性共价键,C错误,D正确；铵盐形成的晶体也是离子晶体,其中不含金属元素,如NH4Cl,A错误；由稀有气体形成的分子晶体中含范德华力而无共价键,B错误。

题组二离子晶体的结构及其特征3．元素X的某价态离子X n＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层,它与N3－形成的晶体结构如图所示。