高中化學 3.4 離子晶體課件 新人教版選修3 .ppt

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第四節(jié) 離子晶體,一、離子晶體 1.結構特點：,陽離子,陰離子,離子鍵,鄰近,異電性,2.決定晶體結構的因素：,半徑比（r+/r-）,電荷比,離子鍵,3.常見的離子晶體：,6,8,8,6,8,4,4.物理性質： (1)硬度_____，難于壓縮。 (2)熔點和沸點_____。 (3)固體不導電，但在_________________中能導電。,較大,較高,熔融狀態(tài)或水溶液,二、晶格能 1.概念：氣態(tài)離子形成1摩爾離子晶體釋放的能量。 2.意義：可以衡量離子鍵的強弱。晶格能越大，表示離子鍵 _____，離子晶體越穩(wěn)定，而且其熔點_____，硬度_____。 3.影響因素： (1)離子所帶電荷_____，晶格能越大。 (2)離子半徑_____，晶格能越大。,越強,越高,越大,越多,越小,1.辨析下列說法的正誤： (1)有陽離子的晶體中一定有陰離子。 ( ) 分析：晶體中有陽離子不一定有陰離子，比如金屬晶體中有陽離子卻沒有陰離子，而離子晶體中有陽離子和陰離子。 (2)離子晶體中不存在共價鍵。 ( ) 分析：有些離子晶體中存在共價鍵，如NH4Cl等；有些離子晶體中不存在共價鍵，如NaCl等。,×,×,(3)氯化鈉的熔點大于氯化鉀的熔點。 ( ) 分析：鈉離子的離子半徑小于鉀離子的離子半徑，且兩者所帶電荷數(shù)相同，所以氯化鈉的晶格能大于氯化鉀的晶格能，晶格能越大，熔點越高，所以氯化鈉的熔點大于氯化鉀的熔點。 (4)MgO的熔、沸點和硬度均高于CaO。 ( ) 分析：MgO和CaO比較，O2-相同，Mg2+與Ca2+所帶電荷相同，但Mg2+半徑小，所以晶格能MgOCaO，熔、沸點MgOCaO，硬度MgOCaO。,√,√,2.關于離子晶體的性質的敘述，正確的是 ( ) A.熔、沸點都較高，難以揮發(fā) B.硬度很小，容易變形 C.都能溶于有機溶劑而難溶于水 D.密度很小,【解析】選A。離子晶體中的陰、陽離子通過一種強烈的相互作用——離子鍵結合在一起，離子鍵的鍵能較大，且極性很強，除了有些在極性溶劑中容易斷裂外，其他的必須在高溫下才能斷裂，所以其熔、沸點都較高，不易揮發(fā)，硬度很大，不易變形，難溶于有機溶劑。又因為在離子晶體中，較大的離子采取密堆積形式，較小離子填隙，所以密度一般都較大。,3.下列不屬于直接決定離子晶體結構的因素的是 ( ) A.正負離子的半徑比 B.正負離子的電荷比 C.離子鍵的純粹程度 D.離子鍵的晶格能 【解析】選D。幾何因素、電荷因素和鍵性因素共同決定了離子晶體的結構，而晶格能是表示離子鍵強弱的因素。,4.離子晶體中一定不會存在的相互作用是 ( ) A.離子鍵 B.極性鍵 C.非極性鍵 D.范德華力 【解析】選D。離子晶體中一定含有離子鍵，也可能含有共價 鍵，主要是OH-和含氧酸根離子中的極性共價鍵，還有 等 中的非極性共價鍵。只有分子晶體中才含有范德華力，離子 晶體中一定不會有范德華力。因此選D項。,5.下列有關晶格能的敘述中，不正確的是 ( ) A.最能反映離子晶體穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)是晶格能 B.晶格能越大，則離子晶體越穩(wěn)定 C.晶格能越大，則離子晶體的硬度越小 D.晶格能越大，則離子晶體的熔點越高 【解析】選C。晶格能越大，離子鍵越強，則離子晶體的硬度越大。,6.下列性質中，可以證明某化合物形成的晶體是離子晶體的是 ( ) A.可溶于水 B.具有較高的熔點 C.水溶液能導電 D.固體不導電，熔融狀態(tài)能導電 【解析】選D。某些分子晶體可溶于水，其水溶液也能導電，如HCl等，故A、C不能證明；原子晶體一般也具有較高的熔點，B不能證明；固體不導電，熔融狀態(tài)能導電的晶體是離子晶體，不是分子晶體或原子晶體，故可以證明。,一、離子晶體的結構 1.結構特點： (1)離子晶體是由陽離子和陰離子通過離子鍵結合而成的晶體。,(2)離子晶體微粒之間的作用力是離子鍵。由于靜電作用沒有方向性，故離子鍵沒有方向性。只要條件允許，陽離子周圍可以盡可能多地吸引陰離子，同樣，陰離子周圍可以盡可能多地吸引陽離子，故離子鍵也沒有飽和性。根據(jù)靜電作用大小的影響因素可知，在離子晶體中陰、陽離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，離子鍵越強。 (3)離子晶體的化學式只表示晶體中陰、陽離子的個數(shù)比，而不是表示其分子組成。,2.常見離子晶體的晶胞結構： (1)NaCl型晶體結構模型(如圖)：配位數(shù)為6。 ①在NaCl晶體中，每個Na+周圍同時吸引著6個Cl-，每個Cl-周圍也同時吸引著6個Na+。 ②每個Na+周圍與它最近且等距的Na+有12個，每個Na+周圍與它最近且等距的Cl-有6個。,(2)CsCl型晶體結構模型(如圖)：配位數(shù)為8。 ①在CsCl晶體中，每個Cs+周圍同時吸引著8個Cl-，每個Cl-周圍也同時吸引著8個Cs+。 ②每個Cs+與6個Cs+等距離相鄰，每個Cs+與8個Cl-等距離相鄰。,(3)CaF2型晶體結構模型。 ①Ca2+的配位數(shù)：8。 ②F-的配位數(shù)：4。 ③一個CaF2晶胞中含4個Ca2+和8個F-。,【警示】 離子晶體中的“不一定” (1)離子晶體中不一定都含有金屬元素，如NH4NO3晶體。 (2)離子晶體的熔點不一定低于原子晶體，如MgO的熔點高于SiO2的熔點。 (3)離子晶體中除含離子鍵外不一定不含其他化學鍵，如CH3COONH4中除含離子鍵外，還含有共價鍵、配位鍵。,(4)由金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體，如AlCl3是分子晶體。 (5)含有陽離子的晶體不一定是離子晶體，也可能是金屬晶體。 (6)離子晶體中不一定不含分子，如CuSO4·5H2O晶體。,【微思考】 (1)離子晶體的構成微粒是陰陽離子，那么離子晶體中只有離子鍵嗎？ 提示：離子晶體除含有離子鍵外，還可能有共價鍵，如Na2O2、NaOH、NH4Cl晶體。,(2)氯化鈉的化學式為NaCl，能否說明晶胞中含有一個鈉離子和一個氯離子？ 提示：氯化鈉晶胞中含有的鈉離子和氯離子分別為4而氯化鈉的化學式為NaCl，這說明離子晶體的化學式僅表示晶體中陰陽離子的個數(shù)比，并不代表其分子組成，因為離子晶體中沒有分子。,【典題訓練】(2014·合肥高二檢測)如圖是從NaCl或CsCl晶體結構中分割出來的部分結構圖，其中屬于從NaCl晶體中分割出來的結構圖是 ( ) A.(1)和(3) B.(2)和(3) C.(1)和(4) D.只有(4),【解題指南】解答此題注意以下兩點： (1)對比理解NaCl和CsCl兩種典型離子晶體的結構特點。 (2)準確判斷題給結構圖是否表示晶胞。 【解析】選C。根據(jù)NaCl和CsCl兩種典型離子晶體的結構特點分析圖示。圖(1)中灰球的配位數(shù)為6，圖(4)應為簡單立方結構，故(1)和(4)應表示NaCl的晶體結構。圖(2)中灰球的配位數(shù)為8，圖(3)為體心立方結構，故(2)和(3)應表示CsCl的晶體結構。,【方法規(guī)律】判斷物質結構圖是否表示晶胞的方法 整塊晶體是由完全相同的晶胞“無隙并置”地堆積而成的。“完全相同”包括“化學上等同”——晶胞里原子的數(shù)目和種類完全等同；還包括“幾何上等同”——晶胞的形狀、取向、大小等同，而且原子的排列完全等同?！盁o隙并置”即一個晶胞與它的相鄰晶胞完全共頂角、共面、共棱。晶胞的這種本質屬性可歸納為晶胞具有平移性。因此可根據(jù)結構圖在晶體中是否具有平移性來判斷是否表示晶胞。,【變式訓練】(2014·成都高二檢測)如圖為高溫超導領域里的一種化合物——鈣鈦礦晶體結構，該結構是具有代表性的最小重復單元。 (1)在該物質的晶體中，每個鈦離子周圍與它最接近的且等距離的鈦離子共有 個。 (2)該晶體中，元素氧、鈦、鈣的個數(shù)比是 。,【解析】從所給模型圖中可看出每個鈦離子的上下、前后和 左右各有一個最接近且等距離的鈦離子。又可看出鈣原子位 于立方體體心，為該立方體單獨占有，鈦原子位于立方體頂 點，屬于8個立方體共有，所以每個立方體擁有鈦原子為8× =1(個)，氧原子位于立方體的棱邊，為四個立方體所共有， 所以每個立方體擁有氧原子為12× =3(個)。 答案：(1)6 (2)3∶1∶1,【加固訓練】高溫下，超氧化鉀晶體呈立方體結構，晶體中氧的化合價部分為0價，部分為-2價。如圖為超氧化鉀晶體的一個晶胞(晶體中最小的重復單元)，則下列說法中正確的是 ( ),A.超氧化鉀的化學式為KO2，每個晶胞含有4個K+和4個 B.晶體中每個K+周圍有8個 ，每個 周圍有8個K+ C.晶體中與每個K+距離最近的K+有8個 D.晶體中，0價氧原子與-2價氧原子的數(shù)目之比為1∶1,【解析】選A。由題中的晶胞結構圖可知：有8個K+位于頂點， 6個K+位于面心，則晶胞中含有的K+數(shù)為 =4(個)； 有12個 位于棱心，1個處于體心，則晶胞中含有的 數(shù)為 12× +1=4(個)，所以超氧化鉀的化學式為KO2。設晶體中0價 氧原子和-2價氧原子數(shù)分別為x、y，則有 即x∶y= 3∶1。,二、離子晶體的性質,【微思考】 (1)離子鍵被破壞的過程一定是化學變化過程嗎？ 提示：化學變化過程發(fā)生舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成，但只破壞化學鍵或只形成化學鍵的過程不一定發(fā)生化學變化，如食鹽熔化會破壞離子鍵，食鹽結晶過程會形成離子鍵，但均不是化學變化過程。 (2)影響離子鍵強弱的因素有哪些？ 提示：離子半徑和離子所帶電荷數(shù)。一般地，陰、陽離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，則離子鍵就越強。,【典題訓練】(2014·長春高二檢測)KCl、NaCl、CaO、BaO四種晶體熔點的高低順序是 ( ) A.KClNaClBaOCaO B.NaClKClCaOBaO C.CaOBaOKClNaCl D.CaOBaONaClKCl,【解題指南】解答本題注意以下兩點： (1)離子晶體的熔點高低取決于該晶體的晶格能大??； (2)同主族元素的原子或者離子的半徑從上到下逐漸增大。 【解析】選D。對于離子晶體來說，離子所帶電荷數(shù)越多，陰、陽離子間的核間距離越小，晶格能越大，離子鍵越強，熔點越高，陽離子半徑大小順序為Ba2+K+Ca2+Na+；陰離子半徑：Cl-O2-，CaO與BaO中離子所帶的電荷數(shù)大于KCl、NaCl中離子所帶的電荷數(shù)，故其熔點較高，又因為陰、陽離子之間的距離：NaClKCl，CaOBaO，故D項正確。,【方法規(guī)律】離子半徑大小的比較方法 (1)同主族，從上到下，電子層增加，具有相同電荷數(shù)的離子半徑增大。 Li+Mg2+Al3+，K+Ca2+，過渡元素離子半徑變化規(guī)律不明顯。 (3)同一元素，不同價態(tài)的離子，電荷高的半徑小。如Ti4+Ti3+，F(xiàn)e3+Fe2+。,(4)一般陰離子半徑較大；陽離子半徑較小。 (5)元素周期表對角線上，左上元素和右下元素的離子半徑相似。如Li+和Mg2+，Sc3+和Zr4+的半徑相似。,【加固訓練】(2013·蘭州高二檢測)NaF、NaI和MgO均為離子晶體，有關數(shù)據(jù)如下表： 試判斷這三種化合物熔點由高到低的順序是 ( ) A.①②③ B.③①② C.③②① D.②①③,【解析】選B。本題考查離子晶體熔點高低的判斷方法。離子晶體的熔點與晶格能有關。晶格能越大，晶體的熔點就越高。晶格能與離子所帶電荷的乘積成正比，與陰、陽離子間的距離成反比。在上述三種晶體中，MgO的鍵長最短，離子電荷最多，故其晶格能最大，熔點最高；NaF的鍵長小于NaI，故NaF的晶格能大于NaI，熔點高于NaI。,