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- 2021-07-06 发布
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第四节 离子晶体
学习目标
1.
了解离子晶体的结构特点。
2.
能根据离子晶体的结构特点解释其物理性质。
3.
了解晶格能的含义及其应用。
课堂互动讲练
课前自主学案
知能优化训练
第四节 离子晶体
课前自主学案
一、离子晶体
1
.结构特点
阳离子
阴离子
离子键
2
.决定晶体结构的因素
半径比
电荷比
离子键
3
.性质
熔、沸点
_______
,硬度
_______
,难溶于有机溶剂。
较高
较大
思考感悟
1
.离子晶体中存在共价键吗?
【
提示
】
有些离子晶体如
NaOH
、
NH
4
Cl
、
Na
2
SO
4
中存在共价键,有些离子晶体中不存在共价键如
NaCl
、
MgO
等。
二、晶格能
1
.概念
_____________
形成
1
摩离子晶体
__________
的能量,通常取
_________
,单位为
___________
。
2
.影响因素
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
________
,而且熔点越
_______
,硬度越
________
。
气态离子
释放
正值
kJ·mol
-
1
越多
越小
稳定
高
大
思考感悟
2
.
NaCl
与
KCl
,
NaCl
与
MgCl
2
哪一个晶格能更大?
【
提示
】
r
(Na
+
)<
r
(K
+
)
,所以
NaCl
的晶格能大于
KCl
;
Na
+
所带的电荷数少于
Mg
2
+
且
r
(Na
+
)>
r
(Mg
2
+
)
,所以
MgCl
2
的晶格能大于
NaCl
。
课堂互动讲练
离子晶体及常见的类型
1
.离子键
(1)
定义:阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫做离子键。
(2)
成键元素:活泼金属元素
(
如
K
、
Na
、
Ca
、
Ba
等,主要是第
ⅠA
族和第
ⅡA
族元素
)
和活泼非金属元素
(
如
F
、
Cl
、
Br
、
O
等,主要是第
ⅥA
族和第
ⅦA
族元素
)
相互结合时多形成离子键。
(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。
3
.几种离子晶体模型
(1)NaCl
型晶体结构模型
(
左下图
)
:配位数为
6
。
①
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
+
。
②
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
。
①
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
+
。
②
每个
Cs
+
与
6
个
Cs
+
等距离相邻,每个
Cs
+
与
8
个
Cl
-
等距离相邻。
例
1
(2011
年黄冈高二检测
)
有下列八种晶体:
A.SiO
2
(
水晶
)
;
B.
冰醋酸;
C.
氧化镁;
D.
白磷;
E.
晶体氩;
F.
氯化铵;
G.
铝;
H.
金刚石。
用序号回答下列问题:
(1)
属于原子晶体的化合物是
________
,直接由原子构成的晶体是
________
,直接由原子构成的分子晶体是
________
。
(2)
由极性分子构成的晶体是
________
,含有共价键的离子晶体是
________
,属于分子晶体的单质是
________
。
(3)
在一定条件下能导电并发生化学变化的是
________
。受热熔化后化学键不发生变化的是
________
,需克服共价键的是
________
。
【
思路点拨
】
判断晶体类型需要注意以下两点:
(1)
晶体的构成微粒。
(2)
微粒间的相互作用力。
【
答案
】
(1)A
A
、
E
、
H
E
(2)B
F
D
、
E
(3)B
、
C
、
F
B
、
D
、
E
A
、
H
互动探究
(1)
上述物质中均含有化学键吗?
(2)B
与
F
所含化学键类型是否相同?
【
提示
】
(1)
不是,稀有气体为单原子分子,分子内无化学键。
(2)B
项冰醋酸分子中的化学键为共价键,而
F
项所含化学键为离子键、共价键、配位键。所以两者所含化学键类型不同。
【
规律方法
】
判断晶体类型的方法
判断晶体的类型一般是根据物质的物理性质:
(1)
在常温下呈气态或液态的物质,其晶体应属于分子晶体
(Hg
除外
)
。如
H
2
O
、
H
2
等。对于稀有气体,虽然构成物质的微粒为原子,但应看作单原子分子,因为微粒间的相互作用力是范德华力,而非共价键。
(2)
在熔融状态下能导电的晶体
(
化合物
)
是离子晶体。如:
NaCl
熔融后电离出
Na
+
和
Cl
-
,能自由移动,所以能导电。
(3)
有较高的熔、沸点,硬度大,并且难溶于水的物质大多为原子晶体,如晶体硅、二氧化硅、金刚石等。
(4)
易升华的物质大多为分子晶体。还要强调的是,对于教材上每种晶体类型的例子,同学们一定要认真掌握其结构,把握其实质和内涵,在解题中灵活运用。
变式训练
1
如图,直线交点处的圆圈为
NaCl
晶体中
Na
+
或
Cl
-
所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。
(1)
请将其中代表
Cl
-
的圆圈涂黑
(
不必考虑体积大小
)
,以完成
NaCl
晶体结构示意图。
(2)
晶体中,在每个
Na
+
的周围与它最接近的且距离相等的
Na
+
共有
________
个。
(3)
在
NaCl
晶胞中正六面体的顶角上、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
________(
填计算式
)
;
Na
+
的个数等于
________
,即
________(
填计算式
)
。
解析:
(1)
如图所示
答案:
(1)
离子晶体的性质
1
.熔、沸点
具有较高的熔、沸点,难挥发。离子晶体中,阴、阳离子间有强烈的相互作用
(
离子键
)
,要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾,就需要较多的能量。因此,离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。
2
.硬度
硬而脆。离子晶体中,阴、阳离子间有较强的离子键,离子晶体表现出较高的硬度。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
.导电性
不导电,但熔化或溶于水后能导电。离子晶体中,离子键较强,阴、阳离子不能自由移动,即晶体中无自由移动的离子,因此离子晶体不导电。当升高温度时,阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力,成为自由移动的离子,在外加电场的作用下,离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时,阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子
(
或水合离子
)
,在外加电场的作用下,阴、阳离子定向移动而导电。
4
.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、苯、
CCl
4
)
中。当把离子晶体放入水中时,水分子对离子晶体中的离子产生吸引,使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体,变成在水中自由移动的离子。
特别提醒:
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。
例
2
(2011
年北京东城区高二检测
)
现有几组物质的熔点
(℃)
的数据:
A
组
B
组
C
组
D
组
金刚石:
3550
Li
:
181
HF
:-
83
NaCl
:
801
晶体硅:
1410
Na
:
98
HCl
:-
115
KCl
:
776
晶体硼:
2300
K
:
64
HBr
:-
89
RbCl
:
718
二氧化硅:
1723
Rb
:
39
HI
:-
51
CsCl
:
645
据此回答下列问题:
(1)A
组属于
________
晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是
________
。
(2)B
组晶体共同的物理性质
是
______(
填序号
)
。
①
有金属光泽
②
导电性
③
导热性
④
延展性
(3)C
组中
HF
熔点反常是由于
________________________________________________________________________
。
(4)D
组晶体可能具有的性质是
________(
填序号
)
。
①
硬度小
②
水溶液能导电
③
固体能导电
④
熔融状态能导电
(5)D
组晶体的熔点由高到低的顺序为:
NaCl
>
KCl
>
RbCl
>
CsCl
,其原因解释为:
________________________________________________________________________
。
【
解析
】
通过读取表格中数据先判断出晶体的类型及晶体的性质,应用氢键解释
HF
的熔点反常,利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因。
【
答案
】
(1)
原子 共价键
(2)①②③④
(3)HF
分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多
(
只要答出
HF
分子间能形成氢键即可
)
(4)②④
(5)D
组晶体都为离子晶体,
r
(Na
+
)<
r
(K
+
)<
r
(Rb
+
)<
r
(Cs
+
)
,在离子所带电荷相同的情况下,半径越小,晶格能越大,熔点就越高
互动探究
(1)A
组与
C
组熔点差别较大的原因是什么?
(2)B
组与
D
组的组成微粒分别是什么?微粒间的作用力是什么?
【
提示
】
(1)A
组的微粒间的作用力是共价键,
C
组的微粒间的作用力为分子间作用力,因共价键
>
分子间作用力,所以
A
组的熔点高于
C
组。
(2)B
组的组成微粒为金属阳离子和自由电子,两者之间的作用力为金属键。
D
组的组成微粒为阳离子和阴离子,两者之间的作用力为离子键。
【
规律方法
】
晶体熔、沸点高低的判断
(1)
不同类型晶体的熔、沸点:原子晶体
>
离子晶体
>
分子晶体;金属晶体
(
除少数外
)>
分子晶体;金属晶体熔、沸点有的很高,如钨,有的很低,如汞
(
常温下是液体
)
。
(2)
同类型晶体的熔、沸点:
①
原子晶体:结构相似,半径越小,键长越短,键能越大,熔、沸点越高。如金刚石
>
碳化硅
>
晶体硅。
②
分子晶体:组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,熔、沸点越高。如
CI
4
>CBr
4
>CCl
4
>CF
4
。
③
金属晶体:所带电荷数越大,原子半径越小,则金属键越强,熔、沸点越高。如
Al>Mg>Na>K
。
④
离子晶体:离子所带电荷越多,半径越小,离子键越强,熔、沸点越高。如
KF>KCl>KBr>KI
。
变式训练
2
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)F
2
、
Cl
2
、
Br
2
、
I
2
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
<
铝硅合金
<
金属铝
<
石英晶体;
CaO
、
KCl
、
KI
为离子晶体,熔点:
CaO>KCl>KI
;
F
2
、
Cl
2
、
Br
2
、
I
2
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:
I
2
>Br
2
>Cl
2
>F
2
。
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)I
2
>Br
2
>Cl
2
>F
2
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