資源簡介

3.2 第2課時　離子晶體
【學習目標】
1.了解離子鍵的形成。
2.了解離子晶體的結構特征和物理性質。
3.了解晶格能的應用,知道晶格能的大小可以衡量離子鍵的強弱。　
【自主預習】
1.概念
　　　　　　　在空間呈現周期性重復排列所形成的晶體。
2.常見的離子晶體
晶體類型 晶胞 晶胞中微粒數 配位數 符號類型
NaCl型 Na+　4 Cl-　4 　 Li、Na、K、Rb的鹵化物、 AgF、MgO等
CsCl型 Cs+　1 Cl-　1 　 CsBr、CsI、 NH4Cl等
ZnS型 Zn2+　4 S2-　4 4 BeO、BeS等
CaF2型 Ca2+　4 F-　8 Ca2+配位數為8F-配位數為4 BaF2、PbF2、 CeO2等
3.晶格能
定義 將　　　　mol離子晶體完全氣化為氣態陰、陽離子所吸收的能量
意義 晶格能越大,表示離子鍵越強,離子晶體越　　　
影響 因素 離子間距(r) 晶格能與r、q的關系式:晶格能∝　　　
離子所帶電荷數(q)
離子晶體的　　　　　　
4.離子晶體的特征
(1)熔、沸點:熔、沸點　　　　,而且隨著離子所帶電荷數的增加和離子間距的縮短,晶格能　　　　,熔、沸點　　　　　　　　　　。
(2)溶解性:一般　　　　溶于水,　　　　溶于非極性溶劑。
(3)導電性:固態時　　　　,熔融狀態或在水溶液中　　　　。
【參考答案】1.陰、陽離子
2.6　8
3.1　穩定　　結構類型
4.較高　增大　升高　易　難　不導電　能導電
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)含金屬陽離子的晶體一定是離子晶體。 (　　)
(2)離子晶體中除含離子鍵外,還可能含有共價鍵。(　　)
(3)離子晶體中一定含有金屬元素。 (　　)
(4)CsCl和NaCl晶體中陰、陽離子的配位數都為6。 (　　)
(5)MgO的熔點遠比NaCl大,這是因為前者離子所帶的電荷數多,離子半徑小。 (　　)
(6)大多數離子晶體易溶于極性溶劑(如水),難溶于非極性溶劑(如汽油、苯等)。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√
2.請判斷 K2O、MgO和CaO三種離子晶體熔點由高到低的順序,并說明理由。
【答案】MgO>CaO>K2O;離子半徑Mg2+3.離子晶體中除含有離子鍵外,是否含有共價鍵
【答案】離子晶體中除含有離子鍵外,還可能含有共價鍵、配位鍵。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含離子鍵和共價鍵,NH4Cl中含有離子鍵、共價鍵、配位鍵。
4.為什么離子晶體不導電,而溶于水或在熔融狀態下能導電
【答案】離子晶體中陰、陽離子以離子鍵結合,離子不能自由移動,故不導電,離子晶體溶于水或在熔融狀態下,離子鍵被破壞,產生了自由移動的陰、陽離子,故能導電。
【合作探究】
任務：離子晶體
情境導入　氯化鈉對于地球上的生命非常重要。血液中的鈉離子濃度直接關系到體液的調節。由信號轉換導致的神經沖動的傳導也是由鈉離子調節的。含氯化鈉0.9%的水稱為生理鹽水,因為它與血漿有相同的滲透壓。生理鹽水是主要的體液替代物,廣泛用于治療及預防脫水,也用于靜脈注射治療及預防血量減少性休克。
問題生成
圖1是氯化鈉的晶胞結構模型,圖2是氯化銫的晶胞結構模型。
1.Na+周圍最鄰近的Cl-有幾個 Cs+周圍最鄰近的Cl-有幾個
【答案】6;8。
2.設NaCl的摩爾質量為M g·mol-1,晶胞中最近的Na+和Cl-間的距離為a pm,則NaCl晶體的密度是多少
【答案】ρ== g·cm-3。
【核心歸納】
1.離子晶體的物理性質
性質 原因
熔、沸點 離子晶體中有較強的離子鍵,熔化或汽化時需消耗較多的能量。所以離子晶體有較高的熔點、沸點、難揮發性。通常情況下,同種類型的離子晶體,離子半徑越小,離子鍵越強,熔、沸點越高
硬度 硬而脆。離子晶體表現出較高的硬度,當晶體受到沖擊力作用時,部分離子鍵發生斷裂,導致晶體破碎
導電性 晶體時不導電,但熔融或溶于水后能導電。離子晶體中,離子鍵較強,陰、陽離子不能自由移動,即晶體中無自由移動的離子,因此離子晶體不導電。當升高溫度時,陰、陽離子獲得足夠的能量克服了離子間的相互作用力,成為自由移動的離子,在外加電場的作用下,離子定向移動而導電。離子晶體溶于水時,陰、陽離子受到水分子的作用成了自由移動的離子(或水合離子),在外加電場的作用下,陰、陽離子定向移動而導電
溶解性 大多數離子晶體易溶于極性溶劑(如水)中,難溶于非極性溶劑(如汽油、苯、CCl4)。把離子晶體放入水中時,水分子對離子晶體中的離子產生吸引,使離子晶體中的離子克服離子間的相互作用力,變成在水中自由移動的離子
延展性 離子晶體中陰、陽離子交替出現,層與層之間如果滑動,同性離子相鄰而使斥力增大導致不穩定,所以離子晶體無延展性
2.離子晶體的判斷
(1)利用物質的分類
金屬離子和酸根離子、OH-形成的大多數鹽、強堿,活潑金屬的氧化物和過氧化物(如Na2O和Na2O2),活潑金屬的氫化物(如NaH),活潑金屬的硫化物等都是離子晶體。
(2)利用元素的性質和種類
如成鍵元素的電負性差值大于1.7的物質,金屬元素(特別是活潑的金屬元素,ⅠA、ⅡA族元素)與非金屬元素(特別是活潑的非金屬元素,ⅥA、ⅦA族元素)組成的化合物。
(3)利用物質的性質
離子晶體一般具有較高的熔、沸點,難揮發,硬而脆;固體不導電,但熔融或溶于水時能導電,大多數離子晶體易溶于極性溶劑而難溶于非極性溶劑。
【典型例題】
【例1】下列有關離子晶體的比較不正確的是(　　)。
A.熔點: NaF>MgF2>AlF3
B.離子鍵強弱: NaF>NaCl>NaBr
C.離子晶體中除了含有離子鍵外,還可能存在共價鍵、氫鍵等
D.硬度: MgO>CaO>BaO
【答案】A
【解析】Na+、Mg2+、Al3+所帶電荷數依次增大,離子半徑依次減小,所以NaF、MgF2、AlF3的離子鍵依次增強,故熔點依次升高,A項錯誤;F-、Cl-、Br-的半徑依次增大,故NaF、NaCl、NaBr的離子鍵依次減弱,B項正確;離子晶體中除了含有離子鍵外,還可能存在共價鍵、氫鍵等,如CuSO4·5H2O晶體中存在離子鍵、共價鍵、氫鍵,C項正確;Mg2+、Ca2+、Ba2+的半徑依次增大,故MgO、CaO、BaO中離子鍵依次減弱,硬度依次減小,D項正確。
【例2】高溫下,超氧化鉀晶體(KO2)呈立方體結構。超氧化鉀晶體的一個晶胞如圖所示。則下列有關說法正確的是(　　)。
A.KO2中只存在離子鍵
B.超氧化鉀的化學式為KO2,每個晶胞含有1個K+和1個
C.晶體中與每個K+距離最近的有6個
D.晶體中,所有原子之間都是以離子鍵結合的
【答案】C
【解析】超氧化鉀晶體(KO2)是離子化合物,陰、陽離子分別為K+、,晶體中K+與之間是離子鍵,中O—O鍵為共價鍵。每個晶胞中含有×8+×6=4個K+,1+×12=4個,晶體中與每個K+距離最近的有6個(上、下、前、后、左、右)。
靈犀一點：解答該題時要善于運用類比思維,找出知識原型。超氧化鉀晶體是面心立方晶體,和氯化鈉晶體類似,這樣就可以化陌生物質為所熟悉的物質,降低解題難度,提高準確率。
【隨堂檢測】
1.下列離子晶體中陰、陽離子核間距最大的是(　　)。
A.LiCl B.NaBr C.KCl D.KBr
【答案】D
【解析】核間距即陰、陽離子半徑之和。Li+、Na+、K+都是堿金屬離子,隨核電荷數的增加半徑增大,故K+半徑最大;Cl-、Br-是同主族元素形成的離子,Br-電子層數多,半徑較大。綜上所述,核間距最大的是KBr。
2.元素X的某價態離子Xn+與N3-所形成晶體的結構單元如圖所示,則Xn+中n的值為(　　)。
A.1 　 B.2 C.3 D.4
【答案】A
【解析】晶胞中Xn+個數為12×=3,N3-個數為8×=1,其化學式為X3N,根據分子式中化合價代數和為0,則n=1。
3.NaCl晶體的晶胞結構如圖所示。KO2的晶體結構與NaCl相似,可以看作是Na+的位置用K+代替,Cl-的位置用代替。下列關于KO2晶體結構的描述不正確的是(　　)。
A.與K+距離最近且相等的共有6個
B.與K+距離最近且相等的構成的多面體是正八面體
C.與K+距離最近且相等的K+有8個
D.一個KO2晶胞中攤得的K+和微粒數均為4
【答案】C
【解析】分析NaCl晶胞結構,并將Na+用K+代替,Cl-用代替,可知A、B、D三項正確;與K+距離最近且相等的K+有12個,C項錯誤。
4.已知NaCl的摩爾質量為58.5 g·mol-1,其晶體密度為d g·cm-3,若鈉離子與最接近的氯離子的核間距為a cm,那么阿伏加德羅常數的值可表示為(　　)。
A.117a3d B.
C. D.
【答案】B
【解析】(2a)3·d= NA=。
5.鎂、銅等金屬的離子是人體內多種酶的輔因子。工業上從海水中提取鎂時,先制備無水氯化鎂,然后將其熔融電解,得到金屬鎂。
(1)以MgCl2為原料用熔融鹽電解法制備鎂時,常加入NaCl、KCl或CaCl2等金屬氯化物,其主要作用除降低熔點之外還有　　　　　　　　。
(2)已知MgO的晶胞結構屬于NaCl型。某同學畫出的MgO晶胞結構示意圖如圖所示,請改正圖中的錯誤:　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)用鎂粉、堿金屬鹽及堿土金屬鹽等可以做成煙花。燃放時,煙花發出五顏六色的光,請用原子結構的知識解釋發光的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)Mg是第3周期元素,該周期部分元素氟化物的熔點如下表所示:
氟化物 NaF MgF2 SiF4
熔點/K 1266 1534 183
解釋表中氟化物熔點差異的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)增大熔融鹽中的離子濃度,從而增強熔融鹽的導電能力
(2)⑧應為表示O2-的黑色球
(3)基態原子中的電子獲得能量后,向高能級躍遷,躍遷到高能級的電子處于一種不穩定的狀態,會回到較低能級,并向外界釋放能量(光能)
(4)NaF與MgF2均為離子晶體,常溫下為固態,SiF4為分子晶體,常溫下為氣態,所以NaF與MgF2的熔點遠比SiF4的高,又Mg2+的半徑小于Na+的半徑,Mg2+所帶電荷數大于Na+所帶電荷數,所以MgF2的晶格能大于NaF,MgF2的熔點高于NaF
【解析】(2)因為氧化鎂與氯化鈉的晶胞結構相似,所以在晶體中每個Mg2+周圍應該有6個最鄰近的O2-,每個O2-周圍應該有6個最鄰近的Mg2+,根據此規律可得⑧應該改為表示O2-的黑色球。(4)在離子晶體中,離子半徑越小,所帶電荷數越多,則離子晶體的晶格能越大,熔、沸點越高。
2

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