离子晶体教学设计资料

[教学设计]第四节 离子晶体 【知识与技能】

1．掌握离子晶体的概念，能识别氯化钠、氯化铯、氟化钙的晶胞结构。

2．学会离子晶体的性质与晶胞结构的关系。

3．通过探究知道离子晶体的配位数与离子半径比的关系。

4、了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。

【教学重点】离子晶体的物理性质的特点；离子晶体的配位数及其影响因素；晶格能的定义和应有用。

【教学难点】离子晶体配位数的影响因素；晶格能的定义和应有用。

【教案设计】

【回忆复习】分子晶体、原子晶体分别有哪些物理特性？

【投影】晶体比较

晶体类型 构成粒子 粒子间相互作用 硬度 熔沸点 导电性 溶解性 典型实例 分子晶体 原子晶体 金属晶体

【问题引入】

1．钠原子与氯原子是如何结合成氯化钠的？你能用电子式表示氯化钠的形成过程吗？

2．常见的离子化合物包括哪些？常温下以什么形态存在？晶体是如何形成的？构成微粒是什么？这些微粒是怎样堆集的？

【展图观察】NaCl、CsCl晶体模型。

【板书】一、离子晶体

1、 定义：离子间通过离子键结合而成的晶体

（1）结构微粒：阴、阳离子

（2）相互作用：离子键

【讲解】通常情况下，阴、阳离子可以看成是球形对称的，其电荷分布也是球形对称的，只要空间条件允许，一个离子可以同时吸引多个带相反电荷的离子。因此离子键没有方向性和饱和性。

【板书】 离子键无方向性和无饱和性

【展示图片】（3）种类繁多：含离子键的化合物晶体：强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐

（4）理论上，结构粒子可向空间无限扩展

【思考】NaCl、CsCl晶体中有无单个个分子，“NaCl”、“CsCl”是否代表分子组成呢？

【讲述】在NaCl晶体或CsCl晶体中，都不存在单个的NaCl分子或单个的CsCl分子，但是，在这两种晶体里阴、阳离子的个数比都是1∶1。所以，NaCl和CsCl是表示离子晶体中离子个数比的化学式，而不是表示分子组成的分子式。

【思考】在 NaCl晶体中，每个Na+周围有几个Cl-？每个Cl-周围有几个Na+？在CsCl晶体中，每个Cs+周围有几个Cl-？每个Cl-周围有几个Cs+？

【板书】二、离子晶体中离子键的配位数

（1） 定义：是指一个离子周围邻近的异电性离子的数目

【探究】NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子的配位数

离子晶体 NaCl CsCl 阴离子的配位数 阳离子的配位数

【思考】为什么同是AB型离子晶体， CsCl与NaCl的晶体结构和配位数不一样？请从两者的组成中试寻找形成差异的原因。

【板书】（2）影响阴、阳离子的配位数的因素|：

①正、负离子半径比的大小

【投影】

离子 离子半径/pm Na+ 95 Cs+ 169 Cl- 181

【学生活动】 NaCl、CsCl中正、负离子的半径比和配位数

NaCl r+/r- = C.N.=6 CsCl r+/r- = C.N.=8

【自主探究】CaF2晶体中阴、阳离子的配位数

前面两例中每种晶体的阴、阳离子所带的电荷数相同，阴、阳离子个数相同，配位数不相同。如果离子晶体中阴、阳离子的电荷数不相同，阴、阳离子个数不相同，各离子的配位数是否也不相同？下面请看CaF2晶体结构回答问题：

请根据图中晶胞结构计算：每个Ca2 +周围最邻近的F-有____个，表明Ca2 +的配位数为____。每个F-周围最邻近的Ca2 +有____个，表明F-的配位数是_____。由此可见，在CaF2晶体中，Ca 2 +和F-个数比为______,刚好与Ca2 +和F-的电荷数之比______。整个晶体的结构与前面两例的结构完全不相同。因此可以得出晶体中阴、阳离子电荷比也是决定离子晶体结构的重要因素，称为电荷因素。

（2）电荷因素：晶体中阴、阳离子电荷比

此外，决定离子晶体结构的因素还有离子键的纯粹程度，称为键性因素。对此高中不作详细学习。

（3）键性因素：离子键的纯粹程度

【思考】:

1、根据氯化钠的结构模型确定晶胞，并分析其构成。每个晶胞中有 Na+，有 个Cl-

2、在每个Na+周围与它最近的且距离相等的Na+有 个

3、在每个Na+周围与它最近的且距离相等的Cl-所围成的空间结构为 体

【板书】立方晶系的晶胞中, 原子个数比的计算:

(1)处于体心的原子: 完全属于该晶胞

(2)处于面心的原子,属于两个晶胞共有,每个晶胞平均占有它的1/2

(3)处于棱上的原子,属于四个晶胞共有,每个晶胞平均占有它的1/4

(4)处于顶点的原子,属于八个晶胞共有,每个晶胞平均占有它的1/8

晶胞中微粒个数= 晶胞中可视的微粒个数×晶胞占有值

【练习】CsCl的结构晶胞：

1、根据氯化铯的结构模型确定晶胞，并分析其构成。每个晶胞中有 Cs，有 个Cl

-

+

2、在每个Cs+周围与它最近的且距离相等的Cs有 个

+

[小结]

类型 构成晶体的粒子 结构 相互作用 离子晶体

[反馈练习]

1．某离子晶体的晶胞结构如下图所示：

则该离子晶体的化学式为 （ ）。

A．abc B、abc3

C．ab2c3 D．ab3c

2．高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价可看作部分为0价，部分为-2价。下图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。则下列说法正确的

A．晶体中与每个K+距离最近的K+有12个

B．晶体中每个K+周围有8个O2-，每个O2-周围有8个K+

C．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有14个K+和13 个O2-

D．晶体中，0价氧原子与-2价氧原子的数目比可看作为3:1

5．某离子晶体部分结构如图

(1)晶体中每个Y同时吸引着最近的________个X，

每个X同时吸引着最近的________个Y，该晶体的化学式为________

(2)晶体中每个X周围与它最近且距离相等的X共有________个.

(3)晶体中距离最近的2个X与一个Y形成的夹角∠XYX的角度________

(4)设该晶体的摩尔质量为M g mol-1，晶体密度为体中两个距离最近的X中心间距离为_____cm

，阿佛加德罗常数为NA，则晶

5．答案： (1)从图中可知，Y位于立方体中心，X位于立方体相向的四个项点，故一个Y同时吸引着最近的X有4个，每个X同时吸引着最近的8个Y，由此确定其化学式.：XY2

(2)由于顶点X是8个立方体共有，每个面是两个立方体共享，故晶体中每个X周围与它最

近且距离相等的X应有8×3×=12(个)

(3)可将图中4个X分别与Y连线，

形成的构型类同于CH4分子，∠XYX=

(4)每个小方体中会XY2的物质的量为

【作业】1．当人们谈论1991年初春海湾战争中的先进武器时，都免不了要提到隐身战斗机F-117A，目前研制和应用陷隐形材料是铁氧体等磁性物质，右图是某隐形材料晶胞，其化学式表示为（ ）

A、XY B、X4Y C、XY2 D、X2Y

3.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/cm3 B.g/cm3

C.g/cm3 D. g/cm3

4．已知氯化钠的摩尔质量为58.5 g.mol-1,阿伏加德罗常数取6.02×1023 mol-1,则食盐晶体中两个距离最近的Na+的核间距离最接近下面四个数据中的哪一个.( )

A、3.0×10cm B、3.5×10cm C、4.0×10cm D、5.0×10cm

-8 -8 -8 -8

第二课时

【练习】1．下列说法中正确的是（ ）。

A、离子晶体中一定含有金属离子

B、晶体中若有离子键则晶体一定是离子晶体

C、离子晶体中一定无非极性共价键

D、使ZnS晶体发生化学反应需破坏离子键

2．CsCl晶体中Cs的 C.N.是 ____ Cl的C.N.是_____.CaF2晶体中Ca的 C.N.是 ____F的C.N.是_____.已知KCl的晶体结构与NaCl的相似，则KCl晶体中K的 C.N.是 ____ Cl的C.N.是_____.

+

+-2+-

-

3．右图所示的晶体结构是一种具有优良压电、电光等功能的晶体材料的晶胞。

（1）、晶体内与每个“Ti”紧邻的O原子数为 个

（2）、该晶体的化学式为（ ）

A、BaTi8O12 B、BaTi4O9

C、BaTiO3 D、BaTi2O3

[注意]：

①当一个粒子被n个晶胞同时拥有，则一个晶胞只占据该粒子的 。

②对于长方体型的晶胞而言：

一个晶胞所拥有的粒子总数= 。

对于右图所示晶胞：

其中含A粒子 个，含B粒子 个，含C粒子 个，含D粒子 个。所以该晶胞所表示的晶体的化学式为 。

【思考】你所熟悉的离子晶体具有哪些物理共性？离子晶体能否导电？如何解释？

【板书】离子晶体的物理特性：

（1）、硬度较高，密度较大， 难压缩，难挥发，熔沸点较高

（2）、晶体不导电，在熔融状态或水溶液中导电,不存在单个分子

（3）离子晶体的水溶性

常见的盐类中易溶于水的有 ,难溶于水的有 。一般而言，大多数离子晶体是可以溶于水的。

【观察分析】钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点有何变化变化规律？说明什么？

物质 NaF NaCl NaBr NaI NaCl KCl RbCl CsCl 熔点 995 801 755 651 801 776 715 646

【板书】组成相似的离子晶体，离子半径越小，离子电荷越多，离子键越强，晶体熔点沸点

越高。如：KF>KCl>KBr Al2O3>MgO

【讲述】离子晶体的熔点和离子晶体的稳定性与离子键的强弱有关。离子键的强弱可用离子

晶体的晶格能来表示。

【板书】二、 离子键的强度——晶格能

【板书】（1）.晶格能（符号为U）:

拆开1 mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量

例如：拆开 1 mol NaCl 晶体使之形成气态钠离子和氯离子时, 吸收的能量. 用U 表示:

NaCl（s） Na（g） + Cl（g） U= 786

KJ.mol

-1

+-

晶格能U越大,表明离子晶体中的离子键越牢固。一般而言，晶格能越大，离子晶体的离子键越强. 破坏离子键时吸收的能量就越多,离子晶体的熔沸点越高，硬度越大。

【思考】由下列离子化合物熔点变化规律 ,分析晶格能与离子半径、离子电荷有什么关系?

AB型离子晶体 NaF NaCl NaBr NaI MgO CaO SrO BaO 离子电荷 1 1 1 1 2 2 2 2 晶格能（kJ/mol) 923 786 747 704 3 791 3 401 3 223 3 054 熔点 993 801 747 661 2 852 2 614 2 430 1 918 摩氏硬度 3.2 2.5 <2.5 <2.5 6.5 4.5 3.5 3.3

【板书】（2）. 影响晶格能的因素——离子的电荷数和离子半径

【小结板书】对晶体构型相同的离子化合物离子电荷数越大，离子半径越小，晶格能越大，离子键越强，晶体越稳定，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。

类型 构成晶体的粒子 结构 相互作用 离子晶体 硬度 熔、沸点 性质 导电性 溶解性 实例

【投影】四种类型晶体的比较：

晶体类型 构成粒子 粒子间相互作用 硬度 熔沸点 导电性 溶解性 典型实例 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体

1、下列大小关系正确的是（ ）。

A、晶格能：NaClCaO

C、熔点：NaI>NaBr D、熔沸点：CO2>NaCl

2、已知：三种氟化物的晶格能如下表：

Na+ Mg2+ Al3+ 晶格能（kJ/mol） 923 2 957 5 492 三种氟化物的晶格能的递变原因是 。

3、已知：硅酸盐和石英的晶格能如下表：

硅酸盐矿物和石英 橄榄石 辉石 角闪石 云母 长石 石英 晶格能（kJ/mol） 4 400 4 100 3 800 3 800 2 400 2 600

回答下列问题：

（1）橄榄石和云母晶出的顺序是 。

（2）石英总是在各种硅酸盐析出后才晶出的原因是 。

（3）推测云母和橄榄石的熔点顺序为 ，硬度大小为 。

4、下表列出了钠的卤化物和硅的卤化物的熔点：

NaX 熔点 SiX4 熔点 NaF 995 SiF4 —90.2 NaCl 801 SiCl4 —70.4 NaBr 775 SiBr4 5.2 NaI 651 SiI4 120.5 回答下列问题：

（1）钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高很多，其原因是

。

（2）NaF 的熔点比NaBr的熔点高的原因是 。

SiF4 的熔点比SiBr4的熔点低的原因是 。

（3）NaF和NaBr的晶格能的高低顺序为 ，硬度大小为 。

4．2001年曾报道，硼镁化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。该化合晶体结构中的晶胞如右图所示。镁原子间形成正六棱柱，六个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为

A Mg14B6 B Mg2B C MgB2 D Mg3B2

[课内练习]

1、下列含有极性键的离子晶体是（ ）。

① 醋酸钠 ②氢氧化钾 ③金刚石 ④乙醇 ⑤氯化钙

A、①②⑤ B、①② C、①④⑤ D、①⑤

2、图一为氯化钠晶胞的结构示意图。它向三维空间延伸得到完美晶体。试回答：

（1）、一个氯化钠晶胞中有 个Na+,有 个Cl-。

（2）、某温度下，测得晶胞的边长为a cm, 求氯化钠晶体的密度。

（3）、若已知NaCl的密度为d g/cm3,则NaCl晶体中Na+与Na+的最短距离是多少？

2．曾有“打破砂锅问到底”的说话，这说明陶瓷砂锅是很容易碎的，但是在普通陶瓷中添加氧化铝等物质，在加压条件下烧至2100℃左右，就可得到高致密氧化铝陶瓷。氧化铝陶瓷在常温性能和高温性能方面，都是现有陶瓷材料中的上品，用贱如砂土和煤炭一类的材料，经过晶体学家的一番化学加工，就可以做成性能优良的高科技产品，身价骤增千百倍，真有“点石成金”之妙。

例. 某氧化铝陶瓷晶体中含有A,B,C三种原子, 其排列方式如图所示, 则晶体中A,B,C三种原子的个数比为: ____.

答案:1:1:1

反馈练习：

1、下列化学式表示的物质中，属于离子晶体并且含有非极性共价键的是（ ）。

A、CaCl2 B、Na2O2 C、N2 D、NH4Cl

2. 下列有关晶体的叙述中，不正确的（ ）

（A）在离子晶体中可能存在共价键

（B）氯化钠晶体中，每个Na+周围距离相等的Na+共有6个

（C）氯化铯晶体中，每个Cs+周围紧邻8个Cl-

（D）含有金属元素的离子不一定是阳离子，

3．

熔点/℃ 沸点/℃ MgO 2852 3600 Al2O3 2072 2980 MgCl2 714 1412 AlCl3 190(2.5×105 Pa) 182.7 请参考上述数据填空和回答问题：

（1）工业上常用电解熔融Mg Cl2的方法生产金属镁，电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。为什么不用电解MgO的方法生产镁；

6、A、B为两种短周期元素，A的原子序数大于B，且B原子的最外层电子数为A原子最外层电子数的3倍，A、B形成的化合物是中学化学常见的化合物，该化合物熔融时能导电，试回答下列问题：

（1）A、B的元素符号分别是————（Mg ,O）

（2）A、B所形成的晶体结构与NaCl结构相似，则每个阳离子周围吸引了——（6）-—个

阴离子，晶体中阴、阳离子数之比为————（1:1）————。

（3）A、B所形成的化合物的晶体的熔点比NaF的熔点——————（高）————，其

判断的理由是———（离子半径相差不大，但电荷数大，形成的离子键强，熔点高。）

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