高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第2节第2课时离子晶体学案鲁科版选修3Word文档格式.docx
- 文档编号:17972231
- 上传时间:2022-12-12
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:117.76KB
高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第2节第2课时离子晶体学案鲁科版选修3Word文档格式.docx
《高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第2节第2课时离子晶体学案鲁科版选修3Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第2节第2课时离子晶体学案鲁科版选修3Word文档格式.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(3)根据离子晶体的形成,推测离子晶体具有怎样的特性?
答案 离子晶体是由阴、阳离子间通过较强的离子键而形成的,所以离子晶体具有较高的熔、沸点,难挥发,硬度较大,离子晶体不导电,熔化或溶于水后能导电。
大多数离子晶体能溶于水,难溶于有机溶剂。
[归纳总结]
1.离子键无方向性和饱和性,在离子晶体中阴、阳离子与异电性离子接触尽可能采用最密堆积,可以看作是不等径圆球密堆积。
2.晶体中正负离子的半径比是决定离子晶体结构的重要因素,简称几何因素。
此外正负离子的电荷比也是决定离子晶体结构的重要因素,简称电荷因素。
3.强碱、活泼金属氧化物、大多数盐类都是离子化合物。
它们在通常条件下都是固体,都属于离子晶体。
4.一般说来,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,离子晶体的熔、沸点越高,如:
Al2O3>
MgO,NaCl>
CsCl等。
[活学活用]
1.下列关于氯化钠晶体结构的说法中正确的是( )
A.氯化钠晶体中,阴、阳离子的配位数相等
B.氯化钠的晶体结构中,每1个Na+仅结合1个Cl-
C.氯化钠的晶胞中的质点代表一个NaCl
D.氯化钠晶体中存在单个的NaCl分子
答案 A
解析 氯化钠晶体中,每个Na+周围结合6个Cl-,而每个Cl-周围结合6个Na+;
NaCl只表示Na+和Cl-个数比为1∶1。
2.下列性质中,可以较充分说明某晶体是离子晶体的是( )
A.具有较高的熔点
B.固态不导电,水溶液能导电
C.可溶于水
D.固态不导电,熔融状态能导电
答案 D
解析
二 晶格能
1.晶格能是指将1_mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量。
(1)吸收的能量越多,晶格能越大,表示离子键越强,离子晶体越稳定。
(2)晶格能符号为U,通常取正值,单位kJ·
mol-1。
2.观察分析下表,回答下列问题:
离子化合物
NaBr
MgO
离子电荷数
1
2
核间距/pm
290
276
205
晶格能/kJ·
mol-1
736
787
3890
熔点/℃
750
801
2800
摩氏硬度
<
2.5
6.5
(1)影响晶格能大小的因素有哪些?
答案 影响晶格能的因素:
离子所带的电荷数和阴、阳离子间的距离(与离子半径成正比)。
晶格能与离子所带电荷数的乘积成正比,与阴、阳离子间的距离成反比。
(2)晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系?
答案 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,晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,晶体的熔、沸点越高,硬度越大。
影响离子键强度的因素
(1)离子电荷数的影响:
电荷数越多,晶格能越大,离子键越牢固,离子晶体的熔点越高、硬度越大。
(2)离子半径的影响:
半径越大,导致离子核间距越大,晶格能越小,离子键越易断裂,离子晶体的熔点越低、硬度越小。
3.一种金属晶体与一种离子晶体相比较,正确的是( )
A.金属晶体一定比离子晶体微粒堆积得更密集
B.金属晶体一定比离子晶体硬度大
C.金属晶体一定比离子晶体熔点高
D.金属晶体一定比离子晶体导电性强
解析 一般来说,金属晶体和离子晶体的微粒堆积方式均为密堆积,但具体到某一种金属晶体或离子晶体,就很难说谁的微粒堆积更密集了。
离子晶体的熔点和硬度普遍较高;
金属晶体的熔点和硬度有的很高,也有的很低。
金属晶体都有导电性,离子晶体熔融态时都导电固态时不导电。
4.NaF、NaI、MgO晶体均为离子晶体,根据下列数据,这三种晶体的熔点高低顺序是( )
物质
①NaF
②NaI
③MgO
离子间距离/10-10m
2.31
3.18
2.10
A.①>
②>
③B.③>
①>
②
C.③>
①D.②>
③
答案 B
解析 NaF、NaI、MgO均为离子晶体,它们熔点高低由离子键强弱决定,而离子键的强弱与键长和离子电荷数有关,MgO中键长最短,离子电荷数最高,故离子键最强。
离子晶体
当堂检测
1.下列各类化合物中,固态时只能形成离子晶体的是( )
A.非金属氧化物B.非金属单质
C.强酸D.强碱
2.下列物质中,属于离子晶体,并且含有共价键的是( )
A.CaCl2B.MgO
C.N2D.NH4Cl
解析 N2中只有共价键。
CaCl2、MgO、NH4Cl都是离子晶体,CaCl2、MgO中只含离子键,而NH4Cl的NH
中N—H是共价键。
3.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )
A.熔点:
NaF>MgF2>AlF3
B.晶格能:
NaF>NaCl>NaBr
C.阴离子的配位数:
CsCl>NaCl>CaF2
D.硬度:
MgO>CaO>BaO
解析 由于Na+、Mg2+、Al3+的离子半径依次减小,所带电荷数依次增加,所以NaF、MgF2、AlF3的晶格能依次增大,即熔点依次升高;
F-、Cl-、Br-的半径依次增大,NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小;
CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4;
Mg2+、Ca2+、Ba2+的半径依次增大,MgO、CaO、BaO的晶格能依次减小,即硬度依次减小。
4.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
解析 晶格能与离子所带电荷的乘积成正比,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D项正确。
5.如图是氯化铯晶体的晶胞(晶体中最小的重复结构单元)示意图,已知晶体中2个最近的Cs+核间距为acm,氯化铯(CsCl)的相对分子质量为M,NA为阿伏加德罗常数,则氯化铯晶体的密度为( )
A.
g·
cm-3B.
cm-3
C.
cm-3D.
答案 C
解析 ρ=
=
g·
cm-3=
cm-3。
40分钟课时作业
[基础过关]
一、离子晶体的结构及其特征
1.如右图,在氯化钠晶胞中,与每个Na+等距离且最近的几个Cl-所围成的几何构型为
( )
A.十二面体
B.正八面体
C.正六面体
D.正四面体
解析 首先要理解最近的离子在什么位置,以一个晶胞为例,处在中心位置上的Na+被六个面上的Cl-所包围,这6个Cl-离中心Na+最近,将六个面心的Cl-连成一个图形即正八面体,也可以有其他连接方法。
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。
如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。
则下列说法正确的是( )
A.晶体中只存在离子键
B.超氧化钾的化学式为KO2,每个晶胞含有1个K+和1个O
C.晶胞中与每个K+距离最近的O
有6个
D.晶体中所有原子之间都是以离子键结合
解析 根据题给信息,超氧化钾晶体是面心立方晶胞,超氧化钾晶体(KO2)是离子化合物,阴、阳离子分别为O
、K+,晶体中K+与O
以离子键相结合,O
中O—O键为共价键。
作为面心立方晶胞,每个晶胞中含有4(即8×
+
×
6)个K+,4(即1+
12)个O
,晶胞中与每个K+距离最近的O
有6个。
3.氯化铯晶胞(晶体重复的结构单元)如图甲所示,该晶体中Cs+与Cl-的个数比为1∶1,化学式为CsCl。
若某晶体晶胞结构如图乙所示,其中含有A、B、C三种元素的粒子,则该晶体中的A、B、C的粒子个数比为( )
A.8∶6∶1B.4∶3∶1
C.1∶6∶1D.1∶3∶1
解析 在此晶体的晶胞中有A:
8×
=1个,有B:
6×
=3个,有C:
1×
1=1个,即A、B、C的粒子个数比为1∶3∶1。
4.萤石(CaF2)晶体属于立方晶系,萤石中每个Ca2+被8个F-所包围,则每个F-周围最近距离的Ca2+数目为( )
A.2B.4C.6D.8
解析 萤石(CaF2)中Ca2+和F-的数目之比为1∶2,Ca2+被8个F-所包围,配位数是8,F-的配位数应为4,所以每个F-周围最近距离的Ca2+数目为4。
二、离子晶体的主要特性及其应用
5.下列说法中正确的是( )
A.固态时能导电的晶体一定是金属晶体
B.熔融态能导电的晶体一定是离子晶体
C.水溶液能导电的晶体一定是离子晶体
D.固态不导电而熔融态导电的晶体一定是离子晶体
解析 离子晶体是阴、阳离子组成的,固态时阴、阳离子不能自由移动,不导电;
熔融状态时,离子化合物电离,能够导电;
而金属晶体固态时也能导电。
6.碱金属和卤素形成的化合物大多具有的性质是( )
①固态时不导电,熔融状态导电 ②能溶于水,其水溶液导电 ③低熔点 ④高沸点 ⑤易升华
A.①②③B.①②④
C.①④⑤D.②③④
解析 卤素与碱金属形成的化合物为典型的离子化合物,具备离子晶体的性质。
7.下列性质适合于离子晶体的是( )
A.熔点1070℃,易溶于水,水溶液能导电
B.熔点10.31℃,液态不导电,水溶液能导电
C.能溶于CS2,熔点112.8℃,沸点444.6℃
D.熔点97.81℃,质软,导电,密度0.97g·
解析 离子晶体在液态(即熔融态)时是导电的,所以B项不是离子晶体;
CS2是非极性溶剂,根据“相似相溶”的规律,C项也不是离子晶体;
由于离子晶体质硬易碎,且固态不导电,所以D项也不是离子晶体。
三、离子晶体的晶格能与其性质的关系
8.离子晶体熔点的高低决定于阴、阳离子之间的核间距离和晶格能的大小,根据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( )
A.KCl>
NaCl>
BaO>
CaO
B.NaCl>
KCl>
CaO>
BaO
C.CaO>
D.CaO>
KCl
解析 对于离子晶体来说,离子所带电荷数越多,阴、阳离子间的核间距离越小,晶格能越大,离子键越强,熔点越高。
阳离子半径大小顺序为Ba2+>
K+>
Ca2+>
Na+;
阴离子半径:
Cl->
O2-,比较可得只有D项是正确的。
9.下列大小关系正确的是( )
A.晶格能:
NaCl<
NaBrB.硬度:
MgO>
C.熔点:
NaI>
NaBrD.熔、沸点:
解析 对于电荷数相同的离子,半径越小,离子键越强,晶格能越大,硬度越大,熔、沸点越高。
半径:
Cl-<
Br-<
I-,Mg2+<
Ca2+,K+>Na+,故A、C、D错误,B正确。
10.X、Y都是ⅡA族(Be除外)的元素,已知它们的碳酸盐的热分解温度:
T(XCO3)>
T(YCO3),则下列判断不正确的是( )
XCO3<
YCO3
B.阳离子半径:
X2+>
Y2+
C.金属性:
X>
Y
D.氧化物的熔点:
XO>
YO
解析 碳酸盐的热分解温度与形成碳酸盐的金属元素的活动性有关,金属越活泼,形成的盐越稳定,因此根据碳酸盐的热分解温度:
T(YCO3),可判断出X的活动性大于Y,即金属性:
Y,在周期表中,X位于Y的下面,阳离子半径:
Y2+,所以B、C选项正确。
根据阳离子半径:
Y2+以及影响离子化合物晶格能、熔沸点的因素可知,晶格能:
YCO3,氧化物的熔点:
XO<
YO,A项正确,D项不正确。
[能力提升]
11.已知晶格能的大小影响岩浆晶出的次序,晶格能越大,形成的晶体越稳定,岩浆中的矿物越容易结晶析出。
分析下表中硅酸盐矿物和石英的晶格能。
硅酸盐矿物和石英
晶格能(kJ·
mol-1)
橄榄石
4400
辉石
4100
角闪石
3800
云母
长石
2400
石英
2600
(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________。
答案
(1)先晶出橄榄石后晶出云母
(2)石英的晶格能较小,所以石英总是在各种硅酸盐析出后才晶出
(3)橄榄石高于云母 橄榄石高于云母
解析 解此类题目要求学生通过认真分析科学数据,从中找出科学规律。
晶格能高的晶体,熔点较高,更容易在岩浆冷却过程中先结晶析出,故先晶出橄榄石后晶出云母。
晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高,硬度越大。
此题使学生从定量的角度加深了对晶格能的认识,并更加深刻地体会到晶格能影响离子晶体的性质。
12.X、Y、Z是三种常见的短周期元素,它们可以形成XY2、XY3、Z2Y、Z2Y2等化合物。
已知X原子比Y原子多一个电子层,Y得到电子达到8电子稳定结构时与Z离子具有相同的电子层结构。
(1)X是________,Y是________,Z是________。
(2)Z的单质属于________晶体,Z与Y形成Z2Y的过程可用电子式表示为_______。
答案
(1)硫(S) 氧(O) 钠(Na)
(2)金属
解析 根据题意知:
X在第3周期,Y在第2周期。
由于Y与Z能形成Z2Y、Z2Y2,Z的离子应为阳离子,Z元素在第3周期。
结合形成化合物的形式以及“常见”的短周期元素,则X为硫,Y为氧、Z为钠。
13.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________、________。
(2)用电子式表示A、B元素形成化合物的过程:
________________________________________________________________________。
(3)A、B所形成的化合物的晶体结构与氯化钠晶体结构相似,则每个阳离子周围吸引了________个阴离子;
晶体中阴、阳离子数之比为________。
(4)A、B所形成化合物的晶体的熔点比NaF晶体的熔点________,其判断的理由是________________________________________________________________________。
答案
(1)Mg O
(2)
(3)6 1∶1
(4)高 离子半径相差不大,MgO中离子所带电荷较多,离子键较强,离子键越强,熔点越高
解析
(1)最外层电子数是从1→8,B原子的最外层电子数是A原子的3倍,且A、B能形成化合物,则B原子的最外层电子数只能为6,A的为2。
短周期元素分别为A是Be或Mg,B是O或S,又因为原子序数A>
B,则A是Mg,B是O。
(2)电子式表示MgO的形成过程:
(3)MgO晶体结构与NaCl相似,则每个Mg2+周围有6个O2-,阴、阳离子数之比为1∶1。
(4)因为Mg2+、O2-所带电荷比Na+、F-所带电荷多,且r(Mg2+)<
r(Na+),r(O2-)>
r(F-),总体比较,离子半径相差不大,但MgO中离子电荷数多,离子键强。
14.镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。
工业上从海水中提取镁时,先制备无水氯化镁,然后将其熔融电解,得到金属镁。
(1)以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时,常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物,其主要作用除了降低熔点之外还有__________。
(2)已知MgO的晶体结构属于NaCl型。
某同学画出的MgO晶胞结构示意图如下图所示,请改正图中错误:
(3)用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成烟火。
燃放时,烟火发出五颜六色的光,请用原子结构的知识解释发光的原因:
______________________________________。
答案
(1)增强熔融盐的导电性
(2)空心球应为O2-,实心球应为Mg2+;
8号空心球应改为实心球
(3)电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,以发光的形式释放能量
解析
(1)这些物质不能实际参与反应,但能增强熔融盐的导电性。
(2)Mg2+和O2-的半径大小是O2->
Mg2+,故空心球应为O2-,实心球应为Mg2+;
图中应该黑白球交替出现,故8号球应为实心球。
(3)电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,以发光的形式释放能量。
[拓展探究]
15.某离子晶体晶胞的结构如图所示,试分析:
(1)晶体中每个Y同时吸引着________个X,每个X同时吸引着________个Y,该晶体的化学式为________。
(2)晶体中每个X周围与它距离最近且相等的X共有____个。
(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y所形成的夹角∠XYX为________(填角的度数)。
(4)设该晶体的摩尔质量为Mg·
mol-1,晶体密度为ρg·
cm-3,阿伏加德罗常数为NA,则晶体中距离最近的两个X之间的距离为________cm。
答案
(1)4 8 XY2(或Y2X)
(2)12
(3)109.5°
(4)
解析
(1)Y只为一个晶胞所共有,即每个Y同时吸引4个X,而X处于顶点上,为8个晶胞所共有,即每个X同时吸引8个Y。
在每个晶胞中含X个数为
4=
个,含1个Y,则化学式为XY2或Y2X。
(2)在一个晶胞中,每个X与它距离最近的X有3个,则每个X周围有:
3×
=12个(每个面为两个晶胞共有)。
(3)在晶胞中,Y与四个X形成正四面体结构,故键角为109.5°
。
(4)因为一个晶胞中只含
个XY2或Y2X,故一个晶胞的质量为
,则有ρ=
(a为晶胞的边长),得a=
,则距离最近的两个X之间的距离为
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高中化学 物质 聚集 状态 性质 课时 离子 晶体学 案鲁科版 选修
链接地址:https://www.bdocx.com/doc/17972231.html