山东省临清三中高中化学 第3章第4节 离子晶体课件 新人教版选修3

第四节离子晶体第四节离子晶体学习目标学习目标1.了解离子晶体的结构特点。了解离子晶体的结构特点。2.能根据离子晶体的结构特点解释其物理性质。能根据离子晶体的结构特点解释其物理性质。3.了解晶格能的含义及其应用。了解晶格能的含义及其应用。课堂互动讲练课堂互动讲练课前自主学案课前自主学案知能优化训练知能优化训练第第四四节节离离子子晶晶体体课前自主学案课前自主学案一、离子晶体一、离子晶体1结构特点结构特点阳离子阳离子阴离子阴离子离子键离子键2决定晶体结构的因素决定晶体结构的因素半径比半径比电荷比电荷比离子键离子键3性质性质熔、沸点熔、沸点_，硬度，硬度_，难溶于有，难溶于有机溶剂。机溶剂。较高较高较大较大思考感悟思考感悟1离子晶体中存在共价键吗？离子晶体中存在共价键吗？【提示提示】有些离子晶体如有些离子晶体如NaOH、NH4Cl、Na2SO4中存在共价键，有些离子晶体中不存中存在共价键，有些离子晶体中不存在共价键如在共价键如NaCl、MgO等。等。二、晶格能二、晶格能1概念概念_形成形成1摩离子晶体摩离子晶体_的能的能量，通常取量，通常取_，单位为，单位为_。2影响因素影响因素3晶格能对离子晶体性质的影响晶格能对离子晶体性质的影响晶格能越大，形成的离子晶体越晶格能越大，形成的离子晶体越_，而且，而且熔点越熔点越_，硬度越，硬度越_。气态离子气态离子释放释放正值正值kJmol1越多越多越小越小稳定稳定高高大大思考感悟思考感悟2NaCl与与KCl，NaCl与与MgCl2哪一个晶格能更哪一个晶格能更大？大？【提示提示】r(Na)r(Mg2)，所以，所以MgCl2的晶格能大于的晶格能大于NaCl。课堂互动讲练课堂互动讲练离子晶体及常见的类型离子晶体及常见的类型1离子键离子键(1)定义：阴、阳离子间通过静电作用所形成的定义：阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫做离子键。化学键叫做离子键。(2)成键元素：活泼金属元素成键元素：活泼金属元素(如如K、Na、Ca、Ba等，主要是第等，主要是第A族和第族和第A族元素族元素)和活泼非金和活泼非金属元素属元素(如如F、Cl、Br、O等，主要是第等，主要是第A族和族和第第A族元素族元素)相互结合时多形成离子键。相互结合时多形成离子键。(3)成键原因：活泼金属原子容易失去电子而形成成键原因：活泼金属原子容易失去电子而形成阳离子，活泼非金属原子容易得到电子形成阴离阳离子，活泼非金属原子容易得到电子形成阴离子。当活泼金属遇到活泼非金属时，电子发生转子。当活泼金属遇到活泼非金属时，电子发生转移，分别形成阳、阴离子，再通过静电作用形成移，分别形成阳、阴离子，再通过静电作用形成离子键。离子键。(4)离子键只存在于离子化合物中。离子键只存在于离子化合物中。(5)强碱、活泼金属氧化物、大多数盐类是离子化强碱、活泼金属氧化物、大多数盐类是离子化合物。合物。2.离子晶体离子晶体(1)离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。而成的晶体。(2)离子晶体微粒之间的作用力是离子键。由于静离子晶体微粒之间的作用力是离子键。由于静电作用没有方向性，故离子键没有方向性。只要电作用没有方向性，故离子键没有方向性。只要条件允许，阳离子周围可以尽可能多地吸引阴离条件允许，阳离子周围可以尽可能多地吸引阴离子，同样，阴离子周围可以尽可能多地吸引阳离子，同样，阴离子周围可以尽可能多地吸引阳离子，故离子键也没有饱和性。根据静电作用大小子，故离子键也没有饱和性。根据静电作用大小的影响因素可知，在离子晶体中阴、阳离子半径的影响因素可知，在离子晶体中阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强。越小，所带电荷数越多，离子键越强。(3)离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示分子的组成。个数比，而不是表示分子的组成。3几种离子晶体模型几种离子晶体模型(1)NaCl型晶体结构模型型晶体结构模型(左下图左下图)：配位数为：配位数为6。在在NaCl晶体中，每个晶体中，每个Na周围同时吸引着周围同时吸引着6个个Cl，每个，每个Cl周围也同时吸引着周围也同时吸引着6个个Na。每个每个Na周围与它最近且等距的周围与它最近且等距的Na有有12个，个，每个每个Na周围与它最近且等距的周围与它最近且等距的Cl有有6个。个。(2)CsCl型晶体结构模型型晶体结构模型(右下图右下图)：配位数为：配位数为8。在在CsCl晶体中，每个晶体中，每个Cs周围同时吸引着周围同时吸引着8个个Cl，每个，每个Cl周围也同时吸引着周围也同时吸引着8个个Cs。每个每个Cs与与6个个Cs等距离相邻，每个等距离相邻，每个Cs与与8个个Cl等距离相邻。等距离相邻。(2011年黄冈高二检测年黄冈高二检测)有下列八种晶体：有下列八种晶体：A.SiO2(水晶水晶)；B.冰醋酸；冰醋酸；C.氧化镁；氧化镁；D.白磷；白磷；E.晶体氩；晶体氩；F.氯化铵；氯化铵；G.铝；铝；H.金刚石。金刚石。用序号回答下列问题：用序号回答下列问题：(1)属于原子晶体的化合物是属于原子晶体的化合物是_，直接由原，直接由原子构成的晶体是子构成的晶体是_，直接由原子构成的分，直接由原子构成的分子晶体是子晶体是_。(2)由极性分子构成的晶体是由极性分子构成的晶体是_，含有共价，含有共价键的离子晶体是键的离子晶体是_，属于分子晶体的单质是，属于分子晶体的单质是_。(3)在一定条件下能导电并发生化学变化的是在一定条件下能导电并发生化学变化的是_。受热熔化后化学键不发生变化的是。受热熔化后化学键不发生变化的是_，需克服共价键的是，需克服共价键的是_。【思路点拨思路点拨】判断晶体类型需要注意以下两点：判断晶体类型需要注意以下两点：(1)晶体的构成微粒。晶体的构成微粒。(2)微粒间的相互作用力。微粒间的相互作用力。【答案答案】(1)AA、E、HE(2)BFD、E(3)B、C、FB、D、EA、H互动探究互动探究(1)上述物质中均含有化学键吗？上述物质中均含有化学键吗？(2)B与与F所含化学键类型是否相同？所含化学键类型是否相同？【提示提示】(1)不是，稀有气体为单原子分子，分不是，稀有气体为单原子分子，分子内无化学键。子内无化学键。(2)B项冰醋酸分子中的化学键为项冰醋酸分子中的化学键为共价键，而共价键，而F项所含化学键为离子键、共价键、项所含化学键为离子键、共价键、配位键。所以两者所含化学键类型不同。配位键。所以两者所含化学键类型不同。【规律方法规律方法】判断晶体类型的方法判断晶体类型的方法判断晶体的类型一般是根据物质的物理性质：判断晶体的类型一般是根据物质的物理性质：(1)在常温下呈气态或液态的物质，其晶体应属于在常温下呈气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体分子晶体(Hg除外除外)。如。如H2O、H2等。对于稀有气等。对于稀有气体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看作单原体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看作单原子分子，因为微粒间的相互作用力是范德华力，子分子，因为微粒间的相互作用力是范德华力，而非共价键。而非共价键。(2)在熔融状态下能导电的晶体在熔融状态下能导电的晶体(化合物化合物)是离子晶是离子晶体。如：体。如：NaCl熔融后电离出熔融后电离出Na和和Cl，能自由，能自由移动，所以能导电。移动，所以能导电。(3)有较高的熔、沸点，硬度大，并且难溶于水的物有较高的熔、沸点，硬度大，并且难溶于水的物质大多为原子晶体，如晶体硅、二氧化硅、金刚石质大多为原子晶体，如晶体硅、二氧化硅、金刚石等。等。(4)易升华的物质大多为分子晶体。还要强调的是，易升华的物质大多为分子晶体。还要强调的是，对于教材上每种晶体类型的例子，同学们一定要认对于教材上每种晶体类型的例子，同学们一定要认真掌握其结构，把握其实质和内涵，在解题中灵活真掌握其结构，把握其实质和内涵，在解题中灵活运用。运用。变式训练变式训练1如图，直线交点处的圆圈为如图，直线交点处的圆圈为NaCl晶晶体中体中Na或或Cl所处的位置。这两种离子在空间三所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。个互相垂直的方向上都是等距离排列的。(1)请将其中代表请将其中代表Cl的圆圈涂黑的圆圈涂黑(不必考虑体积大不必考虑体积大小小)，以完成，以完成NaCl晶体结构示意图。晶体结构示意图。(2)晶体中，在每个晶体中，在每个Na的周围与它最接近的且距的周围与它最接近的且距离相等的离相等的Na共有共有_个。个。(3)在在NaCl晶胞中正六面体的顶角上、面上、棱上晶胞中正六面体的顶角上、面上、棱上的的Na或或Cl为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中个晶胞中Cl的个数等于的个数等于_，即，即_(填计算式填计算式)；Na的个数等于的个数等于_，即即_(填计算式填计算式)。解析：解析：(1)如图所示如图所示答案：答案：(1)离子晶体的性质离子晶体的性质1熔、沸点熔、沸点具有较高的熔、沸点，难挥发。离子晶体中，阴、具有较高的熔、沸点，难挥发。离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用阳离子间有强烈的相互作用(离子键离子键)，要克服离子，要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。的性质。2硬度硬度硬而脆。离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子硬而脆。离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击键，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。力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。3导电性导电性不导电，但熔化或溶于水后能导电。离子晶体中，不导电，但熔化或溶于水后能导电。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时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子离子(或水合离子或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电。离子定向移动而导电。4溶解性溶解性大多数离子晶体易溶于极性溶剂大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水如水)中，难溶于中，难溶于非极性溶剂非极性溶剂(如汽油、苯、如汽油、苯、CCl4)中。当把离子晶体中。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。力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子。特别提醒：特别提醒：化学变化过程一定发生旧化学键的断化学变化过程一定发生旧化学键的断裂和新化学键的形成，但破坏化学键或形成化学裂和新化学键的形成，但破坏化学键或形成化学键的过程却不一定发生化学变化，如食盐熔化会键的过程却不一定发生化学变化，如食盐熔化会破坏离子键，食盐结晶过程会形成离子键，但均破坏离子键，食盐结晶过程会形成离子键，但均不是化学变化过程。不是化学变化过程。(2011年北京东城区高二检测年北京东城区高二检测)现有几组物现有几组物质的熔点质的熔点()的数据：的数据：A组B组C组D组金刚石：3550Li：181HF：83NaCl：801晶体硅：1410Na：98HCl：115KCl：776晶体硼：2300K：64HBr：89RbCl：718二氧化硅：1723Rb：39HI：51CsCl：645据此回答下列问题：据此回答下列问题：(1)A组属于组属于_晶体，其熔化时克服的微粒晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是间的作用力是_。(2)B组晶体共同的物理性质组晶体共同的物理性质是是_(填序号填序号)。有金属光泽有金属光泽导电性导电性导热性导热性延展性延展性(3)C组中组中HF熔点反常是由于熔点反常是由于_。(4)D组晶体可能具有的性质是组晶体可能具有的性质是_(填序号填序号)。硬度小硬度小水溶液能导电水溶液能导电固体能导电固体能导电 熔融状态能导电熔融状态能导电(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为：组晶体的熔点由高到低的顺序为：NaClKClRbClCsCl，其原因解释为：，其原因解释为：_。【解析解析】通过读取表格中数据先判断出晶体的类通过读取表格中数据先判断出晶体的类型及晶体的性质，应用氢键解释型及晶体的性质，应用氢键解释HF的熔点反常，的熔点反常，利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因。利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因。【答案答案】(1)原子共价键原子共价键(2)(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多量更多(只要答出只要答出HF分子间能形成氢键即可分子间能形成氢键即可)(4)(5)D组晶体都为离子晶体，组晶体都为离子晶体，r(Na)r(K)r(Rb)分子间作用力，所以分子间作用力，所以A组的熔点高于组的熔点高于C组。组。(2)B组的组成微粒为金属阳离子和自由电子，两组的组成微粒为金属阳离子和自由电子，两者之间的作用力为金属键。者之间的作用力为金属键。D组的组成微粒为阳离组的组成微粒为阳离子和阴离子，两者之间的作用力为离子键。子和阴离子，两者之间的作用力为离子键。【规律方法规律方法】晶体熔、沸点高低的判断晶体熔、沸点高低的判断(1)不同类型晶体的熔、沸点：原子晶体不同类型晶体的熔、沸点：原子晶体离子晶体离子晶体分子晶体；金属晶体分子晶体；金属晶体(除少数外除少数外)分子晶体；金属分子晶体；金属晶体熔、沸点有的很高，如钨，有的很低，如汞晶体熔、沸点有的很高，如钨，有的很低，如汞(常温下是液体常温下是液体)。(2)同类型晶体的熔、沸点：同类型晶体的熔、沸点：原子晶体：结构相似，半径越小，键长越短，原子晶体：结构相似，半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高。如金刚石键能越大，熔、沸点越高。如金刚石碳化硅碳化硅晶晶体硅。体硅。分子晶体：组成和结构相似的分子，相对分子质分子晶体：组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，熔、沸点越高。如量越大，熔、沸点越高。如CI4CBr4CCl4CF4。金属晶体：所带电荷数越大，原子半径越小，则金属晶体：所带电荷数越大，原子半径越小，则金属键越强，熔、沸点越高。如金属键越强，熔、沸点越高。如AlMgNaK。离子晶体：离子所带电荷越多，半径越小，离子离子晶体：离子所带电荷越多，半径越小，离子键越强，熔、沸点越高。如键越强，熔、沸点越高。如KFKClKBrKI。变式训练变式训练2比较下列几组晶体熔、沸点的高低比较下列几组晶体熔、沸点的高低顺序。顺序。(1)金刚石、氯化钠、晶体硅、干冰金刚石、氯化钠、晶体硅、干冰(2)石英晶体、铝硅合金、冰石英晶体、铝硅合金、冰(3)CaO、KI、KCl(4)F2、Cl2、Br2、I2解析：解析：金刚石、晶体硅都属于原子晶体，金刚石、晶体硅都属于原子晶体，C原子半原子半径比径比Si原子半径小，键能大，金刚石熔点比晶体硅原子半径小，键能大，金刚石熔点比晶体硅的高，原子晶体的高，原子晶体离子晶体离子晶体分子晶体，故金刚石分子晶体，故金刚石晶体硅晶体硅氯化钠氯化钠干冰；石英为原子晶体，熔点较干冰；石英为原子晶体，熔点较高，并且合金的熔点比任一组分熔点都低，故冰高，并且合金的熔点比任一组分熔点都低，故冰铝硅合金铝硅合金金属铝金属铝KClKI；F2、Cl2、Br2、I2单质为分子晶体，熔点高低与相对分子质量大小有单质为分子晶体，熔点高低与相对分子质量大小有关，相对分子质量越大，熔点越高，故熔点高低顺关，相对分子质量越大，熔点越高，故熔点高低顺序为：序为：I2Br2Cl2F2。答案：答案：(1)金刚石金刚石晶体硅晶体硅氯化钠氯化钠干冰干冰(2)石英晶体石英晶体铝硅合金铝硅合金冰冰 (3)CaOKClKI(4)I2Br2Cl2F2