第四节离子晶体

第四节 离子晶体

在我们周围广泛存在着离子化合物，常温下，许多离子化合物以晶体形态存在，如碳酸钙等。这些晶体是如何形成的？在这些晶体中，微粒又是怎样堆积的呢？

依据前面研究金属晶体结构的方法，观察NaCl 晶体，发现其中的微粒排布同样具有周期性，从中截取一个面心立方结构，就得到了NaCl 晶体的晶胞。

在NaCl 中，每个Na ＋周围分布有六个Cl －，同样每个Cl －周围分布有六个Na ＋，那么，在一个晶胞中实际拥有的Na ＋与Cl －各是多少个？

一、离子晶体

1．结构特点：

2．决定晶体结构的因素：

3．常见的离子晶体：

(1)硬 度__较大____，难于压缩。

(2)熔点和沸点__较高____。

(3)固体不导电，但在__熔融状态或水溶液____中能导电。

二、晶格能

1．概念：气态离子形成__1____mol 离子晶体释放的能量。

2．影响因素： 晶格能—⎣⎢⎡⎦

⎥⎤离子带电荷越多离子半径越小→越大 3．晶格能对离子晶体性质的影响。

晶格能越大，形成的离子晶体越__稳定____，而且熔点越__高____，硬度越__大____。

1．思考辨析：

(1)离子晶体中含有阴、阳离子，在固态时导电。( × )

(2)离子晶体中不存在共价键。 ( × )

(3)氯化钠、氟化钙晶体我们通常写为NaCl 、CaF 2，说明晶体中存在组成为NaCl 、CaF 2的分子。 ( × )

(4)在NaCl 晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na ＋或Cl －

为该晶胞与其相邻的晶

胞所共有，一个晶胞中Na＋的个数为6；Cl－的个数为4。(×)

(5)氯化钠的熔点大于氯化钾的熔点。(√)

(6)MgO的熔、沸点和硬度均高于CaO。(√)

2．离子晶体中一定不会存在的相互作用是(D)

A．离子键B．极性键

C．非极性键D．范德华力

解析：离子化合物中一定含有离子键，也可能含有共价键，例如OH－和含氧酸根中的极性共价键，还有O2－2中的非极性共价键。只有分子晶体中才含有范德华力，离子晶体中一定不会有范德华力。因此选D。

3．共价键、离子键和范德华力是粒子之间的三种作用力。下列晶体①Na2O2；②SiO2；

③石墨；④金刚石；⑤NaCl；⑥白磷中，含有两种作用力的是(B)

A．①②③B．①③⑥

C．②④⑤D．①②③⑥

解析：过氧化钠中有离子键和共价键；石墨和白磷中存在共价键和分子间作用力。

4．下列说法一定正确的是(D)

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

解析：四种晶体在不同状态下的导电性区别如下：

A．具有较高的熔点

B．固态不导电，水溶液能导电

C．可溶于水

D．固态不导电，熔融状态能导电

解析：从熔点来看，离子晶体一般具有较高的熔点，但金刚石、石英等原子晶体也有很高的熔点，A项错误；从溶解性来看，蔗糖、葡萄糖等分子晶体也可溶于水，C项错误：从导电性来看，AlCl3、HCl都不是离子化合物，但它们的水溶液均能导电，B项错误；而如果固态不导电、熔融状态能导电，说明由固态变为熔融状态的过程是克服离子键(而不是共价键或金属键)的过程，即固态中原本有阴、阳离子，只是不能自由移动，而由阴、阳离子构成的晶体一定是离子晶体，D项正确。

6．下列热化学方程式中，能直接表示出氯化钠晶格能的是(A)

A ．Na ＋(g)＋Cl －

(g)―→NaCl(s) ΔH 1

B ．Na(s)＋Cl(g)―→NaCl(s) ΔH 2

C ．2Na ＋(g)＋2Cl －(g)―→2NaCl(s) ΔH 3

D ．Na(g)＋Cl(g)―→NaCl(s) ΔH 4

解析：气态离子形成1 mol 离子晶体释放的能量称为晶格能。

知识点一 离子晶体的结构

1．结构特点：

(1)离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。

(2)离子晶体微粒之间的作用力是离子键。由于静电作用没有方向性，故离子键没有方向性。只要条件允许，阳离子周围可以尽可能多地吸引阴离子，同样，阴离子周围可以尽可能多地吸引阳离子，故离子键也没有饱和性。根据静电作用大小的影响因素可知，在离子晶体中阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强。

(3)离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。

2．常见离子晶体的晶胞结构：

分为－2。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。下列说法正确的是( A )

A ．超氧化钾的化学式为KO 2，每个晶胞含有4个K ＋和4个O －

2

B ．晶体中每个K ＋周围有8个O －2，每个O －2周围有8个K ＋

C ．晶体中与每个K ＋距离最近的K ＋有8个

D ．晶体中，0价氧元素与－2价氧元素的原子个数比为1︰3

解析：在一个超氧化钾晶胞中，含K ＋数为8×18＋6×12＝4，O 2－数为12×14＋1＝4，故

化学式为KO 2，且每个晶胞中含有4个K ＋和4个O －2，故A 项正确；晶体中每个K ＋

周围有6个O －2，每个O －2周围有6个K ＋，故B 项不正确；晶体中与每个K ＋最近距离的K ＋有12个，故C 项不正确；设0价氧原子个数为x ，－2价氧原子个数为y ，根据KO 2为电中性得：2y ＝x ＋y 2，x y ＝31

，故D 项不正确。 方法技巧：解答该题时，一要利用“均摊法”，求得每个晶胞中所含离子的数目；二要根据晶体结构求得阴阳离子的配位数。同时也可联想NaCl 晶体模型，利用熟悉的模型去解答有关问题。

〔变式训练1〕 (1)下图为离子晶体空间构型示意图，(●为阳离子，○为阴离子)，以M 代表阳离子，以N 代表阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：

A__MN____；B__MN 2____；C__MN 2____；D__MN____.

(2)下面是从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__①④____。

解析：(1)运用立方晶胞结构的特征判断。在A 项中M 、N 都在立方体的顶点且个数相

等，故化学式为MN ；在B 项中，含M ：18×8＋1＝2个，含N ：12

×4＋2(体心)＝4个；在C 项中，含M ：18×4＝12个，含N ：1个；在D 项中，含M ：18

×8＝1个，含N ：1个(体心)。 (2)NaCl 晶体是简单立方体结构，每个Na ＋周围有6个Cl －，每个Cl －周围有6个Na ＋；与每个Na ＋等距离的Cl －有6个，且构成正八面体，同理，与每个Cl －等距离的6个Na ＋也构成正八面体，由此可知图①和④是属于NaCl 晶体的。

知识点二 离子晶体的性质