2018-2019版高中化學 第3章 物質的聚集狀態(tài)與物質性質 第2節(jié) 金屬晶體與離子晶體 第2課時學案 魯科版選修3.doc
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第2課時 離子晶體 [學習目標定位] 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的聯(lián)系。2.認識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。 一、離子晶體及其結構模型 1．概念及結構特點 (1)概念：陰、陽離子通過離子鍵結合而形成的晶體。 (2)結構特點： ①構成微粒：陰離子和陽離子，離子晶體中不存在單個分子。 ②微粒間的作用力：離子鍵。 2．典型離子晶體的結構模型 (1)觀察分析表中AB型離子晶體的結構模型，填寫下表： 晶體結構 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、陽離子個數(shù)比 1∶1 1∶1 1∶1 化學式 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)離子鍵無方向性和飽和性，在離子晶體中陰、陽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，其晶體結構不同。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 下列說法中正確的是( ) A．固態(tài)能導電的晶體一定是金屬晶體 B．固態(tài)不能導電，水溶液能導電的晶體一定是離子晶體 C．熔融狀態(tài)能導電的晶體一定是離子晶體 D．固態(tài)不導電而熔融態(tài)能導電的晶體一定是離子晶體 答案 D 解析 固態(tài)時能導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)不能導電，水溶液能導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)也能導電，C不正確；離子晶體是陰、陽離子組成的，固態(tài)時陰、陽離子不能自由移動，不導電，熔融狀態(tài)時電離出自由移動的離子而導電。 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)物質類別判斷。活潑金屬氧化物，強堿和絕大多數(shù)鹽類是離子晶體。 (3)依據(jù)導電性判斷。離子晶體溶于水和熔融狀態(tài)下均導電。 (4)依據(jù)熔、沸點和溶解性判斷。離子晶體熔、沸點較高，多數(shù)能溶于水，難溶于有機溶劑。 例2 一種離子晶體的晶胞如圖所示。其中陽離子A以表示，陰離子B以表示。關于該離子晶體的說法正確的是( ) A．陽離子的配位數(shù)為8，化學式為AB B．陰離子的配位數(shù)為4，化學式為A2B C．每個晶胞中含4個A D．每個A周圍有4個與它等距且最近的A 答案 C 解析 用均攤法可知，晶胞中含有陽離子數(shù)為8＋6＝4；陰離子顯然是8個，故化學式為AB2，A、B項錯誤；每個A周圍與它等距且最近的A有12個(類似于干冰晶體)，D項錯誤。 二、晶格能 1．晶格能是指將1_mol離子晶體中的陰、陽離子完全氣化而遠離所吸收的能量。 (1)吸收的能量越多，晶格能越大，表示離子鍵越強，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，回答下列問題(已知MgO、NaBr與NaCl晶體結構相似)： 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/℃ 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、陽離子間的距離成反比。 (2)晶格能與晶體的熔點、硬度有怎樣的關系？ 答案 結構相似的離子晶體，晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，晶體的熔、沸點越高，硬度越大。 (3)根據(jù)離子晶體的形成，推測離子晶體具有怎樣的特性？ 答案 離子晶體是由陰、陽離子通過較強的離子鍵而形成的，所以離子晶體具有較高的熔、沸點，難揮發(fā)，硬度較大，離子晶體不導電，熔化或溶于水后能導電。大多數(shù)離子晶體能溶于水，難溶于有機溶劑。 影響離子鍵強度的因素 (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，離子晶體的熔點越高、硬度越大。 (2)離子半徑的影響：半徑越大，導致離子核間距越大，晶格能越小，離子鍵越易斷裂，離子晶體的熔點越低、硬度越小。 例3 根據(jù)表格數(shù)據(jù)回答下列有關問題： (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，熔點最高的是________。 (2)Cu2O的熔點比Cu2S的_________(填“高”或“低”)，請解釋原因：________________________________________________________________________。 (3)NaF的熔點______(填“>”“<”或“＝”)BF的熔點，其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)①小 NaBr比NaCl離子的核間距大?、谘趸V晶體中的陰、陽離子的電荷數(shù)絕對值大，并且離子的核間距小 ③MgO (2)高 O2－半徑小于S2－的半徑， Cu2O的離子鍵強于Cu2S的離子鍵，所以Cu2O的熔點比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，因此熔點較低 方法規(guī)律 離子晶體結構類型相同時，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、沸點越高，硬度越大。 離子晶體 1．僅由下列各組元素所構成的化合物，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 強堿、活潑金屬氧化物、絕大多數(shù)鹽等是離子晶體。B項如NaOH、C項如KClO、D項如NH4Cl。 2．下列關于NaCl晶體結構的說法中正確的是( ) A．NaCl晶體中，陰、陽離子的配位數(shù)相等 B．NaCl晶體中，每個Na＋周圍吸引1個Cl－ C．NaCl晶胞中的質點代表一個NaCl D．NaCl晶體中存在單個的NaCl分子 答案 A 解析 氯化鈉晶體中，每個Na＋周圍結合6個Cl－，而每個Cl－周圍結合6個Na＋；NaCl只表示Na＋和Cl－個數(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高 D．金屬晶體固態(tài)時一定能導電，但離子晶體不能 答案 D 解析 一般來說，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，就很難說誰的微粒堆積更密集了。離子晶體的熔點和硬度普遍較高；金屬晶體的熔點和硬度有的很高，也有的很低。金屬晶體都有導電性，離子晶體熔融態(tài)時都能導電，固態(tài)時不導電。 4．下列關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 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、陽離子完全氣化而遠離所吸收的能量，晶格能與離子所帶電荷的乘積成正比，與陰、陽離子核間距離成反比。晶格能越大，晶體的熔、沸點越高，硬度也越大，所以D項正確。 5．科學家通過X射線證明， MgO、CaO、NiO、FeO的晶體結構與NaCl的晶體結構相似。 (1)某同學畫出的MgO晶胞結構示意圖如下圖所示，請改正圖中的錯誤____________。 (2)MgO是優(yōu)良的耐高溫材料，MgO的熔點比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NiO________(填“<”或“>”)FeO，NiO晶胞中Ni和O的配位數(shù)分別為________、________。 答案 (1)空心球應為O2－，實心球應為Mg2＋；8號空心球應改為實心球 (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＋，故空心球應為O2－，實心球應為Mg2＋；圖中應該黑白球交替出現(xiàn)，故8號球應為實心球。(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＋
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