高中化学 第3章 物质的聚集状态与物质性质 第2节 金属晶体与离子晶体 第2课时学案 鲁科版选修3

1、第2课时离子晶体学习目标定位1.理解离子键、离子晶体的概念，知道离子晶体类型与其性质的联系。2.认识晶格能的概念和意义，能根据晶格能的大小，分析晶体的性质。一、离子晶体及其结构模型1概念及结构特点(1)概念：阴、阳离子通过离子键结合而形成的晶体。(2)结构特点：构成微粒：阴离子和阳离子，离子晶体中不存在单个分子。微粒间的作用力：离子键。2典型离子晶体的结构模型(1)观察分析表中ab型离子晶体的结构模型，填写下表：晶体结构模型配位数cl和na配位数都为6cl和cs配位数都为8zn2和s2配位数都为4晶胞中微粒数na、cl都为4cs、cl都为1zn2、s2都为4阴、阳离子个数比111111化学式n

2、aclcsclzns符合类型li、na、k、rb的卤化物，agf、mgo等csbr、csi、nh4cl等beo、bes等(2)观察caf2晶体的晶胞示意图，回答下列问题：该晶胞中含有的ca2数目是4，f数目是8。ca2的配位数是8，f的配位数是4。(1)离子键无方向性和饱和性，在离子晶体中阴、阳离子与异电性离子接触尽可能采用最密堆积，可以看作是不等径圆球密堆积。(2)影响离子晶体配位数的因素离子半径因素：值的不同，晶体中离子的配位数不同，其晶体结构不同。数值越大，离子的配位数越多。电荷因素： ab型离子晶体的阴、阳离子的配位数相等；abn型a、b离子的配位数比值为n1。如caf2中ca2的配位

3、数是8，f的配位数是4。例1下列说法中正确的是()a固态能导电的晶体一定是金属晶体b固态不能导电，水溶液能导电的晶体一定是离子晶体c熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体d固态不导电而熔融态能导电的晶体一定是离子晶体答案d解析固态时能导电的晶体不一定是金属晶体，如硅和石墨等不是金属晶体，a不正确；固态不能导电，水溶液能导电的晶体不一定是离子晶体，如p2o5等不是离子晶体，b不正确；金属熔融状态也能导电，c不正确；离子晶体是阴、阳离子组成的，固态时阴、阳离子不能自由移动，不导电，熔融状态时电离出自由移动的离子而导电。方法规律离子晶体的判断方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。(2)依据物

4、质类别判断。活泼金属氧化物，强碱和绝大多数盐类是离子晶体。(3)依据导电性判断。离子晶体溶于水和熔融状态下均导电。(4)依据熔、沸点和溶解性判断。离子晶体熔、沸点较高，多数能溶于水，难溶于有机溶剂。例2一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子a以表示，阴离子b以表示。关于该离子晶体的说法正确的是()a阳离子的配位数为8，化学式为abb阴离子的配位数为4，化学式为a2bc每个晶胞中含4个ad每个a周围有4个与它等距且最近的a答案c解析用均摊法可知，晶胞中含有阳离子数为8×6×4；阴离子显然是8个，故化学式为ab2，a、b项错误；每个a周围与它等距且最近的a有12个(类似于干冰晶

5、体)，d项错误。二、晶格能1晶格能是指将1_mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量。(1)吸收的能量越多，晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体越稳定。(2)晶格能通常取正值，单位：kj·mol1。2观察分析下表，回答下列问题(已知mgo、nabr与nacl晶体结构相似)：离子化合物nabrnaclmgo离子电荷数112核间距/pm290276205晶格能/kj·mol17367873 890熔点/7508012 800摩氏硬度<2.52.56.5(1)影响晶格能大小的因素有哪些？答案影响晶格能的因素：离子所带的电荷数和阴、阳离子间的距离。晶格能与离子所

6、带电荷数的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。(2)晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系？答案结构相似的离子晶体，晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，晶体的熔、沸点越高，硬度越大。(3)根据离子晶体的形成，推测离子晶体具有怎样的特性？答案离子晶体是由阴、阳离子通过较强的离子键而形成的，所以离子晶体具有较高的熔、沸点，难挥发，硬度较大，离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电。大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。影响离子键强度的因素(1)离子电荷数的影响：电荷数越多，晶格能越大，离子键越牢固，离子晶体的熔点越高、硬度越大。(2)离子半径的影响：半径越大，导致离子核间距越大，晶格能越小，离子键越

7、易断裂，离子晶体的熔点越低、硬度越小。例3根据表格数据回答下列有关问题：(1)已知nabr、nacl、mgo等离子晶体的核间距离和晶格能如下表所示：nabrnaclmgo离子的核间距/pm290276205晶格能/kj·mol17873 890nabr晶体比nacl晶体晶格能_(填“大”或“小”)，主要原因是_。mgo晶体比nacl晶体晶格能大，主要原因是_。nabr、nacl和mgo晶体中，熔点最高的是_。(2)cu2o的熔点比cu2s的_(填“高”或“低”)，请解释原因：_。(3)naf的熔点_(填“>”“<”或“”)bf的熔点，其原因是_。答案(1)小nabr比na

8、cl离子的核间距大氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大，并且离子的核间距小mgo(2)高o2半径小于s2的半径， cu2o的离子键强于cu2s的离子键，所以cu2o的熔点比cu2s的高(3)两者均为离子化合物，且电荷数均为1，但后者离子半径大，离子键较弱，因此熔点较低方法规律离子晶体结构类型相同时，离子所带电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，晶体越稳定，熔、沸点越高，硬度越大。离子晶体1仅由下列各组元素所构成的化合物，不可能形成离子晶体的是()ah、o、s bna、h、o ck、cl、o dh、n、cl答案a解析强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐等是离子晶体。b项如naoh、c项如kclo

9、、d项如nh4cl。2下列关于nacl晶体结构的说法中正确的是()anacl晶体中，阴、阳离子的配位数相等bnacl晶体中，每个na周围吸引1个clcnacl晶胞中的质点代表一个nacldnacl晶体中存在单个的nacl分子答案a解析氯化钠晶体中，每个na周围结合6个cl，而每个cl周围结合6个na；nacl只表示na和cl个数比为11。3一种金属晶体与一种离子晶体相比较，正确的是()a金属晶体一定比离子晶体微粒堆积得更密集b金属晶体一定比离子晶体硬度大c金属晶体一定比离子晶体熔点高d金属晶体固态时一定能导电，但离子晶体不能答案d解析一般来说，金属晶体和离子晶体的微粒堆积方式均为密堆积，但具体

10、到某一种金属晶体或离子晶体，就很难说谁的微粒堆积更密集了。离子晶体的熔点和硬度普遍较高；金属晶体的熔点和硬度有的很高，也有的很低。金属晶体都有导电性，离子晶体熔融态时都能导电，固态时不导电。4下列关于晶格能的叙述中正确的是()a晶格能是气态原子形成1 mol离子晶体所释放的能量b晶格能仅与形成晶体的离子半径有关c晶格能是指相邻的离子间的静电作用d晶格能越大的离子晶体，其熔点越高、硬度越大答案d解析晶格能是将1 mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量，晶格能与离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子核间距离成反比。晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，硬度也越大，所以d项正确。5科学家通

11、过x射线证明， mgo、cao、nio、feo的晶体结构与nacl的晶体结构相似。(1)某同学画出的mgo晶胞结构示意图如下图所示，请改正图中的错误_。(2)mgo是优良的耐高温材料，mgo的熔点比cao的高，其原因是_。(3)ni2和fe2的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点nio_(填“<”或“>”)feo，nio晶胞中ni和o的配位数分别为_、_。答案(1)空心球应为o2，实心球应为mg2；8号空心球应改为实心球(2)mg2半径比ca2小，mgo的晶格能大(3)>66解析(1)mg2和o2的半径是o2>mg2，故空心球应为o2，实心球应为mg2；图中应该

12、黑白球交替出现，故8号球应为实心球。(2)mgo与cao的离子电荷数相同，mg2半径比ca2小，mgo晶格能大，熔点高。(3)nio晶胞与nacl晶胞相同，所以ni和o的配位数都是6，离子半径ni2<fe2，晶格能nio>feo，所以熔点nio>feo。对点训练题组1离子晶体的判断与物理性质1离子晶体一般不具有的特征是()a熔点较高，硬度较大b易溶于水而难溶于有机溶剂c固体时不能导电d离子间距离较大，其密度较大答案d解析离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括a、b、c项所述；离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积方式等。2下列化学式表示的物质中，属于

13、离子晶体并且含有非极性共价键的是()acacl2 bna2o2cn2 dnh4cl答案b3碱金属和卤素形成的化合物大多具有的性质是()固态时不导电，熔融状态导电能溶于水，其水溶液导电低熔点高沸点易升华a b c d答案b解析卤素与碱金属形成的化合物大多为典型的离子化合物，具备离子晶体的性质。4下列性质适合于离子晶体的是()a熔点1 070 ，易溶于水，水溶液能导电b熔点10.31 ，液态不导电，水溶液能导电c能溶于cs2，熔点112.8 ，沸点444.6 d熔点97.81 ，质软，导电，密度0.97 g·cm3答案a解析离子晶体在液态(即熔融态)时导电， b项不是离子晶体；cs2是非

14、极性溶剂，根据“相似相溶”的规律，c项也不是离子晶体；由于离子晶体质硬易碎，且固态时不导电，所以d项也不是离子晶体。题组2离子晶体的晶格能及其与性质的关系5离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子之间的核间距离和晶格能的大小，根据所学知识判断kcl、nacl、cao、bao四种晶体熔点的高低顺序是()akcl>nacl>bao>caobnacl>kcl>cao>baoccao>bao>kcl>nacldcao>bao>nacl>kcl答案d解析对于离子晶体来说，离子所带电荷数越多，阴、阳离子间的核间距离越小，晶格能越大，离子键越

15、强，熔点越高。阳离子半径大小顺序为ba2>k>ca2>na，阴离子半径：cl>o2，比较可得只有d项正确。6下列大小关系正确的是()a晶格能：nacl<nabr b硬度：mgo>caoc熔点：nai>nabr d熔、沸点：kcl>nacl答案b解析对于电荷数相同的离子，半径越小，离子键越强，晶格能越大，硬度越大，熔、沸点越高。半径：cl<br<i，mg2<ca2，kna，故a、c、d错误，b正确。7已知金属钠能与两种卤族元素形成化合物q、p，它们的晶格能分别为923 kj·mol1、786 kj·mol1，下

16、列有关说法中不正确的是()aq的熔点比p的高b若p是nacl，则q一定是nafcq中成键离子核间距较小d若p是nacl，则q可能是nabr答案d解析本题主要涉及晶格能的大小与物质性质及影响晶格能大小的内部因素之间的关系问题，解答时应从晶格能的大小对物质性质的影响以及影响晶格能大小的因素等角度进行分析。q的晶格能大于p的晶格能，故q的熔点比p高，a项正确；因f的半径比cl的小(其他卤素离子的半径比cl的大)，故naf的晶格能大于nacl的，故b项正确，d项错误；因q、p中成键离子均为一价离子，电荷数相同，故晶格能的差异是由成键离子核间距决定的，晶格能越大，表明核间距越小，c项正确。8碱金属卤化物

17、是典型的离子晶体，它们的晶格能与成正比(d0是晶体中最邻近的异电性离子的核间距)。下列说法错误的是()晶格能/kj·mol1离子半径/pmliflicllibrlii1 031845807752linak6095133nafnaclnabrnai915 787 736 686fclbri136181195216kfkclkbrki 812699689 632a.晶格能的大小与离子半径成反比b阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离子半径越大，晶格能越小c阳离子不同阴离子相同的离子晶体，阳离子半径越小，晶格能越大d金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强答案d解析由表中数据可知晶格能的大小

18、与离子半径成反比，可确定a项正确；由naf、nacl、nabr、nai晶格能的大小即可确定b项说法正确；由lif、naf、kf晶格能的大小即可确定c项说法正确；表中晶格能最小的金属卤化物是碘化物，因还原性f<cl<br<i，可知d项错误。题组3离子晶体结构的考查9下列有关离子晶体的叙述中不正确的是()a1 mol氯化钠中有na个nacl分子b氯化钠晶体中，每个na周围距离相等的cl共有6个c氯化铯晶体中，每个cs周围紧邻8个cld平均每个nacl晶胞中有4个na、4个cl答案a解析离子晶体采取密堆积方式，氯化钠晶体中并不存在单独的“nacl分子”，其化学式仅表示阴、阳离子的个

19、数比，“nacl”是化学式，表示晶体的组成，其他三项根据晶胞结构判断，均正确。10高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价可看作部分为0价，部分为2价。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该晶体是体心立方晶胞b超氧化钾的化学式为ko2，每个晶胞含有1个k和1个oc晶胞中与每个k距离最近的o有6个d晶体中所有原子之间都是以离子键结合答案c解析根据题给信息，超氧化钾晶体是面心立方晶胞，超氧化钾晶体(ko2)是离子化合物，阴、阳离子分别为o、k，晶体中k与o以离子键相结合，o中oo键为共价键。作为面心立方晶胞，每个晶胞中含有4(即8×

20、15;6)个k，4(即1×12)个o，晶胞中与每个k距离最近的o有6个。11在冰晶石(na3alf6)的晶胞中，alf63占据的位置相当于nacl晶胞中cl占据的位置，则冰晶石晶胞中含na数为()a12个 b8个c4个 d3个答案a解析nacl晶胞中cl的个数为8×6×4，由题意知，冰晶石晶胞中alf63的个数也应当为4，化学式na3alf6中na和alf63的个数比为31，所以冰晶石晶胞中含na的个数为4×312，故选a。12有一种蓝色晶体可表示为mxfey(cn)6，经x射线研究发现，它的结构特征是fe3和fe2互相占据立方体互不相邻的顶点，而cn位

21、于立方体棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法正确的是()a该晶体的化学式为mfe3(cn)6b该晶体属于离子晶体，m呈1价c该晶体属于离子晶体，m呈2价d晶体中与每个fe3距离最近且等距离的cn为3个答案b解析由题图可推出，晶体中阴离子的最小结构单元中含fe2的个数为4×，含fe3的个数也为，cn的个数为12×3，因此阴离子的化学式为fe2(cn)6，则该晶体的化学式只能为mfe2(cn)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，m的化合价为1价，故b项正确；由题图可看出与每个fe3最近且距离相等的cn为6个。13如图是氯化铯晶体的晶胞(晶体中最小的重复结构单元

22、)示意图，已知晶体中2个最近的cs核间距为a cm，氯化铯(cscl)的相对分子质量为m，na为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为()a. g·cm3 b. g·cm3c. g·cm3 d. g·cm3答案c解析 g·cm3 g·cm3。综合强化14zns、nacl、cscl、caf2分别代表四种常见的离子晶体结构模型，根据图示回答下列问题：(1)试写出三种结构分别对应的化学式：图甲_、图乙_、图丙_。在这三种晶体中，每个阳离子周围的阴离子在空间构成的几何构型分别为_。(2)在nacl、cscl晶体中，每个cl的周围和它等距离且最近

23、的cl分别有_个。(3)下图所示是从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_(填字母)。a和 b和c和 d只有答案(1)csclnaclzns立方体、正八面体、正四面体(2)12、6(3)c解析在zns晶体中，阴、阳离子的配位数都是4，故图丙表示该晶体结构，在zn2周围的s2构成正四面体结构；在nacl晶体中，阴、阳离子的配位数都为6，在na周围的6个cl形成正八面体，由于晶体中cl采用a1型堆积，故每个cl周围和它等距离且最近的cl有12个；在cscl晶体中，每个cs周围的8个cl形成立方体，设定图甲中心离子为cl，每个cl周围和它等距离

24、且最近的cl位于该立方体周围的6个立方体的体心。(3)根据nacl和cscl两种典型离子晶体的结构特点分析图示。图中黑球的配位数为6，图为简单立方结构，故和应表示nacl的晶体结构。图中黑球的配位数为8，图为体心立方结构，故和应表示cscl的晶体结构。15已知有关物质的熔、沸点数据如下表：物质mgoal2o3mgcl2alcl3熔点/2 8522 072714190(2.6×105pa)沸点/3 6002 9801 412182.7(1)mgcl2的熔点远高于alcl3熔点的原因是_。(2)工业上常用电解熔融mgcl2的方法生产金属镁，用电解al2o3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。

25、为什么不用电解mgo的方法生产镁，也不用电解alcl3的方法生产铝？_。(3)mgo的熔点比bao的熔点_(填“高”或“低”)。(4)设计可靠的实验证明mgcl2、alcl3所属的晶体类型，其实验方法是_。答案(1)mgcl2是离子晶体，alcl3是分子晶体，离子键的强度远大于分子间作用力(2)氧化镁晶体比氯化镁晶体晶格能大，熔点高，电解时消耗电能大。alcl3不是离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解alcl3的方法生产铝(3)高(4)将两晶体加热到熔融状态，mgcl2能导电，alcl3不能导电，证明alcl3为分子晶体，mgcl2为离子晶体解析(1)mgcl2是离子晶体，阴、阳离子间以离子键结合，离子键作用力强；alcl3为共价化合物，分子间作用力弱，所以mgcl2熔点远高于alcl3熔点。(2)因为mgo的熔点远高于