高中化学 第3章 第4节 离子晶体课件 新人教版选修3.ppt

成才之路 化学 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 晶体结构与性质 第三章 第四节离子晶体 第三章 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 学习目标 1 构成离子晶体的微粒 粒子之间的相互作用是 这些粒子在晶体中 填 能 或 不能 下同 自由移动 所以离子晶体 导电 2 离子晶体中离子的配位数 指一个离子周围最邻近的 决定离子晶体中离子的配位数的因素有 因素 因素 因素 1 几何因素是指晶体中正负离子的 它是决定离子晶体结构的重要因素 阳离子和阴离子 离子键 不能 不能 异电性离子的数目 几何 电荷 键性 半径比 r r 2 电荷因素是指 如在nacl晶体中每个na 周围有 个cl 每个cl 周围有 个na nacl只是氯化钠晶体的 在晶体中不存在单个氯化钠分子 只有na 和cl 在cscl晶体中每个cs 周围有 个cl 每个cl 周围有 个cs 如果正负离子的 不同 正负离子的 必定不相同 结果 正负离子的 就不会相同 如 在caf2晶体中 ca2 和f 的电荷比是 个数比是 ca2 的配位数为 f 的配位数为 3 键性因素是指 正负离子的电荷比 6 6 化学式 8 8 电荷个数 配位数 电荷比 2 1 1 2 8 4 离子键的纯粹程度 3 离子晶体特点 难于压缩 4 离子晶体的晶格能是指 通常取 离子晶体的晶格能是最能反映 的数据 5 晶格能的大小 晶格能越大 形成的离子晶体越 而且熔点越 硬度越 典型的离子晶体晶格能的大小与离子所带的电荷和离子半径的关系是 离子电荷越高 晶格能 离子半径越大 晶格能 硬度较大 较高的熔点 和沸点 气态离子形成1摩离子晶体释 放的能量 正值 离子晶体稳定性 稳定 高 大 越大 越小 1 离子晶体中存在共价键吗 提示 不一定 有些离子晶体中含有共价键 如naoh na2o2等 有些离子晶体中不含有共价键 如nacl cscl等 2 nacl与kcl nacl与mgcl2哪一个晶格能更大 提示 因为r na r mg2 所以mgcl2的晶格能大于nacl 自主探究 3 结合晶格能的知识 推测mgo和cao的熔 沸点和硬度的相对高低 提示 mgo和cao比较 o2 相同 mg2 与ca2 所带电荷相同 但mg2 半径小 所以晶格能mgo cao 熔 沸点mgo cao 硬度mgo cao 教材点拨 3 成键原因 活泼金属原子容易失去电子而形成阳离子 活泼非金属原子容易得到电子形成阴离子 当活泼金属遇到活泼非金属时 电子发生转移 分别形成阳 阴离子 再通过静电作用形成离子键 4 离子键只存在于离子化合物中 5 强碱 活泼金属氧化物 大多数盐类是离子化合物 2 离子晶体 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 而不是表示分子的组成 4 离子晶体的特点是硬度较大 难于压缩 具有较高的熔点和沸点 3 常见的离子晶体模型 1 nacl型晶体结构模型 左下图 配位数为6 在nacl晶体中 每个na 周围同时吸引着6个cl 每个cl 周围也同时吸引着6个na 每个na 周围与它最近且等距的na 有12个 每个na 周围与它最近且等距的cl 有6个 2 cscl型晶体结构模型 右下图 配位数为8 在cscl晶体中 每个cs 周围同时吸引着8个cl 每个cl 周围也同时吸引着8个cs 每个cl 与8个cs 等距离相邻 每个cs 与8个cl 等距离相邻 3 caf2型晶体结构模型 ca2 的配位数 8 f 的配位数 4 一个caf2晶胞中含 4个ca2 和8个f 提示 1 nacl cscl caf2等均为该物质的化学式而非分子式 化学式仅表示晶体中阴 阳离子的最简个数比 2 na2o2中阴离子是o 看做离子团 阳离子为na 阴 阳离子个数比为1 2 典例透析 解析 离子键的特征是没有饱和性和方向性 带相反电荷的离子间的相互作用与其所处的相对位置无关 故离子键无方向性 但为了使物质的能量最低 体系最稳定 阴 阳离子的排列是有规律的 不是随意的 离子键无饱和性 体现在一种离子周围可以尽可能多地吸引带相反电荷的离子 但不是任意的 因为这个数目还要受两种离子的半径比 即空间条件是否允许 和个数比的影响 如nacl晶体中 每个cl 周围只能吸引6个na 故cl 和na 的个数比为1 1 nacl 仅表示阴 阳离子个数比的一个比例式 而不是表示物质确定组成的 分子式 答案 a 2 晶体中 在每个na 周围与它最近且距离相等的na 共有 个 3 晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞 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cl 的个数等于 即 计算式 na 的个数等于 即 填计算式 4 设nacl的摩尔质量为mg mol 1 nacl晶体的密度为 g cm 3 阿伏加德罗常数为na nacl晶体中两个钠离子间的最近距离为 cm 解析 1 如下图所示 2 从体心的na 看 与它最近且距离相等的na 共有12个 1 下列关于离子键的强弱与晶格能大小的关系的说法正确的是 a 离子键的强弱在一定程度上可用晶格能的大小来衡量b 晶格能的大小完全决定离子键的强弱c 通常晶格能越大 离子键越弱d 晶格能的大小与离子键的强弱没有一点关系 解析 离子键的强弱可用晶格能的大小来衡量 故a项正确 晶格能越大 离子键越强 c项错误 答案 a 变式训练 2 2015 衡水中学调考 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 b 2 和 3 c 1 4 d 只有 4 解析 根据nacl和cscl晶体结构特点分析图示 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 4 应为nacl 2 中由黑球知配位数为8 3 图为体心立方结构 故 2 3 应为cscl 所以c项正确 答案 c 点评 1 属于nacl型的离子晶体还有kcl nabr lif cao mgo nio cas等 2 属于cscl型的离子晶体还有csbr csi nh4cl等 教材点拨 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 离子键表现了较高的硬度 当晶体受到冲击力作用时 部分离子键发生断裂 导致晶体破碎 3 离子晶体不导电 熔化或溶于水后能导电 离子晶体中 离子键较强 离子不能自由移动 即晶体中无自由移动的离子 因此离子晶体不导电 当温度升高时 阴 阳离子获得足够能量 克服了离子间的相互作用 成了自由移动的离子 在外界电场作用下 离子定向移动而导电 离子化合物溶于水时 阴 阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子 或水合离子 在外界电场作用下 阴 阳离子定向移动而导电 4 离子晶体的溶解性 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 当把离子晶体放在水中时 极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用 使晶体中的离子克服了离子间的作用而电离 变成在水中自由移动的离子 提示 化学变化过程一定发生旧化学键的断裂和新化学键的形成 但破坏化学键或形成化学键的过程却不一定发生化学变化 如食盐熔化会破坏离子键 食盐结晶过程会形成离子键 但均不是化学变化过程 2 影响离子晶体结构的因素 1 几何因素 在nacl晶体中 正负离子的半径比r r 0 525 在cscl晶体中正负离子的半径比r r 0 934 由于r r 值的不同 则晶体中离子的配位数不同 nacl晶体中正负离子的配位数都是6 cscl晶体中正负离子的配位数都是8 因此晶体中正负离子的半径比 r r 是决定离子晶体结构的重要因素 2 电荷因素 在nacl cscl晶体中 每种晶体的正负离子的配位数相同 原因是正负离子电荷 绝对值 相同 于是正负离子的个数相同 结果导致正负离子的配位数相同 若正负离子的电荷不相同 正负离子的个数必定不相同 结果正负离子的配位数就不会相同 如在caf2晶体中 ca2 和f 的电荷比 绝对值 是2 1 ca2 和f 的个数比是1 2 如图所示 ca2 的配位数为8 f 的配位数为4 因此正负离子的电荷比是决定离子晶体结构的重要因素 简称电荷因素 3 键性因素 离子晶体的结构类型还取决于离子键的纯粹程度 简称键性因素 即与晶体中正负离子的相互极化程度有关 3 离子晶体的化学式由于食盐是个无限的巨型 分子 在其晶体中并不存在单个氯化钠 nacl 分子 而只有钠离子和氯离子 nacl 只是氯化钠晶体的化学式 而不是它的分子式 它表示在氯化钠晶体中na 和cl 的个数之比是1 1 因为na 的配位数是6 cl 的配位数也是6 在萤石晶体中 ca2 的配位数是8 f 的配位数是4 每个ca2 周围有8个f 而每个f 则被4个ca2 包围 在整个晶体中 ca2 和f 个数之比为1 2 所以 氟化钙晶体的化学式为caf2 从以上分析中可知 氯化钠 氟化钙晶体写为nacl caf2 并不是说在晶体中存在组成为nacl caf2的单独分子 而只是代表晶体中元素原子组成的比例关系 因此 nacl caf2是氯化钠和氟化钙晶体的化学式 而不是分子式 但习惯上常常把nacl叫做氯化钠的 分子式 nacl的化学式量叫做nacl的 相对分子质量 实际上nacl的相对分子质量是很难确定的 典例透析 解析 四种晶体的熔 沸点一般是原子晶体高 离子晶体较高 金属晶体高低相差较大 一般较高 但有些高于一些原子晶体 如钨 有些低于一些分子晶体 如汞 钠等 分子晶体熔点较低 四种晶体中 原子晶体一般不导电 硅为半导体 分子晶体在固态和熔融态时不导电 溶于水时可能导电 金属晶体在固态和熔融态时均可导电 离子晶体在固态时不导电 但在熔融态和溶于水时可以导电 由此可以初步推断 a为离子晶体 b c为分子晶体 d为金属晶体 答案 a 点评 对于四种晶体的判断 可以利用其物理性质来进行 如硬度 熔 沸点 导电性 溶解性等 对于分子晶体 其熔 沸点在四种晶体中一般是最低的 也有个别金属晶体可以比分子晶体低 如汞 钠等 离子晶体与原子晶体的熔 沸点一般较高 一般情况下 原子晶体熔 沸点最高 硬度最大 固态能导电的为金属晶体及晶体硅等 只有溶于水才导电的是分子晶体 3 2014 试题调研 比较下列几组晶体熔 沸点的高低顺序 1 金刚石 氯化钠 晶体硅 干冰 2 石英晶体 铝硅合金 冰 3 cao ki kcl 4 f2 cl2 br2 i2 变式训练 解析 金刚石 晶体硅都属于原子晶体 c原子半径比si原子半径小 键能大 金刚石熔点比晶体硅的高 原子晶体 离子晶体 分子晶体 故金刚石 晶体硅 氯化钠 干冰 石英为原子晶体熔点较高 并且合金的熔点比任一组分熔点都低 故冰kcl ki f2 cl2 br2 i2单质为分子晶体 熔点高低与相对分子质量大小有关 相对分子质量越大 熔点越高 故熔点高低顺序为 i2 br2 cl2 f2 答案 1 金刚石 晶体硅 氯化钠 干冰 2 石英晶体 铝硅合金 冰 3 cao kcl ki 4 i2 br2 cl2 f2 教材点拨 2 影响晶格能的因素离子的电荷数和阴 阳离子半径的大小 3 晶格能与晶体的性质晶格能的数据可以用来说明许多典型的离子晶体的物理 化学性质的变化规律 晶格能越大 晶体的熔 沸点越高 硬度越大 4 部分晶体的晶格能与晶体的物理性质 5 晶格能的应用 1 晶格能是最能反映离子稳定性的数据 晶格能越大 离子键越强 形成的离子晶体越稳定 而且熔点越高 硬度越大 2 晶格能与岩浆晶出规则矿物从岩浆中先后结晶的规律被称为岩浆晶出规则 岩浆晶出的次序受晶格能的影响 晶格能越大 岩浆中的矿物越易结晶析出 典例透析 解析 h为焓变 与过程无关 只与反应物 生成物的总能量有关 1mol气态钠离子和1mol气态氯离子结合生成1mol氯化钠晶体时所释放的能量为氯化钠晶体的晶格能 按此定义 a项中的热化学方程式能表示氯化钠晶体的晶格能 答案 a h1 h h2 h3 h4 h5 4 2014 山西大学附中检测 根据下表给出的几种物质的熔 沸点数据 判断下列有关说法中错误的是 变式训练 a sicl4是分子晶体b 单质b可能是原子晶体c alcl3加热能升华d nacl的键的强度比mgcl2小 解析 由表中所给的熔 沸点数据可知 sicl4的熔 沸点最低 均低于100 为分子晶体 单质b的熔 沸点最高 高于2000 可能为原子晶体 alcl3的沸点低于熔点 故可升华 nacl的熔点高于mgcl2的熔点 表明nacl中的离子键较难断裂 所以nacl的键的强度比mgcl2大 答案 d 1 下列关于离子晶体性质的叙述中不正确的是 a 离子晶体具有较高的熔 沸点b 离子晶体具有较大的硬度c 离子晶体在熔融状态时都能导电d 离子晶体中阴 阳离子个数比为1 1 解析 离子晶体具有较高的熔 沸点和较大的硬度 熔融状态下存在自由移动的离子 能导电 晶体中阴 阳离子个数比则各不相同 如氯化钠晶体中阴 阳离子个数比为1 1 氯化镁晶体中阴 阳离子个数比为2 1 等等 答案 d 2 2014 南阳检测 下列说法中正确的是 a 离子晶体中每个离子的周围均吸引着6个带相反电荷的离子b 金属导电的原因是在外加电场的作用下金属产生自由电子 电子定向运动c 分子晶体的熔沸点低 常温下均呈液态或气态d 原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合 解析 a c明显错误 金属中的自由电子并不是在外加电场的作用下产生的 b项不正确 答案 d 3 氧化钙在2973k时熔化 而氯化钠在1074k时熔化 二者的离子间距离和晶体结构都类似 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 阳离子所带的电荷数多b 氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大c 氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同d 在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下 晶格能主要由阴 阳离子所带电荷数的多少决定 解析 氧化钙和氯化钠都属于离子晶体 熔点的高低可根据晶格能的大小判断 晶格能的大小与离子所带电荷数多少 离子间距离 晶体结构类型等因素有关 氧化钙和氯化钠的离子间距离和晶体结构都类似 故晶格能主要由阴 阳离子所带电荷数的多少决定 答案 c 4 2014 经典习题选萃 高温下 超氧化钾晶体 ko2 呈立方体结构 如下图超氧化钾晶体的一个晶胞 则下列有关说法正确的是 5 2014 启东模拟 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 alf3b 晶格能 naf nacl nabrc 阴离子的配位数 cscl nacl caf2d 硬度 mgo cao bao 解析 离子晶体的熔点 晶格能和硬度等性质主要取决于离子晶体之间的作用力 即离子键 的强弱 离子晶体的配位数主要取决于离子半径的相对大小和离子的电荷数之比 掌握好离子半径的大小变化的规律是分析离子晶体性质的一个关键点