2024高中化学第三章晶体结构与性质第四节离子晶体教案新人教版选修3

PAGE8-第四节离子晶体[明确学习目标]1.能说明离子键的形成，能依据离子化合物的结构特征说明其物理性质。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。学生自主学习一、离子晶体1．定义：由eq\o(□,\s\up4(01))阳离子和eq\o(□,\s\up4(02))阴离子通过eq\o(□,\s\up4(03))离子键结合而成的晶体。2．晶体结构的确定因素3．离子晶体的性质4．三种常见离子晶体的结构(1)NaCl型①如右图所示，每个Na＋四周距离最近的Cl－是eq\o(□,\s\up4(08))6个(上、下、左、右、前、后各eq\o(□,\s\up4(09))1个，即配位数是eq\o(□,\s\up4(10))6)，构成正八面体；每个Cl－四周距离最近的Na＋也是eq\o(□,\s\up4(11))6个(即配位数是eq\o(□,\s\up4(12))6)，构成正八面体。由此可推知该晶体的化学式为eq\o(□,\s\up4(13))NaCl。②每个Na＋四周距离最近的Na＋是eq\o(□,\s\up4(14))12个(上层eq\o(□,\s\up4(15))4个，同层eq\o(□,\s\up4(16))4个，下层eq\o(□,\s\up4(17))4个)，每个Cl－四周距离最近的Cl－也是eq\o(□,\s\up4(18))12个。③每个晶胞中实际拥有的Na＋数是eq\o(□,\s\up4(19))4，Cl－数是eq\o(□,\s\up4(20))4。由此也可推知该晶体的化学式为eq\o(□,\s\up4(21))NaCl。(2)CsCl型①如下图，每个Cs＋四周距离最近的Cl－是eq\o(□,\s\up4(22))8个(即配位数是eq\o(□,\s\up4(23))8)，构成正六面体；每个Cl－四周距离最近的Cs＋也是eq\o(□,\s\up4(24))8个(即配位数是eq\o(□,\s\up4(25))8)，构成eq\o(□,\s\up4(26))正六面体。由此可推知该晶体的化学式为eq\o(□,\s\up4(27))CsCl。②每个Cs＋四周距离最近的Cs＋是eq\o(□,\s\up4(28))6个(上、下、左、右、前、后各eq\o(□,\s\up4(29))1个)，构成eq\o(□,\s\up4(30))正八面体；每个Cl－四周距离最近的Cl－也是eq\o(□,\s\up4(31))6个，构成eq\o(□,\s\up4(32))正八面体。③每个晶胞中实际拥有的Cs＋数是eq\o(□,\s\up4(33))1____，Cl－数是eq\o(□,\s\up4(34))1。由此也可推知该晶体的化学式为eq\o(□,\s\up4(35))CsCl。(3)CaF2晶体(如图所示)每个Ca2＋四周最邻近的F－有eq\o(□,\s\up4(36))8个，即Ca2＋的配位数为eq\o(□,\s\up4(37))8；每个F－四周最邻近的Ca2＋有eq\o(□,\s\up4(38))4个，即F－的配位数为eq\o(□,\s\up4(39))4。在CaF2晶体中，Ca2＋和F－个数比是eq\o(□,\s\up4(40))1∶2，刚好与Ca2＋和F－的电荷数之比相反。Ca2＋在大立方体的eq\o(□,\s\up4(41))顶角和eq\o(□,\s\up4(42))面心，eq\o(□,\s\up4(43))8个F－在大立方体内构成一个小立方体。二、晶格能1．晶格能的概念是eq\o(□,\s\up4(01))气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值。单位：eq\o(□,\s\up4(02))kJ·mol－1。2．晶格能的意义(1)晶格能是最能反映离子晶体eq\o(□,\s\up4(03))稳定性的数据，晶格能越大，离子键越eq\o(□,\s\up4(04))坚固，晶体越eq\o(□,\s\up4(05))稳定，而且熔点eq\o(□,\s\up4(06))越高，硬度eq\o(□,\s\up4(07))越大。BaOSrOCaO核间距/10－12m277257240晶格能/kJ·mol－1305432233401熔点/K191824302614摩氏硬度3.33.54.5(2)晶格能与岩浆晶出规则：岩浆晶出的次序与晶格能的大小有关。一般地，晶格能eq\o(□,\s\up4(08))大的矿物先晶出，晶格能eq\o(□,\s\up4(09))小的矿物后晶出，即晶格能越eq\o(□,\s\up4(10))大，岩浆中的矿物越eq\o(□,\s\up4(11))易结晶析出。1．表示离子晶体的化学式就是组成离子晶体的分子式吗？提示：不是。离子晶体中不存在小分子，化学式仅表示晶体中阴、阳离子个数比的最简式。如在NaCl、CsCl和ZnS晶体中，都不存在单个的NaCl、CsCl和ZnS分子。在这种晶体中，阴、阳离子的个数比都是1∶1，NaCl和CsCl只是表示离子晶体中阴、阳离子个数比的化学式，而不是表示分子组成的分子式。2．晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系？提示：晶格能的数据可以用来说明很多典型离子晶体的性质改变规律，晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，晶体的熔点越高，硬度越大。课堂互动探究一、离子晶体1．离子晶体的结构特点(1)构成粒子：阳离子和阴离子。(2)作用力：离子键。(3)配位数：一个离子四周最邻近的异电性离子的数目。2．常见的离子晶体[即时练]1．如下图所示是从NaCl或CsCl的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．图(1)和(3) B．图(2)和(3)C．图(1)和(4) D．只有图(4)答案C解析NaCl晶体中，每个Na＋四周最邻近的Cl－有6个，构成正八面体，同理，每个Cl－四周最邻近的6个Na＋也构成正八面体，由此可知图(1)和(4)是从NaCl晶体中分割出来的结构图。2．同类晶体物质熔点的改变是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性改变的缘由：A组物质NaClKClCsCl熔点/K10741049918B组物质NaMgAl熔点/K370922933晶体熔点的凹凸，取决于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组物质是________晶体，晶体中微粒之间通过________相连。B组物质是________晶体，价电子数由少到多的依次是________，粒子半径由大到小的依次是________________。答案离子离子键金属Na＜Mg＜AlNa＞Mg＞Al解析A组物质为离子晶体，离子之间通过离子键相结合，由于NaCl、KCl、CsCl中的阴、阳离子所带电荷数相等，而r(Na＋)<r(K＋)<r(Cs＋)，所以离子键的强度由大到小的依次为NaCl>KCl>CsCl，故熔点是渐渐降低的。B组物质为金属晶体，是由金属键结合而成的，因为价电子数Na<Mg<Al，而粒子半径Na＋>Mg＋>Al＋，所以金属键强度由小到大的依次为Na<Mg<Al，故其熔点是渐渐上升的。二、晶格能的影响因素离子带电荷数多，核间距越小，晶格能越大，而离子的核间距与离子半径的大小有关，阳离子或阴离子半径越小，离子的核间距就越小，则晶格能越大。[即时练]3．碱金属卤化物是典型的离子晶体，它们的晶格能与eq\f(1,d0)成正比(d0是晶体中最邻近的导电性离子的核间距)。下面说法错误的是()A．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与离子半径成反比，A正确；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定C正确；表中晶格能最小的为碘化物，因还原性F－<Cl－<Br－<I－，可知D错误。4．铜单质及其化合物在很多领域有重要用途，如金属铜用来制造电线电缆，五水硫酸铜可用作杀菌剂。(1)Cu位于元素周期表中ⅠB族。Cu2＋的核外电子排布式为________。(2)如图所示是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图，可确定该晶胞中阴离子的个数为________。(3)Cu2O的熔点比Cu2S的________(填“高”或“低”)，请说明缘由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)(2)4(3)高Cu2O与Cu2S相比，阳离子相同，阴离子所带电荷数也相同，但O2－的半径比S2－的小，所以Cu2O的晶格能更大，熔点更高解析(1)Cu为29号元素，其价电子排布式为3d104s1，则Cu2＋的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9。(2)由铜的氧化物的晶胞结构可知，氧离子有8个位于顶角位置，4个位于棱上，2个位于面上，1个位于体心，故1个晶胞中实际拥有的氧离子个数为8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,4)＋2×eq\f(1,2)＋1＝4。(3)Cu2O与Cu2S均为离子晶体，离子晶体的熔点与其晶格能有关，而晶格能与离子所带电荷数及离子核间距有关。本课归纳总结学习效果检测1．下列有关离子晶体的叙述不正确的是()A．1mol氯化钠晶体中有NA个NaCl分子B．氯化钠晶体中，每个Na＋四周距离最近且相等的Cl－共有6个C．氯化铯晶体中，每个Cs＋四周紧邻8个Cl－D．平均每个NaCl晶胞中有4个Na＋、4个Cl－答案A解析NaCl是离子化合物，其晶体中并不存在单独的“NaCl分子”，“NaCl”只表示阴、阳离子的个数比，表示晶体的组成。2．有下列离子晶体的空间结构示意图(如下图所示)。图中“eq\a\vs4\al(●)”和化学式中M分别代表阳离子，图中“eq\a\vs4\al(○)”和化学式中N分别代表阴离子，则化学式为MN3的晶体结构为()答案B解析视察晶体的结构，应用均摊法计算可知A中M的数目为8×eq\f(1,8)＝1，N的数目为1，故其化学式为MN；B中M的数目为8×eq\f(1,8)＝1，N的数目为12×eq\f(1,4)＝3，故其化学式为MN3；C中M的数目为4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，N的数目为4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，故其化学式为MN；D中M的数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，N的数目为12×eq\f(1,4)＋1＝4，故其化学式为MN。3．依据下表的数据，推断下列说法正确的是()A．晶格能的大小与正负离子电荷数和距离成正比B．晶格能越大，即正负离子间的静电引力越强，晶体的熔点就越高，硬度就越大C．NaF晶体比NaCl晶体稳定D．表中物质CaO晶体最稳定答案C解析A项，依据表中的数据可知，晶格能的大小与正负离子之间的距离成反比；B项，离子键本质是阴、阳离子间的静电作用，不只是引力，还有斥力等，晶格能越大，即正负离子间的静电作用力越强，晶体的熔点就越高，硬度就越大；C项，晶格能：NaF>NaCl，故NaF晶体比NaCl晶体稳定；D项，晶格能越大，晶体越稳定，表中所列物质中MgO晶体最稳定。4．原子序数渐渐增大的A、B、C、D、E五种短周期主族元素的部分信息如下表：元素代号信息A原子的最外层电子数为内层电子总数的3倍B金属性最强的短周期元素C原子的最外层电子数是次外层的eq\f(1,4)D原子的最外层电子数是A原子的最外层电子数的一半E最高价氧化物对应的水化物是最强的无机酸请依据以上信息回答问题。(1)C的氧化物的化学式为________，A原子结构示意图为________。(2)B、C、D单质的熔点从低到高的依次为____________(填元素符号)。(3)A、C所形成的化合物的晶体结构与氯化钠晶体结构相像，则晶胞中每个阳离子四周等距且紧邻的阴离子数目为________，晶体中阴、阳离子个数比为________。(4)A、D所形成晶体的熔点比C、E所形成晶体的熔点________(填“高”或“低”)，缘由是_____________________________________________________________