《離子晶體》教學(xué)設(shè)計

1、第四節(jié) 離子晶體學(xué)習(xí)目標(biāo)能說明離子鍵的形成，能根據(jù)離子化合物的結(jié)構(gòu)特征解釋其物理性質(zhì)。 知道離子化合物的熱穩(wěn)定性與陰、陽離子的半徑和電荷有關(guān)。了解晶格能的應(yīng)用，知道晶格能的大小可以衡量離子晶體中離子鍵的強弱 能說出分子晶體與原子晶體、離子晶體、金屬晶體的結(jié)構(gòu)基元以及物理性質(zhì)方 面的主要區(qū)別知識梳理1 構(gòu)成離子晶體的粒子是 ，粒子之間的相互作用是 ，這些粒子在晶體中 （能或不能 ）自由移動，所以離子晶體（能或不能 ）導(dǎo)電2. 離子晶體中的配位數(shù)是指 .3. 是決定離子晶體結(jié)構(gòu)的重要因素. 此外 , 離子晶體的結(jié)構(gòu)還取決于 .4. 離子晶體的晶格能的定義是 . 離子晶體的晶格能是最能反映 的數(shù)據(jù)

2、.5. 晶 格 能 越 大 , 形 成 的 離 子 晶 體 , 而 且 熔 點 , 硬 度. 典型的離子晶體，晶格能的大小與離子所帶的電荷和離子半徑的關(guān)系一般是：離子電荷 高，晶格能 ，離子半徑大，晶格能 。方法導(dǎo)引1.離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體的比較晶體類型原子晶體分子晶體金屬晶體離子晶體晶體質(zhì)點（粒子）原子分子金屬陽離子、 自由電子陰、陽離子粒子間作用（力）共價鍵分子間作用力復(fù)雜的靜電作用離子鍵熔沸點很高很低一般較高， 少部分低較高硬度很硬一般較軟一般較硬， 少部較硬分軟溶解性難溶解相似相溶難溶（ Na 等與水反應(yīng)）易溶于極性溶劑導(dǎo)電情況不導(dǎo)電（除硅）一般不導(dǎo)電良導(dǎo)體固體不導(dǎo)電

3、， 熔 化或溶于水后 導(dǎo)電實例金剛石、水晶、碳化硅等干冰、冰、純硫酸、 H2（S）Na、Mg 、Al 等NaCl、CaCO3NaOH 等2物質(zhì)熔沸點的比較不同類晶體：一般情況下，原子晶體 離子晶體 分子晶體 同種類型晶體：構(gòu)成晶體質(zhì)點間的作用大，則熔沸點高，反之則小。四種晶體熔、沸點對比規(guī)律 離子晶體：結(jié)構(gòu)相似且化學(xué)式中各離子個數(shù)比相同的離子晶體中，離子半徑?。ɑ蜿?、陽離子半徑之和越小的 ），鍵能越強的熔、沸點就越高。如 NaCl、NaBr 、Nal;NaCl 、KCl 、RbCl 等的熔、沸點依次降低。離子所帶電荷大的熔點較高。如： MgO 熔點高于 NaCl 分子晶體： 在組成結(jié)構(gòu)均相似的

4、分子晶體中， 式量大的分子間作用力就大熔點也高。 如：F2、Cl2 、 Br2、 I2 和 HCl 、HBr 、HI 等均隨式量增大。熔、沸點升高。但結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，有氫鍵存在熔、沸點較高。 原子晶體：在原子晶體中，只要成鍵原子半徑小，鍵能大的，熔點就高。如金剛石、金剛砂（碳化硅 ）、晶體硅的熔、沸點逐漸降低。 金屬晶體： 在元素周期表中，主族數(shù)越大， 金屬原子半徑越小，其熔、沸點也就越高。 如A 的 Al， A 的 Mg ， IA 的 Na ，熔、沸點就依次降低。而在同一主族中，金屬原子半徑越小的，其熔沸點越高。 常溫常壓下狀態(tài)熔點：固態(tài)物質(zhì) 液態(tài)物質(zhì)沸點：液態(tài)物質(zhì) 氣態(tài)物質(zhì)3.均攤法確

5、定晶體的化學(xué)式 在學(xué)習(xí)晶體時和在一些考試中，我們會遇到這樣一類試題：題目中給出晶體的部分（稱為晶胞 ）的圖形，要求我們確定晶體的化學(xué)式求解這類題，通常采用均攤法均攤法是先求出給出的圖形 （晶胞 ）中平均擁有的各種粒子 （離子或原子 ）的數(shù)目，再計算各種粒子數(shù)目的比 值，從而確定化學(xué)式均攤法有如下規(guī)則，以 NaCl 的晶胞為例：處于頂點的粒子，同時為8 個晶胞所共有，所以，每個粒子只分?jǐn)偺幱诶馍系牧Ｗ樱瑫r為4 個晶胞所共有，所以，每個粒子只分?jǐn)偺幱诿嫔系牧Ｗ?，同時為2 個晶胞所共有，所以，每個粒子只分?jǐn)?/8 給該晶胞1/4 給該晶胞1/2 給該晶胞處于晶胞內(nèi)部的粒子，則完全屬于該晶胞由此算出

6、在 NaCl 的晶胞中：1含 Na 數(shù)： 12 1 4411含 Cl 數(shù)： 86 482故 NaCl 晶體中， Na 和 Cl 數(shù)目之比為 1 1例題解析例 1. 下列性質(zhì)中，可以證明某化合物內(nèi)一定存在離子鍵的是( )A 、可溶于水B、具有較高的熔點C、水溶液能導(dǎo)電D 、熔融狀態(tài)能導(dǎo)電解析：本題考查對化學(xué)鍵 離子鍵的判斷。只要化合物中存在離子鍵必為離子晶體，而離子晶體區(qū)別其 它晶體的突出特點是：熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電，故 D 正確；至于 A 可溶于水，共價化合物如： HCl 也可以； B 具有較高熔點，也可能為原子晶體，如 SiO2； C 水溶液能導(dǎo)電，可以是共價化合物如硫酸等。答案: D例 2.

7、參考下表中物質(zhì)的熔點，回答下列問題。物質(zhì)NaFNaClNaBrNaINaClKClRbClCsCl熔點()995801755651801776715646物質(zhì)SiF4SiCl4SiBr4SiI4SiCl4GeCl4SbCl4PbCl4熔點()-90.4-70.25.2120-70.2-49.5-36.2-15有關(guān),隨著增大 ,熔點(1) 鈉的鹵化物及堿金屬的氯化物的熔點與鹵離子及堿金屬離子的 依次降低 .（2）硅的鹵化物及硅、鍺、錫、鉛的氯化物熔點與有關(guān) ,隨著增大 , 增強，熔點依次升高.（3）鈉的鹵化物的熔點比相應(yīng)的硅的鹵化物的熔點高得多,這與有關(guān) ,因為一般 比 熔點高.解析：本題主要考

8、查物質(zhì)溶沸點的高低與晶體類型和晶體內(nèi)部微粒之間作用力的關(guān)系以及分析數(shù)據(jù)進行推 理的能力。（ 1）表中第一欄的熔點明顯高于第二欄的熔點，第一欄為IA 元素與 A 元素組成的離子晶體，則第二欄為分子晶體。（2）分析比較離子晶體熔點高低的影響因素： 物質(zhì)熔化實質(zhì)是減弱晶體內(nèi)微粒間的作用力，而離子晶體內(nèi)是陰、陽離子，因此離子晶體的熔化實際上是 減弱陰、陽離子間的作用力 離子鍵，故離子晶體的熔點與離子鍵的強弱有關(guān)。從鈉的鹵化物進行比較：鹵素離子半徑是 r（ F-）r（Cl -）r（Br -）r（I -），說明熔點隨鹵素陰離子半徑的增大而減小。又從堿金屬的 氯化物進行比較：堿金屬陽離子半徑是r（Na+）r

9、（K +）r（Rb+）r（Cs+），說明熔點隨堿金屬陽離子半徑的增大而減小。（3）分析比較分子晶體熔點高低的影響因素： 分子晶體內(nèi)的微粒是分子，因此分子晶體的熔點與分子間的作用力有關(guān)。 從硅的鹵化物進行比較：硅的鹵化物分子具有相似的結(jié)構(gòu)，從SiF4到 SiI 4相對分子量逐步增大，說明熔點隨化學(xué)式的式量的增加而增大。由從硅、鍺、錫、鉛的氯化物進行比較：這些氯化物具有相似的結(jié)構(gòu)，從SiCl4到 PbCl4相對分子質(zhì)量逐步增大，說明熔點隨化學(xué)式的式量的增加而增大。答案：第一問 半徑，半徑 第二問：相對分子質(zhì)量，相對分子質(zhì)量，分子間作用力。第三問：晶體類型，離子晶體，分子晶體。例 3.（1）中學(xué)化學(xué)

10、教材中圖示了 NaCl 晶體結(jié)構(gòu)，它向三維空間延伸得到完美晶體。 NiO （氧化鎳）晶體 的結(jié)構(gòu)與 NaCl 相同，Ni 2+與最臨近 O2-的核間距離為 a10-8cm,計算 NiO 晶體的密度 （已知 NiO 的摩爾質(zhì) 量為 74.7g/mol ）。（ 2）天然和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某氧化鎳晶體中就存在如圖所示的缺陷：一個 Ni2+ 空缺，另有兩個 Ni 2+被兩個 Ni 3+所取代。其結(jié)果晶體仍呈電中性，但化合物中Ni 和 O 的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成 Ni 0.97O,試計算該晶體中 Ni3+ 與 Ni 2+的離子個數(shù)之比。114 1 = 1 (個)

11、，所821以 1mol NiO 晶體中應(yīng)含有此結(jié)構(gòu)的數(shù)目為6.02 1023 =12.04 1023（個），又因一個此結(jié)構(gòu)的體積為 （a210-8cm)3, 所以 1mol NiO 的體積為 12.041023( a10-8 cm)3 , NiO 的摩爾質(zhì)量為 74.7g/ mol, 所以NiO 晶體的密度為62.3(a 10 8)3a3 ( g/cm3)2）解法一（列方程） ：設(shè) 1mol Ni 0.97O中含 Ni3+為x mol, Ni2+為 y mol , 則得x+y=0.97 （Ni 原子個數(shù)守恒 ）3x+2y=2 （ 電荷守恒 ）解得 x=0.06 , y=0.91 故n （Ni

12、3+） ： n（Ni 2+） = 6 ：91解法二（十字交叉） ：由化學(xué)式 Ni 0.97O 求出 Ni 的平均化合價為 2/0.97 ，則有 3+Ni3+30.06 /0.972+Ni2+2 0.91 / 0.97故 n （Ni 3+） ： n（Ni 2+） = 6 ：91。解法三 直接分析法依題意，一個 Ni 2+空缺，另有兩個 Ni 2+被兩個 Ni 3+取代。由 Ni 0.97O 可知，每 100個氧離子，就有 97個鎳 離子，有三個 Ni 2+空缺，也就有 6個Ni2+被Ni3+所取代，所以 Ni3+有 6個， Ni2+為97-6=91個。即 Ni3+與 Ni 2+之比為 6：91。

13、解法四 雞兔同籠發(fā)從 Ni 0.97O可知，假如有 100個氧離子，就有 97 個鎳離子，假設(shè)這 97 個鎳離子都是 +2價，那么正價總和 為 194 價，負(fù)價總和為 200 價。為什么還差 +6 價呢？這是因為多假設(shè) 6個+2價的鎳離子。實際上有 Ni3+6個、 Ni 2+91個。所以 Ni3+與 Ni 2+的個數(shù)比為 6：91。 說明：求解晶體結(jié)構(gòu)計算題，空間三維立體想象是關(guān)鍵。要運用分割、增補等手段。借此類題的中心思想是把化學(xué)問題抽象成數(shù)學(xué)問題來解決。(O22) 和超氧離子 (O2基礎(chǔ)訓(xùn)練1. 由鉀和氧組成的某種離子晶體中含鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 78/126 ，其陰離子只有過氧離子 ) 兩種。

14、在此晶體中，過氧離子和超氧離子的物質(zhì)的量之比為A. 2 1 B. 1 1 C. 1 2D. 132食鹽晶體如右圖所示。在晶體中，表示 Na+ ， 表示 Cl 。已知食鹽的密度為g / cm3， NaCl 摩爾質(zhì)量 M g / mol ，阿伏加德羅常數(shù)為N，則在食鹽晶體里Na+和 Cl 的間距大約是3 2MNcm3 2MNcmD3 M cm2N3下列物質(zhì)中，含有共價鍵的離子晶體是( )ANaClB NaOHCNH4ClD I 24實現(xiàn)下列變化，需克服相同類型作用力的是( )A石墨和干冰的熔化B食鹽和冰醋酸的熔化C液溴和水的汽化D純堿和燒堿的熔化5下列性質(zhì)中，能較充分說明某晶體是離子晶體的是( )

15、A具有高的熔點B固態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電C可溶于水D固態(tài)不導(dǎo)電，熔化狀態(tài)能導(dǎo)電6下列敘述中正確的是 ( )A離子晶體中肯定不含非極性共價鍵B原子晶體的熔點肯定高于其他晶體C由分子組成的物質(zhì)其熔點一定較低D原子晶體中除去極性共價鍵外不可能存在其他類型的化學(xué)鍵7. 某物質(zhì)的晶體中， 含 A、B、C三種元素， 其排列方式如右圖所示 (其中前后兩面心上的 B原子不能畫出) 晶體中 A、B、 C 的原子個數(shù)比依次為 ( )A1：3：1C2： 2：1D 1：3：38. 實現(xiàn)下列變化，需克服相同類型作用力的是 ( ) A碘和干冰升華BC氯化鈉和鐵熔化 D 苯和乙烷蒸發(fā)9. 下列各組物質(zhì)的晶體中，化學(xué)鍵類型相

16、同，晶體類型也相同的是( )ASO2和SiO2 BCO2和 H2OAABCBABC 3 CAB2C3 DAB3C3C NaCl和 HCl DCCl4和 KCl27科學(xué))11實現(xiàn)下列變化時，需克服相同類型作用力的是()A 水晶和干冰的熔化B食鹽和冰醋酸的熔化C液溴和液汞的汽化D純堿和燒堿的熔化12.20XX 年，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了便于應(yīng)用、可把阻抗降為零的由硼和鎂兩種元素組成的超導(dǎo)材料。這是 年來首次更新了金屬超導(dǎo)體的記錄， 是目前金屬化合物超導(dǎo)體的最高溫度。 該化合物也因此被美國 雜志評為 20XX 年十大科技突破之一。圖為該化合物的晶體結(jié)構(gòu)單元示意圖：鎂原子間形成正六棱柱，且 棱柱的上下底面還

17、各有一個鎂原子， 6 個硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式可表示為 ( A.MgB B.MgB 2CMg 2BD.Mg 3B213. 如下圖為高溫超導(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，每個鈦離子周圍與它最接近的且等距離的鈦離子共有（2）該晶體中，元素氧、鈦、鈣的個數(shù)比是個14.1mol 氣態(tài)鈉離子和 1mol 氣態(tài)氯離子結(jié)合生成 1mol 氯化鈉晶體釋放出的熱能為氯化鈉晶體的晶格能。列熱化學(xué)方程中，能直接表示出氯化鈉晶體格能的是ANa+( g)+Cl( g) NaCl( s) ; HBNa(s)+ 1 Cl2(g) NaCl ( s)

18、; H12CNa(s)Na(g); H2D Na( g) eNa+( g); H3F Cl(g)+eCl ( g); H51E Cl2（ g） Cl（g） ; H4215. NaCl 晶體中 Na+與 Cl-都是等距離交錯排列， 若食鹽的密度是 2.2g/cm3,阿伏加德羅常數(shù)為 6.02 1023mol-1,食鹽的摩爾質(zhì)量為 58.5g.mol 。求食鹽晶體中兩個距離最近的鈉離子中心間的距離是多少。拓展提高 16. 晶態(tài)氯化鈉是 晶體，晶體中，每個鈉離子周圍有 個氯離子，每個氯離子周圍有 個鈉離子，鈉離子半徑比氯離子半徑 。在氯化物 MCl中， M在第六周期，是鈉的同族元素，該 晶體中，每個

19、陽離子周期有 氯離子。鈉的金屬性比 M 。氯化鈉的電 子式 是 ，熔融后 導(dǎo)電（填“能”或“不能” ）。Na+（或 Cl-）周圍的 6個 Cl- （或 Na+）相鄰 的連線構(gòu)成的面是什么樣的多面體 ?每個 Na+（或 Cl-）周圍與之距離最近且距離相等的 Na+（或 Cl -）有幾個 ? 17晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復(fù)單位稱為晶胞。NaCl 晶體結(jié)構(gòu)如右圖所示。已知 FexO 晶體晶胞結(jié)構(gòu)為 NaCl 型，由 于晶體缺陷， x 值小于 1。測知 FexO 晶體密度為 g/cm 3，晶胞邊長 為 4.28 10-10m。FexO中 x值（精確至 0.01）為。晶體中的 Fe分別為

20、 Fe2+、Fe3+，在 Fe2+和 Fe3+的總數(shù)中， Fe2+所占分?jǐn)?shù) （用小數(shù)表示，精確至 0.001）為 。此晶體化學(xué)式為 。與某個 Fe2+（或 Fe3+）距離最近且等距離的 O2-圍成的空間幾何構(gòu)型形狀是 。在晶體中，鐵元素的離子間最短距離為 m 。18.某離子晶體晶胞結(jié)構(gòu)如右圖所示， X 位于立方體的頂點， Y 位于立方體的中心，試回答：（ 1）晶體中每個 Y 同時吸引著個 X ，每個 X 同時吸引著個 Y ，該晶體的化學(xué)式為（ 2）晶體中在每個 X 周圍與它最接近且距離相等的 X 共有 個。（ 3）晶體中距離最近的 2 個 X 與一個 Y 形成的夾角（ XYX ）為（填角的度數(shù)

21、） 。（ 4）設(shè)該晶體的摩爾質(zhì)量為 M gmol-1，晶體密度為 gcm-3，阿伏加德羅常數(shù)為 N A，則晶體中兩個距 離最近的 X 中心間的距離為cm。19.如圖，直線交點處的圓圈為NaCl 晶體中 Na 離子或 Cl 離子所處的位置這兩種離子在空間 3 個互相垂直的方向上都是等距離排列的（1） 請將其中代表 Na 離子的圓圈涂黑 （不必考慮體積大小 ），以完成 NaCl 晶體結(jié)構(gòu)示意圖（2）晶體中，在每個 Na 離子的周圍與它最接近的且距離相等的 Na 共有 個（3）晶體中每一個重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元叫晶胞 在 NaCl 晶胞中正六面體的頂點上、 面上、 棱上的 Na 或 Cl-為該晶胞與其相鄰的

22、晶胞所共有，一個晶胞中Cl-離子的個數(shù)等于 ，即 （填計算式 ）；Na 離子的個數(shù)等于 ，即 （填計算式 ）（4）設(shè) NaCl 的摩爾質(zhì)量為 Mg mol 1 ，食鹽晶體的密度為 g cm 3，阿伏加德羅常數(shù)為 NA 食鹽晶體中兩 個距離最近的鈉離子中心間的距離為 cm參考答案1. C 2. B 3. B C 4. C D 5. D 6. D 7. A 8. A D 9. B 10. B 11. D 12. B13.解析： 從所給模型圖中可看出每個鈦離子的上下前后和左右各有一個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，為該立方體單獨占有，鈦原子位于立方體頂點屬于 8 個立方體共有，所以每個 立方體擁有 Ti 原子為 8 18=1 個，氧原子位于立方體的棱邊為四個立方體所共有，所以每個立方體擁有 O 原子為 12 1 =3 個4答案： (1)6(2)3 1114. (1) A 或 H15. 解析從上述 NaCl 晶體結(jié)構(gòu)模型中分