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- 2021-07-08 发布
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第四节 离子晶体
记一记
探一探
一、离子晶体
1.含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗? 离子晶体中一定含有金属元素吗?由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗?
[提示] 含金属阳离子的晶体不一定是离子晶体,金属晶体也含有金属阳离子。离子晶体不一定含有金属元素,如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3是分子晶体。
2.离子晶体的熔点一定低于原子晶体吗?离子晶体中除含有离子键外,是否含有共价键?
[提示] 离子晶体的熔点不一定低于原子晶体,如MgO是离子晶体,SiO2是原子晶体,MgO的熔点高于SiO2的熔点。离子晶体中除含有离子键外,还有可能含有共价键、配位键。
3.NaCl和CsCl两种晶体中,阴阳离子的配位数分别为多少?CaF2晶体中,阳、阴离子的配位数是多少?影响离子晶体的结构有哪些因素?
[提示] NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都是6,CsCl晶体中阴、阳离子的配位数都是8;CaF2晶体中,Ca2+的配位数为8,F-的配位数为4;决定晶体结构的因素:
几何因素
晶体中正负离子的半径比
电荷因素
晶体中正负离子的电荷比
键性因素
离子键的纯粹程度
二、晶格能
1.离子晶体的晶格能与熔、沸点高低、硬度大小有什么关系?
[提示] 晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,而且熔点越高,硬度越大。
2.影响离子晶体的晶格能大小的主要因素有哪些?
- 17 -
[提示] 晶格能—→越大
判一判
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)离子晶体一定是离子化合物。(√)
(2)离子晶体中只含离子键。(×)
(3)含有离子的晶体一定是离子晶体。(×)
(4)由金属与非金属形成的晶体,一定属于离子晶体。(×)
(5)离子晶体的熔点一定低于原子晶体的熔点。(×)
(6)离子晶体受热熔化,破坏化学键,吸收能量,属于化学变化。(×)
(7)NaCl和CsCl晶体中,每个离子周围带相反电荷离子的数目分别是6和8,由此知离子键有饱和性和方向性。(×)
(8)晶格能指1 mol离子化合物中由气态阴、阳离子结合成离子晶体时所放出的能量。(√)
(9)晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关。(×)
(10)晶格能的大小主要取决于离子半径大小和粒子所带电荷多少。(√)
练一练
1.下列关于离子化合物的叙述正确的是( )
A.离子化合物中都只含有离子键
B.离子化合物中的阳离子只能是金属离子
C.离子化合物如能溶于水,其所得溶液一定可以导电
D.溶于水可以导电的化合物一定是离子化合物
解析:离子化合物中的阳离子不一定是金属离子,如NH4Cl,阳离子为NH而不是金属离子;共价化合物溶于水也可能导电,如NH3、SO2、HCl等。
答案:C
2.下列性质中,可证明某晶体是离子晶体的是( )
A.易溶于水
B.晶体不导电,熔化时能导电
C.熔点较高
D.晶体不导电,水溶液能导电
解析:易溶于水的晶体也可能为分子晶体,A项错;熔点较高的晶体可能为原子晶体或某些金属晶体,C项错;水溶液能导电的也可能是分子晶体,D项错;晶体不导电,熔化时能导电是离子晶体区别于其他晶体的特征。
- 17 -
答案:B
3.下列热化学方程式中,能直接表示出氯化钠晶格能的是( )
A.Na+(g)+Cl-(g)===NaCl(s) ΔH1
B.Na(s)+Cl(g)===NaCl(s) ΔH2
C.Na+(g)+Cl-(g)===NaCl(g) ΔH3
D.Na(g)+Cl(g)===NaCl(s) ΔH4
解析:气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量称为晶格能。从晶格能的定义出发来判断,D项没有表示出NaCl晶体的形成,不符合题意。B项没有表示出Na+(g)和Cl-(g)相互作用生成NaCl晶体,也不正确,A项符合晶格能的定义,是正确答案。
答案:A
4.氧化钙在2 973 K时熔化,而氯化钠在1 074 K时熔化。已知两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和氯化钠的结构类型不同
D.氧化钙与氯化钠的离子间距类似的情况下,晶格能主要由阴、阳离子所带电荷多少决定
解析:离子晶体的熔、沸点主要取决于晶体的晶格能,晶格能与离子半径成反比,而与离子所带的电荷成正比。在离子间距类似的前提下因离子所带电荷Ca2+>Na+,O2->Cl-,故晶格能CaO>NaCl,CaO熔点高。
答案:C
知识点一 离子晶体
1.下列有关离子晶体的叙述中,不正确的是( )
A.1 mol氯化钠晶体中有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.醋酸钠属于离子晶体,含非极性键
D.平均每个NaCl晶胞有4个Na+、4个Cl-
解析:NaCl为面心立方结构,每个晶胞中Na+个数为12×+1=4,Cl-的个数为8×+6×=4,则1 mol氯化钠晶体中有4NA个Na+、4NA个Cl-,不存在分子,A项错误、D项正确;由NaCl晶胞结构可知,Na+在棱心和体心时,顶点和面心为Cl-,则每个Na+周围距离相等的Cl
- 17 -
-共有6个,B项正确;醋酸钠中存在碳碳非极性键,C项正确。
答案:A
2.下列性质适合于离子晶体的是( )
①熔点1 070 ℃,易溶于水,水溶液能导电
②熔点10.31 ℃,液态不导电,水溶液能导电
③能溶于CS2,熔点112.8 ℃,沸点444.6 ℃
④熔点97.81 ℃,质软,导电,密度0.97 g/cm3
⑤熔点-218 ℃,难溶于水
⑥熔点3 900 ℃,硬度很大,不导电
⑦难溶于水,固体时导电,升温时导电能力减弱
⑧难溶于水,熔点高,固体不导电,熔化时导电
A.①⑧ B.②③⑥ C.①④⑦ D.②⑤
解析:离子晶体液态时能导电,难溶于非极性溶剂,熔点较高、质硬而脆,固体不导电,故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点;⑥中熔点达3 900 ℃,硬度很大,应是原子晶体。故只有①⑧符合题意。
答案:A
知识点二 晶格能
3.下列说法不正确的是( )
A.离子晶体的晶格能越大离子键越强
B.阳离子的半径越大则可同时吸引的阴离子越多
C.通常阴、阳离子的半径越小、所带电荷数越多,该阴、阳离子组成的离子化合物的晶格能越大
D.将1 mol离子晶体熔化所需的能量为该离子晶体的晶格能
解析:离子键强弱与离子所带电荷数成正比,与离子半径成反比;晶格能与离子所带电荷数成正比,与离子半径成反比,所以离子晶体的晶格能越大离子键越强,A项正确。 阳离子的半径越大,其表面积越大,与阴离子接触面积越大,吸引的阴离子越多,B项正确。 离子晶体的晶格能与离子半径成反比,与离子所带电荷数成正比,C项正确。 晶格能是气态离子形成1 mol离子晶体时释放的能量,或者是将 1 mol离子晶体转化为气态离子所吸收的能量,D项错误。
答案:D
4.根据下表的数据,判断下列说法正确的是( )
离子化合物
离子电荷数
键长/pm
晶格能
/ kJ·mol-1
熔点/℃
摩氏硬度
- 17 -
NaF
1
231
923
993
3.2
NaCl
1
282
786
801
2.5
MgO
2
210
3 791
2 852
6.5
CaO
2
240
3 401
2 614
4.5
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
解析:根据表中的数据可知,晶格能的大小与正负离子之间的距离成反比,A项错误;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,B项错误;晶格能:NaF>NaCl,故NaF晶体比NaCl晶体稳定,C项正确;晶格能越大,晶体越稳定,表中所列物质中MgO晶体最稳定,D项错误。
答案:C
综合考查
5.AB、CD、EF均为1:1型离子化合物,根据下列数据判断它们熔点由高到低的顺序是( )
物质
AB
CD
EF
离子电荷数
1
1
2
键长/10-10 m
2.31
3.18
2.10
A.CD>AB>EF B.AB>EF>CD
C.AB>CD>EF D.EF>AB>CD
解析:离子化合物形成的离子晶体中,离子键的键长越短,阴、阳离子所带电荷数越多,则晶体的熔点越高,三种物质所带电荷:EF>AB=CD,键长:EF<AB<CD,所以熔点由高到低的顺序是EF>AB>CD。
答案:D
6.(1)下列说法中正确的是________。
A.形成离子键的阴、阳离子间只存在静电吸引力
B.第ⅠA族元素与第ⅦA族元素形成的化合物一定是离子化合物
C.离子化合物的熔点一定比共价化合物的熔点高
D.离子化合物中可能只含有非金属元素
(2)同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的,试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因:
- 17 -
A组物质
NaCl
KCl
CsCl
熔点/K
1 074
1 049
918
B组物质
Na
Mg
Al
熔点/K
370
922
933
晶体熔、沸点的高低,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________相结合。B组物质是________晶体,价电子数由少到多的顺序是________,粒子半径由大到小的顺序是________。
解析:
(1)形成离子键的阴、阳离子之间不但存在阴、阳离子之间的相互吸引,也存在着电子之间的相互排斥和原子核之间的相互排斥,A项错误;氢是第ⅠA族元素,HX(X为卤族元素)都是共价化合物,B项错误;NaCl是离子化合物,SiO2是共价化合物,但前者的熔点较低,C项错误;NH4Cl、(NH4)2SO4等都是只含有非金属元素的离子化合物,D项正确。
(2)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顺序为NaCl>KCl>CsCl,故熔点是逐渐降低的。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顺序为Na<Mg<Al,故其熔点是逐渐升高的。
答案:(1)D (2)离子 离子键 金属 Na<Mg<Al Na>Mg>Al
7.(1)有A、B、C三种晶体,分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种形成,对这三种晶体进行实验,结果如下表:
熔点/℃
硬度
水溶性
导电性
水溶液与
Ag+反应
A
811
较大
易溶
水溶液或
熔融导电
白色沉淀
B
3 550
很大
不溶
不导电
不反应
C
-114.2
很小
易溶
液态不导电
白色沉淀
①晶体的化学式分别为A________,B__________,C__________。
②晶体的类型分别是A__________,B__________,C__________。
③晶体中微粒间作用力分别是A__________,B__________,C__________。
(2)Mg是第三周期元素,该周期部分元素氟化物的熔点见下表:
氟化物
NaF
MgF2
SiF4
熔点/K
1 266
1 534
183
解释表中氟化物熔点差异的原因:
________________________________________________________________________
- 17 -
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)根据A、B、C所述晶体的性质可知,A为离子晶体,只能为NaCl,微粒间的作用力为离子键;B应为原子晶体,只能为金刚石,微粒间的作用力为共价键;C应为分子晶体,且易溶,只能为HCl,微粒间的作用力为范德华力。
(2)比较晶体熔、沸点高低时,先判断晶体类型,在根据不同晶体熔、沸点的影响因素进行分析。离子晶体微粒间的作用力随阳离子半径的减小、电荷的增大而增大,故MgF2的熔点高于NaF;SiF4是分子晶体,晶体微粒间的作用力为范德华力,因而熔点较低。
答案:
(1)①NaCl C HCl ②离子晶体 原子晶体 分子晶体 ③离子键 共价键 范德华力
(2)离子晶体微粒间的作用力随阳离子半径的减小、电荷的增大而增大,故MgF2的熔点高于NaF;SiF4是分子晶体,晶体微粒间的作用力为范德华力,因而熔点较低
基础达标
1.离子晶体中一定不会存在的相互作用是( )
A.离子键 B.极性键
C.非极性键 D.范德华力
解析:离子化合物中一定含有离子键,也可能含有共价键,如OH-和含氧酸根中的极性共价键,还有O中的非极性共价键。离子晶体中一定不含有范德华力。故选D。
答案:D
2.为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物,可以进行下列实验,其中合理、可靠的是( )
选项
实验
结论
A
常温下观察,SbCl5为黄色液体,SnCl4为无色液体
结论:SbCl5和SnCl4都是离子化合物
B
测定三种物质的熔点,依次为73.5 ℃、2.8 ℃、-33 ℃
结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物
C
将三种物质分别溶解于水中,各滴入HNO3酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀
结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
D
结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4
- 17 -
测定三种物质水溶液导电性,发现它们都可以导电
都是离子化合物
解析:离子化合物一般熔、沸点较高,熔融态可导电;分子晶体溶于水后也可以发生电离而导电,如HCl等;HCl溶于水电离产生Cl-,也能与HNO3酸化的AgNO3溶液反应,产生白色沉淀,故A、C、D三项都不可靠。
答案:B
3.泽维尔研究发现,当激光脉冲照射NaI时,Na+和I-两核间距1.0~1.5 nm,呈现离子键;当两核靠近约距0.28 nm时,呈现共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是( )
A.NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物
B.离子晶体可能含有共价键
C.NaI晶体中既有离子键,又有共价键
D.共价键和离子键没有明显的界线
解析:由题中信息可知,离子的核间距较大时,呈离子键,而核间距较小时,呈共价键,当核间距改变时,键的性质会发生改变,这说明离子键和共价键并没有明显的界线。但NaI晶体是典型的离子晶体,说明其晶体中核间距在1.0~1.5 nm之间。
答案:D
4.碱金属卤化物是典型的离子晶体,它的晶格能与成正比(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( )
晶格能/kJ·mol-1
离子半径/pm
①
LiF LiCl LiBr LiI
1 031 845 807 752
Li+ Na+ K+
60 95 133
②
NaF NaCl NaBr NaI
915 777 740 693
F- Cl- Br- I-
136 181 195 216
③
KF KCl KBr KI
812 708 676 641
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,还原性越弱
解析:由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比,A项正确;由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B项正确;由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定C项正确;表中晶格能最小的是碘化物,因还原性:F-
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