人教版高二化学1-1-1离子晶体导学案

人教版高二化学1-1-1离子晶体导学案

第一单元 晶体的类型与性质 教案1（1-1-1：离子晶体）‎ ‎[教材分析]‎ ‎ 1．学习本单元前，学生已具备了高一、高二时学习过的原子结构、元素周期律、化学键等与物质结构有关的基础理论知识，并在此基础上再深入研究微观粒子如何构成宏观物质的。所以教学中要注意调查学生是否已经具备相关的基础知识，检查学生对相关基础的掌握情况。‎ ‎ 2．另一方面，学习晶体的结构、类型和各类晶体的特征性质不仅跟原子结构和化学键等化学基础理论紧密相关，从中还可以培养学生的观察能力、对微观结构的空间想像能力等。教学过程中要注意引导学生仔细观察课本中各种晶体的结构模型的插图，多用各种相关的结构模型和多媒体素材来帮助学生提高观察能力和对微观结构的想像能力。‎ 第一节 离子晶体、分子晶体和原子晶体(一)‎ 一、 学习目标 ‎ 1．使学生理解氯化钠、氯化铯等典型离子晶体的结构模型及其性质的一般特点。‎ ‎ 2．使学生理解离子晶体、分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质的关系。‎ ‎ 3．复习已学过原子结构、元素周期表、化学键、分子极性等相关基础知识，帮助学生形成知识网络。‎ ‎ 4．掌握根据晶体结构模型计算微粒数的一般方法。‎ 二、重点和难点 重点：离子晶体、分子晶体和原子晶体的结构模型；晶体类型与性质的关系。‎ 难点：离子晶体、分子晶体和原子晶体的结构模型；氢键。‎ 三、教学过程 ‎(一)引入新课 ‎[复习提问]‎ ‎ - 7 -‎ ‎ 1．写出NaCl、CO2、H2O的电子式。‎ ‎ 2．NaCl晶体是由Na+和Cl-通过 形成的晶体。‎ ‎ ‎ ‎[课题板书] 第一节 离子晶体、分子晶体和分子晶体（有课件）‎ ‎ 一、离子晶体 ‎ 1．概念：离子间通过离子键形成的晶体 ‎ 2．空间结构 ‎ 以NaCl、CsCl为例来，以媒体为手段，攻克离子晶体空间结构这一难点 ‎[针对性练习]‎ ‎[例1]如图为NaCl晶体中取出一部分结构图，图中直线交点处为NaCl晶体中Na+与Cl-所处的位置(不考虑体积的大小)。‎ ‎(1)若该立方体中心处是一钠离子，请将图中代表Na+的小圆用笔涂黑圆点，以完成NaCl晶体结构示意图。分析这个立方体示意图中共有多少个“NaCl”单元？‎ ‎(2)从晶胞中分Na+周围与它最近时且距离相等的Na+共有多少个?‎ ‎[解析]下图中心圆甲涂黑为Na+，与之相隔均要涂黑 ‎ ‎ ‎（1）图中大立方体是由8个小立方体构成，由于顶点上的微粒是由八个相同的立方体共用、棱上的微粒是由四个相同的立方体共用、面上的微粒是由两个相同的立方体共用。可如下计算立方体中钠离子、氯离子个数： ‎ 计算在该晶胞中含有Na+的数目。在晶胞中心有1个Na+外，在棱上共有4个Na+，一个晶胞有6个面，与这6个面相接的其他晶胞还有6个面，共12个面。又因棱上每个Na+又为周围4个晶胞所共有，所以该晶胞独占的是12×1/4=3个.该晶胞共有的Na+为4个。‎ 晶胞中含有的Cl-数：Cl-位于顶点及面心处，每.个平面上有4个顶点与1个面心，而每个顶点上的氯离于又为8个晶胞(本层4个，上层4个)所共有。该晶胞独占8×1/8=1个。一个晶胞有6个面，每面有一个面心氯离子，又为两个晶胞共有，所以该晶胞中独占的Cl-数为6×1/2=3。‎ ‎ - 7 -‎ 不难推出，n(Na+):n(Cl-)=4:4=1:1。所以图示立方体中共有4个“NaCl”单元。化学式为NaCl。‎ ‎（2）以中心Na+为依据，画上或找出三个平面(主个平面互相垂直)。在每个平面上的Na+都与中心 Na+最近且为等距离。‎ 每个平面上又都有4个Na+，所以与Na+最近相邻且等距的Na+为3×4=12个。‎ ‎3．离子晶体结构对其性质的影响 ‎（1）离子晶体熔、沸点的高低取决于离子键的强弱，而离子晶体的稳定性又取决于什么?在离子晶体中，构成晶体的粒子和构成离子键的粒子是相同的，即都是阴、阳离子。离子晶体发生三态变化，破坏的是离子键。也就是离子键强弱即决定了晶体熔、沸点的高低，又决定了晶体稳定性的强弱。‎ ‎（2）离子晶体中为何不存在单个的小分子?‎ 在离子晶体中，阴、阳离子既可以看作是带电的质点，又要以看作是带电的球体，其中，阳离子总是尽可能的多吸引阴离子、阴离子又总是尽可能多的吸引阴离子(只要空间条件允许的话)这种结构向空间延伸，即晶体多大，分子就有多大，晶体内根本不存在单个的小分子，整个晶体就是一个大分子。‎ ‎4．离子晶体的判断及晶胞折算 ‎（1）如何判断一种晶体是离子晶体 方法一：由组成晶体的晶格质点种类分：离子化合物形成的晶体一定为离子晶体。‎ 方法二：由晶体的性质来分：①根据导电性：固态时不导电而熔化或溶解时能导电的一般为离子晶体。②根据机械性能：具有较高硬度，且脆的为离子晶体。‎ ‎（2）什么是晶胞?如何由晶胞来求算晶体的化学式?‎ 构成晶体的结构粒子是按着一定的排列方式所形成的固态群体。在晶体结构中具有代表性的最小重复单位叫晶胞。‎ 根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法？‎ ‎①处于顶点上的离子：同时为8个晶胞共有，每个离子有1/8属于晶胞。‎ ‎②处于棱上的离子：同时为4个晶胞共有，每个离子有1/4属于晶胞。‎ ‎③处于面上的离子；同时为2个晶胞共有，每个离子有1/2属于晶胞。 ‎ ‎④处于体心的离子：则完全属于该晶胞。‎ ‎[学生练习]‎ 题目：在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示试回答：‎ ‎（1）在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子有多少个?‎ ‎ - 7 -‎ ‎（2）在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数化是多少?‎ ‎[解析]由图看出，在每个钛离于的同层左、右与前后、上下各层中都紧密排列着完全相同的钛离子，共有晶胞边长的6个钛离子。‎ 至于同一晶胞中独占三元素粒子个数比，则从每种元素粒子是晶胞中的位置考虑。Ca2+位于立方体的中央为一个晶胞所独占；钛离子位于晶胞的顶点上，为相邻两层8个晶胞所共有(左右、前后、上中下、左右前后4个而上下中相同重复共8个)，而每个晶胞独占有8×1/8=1个。氧离子位于棱上，在同一晶胞中，每个氧离子为同层的4个晶胞所共有，一个晶胞独占12×1/4=3个。故氧、钙、钛的粒子数之比为 3:1:1‎ ‎[答案]6 3:1:1‎ ‎5．总结 ‎1．离子间通过离子键结合而成的晶体叫离子晶体。构成离子晶体的微粒是阳离子和阴离子。离子晶体中，阳离子和阴离子间存在着较强的离子键，因此，离子晶体的硬度都较高，密度都较大，熔、沸点都较高。‎ ‎2．不同离子晶体的比较。离子晶体的熔、沸点和硬度等物理性质可根据离子晶体中的阴阳离子的半径和电荷数进行粗略地比较。一般化学式与结构相似的离子晶体，阴、阳离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高。如：氯化钾、氯化钠、氟化钠等三种离子的熔点高低顺序为：KCl氯化钠。‎ 第一课时（离子晶体）针对性训练 ‎ - 7 -‎ 一、选择题 ‎ ‎1．下列性质中，可以证明某化合物内一定存在离子键的是 （ ）‎ A．溶于水 B．有较高的熔点 C．水溶液能导电 D．熔融状态能导电 ‎2．下列物质中，含有极性键的离子化合是 （ ）‎ A．CaCl2 B．Na2O2 C．NaOH D．K2S ‎3．Cs是IA族元素，F是VIIA族元素，估计Cs和F形成的化合物可能是 （ ）‎ A．离子化合物 B．化学式为CsF2 C．室温为固体 D．室温为气体 ‎4．某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排列方式如图 ‎ 所示(其中前后两面心上的B原子未能画出)，晶体中A、‎ ‎ B、C的中原子个数之比依次为（ ）‎ A．1:3:1 B．2:3:1 ‎ ‎ C．2:2:1 D．1:3:3‎ ‎5．NaF，Nal，MgO均为离子化合物，根据下列数据，这三种化合物的熔点高低顺序是（ ）‎ 物质 ‎①NaF ‎②NaI ‎③MgO 离子电荷数 ‎1‎ ‎1‎ ‎3‎ ‎ m ‎2.31‎ ‎3.18‎ ‎2.10‎ A．①>②>③ B．③>①>② C．③>②>① D．②>①>③‎ ‎6．在NaCl晶体中与每个Na+距离等同且最近的几个Cl-所围成的空间几何构型为（ ）‎ A．正四面体 B．正六面体 C．正八面体 D．正十二面体 ‎ ‎7．如图是氯化铯晶体的晶胞(晶体中最小的重复单元)，已知晶体中2个最近的Cs+离子核间 ‎ 距为a cm，氯化铯的式量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为（ ）‎ ‎ A．g·cm-3 B．g·cm-3‎ ‎ C．g·cm-3 D．g·cm-3‎ 二、填空题 ‎ ‎8．参考下列熔点数据回答：‎ 物质 FNa NaCl NaBr NaI 熔点℃‎ ‎995‎ ‎801‎ ‎755‎ ‎651‎ 物质 NaCl KCl RbCl CsCl 熔点℃‎ ‎801‎ ‎776‎ ‎715‎ ‎646‎ 钠的卤化物从NaF到NaI及碱金属的氯化物从NaCl到CsCl的熔点逐渐____________这与__________有关。随__________增大__________减小，故熔点__________逐渐 。‎ ‎ - 7 -‎ ‎9．某离子晶体晶胞结构如下图所示，x位于立方体的顶点，Y ‎ 位于立方体中心。试分析：‎ ‎ （1）晶体中每个Y同时吸引着__________个X，每个x同 ‎ 时吸引着__________个Y，该晶体的化学式为______。‎ ‎ （2）晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有 ‎__________个。‎ ‎ （3）晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX ‎ 的度数为__________。‎ ‎ （4）设该晶体的摩尔质量为M g·mol-1，晶体密度为ρ·cm-3，阿伏加德罗常数为NA则晶 体中两个距离最近的X中心间的距离为__________。‎ ‎10．晶体具有规则的几何外型、晶体中最基本的重复单位称为 ‎ 晶胞。NaCl晶体结构如图所示。已知FexO晶体晶胞结 构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1测知FexO晶体 密度为ρ=5.71 g·cm-3，晶胞边长为4.28×10-10 m。‎ ‎ （1）FexO中x值(精确至O.01)为___________。‎ ‎ （2）晶体中的Fe分别为Fe2+、Fe3+，在Fe2+和Fe3+的总 ‎ 数中，Fe2+所占分数(用小数表示，精确至0.001)为 ‎____________。‎ ‎ （3）此晶体的化学式为 _____________。‎ ‎ （4）与某个Fe2+(或Fe3+)距离最近且等距离的O2-围成的空间几何形状是___________。‎ ‎ （5）在晶体中，铁元素间最短距离为_____________cm ‎ ‎11．有一种蓝色晶体，它的结构特征是Fe2+和Fe3+分别占据立方体互不相邻的顶点，而CN-离子位于立方体的棱上。‎ ‎ （1）根据晶体结构特点，推出其化学式(用最简单整数表示)_________________。‎ ‎ （2）此化学式带何种电荷?用什么样的离子(用Mn+表示)与其结合成中性的化学式?写出此 电中性的化学式。‎ 指出(2)中添加离子在晶体结构中的什么位置。‎ ‎12．1986年，瑞士两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体，使 ‎ 超导工作取得突破性进展，为此两位科学家获得了1987年的Nobel ‎ 物理学奖。其晶胞结构如图。 ‎ ‎ （1）根据图示晶胞结构，推算晶体中Y，Cu，Ba和O原子个数比，‎ ‎ 确定其化学式 ‎ ‎ （2）根据(1)所推出的化合物的组成，计算其中Cu原子的平均化合价(该 化合物中各元素的化合价为Y+3，Ba+2，Cu+2和Cu+3)试计算化合物 中这两种价态Cu原子个数比。‎ ‎ - 7 -‎ 第一课时（离子晶体）针对练习答案 一、选择题 ‎1．D；2．C；3．AC；4．A；5．B；6．C；7．C。‎ 二、填空题 ‎8．降低；阴离子半径由F-到I-逐渐增大离半径；阴、阳离子相互吸引；降低。‎ ‎9．（1）4；8；XY2(或Y2X)。（2）12。（3）109°28'。（4）。‎ ‎10．（1）0.92；（2）0.826；（3）。（4）正八面体；（5）3.03×10-10。‎ ‎11．（1）FeFe(CN)6-；‎ ‎（2）带一个单位负电荷，可用Na+，K+，Rb+ (用M+表示)与之结合MFeFe(CN)6‎ ‎（3）M+在每隔一个立方体的体心上。‎ ‎12．(1)YBa2Cu3O7。‎ ‎（2）Cu2+:Cu3+=2:1。‎ ‎ - 7 -‎