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1、第三章 第四节 离子晶体本讲稿第一页，共四十五页学习目标1.能说明离子键的形成，能根据离子化合能说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。物的结构特征解释其物理性质。2知道离子化合物的热稳定性与阴、阳离知道离子化合物的热稳定性与阴、阳离子的半径和电荷有关。子的半径和电荷有关。3了解晶格能的应用，知道晶格能的了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。4能说出分子晶体与原子晶体、离子晶能说出分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构基元以及物理性质方面的体、金属晶体的结构基元以及物理性质方面的主要区别。主要区别。本讲稿
2、第二页，共四十五页一、离子晶体一、离子晶体1概念：由概念：由 和和 通过通过 结合而成的结合而成的晶体。晶体。2构成离子晶体的微粒：构成离子晶体的微粒：和和 。3微粒间的作用力：微粒间的作用力：。4决定晶体结构的因素决定晶体结构的因素(1)几何因素，即晶体中正负离子的几何因素，即晶体中正负离子的 ；(2)电荷因素，即晶体中正负离子的电荷因素，即晶体中正负离子的 ；(3)键性因素，即键性因素，即 的纯粹程度。的纯粹程度。基础知识梳理基础知识梳理阴离子阴离子阳离子阳离子离子键离子键阴离子阴离子阳离子阳离子离子键离子键半径比半径比电荷比电荷比离子键离子键本讲稿第三页，共四十五页5离子晶体的性质离子晶
3、体的性质(1)离子晶体的离子晶体的 较大，难于压缩；较大，难于压缩；(2)离子晶体熔、沸点离子晶体熔、沸点 ，难挥发；，难挥发；(3)离子晶体不导电，但是在离子晶体不导电，但是在 或或 中可导电。中可导电。6常见离子晶体的空间结构常见离子晶体的空间结构(1)AB型离子晶体的空间结构型离子晶体的空间结构硬度硬度较高较高熔融态熔融态溶液溶液本讲稿第四页，共四十五页离子晶体离子晶体NaClCsCl阴离子的阴离子的配位数配位数68阳离子的阳离子的配位数配位数68阴、阳离阴、阳离子配位数子配位数图示图示本讲稿第五页，共四十五页晶胞晶胞0.5250.934本讲稿第六页，共四十五页(2)CaF2晶体构型晶体
4、构型Ca2+的配位数为的配位数为8，F-的配位数为的配位数为4。本讲稿第七页，共四十五页二、晶格能二、晶格能1概念：概念：形成形成 离子晶体离子晶体 的能量。的能量。2影响晶格能大小的因素影响晶格能大小的因素(1)离子所带电荷：离子所带电荷离子所带电荷：离子所带电荷 ，晶格能，晶格能 。(2)离子的半径：离子的半径越离子的半径：离子的半径越 ，晶格能越，晶格能越 。3晶格能的作用晶格能的作用晶格能直接反应离子晶体的晶格能直接反应离子晶体的 。晶格能越。晶格能越 ，形成的，形成的离子晶体越离子晶体越 ，而且熔点越，而且熔点越 ，硬度越，硬度越 。气态离子气态离子1mol释放释放越多越多越大越大小
5、小大大稳定性稳定性大大稳定稳定高高大大本讲稿第八页，共四十五页课堂互动讲练课堂互动讲练要点一要点一四种晶体的结构和性质比较四种晶体的结构和性质比较 类型类型项目项目离子晶体离子晶体原子原子晶体晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体构成晶体构成晶体的粒子的粒子阴、阳离阴、阳离子子原子原子分子分子金属阳离金属阳离子和自由子和自由电电子子粒子间的粒子间的作用作用离子离子键键共价共价键键分子分子间间作用力作用力(有的有有的有氢键氢键)金属离子金属离子和自由和自由电电子之子之间间的的强强烈相互烈相互作用作用本讲稿第九页，共四十五页作用力强弱作用力强弱(一般地一般地)较较强强很很强强弱弱较较强强确定作用力确
6、定作用力强弱的一般强弱的一般判断方法判断方法离子离子电电荷、荷、半径半径键长键长(原子原子半径半径)组组成成结结构构相似相似时时比比较较相相对对分分子子质质量量离子半径、离子半径、价价电电子数子数熔、沸点熔、沸点较较高高高高低低差差别较别较大大(汞汞常温下常温下为为液液态态，钨钨熔点熔点为为3410)硬度硬度略硬而脆略硬而脆大大较较小小差差别较别较大大 类型类型项目项目离子晶体离子晶体原子原子晶体晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体本讲稿第十页，共四十五页导热和导导热和导电性电性不良不良导导体体(熔化后或熔化后或溶于水溶于水导导电电)不良不良导导体体(个个别别为为半半导导体体)不良不良导导体体
7、(部部分溶于水分溶于水发发生生电电离后离后导电导电)良良导导体体溶解性溶解性多数易溶多数易溶一般不一般不溶溶相似相溶相似相溶一般不一般不溶于水，溶于水，少数与少数与水反水反应应机械加工机械加工性性不良不良不良不良不良不良优优良良延展性延展性差差差差差差优优良良 类型类型项目项目离子晶体离子晶体原子晶原子晶体体分子晶体分子晶体金属晶金属晶体体本讲稿第十一页，共四十五页下列关于晶体的说法正确的是下列关于晶体的说法正确的是()A在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子B在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子C原子晶体的熔点一定比金属晶体的高原
8、子晶体的熔点一定比金属晶体的高D分子晶体的熔点一定比金属晶体的低分子晶体的熔点一定比金属晶体的低例例例例1 1本讲稿第十二页，共四十五页【解析解析】解答此类题目要熟悉各种晶体的构成解答此类题目要熟悉各种晶体的构成微粒及微粒间的相互作用力。在原子晶体中构成晶体的微粒及微粒间的相互作用力。在原子晶体中构成晶体的粒子是原子；在离子晶体中构成晶体的粒子是阳离子和粒子是原子；在离子晶体中构成晶体的粒子是阳离子和阴离子；在分子晶体中构成晶体的粒子是分子；在金属阴离子；在分子晶体中构成晶体的粒子是分子；在金属晶体中构成晶体的粒子是金属阳离子和自由电子，故选晶体中构成晶体的粒子是金属阳离子和自由电子，故选项项
9、B错误。晶体的熔点一般是原子晶体错误。晶体的熔点一般是原子晶体离子晶体离子晶体分子晶体，而金属晶体的熔点相差比较大。晶体硅的分子晶体，而金属晶体的熔点相差比较大。晶体硅的熔点熔点(1410)要比金属钨的熔点要比金属钨的熔点(3410)低，而金属低，而金属汞的熔点汞的熔点(常温下是液体常温下是液体)比蔗糖、白磷比蔗糖、白磷(常温下是固态，常温下是固态，分子晶体分子晶体)等低。等低。【答案答案】A本讲稿第十三页，共四十五页1现有几组物质的熔点现有几组物质的熔点()数据：数据：跟踪训练跟踪训练A组组B组组C组组D组组金金刚刚石：石：3550Li：181HF：83NaCl：801晶体硅：晶体硅：141
10、0Na：98 HCl：115 KCl：776晶体硼：晶体硼：2300K：64HBr：89 RbCl：718二氧化硅：二氧化硅：1723Rb：39HI：51CsCl：645本讲稿第十四页，共四十五页据此回答下列问题：据此回答下列问题：(1)A组属于组属于_晶体，其熔化时克服的微粒晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是间的作用力是_。(2)B组晶体共同的物理性质是组晶体共同的物理性质是_(填序填序号号)。有金属光泽有金属光泽导电性导电性导热性导热性 延展性延展性(3)C组中组中HF熔点反常是由于熔点反常是由于_。本讲稿第十五页，共四十五页(4)D组晶体可能具有的性质是组晶体可能具有的性质是_(填序号
11、填序号)。硬度小硬度小 水溶液能导电水溶液能导电固体能导电固体能导电 熔融状态能导电熔融状态能导电(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为：组晶体的熔点由高到低的顺序为：NaClKClRbClCsCl，其原因解释为：，其原因解释为：_。本讲稿第十六页，共四十五页解析解析：通过读取表格中数据先判断出晶体的：通过读取表格中数据先判断出晶体的类型及晶体的性质，应用氢键解释类型及晶体的性质，应用氢键解释HF的熔点反常，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。利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因。答案答案：(1)原子共价原子共价键键(2)(3)HF分子分子间间能形成能形成氢键氢键，其熔
12、化，其熔化时时需要消耗的能需要消耗的能量更多量更多(只要答出只要答出HF分子分子间间能形成能形成氢键氢键即可即可)(4)(5)D组组晶体都晶体都为为离子晶体，离子晶体，r(Na)r(K)r(Rb)MgO；NaClCsCl等。等。要点三要点三离子晶体的物理性质与结构的关系离子晶体的物理性质与结构的关系本讲稿第三十一页，共四十五页2离子晶体硬而脆离子晶体硬而脆离子晶体中，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。裂，导致晶体
13、破碎。3离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体离子晶体中，离子键较强，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，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、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而导电。离子化动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而导电。离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成
14、了自由移动的离子离子(或水合离子或水合离子)，在外界电场作用下，阴、阳离子定向移，在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。动而导电。本讲稿第三十二页，共四十五页难溶于水的强电解质如难溶于水的强电解质如BaSO4、CaCO3等溶于等溶于水，由于浓度极小，故导电性极差。通常情况下，水，由于浓度极小，故导电性极差。通常情况下，我们说它们的水溶液不导电。我们说它们的水溶液不导电。4溶解性溶解性大多数离子晶体易溶于极性溶剂大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水如水)中，难中，难溶于非极性溶剂溶于非极性溶剂(如苯、如苯、CCl4)中。当把离子晶体放在中。当把离子晶体放在水中时，极性水分子对离子晶体中的离子
15、产生吸引，使水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使晶体中的离子克服离子间的作用而离开晶体，变成在水晶体中的离子克服离子间的作用而离开晶体，变成在水中自由移动的离子。中自由移动的离子。本讲稿第三十三页，共四十五页下列性质适合于离子晶体的是下列性质适合于离子晶体的是()熔点熔点1070，易溶于水，水溶液能导电，易溶于水，水溶液能导电熔点熔点10.31，液态不导电，水溶液能导，液态不导电，水溶液能导电电能溶于能溶于CS2，熔点，熔点112.8，沸点，沸点444.6 熔点熔点97.81，质软，导电，密度，质软，导电，密度0.97 g/cm3例例例例3 3本讲稿第三十四页，共四十五页熔点熔点2
16、18，难溶于水，难溶于水熔点熔点3900，硬度很大，不导电，硬度很大，不导电难溶于水，固体时导电，升温时导电能力难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱减弱难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电电ABC D 本讲稿第三十五页，共四十五页【思路点拨思路点拨】解答本题时要注意以下两点：解答本题时要注意以下两点：(1)离子晶体熔点较高，难溶于非极性溶剂。离子晶体熔点较高，难溶于非极性溶剂。(2)离子晶体固体不导电，水溶液或熔化时导电。离子晶体固体不导电，水溶液或熔化时导电。【解析解析】离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶剂，
17、熔点较高、质硬而脆，固体不导电，故剂，熔点较高、质硬而脆，固体不导电，故均不均不符合离子晶体的特点；符合离子晶体的特点；中熔点达中熔点达3900，硬度很大应是原子，硬度很大应是原子晶体。故只有晶体。故只有符合题意。符合题意。【答案答案】A本讲稿第三十六页，共四十五页3参考下表中物质的熔点，回答有关问题：参考下表中物质的熔点，回答有关问题：跟踪训练跟踪训练物物质质NaF NaClNaBrNaINaCl KCl RbClCsCl熔点熔点/995801755 651801776715646物物质质SiF4SiCl4SiBr4SiI4SiCl4GeCl4SnCl4PbCl4熔点熔点/90.470.45
18、.212070.449.536.215本讲稿第三十七页，共四十五页(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的子及碱金属离子的_有关，随着有关，随着_的的增大，熔点依次降低。增大，熔点依次降低。(2)硅的卤化物的熔点及硅、锗、锡、铅的氯化物硅的卤化物的熔点及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点与的熔点与_有关，随着有关，随着_增大，增大，_增大，故熔、沸点依次升高。增大，故熔、沸点依次升高。(3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与熔点高得多，这与_有关，因为有关，因为_，故前者的熔点远高于后者。
19、，故前者的熔点远高于后者。本讲稿第三十八页，共四十五页解析解析：分析表中的物质和数据：分析表中的物质和数据：NaF、NaCl、NaBr、NaI均为离子晶体，它们的阳离子相同，阴均为离子晶体，它们的阳离子相同，阴离子随着离子半径的增大，离子键依次减弱，熔点离子随着离子半径的增大，离子键依次减弱，熔点依次降低。依次降低。NaCl、KCl、RbCl、CsCl四种碱金属的氯化四种碱金属的氯化物均为离子晶体，它们的阴离子相同，阳离子随物均为离子晶体，它们的阴离子相同，阳离子随着离子半径的增大，离子键逐渐减弱，熔点依次着离子半径的增大，离子键逐渐减弱，熔点依次降低。降低。本讲稿第三十九页，共四十五页SiF
20、4、SiCl4、SiBr4、SiI4四种硅的卤化物均为分四种硅的卤化物均为分子晶体，它们的结构相似，随着相对分子质量的增大，子晶体，它们的结构相似，随着相对分子质量的增大，分子间作用力逐渐增强，熔、沸点依次升高。分子间作用力逐渐增强，熔、沸点依次升高。SiCl4、GeCl4、SnCl4、PbCl4四种碳族元素的氯四种碳族元素的氯化物均为分子晶体。它们的组成和结构相似，随着相对化物均为分子晶体。它们的组成和结构相似，随着相对分子质量的增大，分子间作用力逐渐增强，熔、沸点依分子质量的增大，分子间作用力逐渐增强，熔、沸点依次升高。次升高。答案答案：(1)半径半径半径半径(2)相相对对分子分子质质量相
21、量相对对分子分子质质量分子量分子间间作用力作用力(3)晶体晶体类类型型钠钠的的卤卤化物化物为为离子晶体，而硅离子晶体，而硅的的卤卤化物化物为为分子晶体分子晶体本讲稿第四十页，共四十五页当堂达标训练当堂达标训练本讲稿第四十一页，共四十五页 我国科学家合成硫化铜我国科学家合成硫化铜14面体微晶面体微晶记者在中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验记者在中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室里，看到了科学家们用化学溶液方法合成出的硫化铜室里，看到了科学家们用化学溶液方法合成出的硫化铜14面体微晶，这一成功标志着我国特种微结构晶体构筑研究面体微晶，这一成功标志着我国特种微结构晶体构筑研究取得重要进展，
22、其潜在应用前景在于可用作较大结构的构筑取得重要进展，其潜在应用前景在于可用作较大结构的构筑单元或用作在微尺度上包覆其他材料的载体。单元或用作在微尺度上包覆其他材料的载体。课外轻松阅读课外轻松阅读本讲稿第四十二页，共四十五页硫化铜硫化铜14面体微晶是中科大俞书宏教授领导的面体微晶是中科大俞书宏教授领导的课题组合成产生的。俞书宏教授和他的合作者们将硝课题组合成产生的。俞书宏教授和他的合作者们将硝酸铜和元素硫的乙二醇溶液在酸铜和元素硫的乙二醇溶液在140摄氏度的反应釜中进摄氏度的反应釜中进行长达行长达1天的反应，然后通过离心收集所生成的黑色固体，天的反应，然后通过离心收集所生成的黑色固体，用扫描隧道
23、电子显微镜观察发现了这一特种微结构材料。用扫描隧道电子显微镜观察发现了这一特种微结构材料。俞书宏教授领导的课题组在中国科学院俞书宏教授领导的课题组在中国科学院“引进海外引进海外杰出人才杰出人才”计划、国家杰出青年基金等项目的支持下，一计划、国家杰出青年基金等项目的支持下，一直致力于生物矿化材料的多层次结构研究。该课题组在直致力于生物矿化材料的多层次结构研究。该课题组在多种无机材料如多种矿物的生物矿化过程模拟和仿生合多种无机材料如多种矿物的生物矿化过程模拟和仿生合成、有机成、有机(生物生物)分子的调控下晶体的成核、晶化、取向分子的调控下晶体的成核、晶化、取向生长等方面取得了一系列显著进展。生长等
24、方面取得了一系列显著进展。本讲稿第四十三页，共四十五页这一成果得到了世界著名专业刊物的高度重这一成果得到了世界著名专业刊物的高度重视。视。7月月24日，美国化学工程新闻率先报道了这项工日，美国化学工程新闻率先报道了这项工作，并进行详细的评述。最新一期的美国化学会作，并进行详细的评述。最新一期的美国化学会Chem.Mater.以快讯形式发表俞书宏教授课题组有关化学溶以快讯形式发表俞书宏教授课题组有关化学溶液法液法“合成美丽而具有高度对称性的、具有合成美丽而具有高度对称性的、具有14个腔洞的个腔洞的14面体硫化铜微晶面体硫化铜微晶”的工作。的工作。8月月3日出版的英国日出版的英国自然自然赞誉赞誉“来自中国合肥微尺度物质科学国家实验室的来自中国合肥微尺度物质科学国家实验室的俞书宏教授和他的合作者们，运用简单的化学配方俞书宏教授和他的合作者们，运用简单的化学配方制造了被誉为制造了被誉为几何明星几何明星的优美的硫化铜的优美的硫化铜14面体微晶面体微晶”。本讲稿第四十四页，共四十五页课时活页训练课时活页训练本讲稿第四十五页，共四十五页