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第四節(jié) 離子晶體,一、離子晶體 1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,陽(yáng)離子,陰離子,離子鍵,鄰近,異電性,2.決定晶體結(jié)構(gòu)的因素：,半徑比（r+/r-）,電荷比,離子鍵,3.常見(jiàn)的離子晶體：,6,8,8,6,8,4,4.物理性質(zhì)： (1)硬度_____，難于壓縮。 (2)熔點(diǎn)和沸點(diǎn)_____。 (3)固體不導(dǎo)電，但在_________________中能導(dǎo)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(qiáng)弱。晶格能越大，表示離子鍵 _____，離子晶體越穩(wěn)定，而且其熔點(diǎn)_____，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(qiáng),越高,越大,越多,越小,1.辨析下列說(shuō)法的正誤： (1)有陽(yáng)離子的晶體中一定有陰離子。 ( ) 分析：晶體中有陽(yáng)離子不一定有陰離子，比如金屬晶體中有陽(yáng)離子卻沒(méi)有陰離子，而離子晶體中有陽(yáng)離子和陰離子。 (2)離子晶體中不存在共價(jià)鍵。 ( ) 分析：有些離子晶體中存在共價(jià)鍵，如NH4Cl等；有些離子晶體中不存在共價(jià)鍵，如NaCl等。,×,×,(3)氯化鈉的熔點(diǎn)大于氯化鉀的熔點(diǎn)。 ( ) 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(diǎn)越高，所以氯化鈉的熔點(diǎn)大于氯化鉀的熔點(diǎn)。 (4)MgO的熔、沸點(diǎn)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(diǎn)MgOCaO，硬度MgOCaO。,√,√,2.關(guān)于離子晶體的性質(zhì)的敘述，正確的是 ( ) A.熔、沸點(diǎn)都較高，難以揮發(fā) B.硬度很小，容易變形 C.都能溶于有機(jī)溶劑而難溶于水 D.密度很小,【解析】選A。離子晶體中的陰、陽(yáng)離子通過(guò)一種強(qiáng)烈的相互作用——離子鍵結(jié)合在一起，離子鍵的鍵能較大，且極性很強(qiáng)，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(diǎn)都較高，不易揮發(fā)，硬度很大，不易變形，難溶于有機(jī)溶劑。又因?yàn)樵陔x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(jié)構(gòu)的因素的是 ( ) A.正負(fù)離子的半徑比 B.正負(fù)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(jié)構(gòu)，而晶格能是表示離子鍵強(qiáng)弱的因素。,4.離子晶體中一定不會(huì)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(jià) 鍵，主要是OH-和含氧酸根離子中的極性共價(jià)鍵，還有 等 中的非極性共價(jià)鍵。只有分子晶體中才含有范德華力，離子 晶體中一定不會(huì)有范德華力。因此選D項(xiàng)。,5.下列有關(guān)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(diǎn)越高 【解析】選C。晶格能越大，離子鍵越強(qiáng)，則離子晶體的硬度越大。,6.下列性質(zhì)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(diǎn) C.水溶液能導(dǎo)電 D.固體不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電 【解析】選D。某些分子晶體可溶于水，其水溶液也能導(dǎo)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(diǎn)，B不能證明；固體不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)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(jié)構(gòu) 1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： (1)離子晶體是由陽(yáng)離子和陰離子通過(guò)離子鍵結(jié)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(méi)有方向性，故離子鍵沒(méi)有方向性。只要條件允許，陽(yáng)離子周?chē)梢员M可能多地吸引陰離子，同樣，陰離子周?chē)梢员M可能多地吸引陽(yáng)離子，故離子鍵也沒(méi)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(yáng)離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，離子鍵越強(qiáng)。 (3)離子晶體的化學(xué)式只表示晶體中陰、陽(yáng)離子的個(gè)數(shù)比，而不是表示其分子組成。,2.常見(jiàn)離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)： (1)NaCl型晶體結(jié)構(gòu)模型(如圖)：配位數(shù)為6。 ①在NaCl晶體中，每個(gè)Na+周?chē)瑫r(shí)吸引著6個(gè)Cl-，每個(gè)Cl-周?chē)餐瑫r(shí)吸引著6個(gè)Na+。 ②每個(gè)Na+周?chē)c它最近且等距的Na+有12個(gè)，每個(gè)Na+周?chē)c它最近且等距的Cl-有6個(gè)。,(2)CsCl型晶體結(jié)構(gòu)模型(如圖)：配位數(shù)為8。 ①在CsCl晶體中，每個(gè)Cs+周?chē)瑫r(shí)吸引著8個(gè)Cl-，每個(gè)Cl-周?chē)餐瑫r(shí)吸引著8個(gè)Cs+。 ②每個(gè)Cs+與6個(gè)Cs+等距離相鄰，每個(gè)Cs+與8個(gè)Cl-等距離相鄰。,(3)CaF2型晶體結(jié)構(gòu)模型。 ①Ca2+的配位數(shù)：8。 ②F-的配位數(shù)：4。 ③一個(gè)CaF2晶胞中含4個(gè)Ca2+和8個(gè)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(diǎn)不一定低于原子晶體，如MgO的熔點(diǎn)高于SiO2的熔點(diǎn)。 (3)離子晶體中除含離子鍵外不一定不含其他化學(xué)鍵，如CH3COONH4中除含離子鍵外，還含有共價(jià)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(yáng)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(gòu)成微粒是陰陽(yáng)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(jià)鍵，如Na2O2、NaOH、NH4Cl晶體。,(2)氯化鈉的化學(xué)式為NaCl，能否說(shuō)明晶胞中含有一個(gè)鈉離子和一個(gè)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(xué)式為NaCl，這說(shuō)明離子晶體的化學(xué)式僅表示晶體中陰陽(yáng)離子的個(gè)數(shù)比，并不代表其分子組成，因?yàn)殡x子晶體中沒(méi)有分子。,【典題訓(xùn)練】(2014·合肥高二檢測(cè))如圖是從NaCl或CsCl晶體結(jié)構(gòu)中分割出來(lái)的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從NaCl晶體中分割出來(lái)的結(jié)構(gòu)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(diǎn)： (1)對(duì)比理解NaCl和CsCl兩種典型離子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 (2)準(zhǔn)確判斷題給結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析圖示。圖(1)中灰球的配位數(shù)為6，圖(4)應(yīng)為簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)，故(1)和(4)應(yīng)表示NaCl的晶體結(jié)構(gòu)。圖(2)中灰球的配位數(shù)為8，圖(3)為體心立方結(jié)構(gòu)，故(2)和(3)應(yīng)表示CsCl的晶體結(jié)構(gòu)。,【方法規(guī)律】判斷物質(zhì)結(jié)構(gòu)圖是否表示晶胞的方法 整塊晶體是由完全相同的晶胞“無(wú)隙并置”地堆積而成的?！巴耆嗤卑ā盎瘜W(xué)上等同”——晶胞里原子的數(shù)目和種類(lèi)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(wú)隙并置”即一個(gè)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(zhì)屬性可歸納為晶胞具有平移性。因此可根據(jù)結(jié)構(gòu)圖在晶體中是否具有平移性來(lái)判斷是否表示晶胞。,【變式訓(xùn)練】(2014·成都高二檢測(cè))如圖為高溫超導(dǎo)領(lǐng)域里的一種化合物——鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是具有代表性的最小重復(fù)單元。 (1)在該物質(zhì)的晶體中，每個(gè)鈦離子周?chē)c它最接近的且等距離的鈦離子共有 個(gè)。 (2)該晶體中，元素氧、鈦、鈣的個(gè)數(shù)比是 。,【解析】從所給模型圖中可看出每個(gè)鈦離子的上下、前后和 左右各有一個(gè)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(dú)占有，鈦原子位于立方體頂 點(diǎn)，屬于8個(gè)立方體共有，所以每個(gè)立方體擁有鈦原子為8× =1(個(gè))，氧原子位于立方體的棱邊，為四個(gè)立方體所共有， 所以每個(gè)立方體擁有氧原子為12× =3(個(gè))。 答案：(1)6 (2)3∶1∶1,【加固訓(xùn)練】高溫下，超氧化鉀晶體呈立方體結(jié)構(gòu)，晶體中氧的化合價(jià)部分為0價(jià)，部分為-2價(jià)。如圖為超氧化鉀晶體的一個(gè)晶胞(晶體中最小的重復(fù)單元)，則下列說(shuō)法中正確的是 ( ),A.超氧化鉀的化學(xué)式為KO2，每個(gè)晶胞含有4個(gè)K+和4個(gè) B.晶體中每個(gè)K+周?chē)?個(gè) ，每個(gè) 周?chē)?個(gè)K+ C.晶體中與每個(gè)K+距離最近的K+有8個(gè) D.晶體中，0價(jià)氧原子與-2價(jià)氧原子的數(shù)目之比為1∶1,【解析】選A。由題中的晶胞結(jié)構(gòu)圖可知：有8個(gè)K+位于頂點(diǎn)， 6個(gè)K+位于面心，則晶胞中含有的K+數(shù)為 =4(個(gè))； 有12個(gè) 位于棱心，1個(gè)處于體心，則晶胞中含有的 數(shù)為 12× +1=4(個(gè))，所以超氧化鉀的化學(xué)式為KO2。設(shè)晶體中0價(jià) 氧原子和-2價(jià)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(zhì),【微思考】 (1)離子鍵被破壞的過(guò)程一定是化學(xué)變化過(guò)程嗎？ 提示：化學(xué)變化過(guò)程發(fā)生舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成，但只破壞化學(xué)鍵或只形成化學(xué)鍵的過(guò)程不一定發(fā)生化學(xué)變化，如食鹽熔化會(huì)破壞離子鍵，食鹽結(jié)晶過(guò)程會(huì)形成離子鍵，但均不是化學(xué)變化過(guò)程。 (2)影響離子鍵強(qiáng)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(yáng)離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，則離子鍵就越強(qiáng)。,【典題訓(xùn)練】(2014·長(zhǎng)春高二檢測(cè))KCl、NaCl、CaO、BaO四種晶體熔點(diǎn)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(diǎn)： (1)離子晶體的熔點(diǎn)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(duì)于離子晶體來(lái)說(shuō)，離子所帶電荷數(shù)越多，陰、陽(yáng)離子間的核間距離越小，晶格能越大，離子鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高，陽(yáng)離子半徑大小順序?yàn)锽a2+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(diǎn)較高，又因?yàn)殛?、?yáng)離子之間的距離：NaClKCl，CaOBaO，故D項(xiàng)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(guò)渡元素離子半徑變化規(guī)律不明顯。 (3)同一元素，不同價(jià)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(yáng)離子半徑較小。 (5)元素周期表對(duì)角線(xiàn)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(xùn)練】(2013·蘭州高二檢測(cè))NaF、NaI和MgO均為離子晶體，有關(guān)數(shù)據(jù)如下表： 試判斷這三種化合物熔點(diǎn)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(diǎn)高低的判斷方法。離子晶體的熔點(diǎn)與晶格能有關(guān)。晶格能越大，晶體的熔點(diǎn)就越高。晶格能與離子所帶電荷的乘積成正比，與陰、陽(yáng)離子間的距離成反比。在上述三種晶體中，MgO的鍵長(zhǎng)最短，離子電荷最多，故其晶格能最大，熔點(diǎn)最高；NaF的鍵長(zhǎng)小于NaI，故NaF的晶格能大于NaI，熔點(diǎn)高于NaI。,