新教材高中化學(xué)專題3微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)第2單元離子鍵離子晶體教師用書蘇教版選擇性必修

第二單元離子鍵離子晶體學(xué)習(xí)任務(wù)1．能結(jié)合實(shí)例描述離子鍵的成鍵特征及其本質(zhì)。2．能解釋和預(yù)測同類型離子化合物的某些性質(zhì)。3．能描述常見類型的離子化合物的晶體結(jié)構(gòu)。4．能運(yùn)用模型和有關(guān)理論解釋不同類型離子化合物的晶胞構(gòu)成。一、離子鍵1．概念：帶相反電荷的陰、陽離子通過靜電作用形成的化學(xué)鍵。2．成鍵微粒：陰、陽離子。3．成鍵本質(zhì)：陰、陽離子間的靜電作用(包括靜電引力和靜電斥力)。4．成鍵條件：活潑金屬元素的原子和活潑非金屬元素的原子。5．成鍵特征：沒有方向性和飽和性。6．離子化合物中的化學(xué)鍵表示方法——電子式MgCl2的電子式：；NaOH的電子式：。判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)離子鍵具有方向性和飽和性。 (×)(2)由活潑金屬元素與活潑非金屬元素形成的化學(xué)鍵都是離子鍵。 (×)(3)原子最外層只有一個電子的元素原子跟鹵素原子結(jié)合時，所形成的化學(xué)鍵一定是離子鍵。 (×)(4)HCl的電子式：。 (×)(5)非金屬元素的兩個原子之間一定形成共價鍵，但多個原子間也可能形成離子鍵。 (√)二、離子晶體1．離子晶體：由陰、陽離子按一定方式有規(guī)則地排列形成的晶體。2．物理性質(zhì)：(1)晶體不導(dǎo)電，在熔融狀態(tài)或水溶液中導(dǎo)電，不存在單個分子。(2)晶體具有較高的熔、沸點(diǎn)、較強(qiáng)的硬度、難揮發(fā)。(3)大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑(如水)中，難溶于非極性溶劑(如汽油、煤油)中?！Ц衲?1)晶格能：拆開1mol離子晶體使之形成氣態(tài)陰、陽離子時所吸收的能量，用符號“U”表示。(2)意義：一般而言，晶格能越大，離子晶體的離子鍵越強(qiáng)，晶體的熔沸點(diǎn)越高、硬度越大。(3)影響晶格能的因素：①離子所帶電荷數(shù)多少；②離子半徑大小。離子所帶電荷數(shù)越多、離子半徑越小，晶格能就越大，離子鍵就越強(qiáng)。4．常見離子晶體結(jié)構(gòu)類型(1)NaCl型的晶體結(jié)構(gòu)(晶胞如圖)①每個晶胞中平均含有4個Na＋，4個Cl－，故此晶體的化學(xué)式為NaCl。②每個Na＋同時吸引著6個Cl－，每個Cl－同時吸引著6個Na＋；即NaCl的配位數(shù)為6。③每個Na＋周圍的距離最近且相等的Cl－構(gòu)成的空間圖形是正八面體。④每個Na＋周圍最近的Na＋12個，每個Cl－周圍最近的Cl－12個。特別提醒：配位數(shù)：一種離子周圍緊鄰的帶相反電荷的離子數(shù)目。(2)CsCl型的晶體結(jié)構(gòu)(晶胞如圖)①每個晶胞中平均含有1個Cs＋，1個Cl－，故此晶體的化學(xué)式為CsCl。②每個Cs＋同時吸引著8個Cl－，每個Cl－同時吸引著8個Cs＋；即CsCl的配位數(shù)為8。③每個Cs＋周圍最近的Cs＋6個，每個Cl－周圍最近的Cl－6個。(3)離子晶體中不同離子周圍異電性離子數(shù)目的多少主要取決于陰、陽離子的相對大小。判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)氯化銫屬于離子晶體，分子式為CsCl。 (×)(2)晶體中含有陰離子時一定含有陽離子。 (√)(3)離子晶體中一定含有離子鍵。 (√)(4)CsCl晶體的配位數(shù)為6，NaCl晶體的配位數(shù)為8。 (×)(5)熔點(diǎn)：NaF>MgF2。 (×)離子鍵和離子晶體的判斷氨氣在生活中具有廣泛的應(yīng)用，可以制硝酸、化肥、硝酸鹽、可以做制冷劑。氨的刺激性是可靠的有害氣體濃度報警信號，但由于嗅覺疲勞，長期接觸后對低濃度的氨會難以察覺。實(shí)驗(yàn)室可以利用氯化銨和消石灰加熱制備氨氣：2NH4Cl＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up10(△))2NH3↑＋CaCl2＋2H2O。[問題1]上述反應(yīng)涉及物質(zhì)中屬于離子晶體的有哪些？[提示]NH4Cl、Ca(OH)2、CaCl2。[問題2]寫出上述反應(yīng)涉及物質(zhì)的電子式。[提示][問題3]怎樣設(shè)計實(shí)驗(yàn)證明CaCl2為離子化合物？[提示]將CaCl2加熱至熔融狀態(tài)，看能否導(dǎo)電。[問題4]“由離子晶體具有化學(xué)式可知離子鍵具有方向性”這句話是否正確？[提示]不正確。1．離子鍵本質(zhì)：陰、陽離子之間的靜電作用。2．成鍵條件：成鍵元素的原子得、失電子的能力差別很大，電負(fù)性差值大于1.7。3．存在：化合物中，只要含有離子鍵的化合物一定是離子化合物。4．特征：沒有方向性和飽和性。5．離子鍵沒有方向性和飽和性的原因①離子可看作是一個帶電的球體，它在空間各個方向上的靜電作用是相同的。由于靜電引力(或斥力)沒有方向性，陰、陽離子可以在空間任何方向與帶相反(或相同)電荷的離子相互吸引(或排斥)，所以離子鍵沒有方向性。②只要空間允許，一個陰(陽)離子將盡可能多地吸引陽(陰)離子排列在其周圍，并不受離子本身所帶電荷數(shù)的限制，因此，離子鍵沒有飽和性。6．離子晶體的判斷：(1)方法1：具有較高的熔沸點(diǎn)、較高的硬度。(2)方法2：晶體不導(dǎo)電，在熔融狀態(tài)能導(dǎo)電的化合物。7．電子式書寫的注意事項(xiàng)①同一原子的電子式最好不要既用“·”又用“×”表示；在化合物中“·”或“×”最好也不要混用(若特殊需要可標(biāo)記)，可將電子全部標(biāo)成“·”或“×”。②單一原子形成的簡單陽離子，其離子符號就是該陽離子的電子式，如Al3＋就可以表示鋁離子的電子式?！癧]”在所有的陰離子、復(fù)雜的陽離子中出現(xiàn)。③在化合物中，如果具有多個陰、陽離子，要注意每一個離子都與帶相反電荷的離子直接相鄰的事實(shí)。所以陰、陽離子必須是相鄰的，即不能將兩個陰離子或兩個陽離子寫在一起。1．下列物質(zhì)中，屬于離子化合物有_________(填序號，下同)，只含離子鍵的離子化合物有______。①Na2O②NH4NO3③Na2O2④Na2SO4⑤CH4⑥H2O2⑦M(jìn)gCl2⑧AlCl3⑨CaH2[答案]①②③④⑦⑨①⑦⑨2．下列關(guān)于離子鍵的描述中正確的是()A．離子鍵是由陰、陽離子通過靜電吸引形成的B．含有離子鍵的化合物一定含有金屬元素C．非金屬元素之間不可能形成離子化合物D．離子化合物中一定含有離子鍵D[離子鍵是由陰、陽離子通過靜電作用形成的，A錯；含有離子鍵的化合物不一定含有金屬元素，如NH4NO3，B錯；非金屬元素之間可能形成離子化合物，如NH4NO3，C錯。]3．寫出下列物質(zhì)的電子式：(1)BaCl2______________、(2)CO2_______________、(3)H2O2________________、(4)KOH_____________、(5)Na2O2_______________。離子晶體的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)材料1：已知常見離子晶體信息如下表：離子化合物NaBrNaClMgO離子電荷數(shù)112核間距/pm298282210晶格能/(kJ·mol－1)7477863791熔點(diǎn)/℃7478012852摩氏硬度材料2：氟化鈣又名螢石，晶胞結(jié)構(gòu)如下：[問題1]影響晶格能大小的因素有哪些？[提示]離子半徑大小和離子所帶電荷數(shù)的多少。[問題2]晶格能與晶體的熔點(diǎn)、硬度有怎樣的關(guān)系？[提示]離子晶體晶格能越大，晶體的熔點(diǎn)越高，硬度越大。[問題3]氟化鈣的配位數(shù)和晶胞中微粒數(shù)分別是多少？[提示]F－的配位數(shù)為4，Ca2＋的配位數(shù)為8，晶胞微粒數(shù)為8個F－和4個Ca2＋。[問題4]氟化鈣晶體中陰、陽離子個數(shù)比為多少？化學(xué)式如何表示？[提示]2∶1CaF2。一、離子晶體的物理性質(zhì)1．熔、沸點(diǎn)離子晶體中有較強(qiáng)的離子鍵，熔化或氣化時需消耗較多的能量，所以離子晶體有較高的熔、沸點(diǎn)。通常情況下，同種類型的離子晶體，離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高。2．硬度硬而脆。離子晶體表現(xiàn)出較高的硬度。當(dāng)晶體受到?jīng)_擊時，部分離子鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致晶體破碎。3．導(dǎo)電性(1)離子晶體不導(dǎo)電，但熔融或溶于水后能導(dǎo)電。(2)離子晶體中，離子鍵較強(qiáng)，陰、陽離子不能自由移動，即晶體中無自由移動的離子，因此離子晶體不導(dǎo)電。(3)當(dāng)升高溫度時，陰、陽離子獲得足夠的能量克服了離子間的相互作用力，成為自由移動的離子，在外加電場的作用下，離子定向移動而導(dǎo)電。(4)離子晶體溶于水時，陰、陽離子受到水分子的作用成了自由移動的離子(或水合離子)，在外加電場的作用下，陰、陽離子定向移動而導(dǎo)電。4．溶解性大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑(如水)，難溶于非極性溶劑(如汽油、苯、CCl4)。當(dāng)把離子晶體放入水中時，水分子對離子晶體中的離子產(chǎn)生吸引，使離子晶體中的離子克服離子間的相互作用力而離開晶體，變成在水中自由移動的離子。二、晶格能1．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(與離子半徑成正比)。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．晶格能的數(shù)據(jù)可以用來說明許多典型離子晶體的物理化學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律，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。三、典型離子晶體模型晶體結(jié)構(gòu)模型配位數(shù)68晶胞微粒數(shù)4個Na＋、4個Cl－1個Cs＋、1個Cl－1．下列性質(zhì)適合于離子晶體的是()①熔點(diǎn)1070℃，易溶于水，水溶液能導(dǎo)電②熔點(diǎn)10.31℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電③能溶于CS2，熔點(diǎn)112.8℃，沸點(diǎn)444.6℃④熔點(diǎn)97.81℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97g·cm－3⑤熔點(diǎn)－218℃，難溶于水⑥熔點(diǎn)3900℃，硬度很大，不導(dǎo)電⑦難溶于水，固體時導(dǎo)電，升溫時導(dǎo)電能力減弱⑧難溶于水，熔點(diǎn)高，固體不導(dǎo)電，熔化時導(dǎo)電A．①⑧ B．②③⑥C．①④⑦ D．②⑤A[離子晶體熔融態(tài)時能導(dǎo)電，難溶于非極性溶劑，熔點(diǎn)較高、質(zhì)硬而脆，固體不導(dǎo)電，故②③④⑤⑦均不符合離子晶體的特點(diǎn)；⑥中熔點(diǎn)達(dá)3900℃，硬度很大應(yīng)是原子晶體。故只有①⑧符合題意。]2．堿金屬鹵化物是典型的離子晶體，它的晶格能與eq\f(1,d0)成正比(d0是晶體中最鄰近的導(dǎo)電性離子的核間距)。下列選項(xiàng)錯誤的是()晶格能/kJ·mol－1離子半徑/pm①LiFLiClLiBrLiI1031845807752Li＋Na＋K＋6095133②NaFNaClNaBrNaI915777740693F－Cl－Br－I－136181195216③KFKClKBrKI812708676641A．晶格能的大小與離子半徑成反比B．陽離子相同陰離子不同的離子晶體，陰離子半徑越大，晶格能越小C．陽離子不同陰離子相同的離子晶體，陽離子半徑越小，晶格能越大D．金屬鹵化物晶體中，晶格能越小，氧化性越強(qiáng)D[由表中數(shù)據(jù)可知晶格能的大小與離子半徑成反比，A項(xiàng)正確；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可確定B項(xiàng)正確；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可確定C項(xiàng)正確；表中晶格能最小的碘化物，因還原性F－<Cl－<Br－<I－，可知D項(xiàng)錯誤。]3．如圖是從NaCl或CaF2晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從CaF2晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)圖是()A．圖(1)和圖(3) B．圖(2)和圖(4)C．只有圖(1) D．只有圖(4)A[由于在CaF2晶體中，每個Ca2＋周圍同時吸引著最近的等距離的8個F－，每個F－周圍同時吸引著最近的等距離的4個Ca2＋，圖(1)中離子的配位數(shù)為4，圖(3)中離子的配位數(shù)為8，都符合條件，故選A。]1．下列熱化學(xué)方程式中，能直接表示出氯化鈉晶體晶格能的是()A．Na＋(g)＋Cl－(g)=NaCl(s)ΔHB．Na(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=NaCl(s)ΔH1C．Na(g)－e－=Na＋(g)ΔH2D．Cl(g)＋e－=Cl－(g)ΔH3A[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，所以熱化學(xué)方程式中，能直接表示出氯化鈉晶體晶格能的是Na＋(g)＋Cl－(g)=NaCl(s)ΔH，故選A。]2．下列選項(xiàng)不正確的是()A．離子晶體的晶格能越大離子鍵越強(qiáng)B．陽離子的半徑越大則可同時吸引的陰離子越多C．通常陰、陽離子的半徑越小，電荷數(shù)越大，該陰、陽離子組成離子化合物的晶格能越大D．拆開1mol離子鍵所需的能量叫該離子晶體的晶格能D[A項(xiàng)，離子鍵與電荷數(shù)成正比，與離子半徑成反比，晶格能與電荷數(shù)成正比，與離子半徑成反比，所以離子晶體的晶格能越大離子鍵越強(qiáng)，故A正確；B項(xiàng)，陽離子半徑越大，其表面積越大，與陰離子接觸面積越大，吸引陰離子越多，故B正確；C項(xiàng)，離子晶體的晶格能與離子半徑成反比，與電荷數(shù)成正比，故C正確；D項(xiàng)，晶格能是指拆開1mol離子晶體使之形成氣態(tài)陰離子和氣態(tài)陽離子時所吸收的能量，故D錯誤。]3．下列性質(zhì)中，可以充分說明該晶體是離子晶體的是()A．具有較高的熔點(diǎn)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，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電D[從熔點(diǎn)來看，離子晶體一般具有較高的熔點(diǎn)，但金剛石、石英等原子晶體也有很高的熔點(diǎn)，A項(xiàng)錯誤；某些共價化合物也能溶于水，溶于水后也能導(dǎo)電，例如HCl等，B錯誤；從溶解性上看，蔗糖、葡萄糖等分子晶體也可溶于水，C項(xiàng)錯誤；固態(tài)不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電說明固態(tài)中原本有陰、陽離子，只是不能自由移動，而由陰、陽離子構(gòu)成的晶體一定是離子晶體，D項(xiàng)正確。]4．有一種藍(lán)色晶體[可表示為MxFey(CN)6]，經(jīng)X-射線研究發(fā)現(xiàn)，它的結(jié)構(gòu)特征是Fe3＋和Fe2＋互相占據(jù)立方體互不相鄰的頂點(diǎn)，而CN－位于立方體的棱上。其晶體中陰離子的最小結(jié)構(gòu)單元如圖所示。下列選項(xiàng)正確的是()A．該晶體的化學(xué)式為MFe3(CN)6B．該晶體屬于離子晶體，M呈＋1價C．該晶體屬于離子晶體，M呈＋2價D．晶體中與每個Fe3＋距離最近且等距離的CN－為3個B[由題圖可推出，晶體中陰離子的最小結(jié)構(gòu)單元中含F(xiàn)e2＋個數(shù)為4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，含F(xiàn)e3＋個數(shù)也為eq\f(1,2)，CN－的個數(shù)為12×eq\f(1,4)＝3，因此陰離子的化學(xué)式為[Fe2(CN)6]－，則該晶