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离子晶体教学设计资料

[教学设计]第四节离子晶体

【知识与技能】

1．掌握离子晶体的概念，能识别氯化钠、氯化铯、氟化钙的晶胞结构。

2．学会离子晶体的性质与晶胞结构的关系。

3．通过探究知道离子晶体的配位数与离子半径比的关系。

4、了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。

【教学重点】离子晶体的物理性质的特点；离子晶体的配位数及其影响因素；晶格能的定义和应有用。

【教学难点】离子晶体配位数的影响因素；晶格能的定义和应有用。

【教案设计】

【回忆复习】分子晶体、原子晶体分别有哪些物理特性？

【投影】晶体比较

晶体类型

分子晶体

原子晶体

金属晶体

构成粒子

粒子间相互作用

硬度

熔沸点

导电性

溶解性

典型实例

【问题引入】

1．钠原子与氯原子是如何结合成氯化钠的？

你能用电子式表示氯化钠的形成过程吗？

2．常见的离子化合物包括哪些？

常温下以什么形态存在？

晶体是如何形成的？

构成微粒是什么？

这些微粒是怎样堆集的？

【展图观察】NaCl、CsCl晶体模型。

【板书】一、离子晶体

1、 定义：

离子间通过离子键结合而成的晶体

（1）结构微粒：

阴、阳离子

（2）相互作用：

离子键

【讲解】通常情况下，阴、阳离子可以看成是球形对称的，其电荷分布也是球形对称的，只要空间条件允许，一个离子可以同时吸引多个带相反电荷的离子。

因此离子键没有方向性和饱和性。

【板书】  离子键无方向性和无饱和性

【展示图片】（3）种类繁多：

含离子键的化合物晶体：

强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐

（4）理论上，结构粒子可向空间无限扩展

【思考】NaCl、CsCl晶体中有无单个个分子，“NaCl”、“CsCl”是否代表分子组成呢？

【讲述】在NaCl晶体或CsCl晶体中，都不存在单个的NaCl分子或单个的CsCl分子，但是，在这两种晶体里阴、阳离子的个数比都是1∶1。

所以，NaCl和CsCl是表示离子晶体中离子个数比的化学式，而不是表示分子组成的分子式。

【思考】在NaCl晶体中，每个Na+周围有几个Cl-？

每个Cl-周围有几个Na+？

在CsCl晶体中，每个Cs+周围有几个Cl-？

每个Cl-周围有几个Cs+？

【板书】二、离子晶体中离子键的配位数

（1）      定义：

是指一个离子周围邻近的异电性离子的数目

【探究】NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子的配位数

离子晶体

阴离子的配位数

阳离子的配位数

NaCl

CsCl

【思考】为什么同是AB型离子晶体，CsCl与NaCl的晶体结构和配位数不一样？

请从两者的组成中试寻找形成差异的原因。

【板书】

（2）影响阴、阳离子的配位数的因素|：

①正、负离子半径比的大小

【投影】

离子

Na+

Cs+

Cl-

离子半径/pm

95

169

181

【学生活动】NaCl、CsCl中正、负离子的半径比和配位数

NaCl

CsCl

r+/r-=

r+/r-=

C.N.=6

C.N.=8

【自主探究】CaF2晶体中阴、阳离子的配位数

前面两例中每种晶体的阴、阳离子所带的电荷数相同，阴、阳离子个数相同，配位数不相同。

如果离子晶体中阴、阳离子的电荷数不相同，阴、阳离子个数不相同，各离子的配位数是否也不相同？

下面请看CaF2晶体结构回答问题：

请根据图中晶胞结构计算：

每个Ca2+周围最邻近的F-有____个，表明Ca2+的配位数为____。

每个F-周围最邻近的Ca2+有____个，表明F-的配位数是_____。

由此可见，在CaF2晶体中，Ca2+和F-个数比为______,刚好与Ca2+和F-的电荷数之比______。

整个晶体的结构与前面两例的结构完全不相同。

因此可以得出晶体中阴、阳离子电荷比也是决定离子晶体结构的重要因素，称为电荷因素。

（2）电荷因素：

晶体中阴、阳离子电荷比

此外，决定离子晶体结构的因素还有离子键的纯粹程度，称为键性因素。

对此高中不作详细学习。

（3）键性因素：

离子键的纯粹程度

【思考】:

1、根据氯化钠的结构模型确定晶胞，并分析其构成。

每个晶胞中有  Na+，有   个Cl-

2、在每个Na+周围与它最近的且距离相等的Na+有   个

3、在每个Na+周围与它最近的且距离相等的Cl-所围成的空间结构为    体

【板书】立方晶系的晶胞中,原子个数比的计算:

（1）处于体心的原子:

完全属于该晶胞

（2）处于面心的原子,属于两个晶胞共有,每个晶胞平均占有它的1/2

   （3）处于棱上的原子,属于四个晶胞共有,每个晶胞平均占有它的1/4

   （4）处于顶点的原子,属于八个晶胞共有,每个晶胞平均占有它的1/8

   晶胞中微粒个数=晶胞中可视的微粒个数×晶胞占有值

【练习】CsCl的结构晶胞：

1、根据氯化铯的结构模型确定晶胞，并分析其构成。

每个晶胞中有   Cs+，有   个Cl-

2、在每个Cs+周围与它最近的且距离相等的Cs+有　   个

[小结]

类型

离子晶体

结构

构成晶体的粒子

相互作用

[反馈练习]

1．某离子晶体的晶胞结构如下图所示：

则该离子晶体的化学式为（    ）。

A．abc     B、abc3   

C．ab2c3   D．ab3c

 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。

下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

A．晶体中与每个K+距离最近的K+有12个

B．晶体中每个K+周围有8个O2-，每个O2-周围有8个K+

C．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有14个K+和13 个O2-

D．晶体中，0价氧原子与-2价氧原子的数目比可看作为3:

1

5．某离子晶体部分结构如图

（1）晶体中每个Y同时吸引着最近的________个X，

每个X同时吸引着最近的________个Y，该晶体的化学式为________

（2）晶体中每个X周围与它最近且距离相等的X共有________个.

（3）晶体中距离最近的2个X与一个Y形成的夹角∠XYX的角度________

（4）设该晶体的摩尔质量为Mgmol-1，晶体密度为

，阿佛加德罗常数为NA，则晶体中两个距离最近的X中心间距离为_____cm

5．答案：

（1）从图中可知，Y位于立方体中心，X位于立方体相向的四个项点，故一个Y同时吸引着最近的X有4个，每个X同时吸引着最近的8个Y，由此确定其化学式.：

XY2

（2）由于顶点X是8个立方体共有，每个面是两个立方体共享，故晶体中每个X周围与它最近且距离相等的X应有8×3×

=12（个）

（3）可将图中4个X分别与Y连线，

形成的构型类同于CH4分子，∠XYX=

（4）每个小方体中会XY2的物质的量为

【作业】1．当人们谈论1991年初春海湾战争中的先进武器时，都免不了要提到隐身战斗机F-117A，目前研制和应用陷隐形材料是铁氧体等磁性物质，右图是某隐形材料晶胞，其化学式表示为（     ）

A、XY      B、X4Y     C、XY2     D、X2Y

3.如图是氯化铯晶体的晶胞（晶体中最小的重复单元），已知晶体中2个最近的Cs+离子核间距为acm，氯化铯的式量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为

A.

g/cm3     B.

g/cm3    

C.g/cm3      D.g/cm3

4．已知氯化钠的摩尔质量为58.5g.mol-1,阿伏加德罗常数取6.02×1023mol-1,则食盐晶体中两个距离最近的Na+的核间距离最接近下面四个数据中的哪一个.（  ）  

A、3.0×10-8cm   B、3.5×10-8cm  C、4.0×10-8cm   D、5.0×10-8cm

                                 第二课时

【练习】1．下列说法中正确的是（     ）。

A、离子晶体中一定含有金属离子

B、晶体中若有离子键则晶体一定是离子晶体

C、离子晶体中一定无非极性共价键

D、使ZnS晶体发生化学反应需破坏离子键

2．CsCl晶体中Cs+的C.N.是____Cl-的C.N.是_____.CaF2晶体中Ca2+的C.N.是____F-的C.N.是_____.已知KCl的晶体结构与NaCl的相似，则KCl晶体中K+的C.N.是____Cl-的C.N.是_____.

3．右图所示的晶体结构是一种具有优良压电、电光等功能的晶体材料的晶胞。

（1）、晶体内与每个“Ti”紧邻的O原子数为     个

（2）、该晶体的化学式为（   ）

A、BaTi8O12           B、BaTi4O9

C、BaTiO3             D、BaTi2O3   

[注意]：

①当一个粒子被n个晶胞同时拥有，则一个晶胞只占据该粒子的       。

②对于长方体型的晶胞而言：

一个晶胞所拥有的粒子总数=                  。

对于右图所示晶胞：

其中含A粒子   个，含B粒子   个，含C粒子    个，含D粒子  个。

所以该晶胞所表示的晶体的化学式为         。

【思考】你所熟悉的离子晶体具有哪些物理共性？

离子晶体能否导电？

如何解释？

【板书】离子晶体的物理特性：

（1）、硬度较高，密度较大，难压缩，难挥发，熔沸点较高

（2）、晶体不导电，在熔融状态或水溶液中导电,不存在单个分子

（3）离子晶体的水溶性

常见的盐类中易溶于水的有                                            ,难溶于水的有                         。

一般而言，大多数离子晶体是可以溶于水的。

【观察分析】钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点有何变化变化规律？

说明什么？

物质

NaF

NaCl

NaBr

NaI

NaCl

KCl

RbCl

CsCl

熔点

995

801

755

651

801

776

715

646

【板书】组成相似的离子晶体，离子半径越小，离子电荷越多，离子键越强，晶体熔点沸点越高。

如：

KF>KCl>KBr         Al2O3>MgO

【讲述】离子晶体的熔点和离子晶体的稳定性与离子键的强弱有关。

离子键的强弱可用离子晶体的晶格能来表示。

【板书】二、离子键的强度——晶格能

【板书】

（1）.晶格能（符号为U）:

拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量

例如：

拆开1molNaCl晶体使之形成气态钠离子和氯离子时,吸收的能量.用U表示:

NaCl（s）           Na+（g）+ Cl-（g）   U=786KJ.mol-1        

晶格能U越大,表明离子晶体中的离子键越牢固。

一般而言，晶格能越大，离子晶体的离子键越强.破坏离子键时吸收的能量就越多,离子晶体的熔沸点越高，硬度越大。

【思考】由下列离子化合物熔点变化规律,分析晶格能与离子半径、离子电荷有什么关系?

AB型离子晶体

离子电荷

晶格能（kJ/mol）

熔点

摩氏硬度

NaF

1

923

993

3.2

NaCl

1

786

801

2.5

NaBr

1

747

747

<2.5

NaI

1

704

661

<2.5

MgO

2

3791

2852

6.5

CaO

2

3401

2614

4.5

SrO

2

3223

2430

3.5

BaO

2

3054

1918

3.3

【板书】

（2）.影响晶格能的因素——离子的电荷数和离子半径

【小结板书】对晶体构型相同的离子化合物离子电荷数越大，离子半径越小，晶格能越大，离子键越强，晶体越稳定，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。

类型

离子晶体

结构

构成晶体的粒子

相互作用

性质

硬度

熔、沸点

导电性

溶解性

实例

【投影】四种类型晶体的比较：

晶体类型

离子晶体

分子晶体

原子晶体

金属晶体

构成粒子

粒子间相互作用

硬度

熔沸点

导电性

溶解性

典型实例

1、下列大小关系正确的是（   ）。

A、晶格能：

NaCl

MgO>CaO  

C、熔点：

NaI>NaBr     D、熔沸点：

CO2>NaCl

2、已知：

三种氟化物的晶格能如下表：

晶格能（kJ/mol）

Na+

923

Mg2+

2957

Al3+

5492

三种氟化物的晶格能的递变原因是                             。

3、已知：

硅酸盐和石英的晶格能如下表：

硅酸盐矿物和石英

晶格能（kJ/mol）

橄榄石

4400

辉石

4100

角闪石

3800

云母

3800

长石

2400

石英

2600

回答下列问题：

（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          。

4、下表列出了钠的卤化物和硅的卤化物的熔点：

NaX

NaF

NaCl

NaBr

NaI

熔点

995

801

775

651

SiX4

SiF4

SiCl4

SiBr4

SiI4

熔点

—90.2

—70.4

5.2

120.5

回答下列问题：

（1）钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高很多，其原因是        

                                                。

（2）NaF的熔点比NaBr的熔点高的原因是                              。

SiF4的熔点比SiBr4的熔点低的原因是                                   。

（3）NaF和NaBr的晶格能的高低顺序为          ，硬度大小为          。

 4．2001年曾报道，硼镁化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。

该化合晶体结构中的晶胞如右图所示。

镁原子间形成正六棱柱，六个硼原子位于棱柱内。

则该化合物的化学式可表示为

A Mg14B6    B Mg2B    C MgB2    D Mg3B2

[课内练习]

1、下列含有极性键的离子晶体是（    ）。

①    醋酸钠②氢氧化钾③金刚石④乙醇⑤氯化钙

A、①②⑤ B、①② C、①④⑤ D、①⑤

2、图一为氯化钠晶胞的结构示意图。

它向三维空间延伸得到完美晶体。

试回答：

（1）、一个氯化钠晶胞中有     个Na+,有      个Cl-。

（2）、某温度下，测得晶胞的边长为acm,求氯化钠晶体的密度。

（3）、若已知NaCl的密度为dg/cm3,则NaCl晶体中Na+与Na+的最短距离是多少？

2．曾有“打破砂锅问到底”的说话，这说明陶瓷砂锅是很容易碎的，但是在普通陶瓷中添加氧化铝等物质，在加压条件下烧至2100℃左右，就可得到高致密氧化铝陶瓷。

氧化铝陶瓷在常温性能和高温性能方面，都是现有陶瓷材料中的上品，用贱如砂土和煤炭一类的材料，经过晶体学家的一番化学加工，就可以做成性能优良的高科技产品，身价骤增千百倍，真有“点石成金”之妙。

例.某氧化铝陶瓷晶体中含有A,B,C三种原子,其排列方式如图所示,则晶体中A,B,C三种原子的个数比为:

____.

答案:

1:

1:

1 

反馈练习：

1、下列化学式表示的物质中，属于离子晶体并且含有非极性共价键的是（     ）。

A、CaCl2         B、Na2O2           C、N2          D、NH4Cl

2.下列有关晶体的叙述中，不正确的（   ）

      （A）在离子晶体中可能存在共价键

     （B）氯化钠晶体中，每个Na+周围距离相等的Na+共有6个

     （C）氯化铯晶体中，每个Cs+周围紧邻8个Cl-

（D）含有金属元素的离子不一定是阳离子，

3．

MgO

Al2O3

MgCl2

AlCl3

熔点/℃

2852

2072

714

190（2.5×105Pa）

沸点/℃

3600

2980

1412

182.7

请参考上述数据填空和回答问题：

（1）工业上常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁，电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。

为什么不用电解MgO的方法生产镁；

6、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————（Mg,O）

（2）A、B所形成的晶体结构与NaCl结构相似，则每个阳离子周围吸引了——（6）-—个阴离子，晶体中阴、阳离子数之比为————（1:

1）————。

（3）A、B所形成的化合物的晶体的熔点比NaF的熔点——————（高）————，其判断的理由是———（离子半径相差不大，但电荷数大，形成的离子键强，熔点高。

）