高中化学课件:第3章第4节 离子晶体 优化课件(人教版选修3)
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、NH4Cl、
Na2SO4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MgCl2哪一个晶格能更
大?
【提示】 r(Na+)
r(Mg2+),所以MgCl2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。
(2011年黄冈高二检测)有下列八种晶体:
A.SiO2(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H2O、H2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、CCl4)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。
(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+)
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CI4>CBr4>CCl4>CF4。
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)F2、Cl2、Br2、I2
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;F2、Cl2、Br2、I2
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:I2>Br2>Cl2>F2。
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)I2>Br2>Cl2>F2