2018-2019版高中化學(xué) 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第2節(jié) 金屬晶體與離子晶體 第2課時(shí)學(xué)案 魯科版選修3.doc
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第2課時(shí) 離子晶體 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.理解離子鍵、離子晶體的概念,知道離子晶體類型與其性質(zhì)的聯(lián)系。2.認(rèn)識(shí)晶格能的概念和意義,能根據(jù)晶格能的大小,分析晶體的性質(zhì)。 一、離子晶體及其結(jié)構(gòu)模型 1.概念及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1)概念:陰、陽(yáng)離子通過(guò)離子鍵結(jié)合而形成的晶體。 (2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): ①構(gòu)成微粒:陰離子和陽(yáng)離子,離子晶體中不存在單個(gè)分子。 ②微粒間的作用力:離子鍵。 2.典型離子晶體的結(jié)構(gòu)模型 (1)觀察分析表中AB型離子晶體的結(jié)構(gòu)模型,填寫下表: 晶體結(jié)構(gòu) 模型 配位數(shù) Cl-和Na+配位數(shù)都為6 Cl-和Cs+配位數(shù)都為8 Zn2+和S2-配位數(shù)都為4 晶胞中 微粒數(shù) Na+、Cl-都為4 Cs+、Cl-都為1 Zn2+、S2-都為4 陰、陽(yáng)離子個(gè)數(shù)比 1∶1 1∶1 1∶1 化學(xué)式 NaCl CsCl ZnS 符合類型 Li、Na、K、Rb的鹵化物, AgF、MgO等 CsBr、CsI、 NH4Cl等 BeO、BeS等 (2)觀察CaF2晶體的晶胞示意圖,回答下列問(wèn)題: ①該晶胞中含有的Ca2+數(shù)目是4,F(xiàn)-數(shù)目是8。 ②Ca2+的配位數(shù)是8,F(xiàn)-的配位數(shù)是4。 (1)離子鍵無(wú)方向性和飽和性,在離子晶體中陰、陽(yáng)離子與異電性離子接觸盡可能采用最密堆積,可以看作是不等徑圓球密堆積。 (2)影響離子晶體配位數(shù)的因素 ①離子半徑因素:值的不同,晶體中離子的配位數(shù)不同,其晶體結(jié)構(gòu)不同。數(shù)值越大,離子的配位數(shù)越多。 ②電荷因素: AB型離子晶體的陰、陽(yáng)離子的配位數(shù)相等;ABn型A、B離子的配位數(shù)比值為n∶1。如CaF2中Ca2+的配位數(shù)是8,F(xiàn)-的配位數(shù)是4。 例1 下列說(shuō)法中正確的是( ) A.固態(tài)能導(dǎo)電的晶體一定是金屬晶體 B.固態(tài)不能導(dǎo)電,水溶液能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體 C.熔融狀態(tài)能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體 D.固態(tài)不導(dǎo)電而熔融態(tài)能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體 答案 D 解析 固態(tài)時(shí)能導(dǎo)電的晶體不一定是金屬晶體,如硅和石墨等不是金屬晶體,A不正確;固態(tài)不能導(dǎo)電,水溶液能導(dǎo)電的晶體不一定是離子晶體,如P2O5等不是離子晶體,B不正確;金屬熔融狀態(tài)也能導(dǎo)電,C不正確;離子晶體是陰、陽(yáng)離子組成的,固態(tài)時(shí)陰、陽(yáng)離子不能自由移動(dòng),不導(dǎo)電,熔融狀態(tài)時(shí)電離出自由移動(dòng)的離子而導(dǎo)電。 方法規(guī)律——離子晶體的判斷方法 (1)依據(jù)組成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷。 (2)依據(jù)物質(zhì)類別判斷?;顫娊饘傺趸铮瑥?qiáng)堿和絕大多數(shù)鹽類是離子晶體。 (3)依據(jù)導(dǎo)電性判斷。離子晶體溶于水和熔融狀態(tài)下均導(dǎo)電。 (4)依據(jù)熔、沸點(diǎn)和溶解性判斷。離子晶體熔、沸點(diǎn)較高,多數(shù)能溶于水,難溶于有機(jī)溶劑。 例2 一種離子晶體的晶胞如圖所示。其中陽(yáng)離子A以表示,陰離子B以表示。關(guān)于該離子晶體的說(shuō)法正確的是( ) A.陽(yáng)離子的配位數(shù)為8,化學(xué)式為AB B.陰離子的配位數(shù)為4,化學(xué)式為A2B C.每個(gè)晶胞中含4個(gè)A D.每個(gè)A周圍有4個(gè)與它等距且最近的A 答案 C 解析 用均攤法可知,晶胞中含有陽(yáng)離子數(shù)為8+6=4;陰離子顯然是8個(gè),故化學(xué)式為AB2,A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;每個(gè)A周圍與它等距且最近的A有12個(gè)(類似于干冰晶體),D項(xiàng)錯(cuò)誤。 二、晶格能 1.晶格能是指將1_mol離子晶體中的陰、陽(yáng)離子完全氣化而遠(yuǎn)離所吸收的能量。 (1)吸收的能量越多,晶格能越大,表示離子鍵越強(qiáng),離子晶體越穩(wěn)定。 (2)晶格能通常取正值,單位:kJmol-1。 2.觀察分析下表,回答下列問(wèn)題(已知MgO、NaBr與NaCl晶體結(jié)構(gòu)相似): 離子化合物 NaBr NaCl MgO 離子電荷數(shù) 1 1 2 核間距/pm 290 276 205 晶格能/kJmol-1 736 787 3 890 熔點(diǎn)/℃ 750 801 2 800 摩氏硬度 <2.5 2.5 6.5 (1)影響晶格能大小的因素有哪些? 答案 影響晶格能的因素:離子所帶的電荷數(shù)和陰、陽(yáng)離子間的距離。晶格能與離子所帶電荷數(shù)的乘積成正比,與陰、陽(yáng)離子間的距離成反比。 (2)晶格能與晶體的熔點(diǎn)、硬度有怎樣的關(guān)系? 答案 結(jié)構(gòu)相似的離子晶體,晶格能越大,形成的離子晶體越穩(wěn)定,晶體的熔、沸點(diǎn)越高,硬度越大。 (3)根據(jù)離子晶體的形成,推測(cè)離子晶體具有怎樣的特性? 答案 離子晶體是由陰、陽(yáng)離子通過(guò)較強(qiáng)的離子鍵而形成的,所以離子晶體具有較高的熔、沸點(diǎn),難揮發(fā),硬度較大,離子晶體不導(dǎo)電,熔化或溶于水后能導(dǎo)電。大多數(shù)離子晶體能溶于水,難溶于有機(jī)溶劑。 影響離子鍵強(qiáng)度的因素 (1)離子電荷數(shù)的影響:電荷數(shù)越多,晶格能越大,離子鍵越牢固,離子晶體的熔點(diǎn)越高、硬度越大。 (2)離子半徑的影響:半徑越大,導(dǎo)致離子核間距越大,晶格能越小,離子鍵越易斷裂,離子晶體的熔點(diǎn)越低、硬度越小。 例3 根據(jù)表格數(shù)據(jù)回答下列有關(guān)問(wèn)題: (1)已知NaBr、NaCl、MgO等離子晶體的核間距離和晶格能如下表所示: NaBr NaCl MgO 離子的核間距/pm 290 276 205 晶格能/kJmol-1 787 3 890 ①NaBr晶體比NaCl晶體晶格能____(填“大”或“小”),主要原因是__________________ ________________________________________________________________________。 ②MgO晶體比NaCl晶體晶格能大,主要原因是_____________________________________ ________________________________________________________________________。 ③NaBr、NaCl和MgO晶體中,熔點(diǎn)最高的是________。 (2)Cu2O的熔點(diǎn)比Cu2S的_________(填“高”或“低”),請(qǐng)解釋原因:________________________________________________________________________。 (3)NaF的熔點(diǎn)______(填“>”“<”或“=”)BF的熔點(diǎn),其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)①小 NaBr比NaCl離子的核間距大 ②氧化鎂晶體中的陰、陽(yáng)離子的電荷數(shù)絕對(duì)值大,并且離子的核間距小 ③MgO (2)高 O2-半徑小于S2-的半徑, Cu2O的離子鍵強(qiáng)于Cu2S的離子鍵,所以Cu2O的熔點(diǎn)比Cu2S的高 (3)> 兩者均為離子化合物,且電荷數(shù)均為1,但后者離子半徑大,離子鍵較弱,因此熔點(diǎn)較低 方法規(guī)律 離子晶體結(jié)構(gòu)類型相同時(shí),離子所帶電荷數(shù)越多,離子半徑越小,晶格能越大,晶體越穩(wěn)定,熔、沸點(diǎn)越高,硬度越大。 離子晶體 1.僅由下列各組元素所構(gòu)成的化合物,不可能形成離子晶體的是( ) A.H、O、S B.Na、H、O C.K、Cl、O D.H、N、Cl 答案 A 解析 強(qiáng)堿、活潑金屬氧化物、絕大多數(shù)鹽等是離子晶體。B項(xiàng)如NaOH、C項(xiàng)如KClO、D項(xiàng)如NH4Cl。 2.下列關(guān)于NaCl晶體結(jié)構(gòu)的說(shuō)法中正確的是( ) A.NaCl晶體中,陰、陽(yáng)離子的配位數(shù)相等 B.NaCl晶體中,每個(gè)Na+周圍吸引1個(gè)Cl- C.NaCl晶胞中的質(zhì)點(diǎn)代表一個(gè)NaCl D.NaCl晶體中存在單個(gè)的NaCl分子 答案 A 解析 氯化鈉晶體中,每個(gè)Na+周圍結(jié)合6個(gè)Cl-,而每個(gè)Cl-周圍結(jié)合6個(gè)Na+;NaCl只表示Na+和Cl-個(gè)數(shù)比為1∶1。 3.一種金屬晶體與一種離子晶體相比較,正確的是( ) A.金屬晶體一定比離子晶體微粒堆積得更密集 B.金屬晶體一定比離子晶體硬度大 C.金屬晶體一定比離子晶體熔點(diǎn)高 D.金屬晶體固態(tài)時(shí)一定能導(dǎo)電,但離子晶體不能 答案 D 解析 一般來(lái)說(shuō),金屬晶體和離子晶體的微粒堆積方式均為密堆積,但具體到某一種金屬晶體或離子晶體,就很難說(shuō)誰(shuí)的微粒堆積更密集了。離子晶體的熔點(diǎn)和硬度普遍較高;金屬晶體的熔點(diǎn)和硬度有的很高,也有的很低。金屬晶體都有導(dǎo)電性,離子晶體熔融態(tài)時(shí)都能導(dǎo)電,固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電。 4.下列關(guān)于晶格能的敘述中正確的是( ) A.晶格能是氣態(tài)原子形成1 mol離子晶體所釋放的能量 B.晶格能僅與形成晶體的離子半徑有關(guān) C.晶格能是指相鄰的離子間的靜電作用 D.晶格能越大的離子晶體,其熔點(diǎn)越高、硬度越大 答案 D 解析 晶格能是將1 mol離子晶體中的陰、陽(yáng)離子完全氣化而遠(yuǎn)離所吸收的能量,晶格能與離子所帶電荷的乘積成正比,與陰、陽(yáng)離子核間距離成反比。晶格能越大,晶體的熔、沸點(diǎn)越高,硬度也越大,所以D項(xiàng)正確。 5.科學(xué)家通過(guò)X射線證明, MgO、CaO、NiO、FeO的晶體結(jié)構(gòu)與NaCl的晶體結(jié)構(gòu)相似。 (1)某同學(xué)畫出的MgO晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示,請(qǐng)改正圖中的錯(cuò)誤____________。 (2)MgO是優(yōu)良的耐高溫材料,MgO的熔點(diǎn)比CaO的高,其原因是_______________________。 (3)Ni2+和Fe2+的離子半徑分別為69 pm和78 pm,則熔點(diǎn)NiO________(填“<”或“>”)FeO,NiO晶胞中Ni和O的配位數(shù)分別為_(kāi)_______、________。 答案 (1)空心球應(yīng)為O2-,實(shí)心球應(yīng)為Mg2+;8號(hào)空心球應(yīng)改為實(shí)心球 (2)Mg2+半徑比Ca2+小,MgO的晶格能大 (3)> 6 6 解析 (1)Mg2+和O2-的半徑是O2->Mg2+,故空心球應(yīng)為O2-,實(shí)心球應(yīng)為Mg2+;圖中應(yīng)該黑白球交替出現(xiàn),故8號(hào)球應(yīng)為實(shí)心球。(2)MgO與CaO的離子電荷數(shù)相同,Mg2+半徑比Ca2+小,MgO晶格能大,熔點(diǎn)高。(3)NiO晶胞與NaCl晶胞相同,所以Ni和O的配位數(shù)都是6,離子半徑Ni2+- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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