第四节 离子晶体

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第三章 晶体结构与性质
观察分析下表,回答下列问题:
离子化合物
NaBr NaCl
离子电荷数
1
1
核间距/pm
298
282
晶格能/(kJ·mol-1)
747
786
熔点/℃
747
801
摩氏硬度
<2.5
2.5
(来自百度文库)影响晶格能大小的因素有哪些?
(2)晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系?
MgO 2 210
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第三章 晶体结构与性质
3.为什么在 NaCl(或 CsCl)晶体中,阴、阳离子的配位数相同, 而在 CaF2晶体中,阴、阳离子的配位数不相同?其规律是什么? 答案:在 NaCl(或 CsCl)晶体中,阴、阳离子的配位数相同,是 由于阴、阳离子电荷(绝对值)相同,于是阴、阳离子的个数相同, 结果导致阴、阳离子的配位数相同。若阴、阳离子的电荷不相 同,则阴、阳离子的个数必定不相同,结果阴、阳离子的配位 数就不会相同。故 CaF2 晶体中,Ca2+的配位数为 8,F-的配位 数为 4,两者不相同。离子所带电荷越多,配位数越大。
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4.常见的离子晶体 NaCl
晶胞
阴离子的 配位数 阳离子的 配位数
__6___ __6___
第三章 晶体结构与性质
CsCl
CaF2
___8__ ___8__
__4___
__8___
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第三章 晶体结构与性质
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”,并阐释错因或
列举反例)。
语句描述
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第三章 晶体结构与性质
2.下列物质中属于含有非极性键的离子晶体的是( )
①氢氧化钾 ②过氧化钠 ③金刚石 ④乙醇 ⑤碳化钙
A.①②③⑤
B.②⑤
C.①③④⑤
D.①②⑤
解析:选 B。①中含有氧氢极性键,②中含有氧氧非极性键,
③属于原子晶体,④属于分子晶体,⑤中含有碳碳非极性键。
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第三章 晶体结构与性质
学变化
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第三章 晶体结构与性质
答案:(1)× 不一定,如 NH4NO3 晶体中不含金属元素 (2)× 不一定,如 AlCl3 是分子晶体 (3)√ (4)× 不一定,如 MgO 的熔点(2 852 ℃)高于 SiO2 的熔点(1 710 ℃) (5)× 离子晶体受热熔化,虽破坏化学键,但未形成新化学键, 属于物理变化
正误 阐释错因或列举反例
(1)离子晶体中一定含有金属
元素
(2)由金属元素和非金属元素 组成的晶体一定是离子晶体
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第三章 晶体结构与性质
语句描述
正误 阐释错因或列举反例
(3)离子晶体中除含离子键外
还可能含其他化学键
(4)离子晶体的熔点一定低于
原子晶体的熔点
(5)离子晶体受热熔化,破坏
化学键,吸收能量,属于化
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第三章 晶体结构与性质
2.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?其规律是什么? 答案:在 NaCl 晶体中,正负离子的半径比rr-+=0.525,在 CsCl 晶体中,rr+ -=0.934,由于rr-+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。rr+ -数值越大, 离子的配位数越大。
3.(2020·青岛高二月考)下列物质的晶体一定属于离子晶体的是 () A.在水中能电离出离子的物质 B.在水中能电离出 SO24-的化合物 C.在水中能电离出 Na+的化合物 D.熔化时化学键无变化的化合物 答案:C
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第三章 晶体结构与性质
晶体类型的判断方法 (1)依据构成晶体的微粒和粒子间的作用力类别进行判断由分子 通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体;由原子通过共价 键形成的晶体属于原子晶体;由阴、阳离子通过离子键形成的 晶体属于离子晶体;由金属阳离子和自由电子通过金属键形成 的晶体属于金属晶体。
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第三章 晶体结构与性质
6.根据 CsCl 的晶胞结构分析,CsCl 晶体中两 距离最近的 Cs+间距离为 a,则每个 Cs+周围 与其距离为 a 的 Cs+数目为________;每个 Cs + 周 围 距 离 相 等 且 次 近 的 Cs + 数 目 为 ________,距离为____________;每个 Cs+ 周围距离相等且第三近的 Cs+数目为________,距离为________; 每个 Cs+周围紧邻且等距的 Cl-数目为________。
1.结构特点 (1)构成粒子:_阳__离__子__和_阴__离___子_。 (2)作用力:_离__子__键__。 (3)配位数:一个离子周围最__邻__近___的_异__电__性__离子的数目。
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第三章 晶体结构与性质
(1)离子晶体中不一定都含有金属元素,如 NH4NO3 晶体;由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体, 如 AlCl3 晶体是分子晶体。 (2) 离 子 晶 体 中 除 含 离 子 键 外 不 一 定 不 含 其 他 化 学 键 , 如 CH3COONH4 中除含离子键外,还含有共价键。 (3)含有阳离子的晶体不一定是离子晶体,也可能是金属晶体。
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第三章 晶体结构与性质
题组一 离子晶体的性质与判断 1.下列关于离子晶体性质的叙述正确的是( ) A.熔、沸点都较高,难以挥发 B.硬度很小,容易变形 C.都能溶于有机溶剂而难溶于水 D.密度很小
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第三章 晶体结构与性质
解析:选 A。离子晶体中的阴、阳离子通过一种强烈的相互作 用——离子键结合在一起,离子键的键能较大,且极性很强, 除了有些在极性溶剂中容易断裂外,其他的必须在高温下才能 断裂,所以其熔、沸点都较高,不易挥发,硬度较大,不易变 形,难溶于有机溶剂。又因为在离子晶体中,较大的离子采取 密堆积形式,较小离子填空隙,所以密度一般都较大。
例如:MgO 与 NaCl 比较,Mg2+与 O2-所带电荷均比 Na+、 Cl-多,且 r(Mg2+)<r(Na+)、r(O2-)<r(Cl-),即 Mg2+与 O2-之 间的核间距比 Na+和 Cl-之间的核间距小,所以 MgO 的晶格能 比 NaCl 的大,即 MgO 中的离子键强,其熔点(2 852 ℃)比 NaCl(801 ℃)的高,其摩氏硬度(6.5)比 NaCl(2.5)的大。同理, NaF、NaCl、NaBr、NaI 四种晶体的熔点依次降低。
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第三章 晶体结构与性质
5.下列有关离子晶体的叙述中,不正确的是( ) A.1 mol 氯化钠晶体中有 NA 个 NaCl 分子 B.氯化钠晶体中, 每个 Na+周围距离最近且相等的 Cl-共有 6 个 C.醋酸钠属于离子晶体,含非极性键 D.平均每个 NaCl 晶胞有 4 个 Na+、4 个 Cl-
(4)依据导电性判断 离子晶体在水溶液中及熔融状态下导电;原子晶体一般为非导 体,但晶体硅能导电;分子晶体为非导体,而分子晶体中的电 解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水,使分子内的化学键断裂 形成自由离子,也能导电;金属晶体是电的良导体。 (5)依据硬度和机械性能判断 离子晶体硬度较大或略硬而脆;原子晶体硬度大;分子晶体硬 度小且较脆;金属晶体多数硬度大,但也有硬度较小的,且具 有延展性。
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第三章 晶体结构与性质
解析:以题图的一个 Cs+为基准,与其最近的 Cs+分别位于其上、 下、前、后、左、右六个方位,有 6 个;与其次近的 Cs+的距离 为 2a,在 1 个晶胞中有 3 个,而 1 个 Cs+为 8 个晶胞共有,故 有 8×3×12=12 个;与其第三近的 Cs+的距离为 3a,每个晶胞 中有 1 个,故有 8 个;与其紧邻且等距的 Cl-有 8 个。 答案:6 12 2a 8 3a 8
2.意义 晶格能是最能反映离子晶体_稳__定__性__的数据。晶格能越大,表示 离子键越__强___,形成的离子晶体越_稳__定__,晶体的熔点越__高___, 硬度越__大___。 3.影响因素 晶格能与阴、阳离子所带电荷数成正比,与阴、阳离子间的距 离(核间距)成反比。
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第三章 晶体结构与性质
第三章 晶体结构与性质
第四节 离子晶体
第三章 晶体结构与性质
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。 3.知道离子晶体的结构微粒、微粒 间作用力以及与其他晶体的区别。
第三章 晶体结构与性质
离子晶体
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第三章 晶体结构与性质
解析:选 A。NaCl 为面心立方结构,每个晶胞中 Na+个数为 12×14 +1=4,Cl-的个数为 8×18+6×12=4,则 1 mol 氯化钠晶体中 有 4NA 个 Na+、4NA 个 Cl-,不存在分子,A 项错误、D 项正确; 由 NaCl 晶胞结构可知,Na+在棱心和体心时,顶点和面心为 Cl-,则每个 Na+周围距离最近且相等的 Cl-共有 6 个,B 项正 确;醋酸钠中存在碳碳非极性键,C 项正确。
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第三章 晶体结构与性质
晶格能
1.概念 晶格能指气态离子形成__1_m_o_l_离__子__晶__体____释放的能量,即 1 mol 离子化合物中,由相互远离的气态阴、阳离子结合成离子晶体 时所放出的能量。晶格能通常取正值,单位为__k_J_·m__o_l_-_1 。
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第三章 晶体结构与性质
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第三章 晶体结构与性质
④金属单质(除汞外)与合金属于金属晶体。 (3)依据晶体的熔点判断 离子晶体的熔点较高,常在数百至几千摄氏度;原子晶体的熔 点高,常在一千至几千摄氏度;分子晶体的熔点较低,常在数 百摄氏度以下至很低温度;金属晶体多数熔点高,但也有熔点 相当低的。
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第三章 晶体结构与性质
3 791 2 852 6.5
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第三章 晶体结构与性质
(2)依据物质的分类判断 ①活泼金属的氧化物(如 Na2O、Al2O3 等)、强碱[如 KOH、 Ba(OH)2 等]和绝大多数的盐类是离子晶体。 ②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硼、晶体硅等外)、 气态氢化物、非金属氧化物(除 SiO2 外)、酸、绝大多数有机物(除 有机盐外)是分子晶体。 ③常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅等;常见的 原子晶体化合物有碳化硅、SiO2 等。
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第三章 晶体结构与性质
2.结构的决定因素 (1)几何因素:晶体中正负离子的_半__径__比__。 (2)电荷因素:晶体中正负离子的_电__荷__比__。 (3)键性因素:离子键的_纯__粹__程__度__。
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第三章 晶体结构与性质
3.性质 熔、沸点 硬度 溶解性
导电性
熔、沸点_较__高__,难挥发 硬度_较__大__,难于压缩 一般在水中_易__溶__,在非极性溶剂中_难__溶__ 固 态 时 _不__导__电__ , 熔 融 状 态 或 在 水 溶 液 中 _能__导__电__
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第三章 晶体结构与性质
4.分析下列各物质的物理性质,判断其固态时属于离子晶体的 是( ) A.碳化铝,黄色晶体,熔点 2 200 ℃,熔融态不导电 B.溴化铝,无色晶体,熔点 98 ℃,熔融态不导电 C.五氧化二钒,无色晶体,熔点 19.5 ℃,易溶于乙醇、氯仿、 丙酮中 D.溴化钾,无色晶体,熔融时或溶于水中都能导电 解析:选 D。A 项中熔点很高且熔融态不导电,为原子晶体;B、 C 项为分子晶体;D 项中熔融时或溶于水中都能导电,为离子晶 体。
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第三章 晶体结构与性质
题组二 离子晶体的结构特征与性质 4.如图是从 NaCl 或 CsCl 晶体结构中分割出来的部分结构图, 其中属于从 NaCl 晶体中分割出来的结构图是( )
A.①和③ C.①和④
B.②和③ D.只有④
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第三章 晶体结构与性质
解析:选 C。根据 NaCl 和 CsCl 晶体的空间结构特点分析题图。 ①中由黑球可知,其配位数为 6,④图应为简单立方体结构,故 ①和④应为 NaCl 晶体;②中由白球知配位数为 8,③为体心立 方结构,故①和③为 CsCl 晶体,所以 C 项正确。
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