2016-2017学年苏教版选修3 离子键离子晶体 学案

第二单元 离子键 离子晶体

学习要求 1．加深对离子键的认识、理解离子键的特点。 2．认识几种典型的离子晶体。 3．能大致判断离子键的强弱，知道晶格能的概念，了解影响晶格能大小的因素。 4．了解晶格能对离子晶体物理性质的影响。 5．能运用电子式表达离子化合物的形成过程。 学习要点 1．了解离子键、理解离子键的特点。 2．能判断离子键的强弱，知道晶格能的概念，了解影响晶格能大小的因素。 3．了解晶格能对离子晶体物理性质的影响。 4．运用电子式表达离子化合物的形成过程。 一、离子键

1．离子键：在离子化合物中，阴、阳离子之间的__________叫离子键，离子键的静电作用包括________和__________。

2．形成过程

3．离子键的特征

4．含有离子键的化合物都是__________。有的离子化合物既含有________又含有________。如MgCl2、NaOH、NH4Cl的电子式：________________、________________、________________________。

预习交流1

离子化合物中含有离子键，也含有阴阳离子，离子晶体为什么不能导电？你知道离子化合物在什么条件下才能导电吗？

二、离子晶体

1．离子晶体的定义

(1)阴、阳离子间通过________结合，在空间呈现有规律的排布所形成的晶体叫离子晶体。

(2)构成离子晶体的粒子是__________，离子晶体中粒子间作用是________。 2．离子晶体的物理性质

(1)离子晶体具有较高的________，难挥发。

(2)离子晶体________，离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，离子晶体表现了较强的硬度。

(3)离子晶体不导电，____________后能导电。

(4)大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如汽油、煤油)中。 3．晶格能

(1)晶格能的概念：晶格能(符号U)是指拆开______离子晶体使之形成

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__________________所______的能量。

(2)晶格能的意义：晶格能用来衡量离子晶体中____________________。即晶格能越大，表明离子晶体中离子键________，晶体也________。

(3)晶格能的应用：根据晶格能的大小可以解释和预测离子化合物的某些性质。一般而言，晶格能越大，离子键______，离子晶体的熔点______、硬度______。

(4)晶格能的影响因素：晶格能的大小取决于离子晶体中__________________和______________。离子电荷数越____，阴、阳离子的核间距越____，则晶格能越大。

4．典型离子晶体

离子晶体有多种晶体结构类型，其中____型和______型是两种最常见的离子晶体结构类型。 氯化钠 氯化铯 晶体结构模型 6 8 配位数 ＋－＋－每个晶胞的组成 ____Na和____Cl ____Cs和____Cl 相应离子化合物 KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO、CaS等 CsBr、CsI、NH4Cl等 5．影响离子配位数的因素 离子晶体中离子配位数的多少主要取决于__________________。 预习交流2

氯化钠、氟化钙晶体我们通常写为NaCl、CaF2，是不是说明晶体中存在组成为NaCl、CaF2的分子？请分析说明。

在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！ 我的学困点 我的学疑点 答案： 预习导引

一、1．静电作用 静电引力 静电斥力 2．能量

3．球形对称 静电作用相同 4．离子化合物 离子键 共价键

··

[∶Cl∶]Mg[∶Cl∶] Na[∶O∶H]

··

··

··

－

2＋

··

－＋

··

－

[][∶Cl∶]

··

＋

··

－

预习交流1：答案：离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无

自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了

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离子间的相互作用力，成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电。

二、1．(1)离子键 (2)阴阳离子 离子键 2．(1)熔沸点 (2)硬而脆

(3)熔化或溶于水

3．(1)1 mol 气态阴离子和气态阳离子 吸收 (2)阴阳离子间静电作用大小 越牢固 越稳定 (3)越强 越高 越大

(4)阴阳离子所带电荷数 阴阳离子的核间距 多 小 4．NaCl CsCl 4个 4个 1个 1个 5．阴阳离子的相对大小

预习交流2：答案：由于食盐是个无限的巨型“分子”，在其晶体中并不存在单个氯化钠(NaCl)分子，而只有钠离子和氯离子。“NaCl”只是氯化钠晶体的化学式，而不是它的分

＋－＋

子式。它表示在氯化钠晶体中，Na和Cl的个数之比是1∶1，因为Na的配位数是6，Cl－

的配位数也是6。

＋－＋－

在萤石晶体中，Ca2的配位数是8，F的配位数是4。每个Ca2周围有8个F，而每－＋＋－

个F则被4个Ca2包围，在整个晶体中，Ca2和F个数之比为1∶2。所以，氟化钙晶体的化学式为CaF2。

从以上的分析中可以了解到氯化钠、氟化钙晶体写为NaCl、CaF2，并不是说在晶体中存在组成为NaCl、CaF2的单独分子，而只是代表晶体中元素原子组成的比例关系。因此，NaCl、CaF2是氯化钠和氟化钙晶体的化学式，而不是分子式。

1．离子键的实质

下列关于离子键特征的叙述中，正确的是( )。

A．一种离子对带异性电荷离子的吸引作用与其所处的方向无关，故离子键无方向性 B．因为离子键无方向性，故阴、阳离子的排列是没有规律的，随意的

＋－

C．因为氯化钠的化学式是NaCl，故每个Na周围吸引一个Cl

D．因为离子键无饱和性，故一种离子周围可以吸引任意多个带异性电荷的离子

用电子式表示离子化合物时有何规律和特点？

(1)离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。

(2)离子晶体微粒之间的作用力是离子键。由于静电作用没有方向性，故离子键没有方向性。只要条件允许，阳离子周围可以尽可能多地吸引阴离子，同样，阴离子周围可以尽可能多地吸引阳离子，故离子键也没有饱和性。

(3)离子晶体中不存在单个分子，晶体的化学式只表示晶体中阴阳离子的个数比，而不是表示分子的组成。

2．离子晶体的晶格能对离子晶体物理性质的影响

同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：

NaCl KCl CsCl 物质(A) 1 074 1 049 918 熔点/K Na Mg Al 物质(B) 317 923 933 熔点/K 晶体熔、沸点的高低，决定于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组是________晶体，

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晶体微粒之间通过__________相连，微粒之间的作用力由大到小的顺序是______________。B组晶体属____________晶体，价电子数由少到多的顺序是__________，离子半径由大到小的顺序是____________。金属键强度由小到大的顺序为____________。

离子晶体熔点的高低取决于晶体中阳离子与阴离子之间的静电作用力，静电作用力大则熔点高，静电作用力小则熔点低。试根据你学过的物理知识，判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序可能是( )。

A．KCl＞NaCl＞BaO＞CaO B．NaCl＞KCl＞CaO＞BaO C．CaO＞BaO＞NaCl＞KCl D．CaO＞BaO＞KCl＞NaCl (1)晶格能与离子所带的电荷数成正比，与阴阳离子间的距离成反比，晶

格能的数据可以用来说明许多典型离子晶体的性质变化规律。

(2)离子晶体熔、沸点的比较：比较离子晶体晶格能的大小。一般地说，阳离子半径越小，离子所带电荷越多，则阴阳离子间的作用越强，晶格能越大，晶体的熔、沸点越高。

3．常见离子晶体类型的探究

已知NaCl型晶体结构模型(图1)：配位数为6。

＋－－

①在NaCl晶体中，每个Na周围同时吸引着6个Cl，每个Cl周围也同时吸引着6＋

个Na。

＋＋＋－

②每个Na周围与它最近且等距的Na有12个，每个Na周围与它最近且等距的Cl有6个。

请你根据以上NaCl晶体模型的分析，完成对CsCl型晶体结构模型的分析，并填写以下空白。

CsCl型晶体结构模型(图2)：配位数为____。

＋－－

①在CsCl晶体中，每个Cs周围同时吸引着____个Cl，每个Cl周围也同时吸引着____＋

个Cs。

＋＋＋－

②每个Cs与____个Cs等距离相邻，每个Cs与____个Cl等距离相邻。

NaCl晶体结构模型

图1

CsCl晶体结构模型

图2

如图是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是( )。

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A．(1)和(3) B．(2)和(3) C．(1)和(4) D．只有(4)

求解晶体结构计算题，空间三维立体想象是关键。要运用分割、增补等

手段。此类题的中心思想是把化学问题抽象成数学问题来解决。

1．离子晶体一般不具有的特征是( )。 A．熔点较高，硬度较大

B．易溶于水而难溶于有机溶剂 C．固体时不能导电

D．离子间距离较大，其密度较小

2．下列关于晶格能的叙述中正确的是( )。 A．晶格能仅与形成晶体中的离子所带电荷有关 B．晶格能仅与形成晶体的离子半径有关 C．晶格能是指相邻的离子间的静电作用 D．晶格能越大的离子晶体，其熔点越高

3．已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，X、Y、Z分别处于立方体的顶点、棱边的中点、立方体的体心。则下面关于该化合物的说法正确的是( )。

A．该晶体的化学式为ZXY3

B．该晶体的熔点一定比金属晶体熔点高 C．每个X周围距离最近的Y有8个 D．每个Z周围距离最近的X有8个

4．下图为离子晶体空间构型示意图，(为阳离子，为阴离子)，以M代表阳离子，以N代表阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：

A________________________________________________________________________； B________________________________________________________________________； C________________________________________________________________________；

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D________________________________________________________________________。

提示：用最精炼的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分写下来并进行识记。 知识精华 技能要领 答案：

活动与探究1：A 解析：离子键的特征是没有饱和性和方向性。因为离子键无方向性，故带异性电荷的离子间的相互作用与其所处的相对位置无关，但是为了使物质的能量最低，体系最稳定，阴、阳离子的排列也是有规律的，不是随意的；离子键无饱和性，体现在一种离子周围可以尽可能多地吸引带异性电荷的离子，但也不是任意的，因为这个数目还要受两

＋－

种离子的半径比(即空间条件是否允许)和个数比的影响，如NaCl中，Na半径比Cl半径小，阴、阳离子比是1∶1。每个离子周围吸引异性离子的多少就取决于离子周围空间的大小，

＋－－＋－＋

每个Na周围能吸引6个Cl，每个Cl周围也只能吸引6个Na，故Cl和Na的个数比为1∶1，“NaCl”仅仅表示阴、阳离子个数比的一个比例式，而不是表示物质确定组成的“分子式”。

思考与交流：答案：离子化合物和离子电子式的书写特点为：①阴离子和阳离子都需标明相应电荷，且电荷数要标正确，不能将电荷标成化合价；②阴离子的电子需用方括号括在元素符号的周围，负电荷标在方括号的右上角，简单阳离子不标方括号；③离子化合物中有多个离子应分开写，不能在离子符号右下角标上离子数目。

活动与探究2：答案：离子 离子键 NaCl>KCl>CsCl

＋＋＋

金属 NaAl3 Na迁移与应用：C 解析：离子晶体中，离子键越强，晶体熔、沸点越高。而离子所带电

＋－＋＋－＋

荷越多，半径越小，离子键越强。Ca2、O2、Ba2都带2个电荷；Na、Cl、K只带1个

＋＋＋＋

电荷，r(Ca2)＜r(Ba2)，r(Na)＜r(K)，故熔点：CaO＞BaO＞NaCl＞KCl。

活动与探究3：答案：8 ①8 8 ②6 8

迁移与应用：C 解析：根据NaCl和CsCl晶体结构特点分析图示。(1)中由黑球可知，其配位数为6，(4)图应为简单立方结构。故(1)(4)应为NaCl，(2)中由黑球知配位数为8，(3)图为体心立方结构，故(2)(3)应为CsCl。所以C项正确。

当堂检测

1．D 解析：离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括A、B、C。

2．D 解析：晶格能与离子所带电荷数成正比，与阴、阳离子半径的大小成反比。晶格能越大晶体的熔沸点越高，硬度也越大，所以A、B错，D项正确。晶格能是指拆开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，既有量的限定：1 mol，又有粒子的限定：阴、阳离子，所以C项叙述是错误的。

1

3．AD 解析：A项利用均摊法可计算出该晶胞中X的个数为8×＝1，Y的个数为

8

1

12×＝3，Z的个数为1，Z原子位于体心，完全属于该晶胞，A正确。B项，该晶体是离

4

子晶体，熔沸点较高，但有些金属晶体的熔沸点也很高，如钨的熔点在3 000 ℃以上，因此离子晶体与金属晶体的熔点不能直接比较，B错误。利用晶体的对称性，可以判断出每个X周围距离最近的Y有6个，C错误。Z原子位于体心，X位于立方体的顶点，体心距8个顶

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点的距离相等，因此每个Z周围距离最近的X有8个，D正确。

4．答案：MN MN2 MN2 MN

解析：本题考查离子晶体中微粒数的计算方法。运用立方晶胞结构的特征判断。在A中M、1

N都在立方体的顶点且个数相等，故化学式为MN；在B中，含M：×8＋1＝2个，含N：

81111

×4＋2(体心)＝4个；在C中，含M：×4＝个，含N 1个；在D中，含M：×8＝1，2828含N 1个(体心)。

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