高中化学 专题 第二单元 离子键 离子晶体教学设计 苏教选修

第二单元离子键离子晶体
●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。

●课标解读
1.能准确判断离子晶体。

2．能运用电子式表示离子化合物及离子化合物的形成过程。

3．会比较离子晶体熔、沸点高低。

4．掌握典型离子晶体的结构，并能进行相关计算。

●教学地位
本节内容是晶体结构的一个重要分支，也是高考命题的主要考点，属于高频考点，在历年的高考试题中出现率较高。

●新课导入建议
超导材料是指当温度降低至临界温度时，呈现出电阻趋近为零的特征的物质。

这种现象是由于导体中的电子无摩擦运动所致。

高温超导材料一般是指在液氮温度(77 K)下电阻可接近零的超导材料。

例如，由多种阳离子和O2－形成的一种复杂氧化物——钇钡铜氧，被发现是一种高温超导材料，其临界温度达95 K。

钇钡铜氧应属于什么晶体呢？让我们一块走进“第二单元离子键离子晶体”。

●教学流程设计
课前预习安排：自学教材P38～41。

⇒步骤1：引入新课⇒完成[课前自主导学]
步骤2：从复习回顾必修2中有关离子键的内容开始，过渡到离子键的形成⇒
步骤3：通过处理[课前自主导学]第一个大问题及[探究1]，落实理解离子键。

⇓
步骤7：布置作业：完成[课后知能检测]⇐步骤6：处理[当堂双基达标]⇐
步骤5：师生一块归纳课堂小结⇐
步骤4：离子晶体
通过交流讨论完成[课前自主导学]中第二大问题
通过[探究2]，进一步理解应用离子晶体中的有关知识
1.了解离子键的形成，能大致判断离子键的
强弱。

2.了解离子晶体的概念，了解离子晶体的性
质。

3.了解晶格能的概念和意义，了解晶格能与晶体的关系。

1.认识典型的离子晶体结构。

(重点) 2.判断离子键的强弱，能比较离子晶体熔、沸点高低。

(难点)
离子键的形成
1.
2．定义
阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。

3．特征
1．(1)离子晶体中含有阴、阳离子，在固态时为什么不导电？
(2)你知道离子化合物在什么条件下才能导电吗？
【提示】 (1)离子晶体中，离子键较强，但在固体中阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体在固态时不导电。

(2)
离子晶体 1.概念：由阴、阳离子通过离子键结合成的晶体。

2．物理性质
(1)离子晶体具有较高的熔、沸点，难挥发。

(2)离子晶体硬而脆，离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，离子晶体表现了较强的硬度。

(3)离子晶体在固态时不导电，熔融状态或溶于水后能导电。

(4)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、煤油)中。

3．晶格能
(1)定义：拆开1_mol 离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子时所吸收的能量。

用
符号U 表示，单位为kJ·mol －1。

(2)影响因素
(3)对晶体物理性质的影响
氯化钠型氯化铯型
晶体结构
模型
配位数 6 8
每个晶胞
4个Na＋和4个Cl－1个Cs＋和1个Cl－
的组成
相应离子
KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO等CsBr、CsI、NH4Cl等
化合物
离子晶体中离子配位数的多少主要取决于阴、阳离子的相对大小。

2．氯化钠、氟化钙晶体我们通常写为NaCl、CaF2，是不是说明晶体中存在组成为NaCl、CaF2的分子？请分析说明。

【提示】离子晶体中不存在分子。

在氯化钠晶体中，Na＋的配位数为6，Cl－的配位数也为6，即Na＋与Cl－个数比为1∶1，故用NaCl表示氯化钠晶体的组成。

在氟化钙晶体中，Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，Ca2＋与F－个数比为1∶2，即最简式(实验式)为CaF2。

离子键及离子化合物的形成
①Na2O2属于离子化合物吗？其化学式能否写为NaO?
②仅由非金属元素组成的化合物中不可能含有离子键吗？
【提示】①Na2O2属于离子化合物；该化合物中存在Na＋和O2－2离子，且离子个数比为2∶1，故只能用化学式Na2O2表示。

②类似NH4Cl的铵盐中，只含有非金属元素原子，但NH＋4与Cl－之间存在离子键。

1．离子键
(1)成键微粒：带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子。

(2)离子键的存在：离子晶体中。

(3)成键的本质：阴、阳离子之间的静电作用。

2．离子化合物的形成条件
(1)活泼金属(指第ⅠA和ⅡA族的金属元素)与活泼的非金属元素(指第ⅥA和ⅦA族的元素)之间形成的化合物。

(2)金属元素与酸根离子之间形成的化合物(酸根离子如硫酸根离子、硝酸根离子、碳酸根离子等)。

(3)铵根离子(NH＋4)和酸根离子之间，或铵根离子与非金属元素之间形成的盐。

含有离子键的化合物都是离子化合物。

有的离子化合物中只含有离子键，如MgO、NaF、NaCl等；有的离子化合物中既含有共价键，又含有离子键，如NaOH、NH4Cl等。

(2013·嘉兴高二质检)下列晶体中既有离子键，又有共价键，且溶于水能电离出两种阳离子的有( )
A．NH4Cl B．Na2O2
C．NaHSO4 D．KAl(SO4)2·12H2O
【解析】从化学键存在上分析NH4Cl中NH＋4内部存在N—H共价键；Na2O2中有[O O
]2－，氧原子间是共价键；NaHSO4中HSO－4内部的氧氢键、氧硫键是共价键；KAl(SO4)2·12H2O 中水和SO2－4内都有共价键，且它们都存在离子键，而溶于H2O电离出两种阳离子的只有NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO2－4，KAl(SO4)2·12H2O===K＋＋Al3＋＋2SO2－4＋12H2O。

【答案】CD
解决此类问题关键要掌握离子键与晶体类型的关系，正确分析离子晶体或化合物中阴、阳离子的构成，如Na2O2由Na＋、O\o\al(2－,2)两种离子构成，且O\o\al(2－,2)是由两个氧原子通过共价键结合而成的。

1．下列说法中，正确的是 ( )
A．仅由非金属元素组成的化合物中不可能含有离子键
B．由金属元素和非金属元素组成的化合物一定是离子化合物
C．共价化合物中不可能含有离子键
D．含有金属阳离子的物质都是离子化合物
【解析】NH4Cl等铵盐都是仅由非金属元素组成的化合物，其中含有离子键。

NaCl、KOH等化合物由金属元素和非金属元素组成，它们都是离子化合物；AlCl3、HMnO4等化合物由金属元素和非金属元素组成，它们都是共价化合物。

金属单质都含有金属阳离子，但它们不是化合物，更不是离子化合物。

【答案】 C
【教师备课资源】(教师用书独具)
用电子式表示离子化合物的形成过程
1．离子化合物电子式的书写。

(1)简单阴离子的电子式不但要表达出最外层所有电子数(包括得到的电子)，而且用方括号“[]”括起来，并在右上角注明负电荷数。

(2)简单阳离子的电子式就是离子符号。

(3)离子化合物的电子式由阴离子和阳离子的电子式组成，相同的离子不能合并。

2．用电子式表示离子键的形成过程。

(1)左边是组成离子化合物的各原子的电子式，右边是离子化合物的电子式。

(2)连接号为“―→”。

下列用电子式表示离子键形成过程的各式中正确的是( )
【解析】用电子式表示离子化合物的形成过程时要注意：先将要成键原子的电子式写在箭号左方；再在箭号右方写离子化合物的电子式(注意离子标正、负电荷，阴离子标“[]”，在标正、负电荷时，要注意正负电荷总数要相等)；箭号左方相同的微粒可以合并写，箭号右方相同的微粒不可以合并写。

【答案】 C
①NaCl和KCl两种晶体哪种晶体熔点高？
②离子晶体晶格能如何比较？
【提示】①离子半径r(Na＋)<r(K＋)，故晶格能NaCl的大于KCl，NaCl的熔点高。

②一般地说，阳离子半径越小，离子所带电荷越多，则阴阳离子间的作用越强，晶格能越大。

1. 晶格能与离子所带的电荷数成正比，与阴阳离子间的距离成反比，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。

2．离子晶体熔、沸点的比较：比较离子晶体晶格能的大小。

一般地说，阳离子半径越小，离子所带电荷越多，则阴阳离子间的作用越强，晶格能越大，晶体的熔、沸点越高。

(2013·浙江高考自选模块节选)NaF的熔点________(填“>”“＝”
或“<”)BF－4的熔点，其原因是________。

【解析】两种物质都形成离子晶体，而离子晶体的熔点受离子键强弱的影响，离子键的强弱与离子半径、离子所带的电荷多少有关。

两种化合物中，阴、阳离子所带电荷数均为1，但后者的离子半径大，离子键较弱，因此前者的熔点高于后者。

【答案】> 两者均为离子化合物，且阴、阳离子的电荷数均为1，但后者的离子半径较大，离子键较弱，因此其熔点较低
已知离子晶体的晶格能时，晶格能越大，晶体的熔沸点越高，硬度越大。

2．(2013·榆林高二质检)氧化钙在2 973 K时熔化，而NaCl在1 074 K时熔化，二者的离子间距和晶体结构都类似，有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是( ) A．氧化钙晶体中阴、阳离子所带电荷数多
B．氧化钙晶格能比氯化钠的晶格能大
C．两种晶体的结构类型不同
D．氧化钙、氯化钠的离子间距类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷决定【解析】晶格能越大，离子键越强，熔点越高，而晶格能大小与离子的核间距、离子电荷数密切相关。

题中指出CaO、NaCl离子间距和晶体结构都类似，因此，CaO熔点高主要因为Ca2＋、O2－各带两个电荷而Na＋、Cl－分别带一个电荷。

【答案】 C
1．以下叙述中，错误的是( )
A．钠原子和氯原子作用生成NaCl后，其结构的稳定性增强
B．在氯化钠中，除Cl－和Na＋的静电吸引作用外，还存在电子与电子、原子核与原子核之间的排斥作用
C．Na＋和Cl－形成的离子键具有方向性
D．钠与氯反应生成氯化钠后，体系能量降低
【解析】活泼金属原子和活泼的非金属原子之间形成离子化合物，阳离子和阴离子均达到稳定结构，这样体系的能量降低，其结构的稳定性增强。

【答案】 C
2．(2013·南京高二质检)下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )
A．熔点：NaF＞MgF2＞AlF3
B．晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr
C ．阴离子的配位数：CsCl ＞NaCl
D ．硬度：MgO ＞CaO ＞BaO
【解析】 由于r (Na ＋)＞r (Mg 2＋)＞r (Al 3＋)，且Na ＋、Mg 2＋、Al 3＋所带电荷依次增大，
所以NaF 、MgF 2、AlF 3的晶格能依次增大，故熔点依次升高。

r (F －)＜r (Cl －)＜r (Br －)故NaF 、
NaCl 、NaBr 的晶格能依次减小。

在CsCl 、NaCl 中阴离子的配位数分别为8、6。

r (Mg 2＋)＜
r (Ca 2＋)＜r (Ba 2＋)，故MgO 、CaO 、BaO 中离子键依次减弱，晶格能依次减小，硬度依次减小。

【答案】 A
3．能说明某晶体属于离子晶体的是( )
A ．一定溶于水
B ．固态不导电，水溶液能导电
C ．有较高的熔点
D ．固态不导电，熔融时能导电
【解析】 离子晶体在固态时不导电，在水溶液里或熔融后可以导电，但并非所有的离子晶体都易溶于水，如BaSO 4。

在水溶液里能导电的化合物不一定是离子晶体，如H 2SO 4。

故判断一种晶体是否为离子晶体的方法大多看它在固态不导电，熔融状态下能导电。

【答案】 D
4．KO 2的晶体结构和NaCl 相似，可以看做是Na ＋
的位置用K ＋代替，Cl －的位置用O －2代
替，如右图所示，下列对KO 2晶体结构的描述正确的是 ( )
A ．和K ＋距离相同且最近的O －2共有8个
B ．和K ＋距离相同且最近的K ＋共有8个
C ．由和K ＋距离相同且最近的O －2构成的多面体是正八面体
D ．由和K ＋距离相同且最近的O －2构成的多面体是正六面体
【解析】 由信息提示，KO 2中存在的阴、阳离子为O －2和K ＋，又与NaCl 结构相似，我
们可以依据熟悉的NaCl 进行判断，和Na ＋距离相同且最近的Cl －有6个，组成一个正八面体，
和Na ＋距离相同且最近的Na ＋有12个，代入K ＋、O －2同样适合。

本题考查信息迁移能力，必须抓牢基础知识且要会充分利用所给的信息。

【答案】 C
5．(1)(2011·江苏高考节选)已知W 的原子序数为29。

元素W 的一种氯化物晶体的晶胞结构如下图所示，该氯化物的化学式是________。

(2)(2010·山东高考节选)铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb 4＋处于立方晶
胞顶点，Ba 2＋处于晶胞中心，O 2－处于晶胞棱边中心。

该化合物化学式为__________，每个Ba 2＋与________个O 2－配位。

【解析】 (1)该晶胞含有的W 和Cl 的个数均为4，且W 为Cu ，故化学式为CuCl ；(2)
晶胞中含有Pb 4＋：8×18＝1，O 2－：12×14
＝3，Ba 2＋：1，故化学式为BaPbO 3；晶胞结构含有12条棱，每条棱上有1个O 2－，故每个Ba 2＋与12个O 2－配位。

【答案】 (1)CuCl (2)BaPbO 3 12
6．(高考组合题)(1)(2013·四川高考节选)
Al 2O 3在一定条件下可制得AlN ，其晶体结构如右图所示，该晶体中Al 的配位数是________。

(2)(2013·江苏高考节选)元素X 位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。

元素Y 基态原子的3p 轨道上有4个电子。

元素Z 的原子最外层电子数是其内层的3倍。

X 与Y 所形成化合物晶体的晶胞如图所示。

①在1个晶胞中，X 离子的数目为________。

②该化合物的化学式为________。

【解析】 (1)由图中的晶体结构可以看出每个Al 原子的周围距离相等且最近的N 原子有4个，故其配位数为4。

(2)根据X 位于第四周期，其基态原子内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2，
可知外围电子排布式为3d 104s 2，X 为Zn 元素。

元素Y 基态原子的3p 轨道上有4个电子，电
子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 4，Y 为S 元素，Z 是O 元素。

1个晶胞中X 离子的数目为8×18＋6×12
＝4。

Y 离子的数目为1×4＝4，X 与Y 离子的个数比为1∶1，则该化合物的化学式为ZnS 。

【答案】 (1)4 (2)①4 ②ZnS
1．下列热化学方程式中ΔH 的绝对值能直接表示氯化钠晶格能的是( )
A ．Na(g)＋Cl(g)===NaCl(s) ΔH
B ．Na ＋(g)＋Cl －(g)===NaCl(g) ΔH
C ．Na ＋(g)＋Cl －(g)===NaCl(s) ΔH
D ．2Na ＋(g)＋Cl 2(g)===2NaCl(g) ΔH
【解析】 A 中是气态原子，B 中NaCl(g)不是晶体，D 中NaCl(g)不是晶体，也不是1 mol 晶体，三选项均不符合晶格能的定义，C 与晶格能的定义符合。

【答案】 C
2
A.a 和c C ．d 和g D ．b 和g
【解析】 由原子a ～g 的M 层电子数可知，M 层即为原子的最外层，元素a ～g 均为第三周期元素。

a 、b 均为活泼的金属元素，f 、g 均为活泼的非金属元素，所以a 与f 、b 与g 形成的化学键为离子键。

【答案】 BD
3．NaF 、NaI 、MgO 均为离子化合物，根据下列数据，这三种化合物的熔点高低顺序是
( )
C ．③＞②＞① D．②＞①＞③
【解析】 离子化合物的熔点与离子键强弱有关，而离子键的强弱可由电荷数多少和离子半径大小进行判断。

离子所带电荷越多，离子半径越小，离子键越强，离子化合物熔点越高。

故可判断答案为B 项。

【答案】 B
4．碱金属和卤素形成的化合物大多具有的性质是( )
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较高沸点 ⑤易升华
A ．①②③ B．①②④
C ．①④⑤ D．②③④
【解析】 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。

【答案】 B
5．下列说法正确的是( )
A ．离子晶体中一定都含有金属离子
B ．离子晶体中，每个阳离子吸引一定数目的阴离子，每个阴离子也吸引相同数目的阳离子
C ．氯化钠晶体中，阴、阳离子个数比为1∶1
D ．有阳离子的晶体一定是离子晶体
【解析】 离子晶体中NH 4Cl 中无金属离子。

阴、阳离子吸引对方的数目比有的是1∶1，有的不是1∶1；金属晶体中也同离子晶体一样含有阳离子。

【答案】 C
6．萤石(CaF 2)属于立方晶体，萤石晶体中每个Ca 2＋被8个F －包围，则每个F －周围最近
距离的Ca 2＋的数目为( )
A ．2
B ．4
C ．6
D ．8
【解析】 据萤石的化学式CaF 2可以推知，因为n (Ca 2＋)∶n (F －)＝1∶2，而Ca 2＋被8
个F －包围，则F －周围最近距离的Ca 2＋为4个。

【答案】 B
7．氯化铯晶胞(晶体中重复的结构单元)如下图甲所示，该晶体中Cs ＋与Cl －的个数比为
1∶1，化学式为CsCl 。

若某晶体晶胞结构如下图乙所示，其中含有A 、B 、C 三种微粒，则该晶体中A 、B 、C 微粒的个数比为 ( )
A ．8∶6∶1 B．4∶3∶1
C ．1 ∶6∶1 D．1∶3∶1
【解析】 A 的个数为8×18＝1，B 的个数为6×12
＝3，C 的个数为1。

【答案】 D
8．A 、B 为两种短周期元素，A 的原子序数大于B ，且B 原子的最外层电子数为A 原子最外层电子数的3倍。

A 、B 形成的化合物是中学化学常见的化合物，该化合物熔融时能导电，试回答下列问题：
(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结构与氯化钠晶体结构相似，则每个阳离子周围吸引了________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________(填“高”或“低”)，其判断的理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

【解析】若A原子最外层有1个电子，则B原子最外层有3个电子。

由于A、B均为短周期元素，原子序数A>B，经讨论A只能可能是钠，B为硼，但A、B形成的化合物是中学化学常见化合物，故上述假设不符合题意。

若A原子最外层有2个电子，则B原子最外层有6个电子。

根据题意，经讨论知，只有A为镁，B为氧符合题意。

【答案】(1)Mg O
(2)
(3)6 1∶1(4)高离子半径相差不大，MgO中离子所带电荷数较多，离子键强
9．金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。

请回答下列问题：
(1)Ni原子的核外电子排布式为 ________；
(2)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的半径分别为69 pm和78 pm，则熔点NiO________FeO(填“<”或“>”)；
(3)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为 ________；
(4)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如下图所示，该合金的化学式为________。

【解析】(1)镍属于28号元素，根据原子核外电子排布的轨道能量顺序可以写出该原子的核外电子排布式，Ni的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2。

(2)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，说明二者都是离子晶体，离子晶体的熔点与离子键的强弱有关，离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，熔点越高。

由于Ni2＋的半径小于Fe2＋的半径，则熔点的大小为NiO>FeO。

(3)因为NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，而氯化钠中阴、阳离子的配位数均为6，所以NiO晶胞中Ni和O的配位数也均为6。

(4)晶胞中镧原子数＝8×1/8＝1；镍原子数＝1＋8×1/2＝5，所以化学式为LaNi5。

【答案】(1)1s22s22p63s23p63d84s2(2)> (3)6,6 (4)LaNi5
10．下图为离子晶体空间构型示意图(•代表阳离子，代表阴离子)：
(注：B图晶胞中内部有2个○一个●)
(1)以M代表阳离子，N代表阴离子，写出各离子晶体组成的表达式：
A ．________；B.________；
C ．________；D.________。

(2)已知FeS 2晶体(黄铁矿的主要成分)具有A 的空间结构。

①FeS 2晶体中存在的化学键类型是 ________。

②若晶体结构A 中相邻的阴、阳离子间的距离为a cm 且用N A 代表阿伏加德罗常数，则
FeS 2晶体的密度是________g·cm －3。

【解析】 (1)A 中M 的个数为4×18＝12个，阴离子N 的个数为4×18＝12
(个)；B 中阴离子N 的个数为4×12＋2＝4(个)，阳离子M 个数为8×18＋1＝2(个)；C 中阳离子M 有4×18＝12
(个)，阴离子N 有1个；D 中阳离子M 为8×18
＝1(个)，阴离子N 有1个。

(2)FeS 2晶体中的化学键为离子键和硫硫之间的非极性共价键，1个立方体中有12
个MN ，故ρ＝12×120 g·mol －1N A mol －1·a 3 cm 3＝60a 3N A
g·cm －3
【答案】 (1)MN MN 2 MN 2 MN (2)①离子键、非极性共价键 ②60a 3N A
11.
(2012·新课标高考节选)ZnS 在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。

立方ZnS 晶体结构如下图所示，其晶胞边长为540.0 pm ，密度为________g·cm －3(列式并计
算)，a 位置S 2－离子与b 位置Zn 2＋离子之间的距离为________pm(列式表示)。

【解析】 在此晶胞中有Zn 2＋4个、S 2－为18×8＋12
×6＝4个，所以1 mol 晶胞的质量为(65＋32)×4＝388 g ，一个晶胞的质量为388 g·mol －16.02×1023 mol
－1，一个晶胞的体积为V ＝(540×10－10 cm)3，根据ρ＝m V 即可计算；b 点(Zn 2＋
)在由A 、H 、C 、D 四点构成的正四面体的中心，所以∠ABH＝109°28′。

如图所示，连接AH 、EH ，求得AH ＝2702，作BG 垂直于AH ，GH ＝12AH ＝1352，∠GBH＝12∠ABH＝109°28′2
，通过三角函数即可求出。

【答案】 ＋－16.02×1023 mol
－1－103≈4.1
2701－cos 109°28′或1352sin 109°28′2或135 3。