化学选修3第三章第四节.docx
- 文档编号:20131180
- 上传时间:2023-04-25
- 格式:DOCX
- 页数:31
- 大小:198.69KB
化学选修3第三章第四节.docx
《化学选修3第三章第四节.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化学选修3第三章第四节.docx(31页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
化学选修3第三章第四节
第四节 离子晶体
课程目标
核心素养建构
1.理解离子键、离子晶体的概念,能用离子键的有关理论解释离子晶体的物理性质。
2.了解常见的离子晶体的晶胞结构,认识晶格能的概念及意义,能根据晶格能的大小分析晶体的性质。
[知识梳理]
一、离子晶体
1.结构特点
(1)构成微粒:
阳离子和阴离子。
(2)作用力:
离子键。
(3)配位数:
一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。
2.决定晶体结构的因素
(1)几何因素:
晶体中正、负离子的半径比。
(2)电荷因素:
晶体中正、负离子的电荷比。
(3)键性因素:
离子键的纯粹程度。
3.常见的离子晶体
晶体类型
NaCl
CsCl
CaF2
晶胞
阳离子的配位数
6
8
8
阴离子的配位数
6
8
4
晶胞中所含离子数
Cl-4
Na+4
Cs+1
Cl-1
Ca2+4
F-8
4.物理性质
(1)硬度较大,难于压缩。
(2)熔点和沸点较高。
(3)固体不导电,但在熔融状态或水溶液时能导电。
【自主思考】
1.结合离子晶体的知识回答:
(1)含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗?
有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗?
答案 不一定,也可能是金属晶体;晶体中含有阳离子,不一定存在阴离子,如金属晶体由阳离子和自由电子构成的。
(2)离子晶体中一定含有金属元素吗?
由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗?
答案 不一定,离子晶体中不一定含金属元素,如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。
由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3是分子晶体。
(3)离子晶体的熔点一定低于原子晶体吗?
答案 不一定,离子晶体的熔点不一定低于原子晶体,如MgO是离子晶体,SiO2是原子晶体,MgO的熔点高于SiO2的熔点。
(4)离子晶体中除含有离子键外,是否含有共价键?
答案 离子晶体中除含有离子键外,还有可能含有共价键、配位键。
如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键,NH4Cl中含有离子键、共价键、配位键。
2.氯化钠的化学式为NaCl,能否说明晶胞中含有一个钠离子和一个氯离子?
能否表示氯化钠的分子式?
答案 氯化钠晶胞中含有的钠离子和氯离子都为4,而氯化钠的化学式为NaCl,这说明离子晶体的化学式仅表示晶体中阴、阳离子的个数比,并不代表其分子组成,因为离子晶体中没有分子。
二、晶格能
1.概念
气态离子形成1mol离子晶体释放的能量。
通常取正值,单位为kJ·mol-1。
2.影响因素
3.晶格能对离子晶体性质的影响
晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,而且熔点越高,硬度越大。
【自主思考】
根据晶格能的知识回答:
(1)为何Na2O的晶格能大于NaF,而KCl的晶格能大于KI?
答案 晶格能与离子所带的电荷成正比,而与离子半径的大小成反比。
在Na2O和NaF中,O2-所带的电荷比F-多,故Na2O的晶格能大于NaF;而KCl和KI中,Cl-半径小于I-的半径,故KCl的晶格能大于KI。
(2)火山喷出岩浆中含有多种硫化物,冷却时ZnS比HgS先析出,原因是什么?
答案 二者均为离子晶体,ZnS晶格能大于HgS,因此ZnS先析出。
(3)KCl、MgO、CaO的晶体结构与NaCl的晶体结构相似,KCl、CaO、MgO三种离子晶体熔点从高到低的顺序是?
答案 MgO>CaO>KCl
[效果自测]
1.判断正误,正确的打“√”;错误的打“×”。
(1)“NaCl”是氯化钠的分子式。
( )
(2)离子晶体一定含有金属阳离子。
( )
(3)离子晶体中一定不存在共价键。
( )
(4)离子晶体都能导电。
( )
(5)金属晶体和离子晶体的导电实质是一样的。
( )
(6)固态不导电、水溶液能导电,这一性质能说明某晶体一定是离子晶体。
( )
(7)NaCl晶体的晶胞中有1个Cl-和1个Na+。
( )
(8)晶格能是指破坏1mol离子键所吸收的能量。
( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)×
2.下列7种物质:
①白磷(P4);②水晶;③氯化铵;④氢氧化钙;⑤氟化钠;⑥过氧化钠;⑦石墨。
固态下都为晶体,回答下列问题(填写序号):
(1)不含金属离子的离子晶体是 ,只含离子键的离子晶体是 ,既有离子键又有非极性键的离子晶体是 ,既有离子键又有极性键的离子晶体是 。
(2)既含范德华力,又有非极性键的晶体是 ,熔化时既要克服范德华力,又要破坏化学键的是 ,熔化时只破坏共价键的是 。
答案
(1)③ ⑤ ⑥ ③④
(2)①⑦ ⑦ ②
3.如图所示一些晶体中的某些结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分:
(1)代表金刚石的是 (填编号字母,下同),其中每个碳原子与 个碳原子最接近且距离相等。
金刚石属于 晶体。
(2)代表石墨的是 ,其中每个正六边形占有的碳原子数平均为 个。
(3)表示NaCl的是 ,每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+有 个。
(4)代表CsCl的是 ,它属于 晶体,每个Cs+与 个Cl-紧邻。
(5)代表干冰的是 ,它属于 晶体,每个CO2分子与 个CO2分子紧邻。
(6)已知石墨中碳碳键的键长比金刚石中碳碳键的键长短,则上述五种物质熔点由高到低的排列顺序为_______________________________________
___________________________________________________________。
答案
(1)D 4 原子
(2)E 2 (3)A 12 (4)C 离子 8 (5)B 分子 12 (6)石墨>金刚石>NaCl>CsCl>干冰
探究一 离子晶体的结构与性质
【探究讨论】
可以通过熔融状态能否导电的实验判断某化合物是否为离子晶体吗?
提示 离子晶体固态时不导电,熔融状态时导电;共价化合物不论是分子晶体还是原子晶体,在固态和熔融状态均不导电,故可以通过熔融状态能否导电的实验判断某化合物是否为离子晶体。
【点拨提升】
1.离子晶体的结构
(1)离子晶体微粒之间的作用力是离子键,由于离子键没有方向性和饱和性,故离子晶体一般采取密堆积方式。
(2)离子晶体中存在的微粒是阳离子和阴离子,离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比,而不是表示其分子组成。
(3)离子晶体中,离子半径越小,离子所带电荷越多,离子键越强。
2.离子晶体的性质
性质
原因
熔、沸点
离子晶体中有较强的离子键,熔化或气化时需消耗较多的能量。
所以离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。
通常情况下,同种类型的离子晶体,离子半径越小,离子键越强,熔、沸点越高
硬度
硬而脆。
离子晶体表现出较高的硬度。
当晶体受到冲击力作用时,部分离子键发生断裂,导致晶体破碎
导电性
不导电,但熔融或溶于水后能导电。
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
溶解性
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、苯、CCl4)中。
当把离子晶体放入水中时,水分子对离子晶体中的离子产生吸引,使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体,变成在水中自由移动的离子
延展性
离子晶体中阴、阳离子交替出现,层与层之间如果滑动,同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定,所以离子晶体无延展性
3.离子晶体的判断
判断一种物质是不是离子晶体,我们可以根据物质的分类、组成和性质等方面进行判断。
(1)利用物质的分类
金属离子和酸根离子、OH-形成的大多数盐、强碱,NH
与酸根离子形成的盐,活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2),活泼金属的氢化物(如NaH),活泼金属的硫化物等都是离子晶体。
(2)利用元素的性质和种类
如成键元素的电负性差值大于1.7的物质,金属元素(特别是活泼的金属元素,ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素,ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物,个别非金属元素间形成的化合物(如铵盐)等都是离子晶体。
(3)利用物质的性质
离子晶体一般具有较高的熔、沸点,难挥发,硬而脆;固体不导电,但熔融或溶于水时能导电,大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。
4.离子晶体与其他晶体类型的比较
类型
项目
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
构成晶体的粒子
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子和自由电子
粒子间的作用
离子键
共价键
分子间作用力(范德华力或氢键)
金属键
确定作用力强弱的一般判断方法
离子电荷数、半径
键长(原子半径)
组成结构相似时,比较相对分子质量
离子半径、价电子数
熔、沸点
较高
很高
较低
差别较大(汞常温下为液态,钨熔点为3410℃)
硬度
略硬而脆
很大
较小
差别较大
导电性
不良导体(熔化后或溶于水导电)
不良导体(个别为半导体)
不良导体(部分溶于水发生电离后导电)
良导体
溶解性
多数易溶
一般不溶
相似相溶
一般不溶于水,少数与水反应
机械加工性
不良
不良
不良
优良
延展性
差
差
差
优良
易错提醒
(1)离子晶体中一定存在离子键,可能存在共价键,一定不存在分子间作用力。
(2)只有分子晶体中存在单个分子。
(3)某些离子晶体的熔点高于某些原子晶体的熔点。
如MgO(2852℃)>SiO2(1710℃)。
(4)某些分子晶体的熔点高于某些金属晶体的熔点。
如碱金属熔点较低。
(5)个别金属的熔点高于某些原子晶体的熔点。
如钨(3410℃)>SiO2(1710℃)。
(6)合金的熔点一般低于成分金属的熔点。
【典题例证1】 钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体,其晶胞的结构如图所示,下列有关说法中正确的是( )
A.该晶体属于离子晶体
B.晶体的化学式为Ba2O2
C.该晶体的晶胞结构与CsCl相似
D.与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有4个
解析 图示晶体中含有Ba2+和O
,则该晶体属于离子晶体,A正确。
该晶体的晶胞结构与NaCl的晶胞结构相似,所以与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有12个,C不正确,D不正确。
该氧化物的1个晶胞中含有4个Ba2+和4个O
,晶体的化学式应为BaO2,B不正确。
答案 A
【学以致用1】 如图所示是从NaCl或CsCl的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( )
A.图
(1)和(3)B.图
(2)和(3)
C.图
(1)和(4)D.只有图(4)
解析 本题考查了离子晶体的代表物质NaCl、CsCl的晶体结构。
NaCl晶体中,每个Na+周围最邻近的Cl-有6个,构成正八面体,同理,每个Cl-周围最邻近的6个Na+也构成正八面体,由此可知图
(1)和(4)是从NaCl晶体中分割出来的结构图,C项正确。
答案 C
探究二 晶格能的应用
【探究讨论】
如何理解下面三种氟化物的晶格能的递变?
晶格能/(kJ·mol-1)
Na+
923
Mg2+
2957
Al3+
5492
提示 Na+、Mg2+、Al3+的电荷数逐渐增大,而它们的离子半径逐渐减小,故它们形成的氟化物的晶格能逐渐增大。
即:
晶格能的大小与离子所带电荷量成正比,与离子半径成反比。
【点拨提升】
1.离子晶体结构类型相同时,离子所带电荷越多,离子半径越小,晶格能越大,晶体熔、沸点越高,硬度越大。
2.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。
3.晶体熔、沸点高低的比较方法
(1)不同类型晶体熔、沸点的比较:
①不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律:
原子晶体>离子晶体>分子晶体。
②金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等熔、沸点很高,汞、铯等熔、沸点很低。
(2)同种类型晶体熔、沸点的比较:
①原子晶体
原子半径越小→键长越短→键能越大→熔、沸点越高。
如熔点:
金刚石>硅晶体。
②离子晶体
一般地说,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用力就越强,其离子晶体的熔、沸点就越高。
如熔点:
MgO>NaCl>CsCl。
③分子晶体
a.分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高。
如沸点:
H2O>H2Te>H2Se>H2S。
b.组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高。
如熔、沸点:
SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
c.组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近),分子的极性越大,其熔、沸点越高。
如熔、沸点:
CO>N2,CH3OH>CH3CH3。
④金属晶体
金属离子半径越小,离子电荷数越多,其金属键越强,金属熔、沸点就越高。
如熔、沸点:
Na<Mg<Al。
【典题例证2】 根据表格数据回答下列有关问题:
(1)已知NaBr、NaCl、MgO等离子晶体的核间距离和晶格能如下表所示:
NaBr
NaCl
MgO
离子的核间距/pm
290
276
205
晶格能/kJ·mol-1
787
3890
①NaBr晶体比NaCl晶体晶格能 (填“大”或“小”),主要原因是___________________________________________________________。
②MgO晶体比NaCl晶体晶格能大,主要原因是_____________________
___________________________________________________________。
③NaBr、NaCl和MgO晶体中,熔点最高的是__________________________。
(2)Mg是第三周期元素,该周期部分元素氟化物的熔点见下表:
氟化物
NaF
MgF2
SiF4
熔点/K
1266
1534
183
①解释表中氟化物熔点差异的原因:
a.___________________________________________________________
___________________________________________________________。
b.___________________________________________________________
___________________________________________________________。
②硅在一定条件下可以与Cl2反应生成SiCl4,试判断SiCl4的沸点比CCl4的 (填“高”或“低”),理由
___________________________________________________________
___________________________________________________________。
解析
(1)对同类型的离子晶体中,离子半径越小,离子电荷数越多,晶格能越大,离子晶体越稳定,熔、沸点越高。
(2)①先比较不同类型晶体的熔点。
NaF、MgF2为离子晶体,离子间以离子键结合,离子键作用强,SiF4固态时为分子晶体,分子间以范德华力结合,范德华力较弱,故NaF和MgF2的熔点都高于SiF4。
b.再比较相同类型晶体的熔点。
Na+的半径比Mg2+半径大,Na+所带电荷数小于Mg2+,所以MgF2的离子键比NaF的离子键强度大,MgF2熔点高于NaF熔点。
②SiCl4和CCl4组成、结构相似,SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量,SiCl4的分子间作用力大于CCl4的分子间作用力,故SiCl4的熔点高于CCl4的熔点。
答案
(1)①小 NaBr比NaCl离子的核间距大 ②MgO晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大,并且离子的核间距小 ③MgO
(2)①a.NaF与MgF2为离子晶体,SiF4为分子晶体,所以NaF与MgF2远比SiF4熔点要高 b.因为Mg2+的半径小于Na+的半径且Mg2+所带电荷数较大,所以MgF2的离子键强度大于NaF的离子键强度,故MgF2的熔点高于NaF ②高 SiCl4的相对分子质量比CCl4的大,范德华力大,因此沸点高
【学以致用2】 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,A错误;F-、Cl-、Br-的半径依次增大,NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小,B正确;CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4,C正确;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,D正确。
答案 A
1.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·cm-3
解析 离子晶体在液态(即熔融状态)导电;CS2是非极性溶剂,根据相似相溶规律,C不是离子晶体;离子晶体质硬易碎,且固态不导电,D不是离子晶体。
答案 A
2.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,其密度较大
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项所述;离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积形式等。
答案 D
3.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A、B错,D正确。
答案 D
4.根据表中给出物质的熔点数据(AlCl3沸点为182.7℃),判断下列说法错误的是( )
晶体
NaCl
MgO
SiCl4
AlCl3
晶体硼
熔点/℃
801
2800
-70
180
2500
A.MgO中的离子键比NaCl中的离子键强
B.SiCl4晶体是分子晶体
C.AlCl3晶体是离子晶体
D.晶体硼是原子晶体
解析 根据表中各物质的熔点,判断晶体类型。
NaCl和MgO是离子化合物,形成离子晶体,故熔、沸点越高,说明晶格能越大,离子键越强,A正确;SiCl4是共价化合物,熔、沸点较低,为分子晶体,硼为非金属单质,熔、沸点很高,是原子晶体,B、D正确;AlCl3虽是由活泼金属和活泼非金属形成的化合物,但其晶体熔、沸点较低,应属于分子晶体。
答案 C
5.现有几组物质的熔点(℃)数据:
A组
B组
C组
D组
金刚石:
3550
Li:
181
HF:
-83
NaCl
硅晶体:
1410
Na:
98
HCl:
-115
KCl
硼晶体:
2300
K:
64
HBr:
-89
RbCl
二氧化硅:
1732
Rb:
39
HI:
-51
MgO:
2800
据此回答下列问题:
(1)由表格可知,A组熔点普遍偏高,据此回答:
①A组属于 晶体,其熔化时克服的粒子间的作用力是 。
②硅的熔点低于二氧化硅,是由于_________________________________。
③硼晶体的硬度与硅晶体相对比:
_________________________________。
(2)B组晶体中存在的作用力是 ,其共同的物理性质是 (填序号),可以用 理论解释。
①有金属光泽②导电性
③导热性④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于______________________________
___________________________________________________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是 (填序号)。
①硬度小②水溶液能导电
③固体能导电④熔融状态能导电
(5)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为 ,MgO晶体的熔点高于三者,其原因解释为 。
解析
(1)A组由非金属元素组成,熔点最高,属于原子晶体,熔化时需破坏共价键。
由共价键形成的原子晶体中,原子半径小的键长短,键能大,晶体的熔、沸点高,硬度大。
(2)B组都是金属,存在金属键,具有金属晶体的性质,可以用“电子气理论”解释相关物理性质。
(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体,HF熔点高是由于分子之间形成氢键。
(4)D组是离子化合物,熔点高,具有离子晶体的性质。
(5)晶格能与离子电荷数和离子半径有关,电荷越多,半径越小,晶格能越大,晶体熔点越高。
答案
(1)①原子 共价键 ②Si—Si键键能小于Si—O键键能 ③硼晶体大于硅晶体
(2)金属键 ①②③④ 电子气 (3)HF分子间能形成氢键,其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可) (4)②④ (5)NaCl>KCl>RbCl MgO晶体为离子晶体,离子所带电荷越多,半径越小,晶格能越大,熔点越高
课时作业
基础题组
1.如图所示,在氯化钠晶胞中,与每个Na+等距离且最近的几个Cl-所围成的立体构型为( )
A.十二面体B.正八面体
C.正六面体D.正四面体
解析 处在中心位置上的Na+被6个等距离且最近的Cl-包围,将6个Cl-相连,得到的立体构型为正八面体。
答案 B
2.经研究证明,PCl5在固态时由空间构型分别为正四面体和正八面体的两种离子构成,下列关于PCl5的推断中正确的是( )
A.PCl5固体为分子晶体
B.PCl5晶体由[PCl3]2+和[PCl7]2-构成,且离子数之比为1∶1
C.PCl5晶体由[PCl4]+和[PCl6]-构成,且离子数之比为1∶1
D.PCl5晶体具有良好的导电性
解析 由题意知,晶体由空间构型分别为正四面体和正八面体的两种离子构成,所以PCl5晶体由[PCl4]+和[PCl6]-按1∶1构成,为离子化合物,A、B错误,C正确;离子晶体中虽含有离子
- 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:
- 化学 选修 第三 第四