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1、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6 Cl和 Cs配位数都为8 Zn2和 S2配位数都为4 晶胞中微粒数Na、Cl都为 4 Cs、Cl都为 1 Zn2、S2都为 4 阴
2、、阳离1111112子个数比化学式NaCl CsCl ZnS 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：rr值的不同，晶体中离子的配位数不同，其晶体结构不同。rr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；AB
3、n型 A、B离子的配位数比值为n1。如 CaF2中 Ca2的配位数是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
4、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(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AB B阴离子的配位数为4，化学式为A2B C每个晶胞中含4 个 A D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8186124；阴离子显然是8 个
5、，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：kJmol1。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NaBr NaCl MgO 离子电荷数1 1 2 核间距/pm 290 276 205 晶格能/kJ mol1736 787 3 890 熔点/750 801 2 800 摩氏硬度”“”或“”)BF4的
6、熔 点，其 原 因 是_ _。答案(1)小NaBr 比 NaCl 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5(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。离子晶体构成微粒：阴、阳离子微粒间作用：离子键堆积方式：非等径圆球密堆积物理性质：与晶格能有关典型例子：NaCl、CsCl、ZnS1仅由下列各组元素所
7、构成的化合物，不可能形成离子晶体的是()AH、O、S B Na、H、O C K、Cl、O D H、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、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NaCl DNaCl 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
8、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，但具体到某一种金属晶6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
9、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“”)FeO，NiO 晶胞中 Ni 和
10、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)6 6 解析(1)Mg2和 O2的半径是O2Mg2，故空心球应为O2，实心球应为Mg2；图中应该黑白球交替出现，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 Ni2FeO，所以熔点NiOFeO。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7B易溶于水而
11、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，属于离子晶体并且含有非极性共价键的是()ACaCl2BNa2O2CN2DNH4Cl 答案B 3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
12、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()AKClNaClBaOCaO BNaClKClCaOBaO CCaOB
13、aOKClNaCl DCaOBaONaClKCl 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8大，离子键越强，熔点越高。阳离子半径大小顺序为Ba2KCa2Na，阴离子半径：ClO2，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：NaClCaO C熔点：NaINaBr D熔、沸点：KClNaCl 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：ClBrI，Mg2Ca2，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 kJmol1、7
14、86 kJmol1，下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 NaF CQ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
15、的，晶格能越大，表明核间距越小，C项正确。8碱金属卤化物是典型的离子晶体，它们的晶格能与1d0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/pm LiF LiCl LiBr LiI 1 031 845 807 752 LiNaK60 95 133 NaF NaCl NaBr NaI 915 787 736 686 FClBrI136 181 195 216 KF KCl KBr KI 812 699 689 632 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9C阳离子不同阴离子相同的离子晶
16、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，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FClBrI，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 N
17、a、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 O2C晶胞中与每个K距离最近的O2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(KO
18、2)是离子化合物，阴、阳离子分别为O2、K，晶体中 K与 O2以离子键相结合，O2中 O O键为共价键。作为面心立方晶胞，每个晶胞中含有4(即 818126)个 K，4(即 11412)个 O2，晶胞中与每个K距离最近的O2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，10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 8186124，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
19、个数为 43 12，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41812，含 Fe3的个数也为12，CN的个数为12143，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
20、(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)示意图，已知晶体中2 个最近的Cs核间距为acm，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.8MNAa3gcm3B.Ma38NAgcm311C.MNAa3gcm3D.Ma3NA g cm3答案C 解析 mVMNA1a3gcm3MNAa3gcm3。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
21、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)CsCl NaCl ZnS 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
22、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：12物质MgO Al2O3MgCl2AlCl3熔点
23、/2 852 2 072 714 190(2.6 105Pa)沸点/3 600 2 980 1 412 182.7(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。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
24、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MgCl2，故电解熔融MgO将需要更高的温度，消耗更多的能量，因而不用电解MgO 的方法生产镁。
25、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)MgO 和 BaO都是离子化合物，Mg2的半径比 Ba2小，所以MgO 的熔点比BaO的熔点高。(4)将两种晶体加热到熔融状态，MgCl2能导电，而AlCl3不能导电，即可证明MgCl2为离子晶体，AlCl3为分子晶体。16回答下列问题：(1)CaC2晶体的晶胞结构如图所示，CaC2晶体中含有哑铃形C22，使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中 1 个 Ca2周围距离最近的C22数目为 _。13(2)已知 CaO晶体密度为agcm3，NA表示阿伏加德罗常数，则CaO晶胞体积为 _ cm3。(3)MgO 具有 Na
26、Cl 型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得 MgO的晶胞参数为a 0.420 nm，则r(O2)为_ nm。MnO也属于 NaCl 型结构，晶胞参数为a 0.448 nm，则r(Mn2)为_ nm。答案(1)4(2)224aNA(3)0.148 0.076 解析(1)一个 Ca2吸引 6 个 C22，由于晶胞沿一个方向拉长，1 个 Ca2周围距离最近的C22为4 个。(2)由于 CaO与 NaCl 的晶胞同为面心立方结构，所以CaO晶胞中也含有4 个钙离子和4 个氧离子，因此CaO晶胞体积为456NAa cm3224aNA cm3。(3)因为 O2采用面心立方最密堆积方式，所以面对角线长度是O2半径的4 倍，则有 4r(O2)2 2a2，解得r(O2)240.420 nm 0.148 nm；MnO也属于 NaCl 型结构，根据晶胞的结构可得2r(Mn2)2r(O2)a，代入数据解得r(Mn2)0.076 nm。