2018-2019学年高中化学 第三章 第四节 离子晶体学案（含解析）新人教版选修3.doc

第四节离子晶体 课标要求1能说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2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。3知道离子晶体的构成粒子、粒子间作用力以及与其他晶体的区别。1离子晶体是由阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体。决定离子晶体结构的重要因素有：几何因素(正负离子的半径比)，电荷因素(正负离子的电荷比)，键性因素(离子键的纯粹程度)。2离子晶体硬度较大，难于压缩，具有较高的熔点和沸点，固体不导电，溶于水或在熔融状态下可以导电。3常见的三种离子晶体的晶胞：4离子晶体的晶格能是指气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。 1离子晶体的结构特点(1)构成粒子：阴离子和阳离子。(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。特别提醒(1)离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4NO3晶体；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晶体是分子晶体。(2)离子晶体中除含离子键外不一定不含其他化学键，如CH3COONH4中除含离子键外，还含有共价键、配位键。(3)含有阳离子的晶体不一定是离子晶体，也可能是金属晶体。2离子晶体结构的决定因素(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离子晶体的性质熔、沸点熔、沸点较高，难挥发硬度硬度较大，难以压缩溶解性一般在水中易溶，在非极性溶剂中难溶导电性固态时不导电，熔融状态或在水溶液中能导电特别提醒离子晶体的熔点不一定低于原子晶体，如MgO的熔点(2 852 )高于SiO2的熔点(1 600 )。4常见的离子晶体晶体类型NaClCsClCaF2 晶胞阳离子的配位数688阴离子的配位数6845晶格能 1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)晶格能指形成1 mol离子键所放出的能量()(2)晶格能指破坏1 mol离子键所吸收的能量()(3)晶格能指1 mol离子化合物中的阴、阳离子由相互远离的气态离子结合成离子晶体时所放出的能量()(4)晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关()答案：(1)(2)(3)(4)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，熔融状态能导电解析：选DA项，SiO2晶体熔点也较高，但不是离子晶体；B项，HCl晶体的水溶液也能导电，也不是离子晶体；C项，有些晶体如固体氨溶于水，不属于离子晶体；D项，离子晶体固态时不能导电，在熔融时可导电。3下列热化学方程式中，能直接表示出氯化钠晶格能的是()ANa(g)Cl(g)NaCl(s)H1BNa(s)Cl(g)NaCl(s)H2C2Na(g)2Cl(g)2NaCl(s)H3DNa(g)Cl(g)NaCl(s)H4解析：选A气态离子形成1摩离子晶体释放的能量称为晶格能。4连线题。答案：A(2)B(3)C(1)1四种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、半径键长(原子半径)组成结构相似时，比较相对分子质量大小离子半径、价电子数熔、沸点较高高低差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 )硬度略硬而脆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2判断晶体类型的常用方法(1)根据晶体的概念判断依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断。如由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由分子通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体；由原子通过共价键形成的晶体属于原子晶体；由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。(2)根据物质的类别判断按照物质所属的类别也可进行判断。一般来说，金属氧化物(Na2O、MgO、Na2O2等)、强碱和绝大多数盐类属于离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2等外)、酸和大多数有机物(除有机盐外)属于分子晶体；金属单质属于金属晶体；常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有SiC、SiO2等。(3)根据晶体的特征性质判断根据不同晶体的特征性质(如熔点、沸点、溶解性、导电性、硬度和机械性能等)的不同和相应规律来判断。如熔、沸点较低且不导电的单质和化合物一般形成分子晶体；熔、沸点较高且在水溶液中或熔融状态下导电的化合物一般为离子晶体；熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质一般为原子晶体；金属单质(在熔融状态和固态时均能导电)形成金属晶体。1下列有关晶体的说法正确的是()A晶体分子间作用力越大，分子越稳定B原子晶体中共价键越强，熔点越高C冰融化时水分子中共价键发生断裂D氯化钠熔化时离子键未被破坏解析：选B分子的稳定性与化学键的键能有关，与分子间作用力无关，A错误；冰融化时破坏的是水分子间的分子间作用力，C错误；氯化钠熔化时离子键被破坏，D错误。2下列物质所属晶体类型分类正确的是()类型ABCD原子晶体石墨生石灰碳化硅金刚石分子晶体冰固态氨氯化铯干冰离子晶体氮化铝食盐明矾芒硝金属晶体铜汞铝铁解析：选DA选项中石墨为混合型晶体，B选项中生石灰为离子晶体，C选项中氯化铯为离子晶体。1不同晶体类型的熔、沸点高低规律一般为原子晶体离子晶体分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高(如钨)，有的很低(如汞)。2同属于原子晶体一般组成晶体的原子半径越小，熔、沸点越高。如熔点：金刚石(CC)二氧化硅(SiO)碳化硅(SiC)晶体硅(SiSi)。3同属于离子晶体离子所带电荷越多，离子半径越小，则离子键越强，熔、沸点越高。如熔点：MgONaClCsCl。4同属于金属晶体金属原子的价电子数越多，半径越小，金属键越强，熔、沸点越高。如熔点：AlMgNa。5同属于分子晶体分子间作用力越强，熔、沸点越高。(1)组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如熔点：I2Br2Cl2F2。(2)相对分子质量相同或相近的物质，分子的极性越大，熔、沸点越高。如沸点：CON2。(3)同分异构体之间：一般是支链越多，熔、沸点越低。如沸点：正戊烷异戊烷新戊烷。结构越对称，熔、沸点越低。如沸点：邻二甲苯间二甲苯对二甲苯。(4)若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如沸点：HFHIHBrHCl。(5)状态不同的物质在相同条件下，熔、沸点：固体液体气体。例如：SHgO2。1下列物质的熔点高低顺序，正确的是()A金刚石晶体硅碳化硅BKNaLiCNaFNaClNaBrDCI4CBr4CCl4CH4解析：选DA项，键能：CCCSiSiSi，故熔点：金刚石碳化硅晶体硅；B项，金属键：LiNaK，故熔点：LiNaK；C项，晶格能：NaFNaClNaBr，故熔点：NaFNaClNaBr；D项，相对分子质量：CI4CBr4CCl4CH4，故熔点：CI4CBr4CCl4CH4。2根据你学过的知识，判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序可能是()AKClNaClBaOCaOBNaClKClCaOBaOCCaOBaONaClKClDCaOBaOKClNaCl解析：选C离子晶体中，离子键越强，晶体熔、沸点越高，而离子所带电荷越高，半径越小，离子键越强。Ca2、O2、Ba2都带2个电荷；Na、Cl、K只带1个电荷，r(Ca2)r(Ba2)，r(Na)BaONaClKCl。三级训练节节过关1下列叙述正确的是()A离子晶体中一定含有活泼金属阳离子B离子晶体都是化合物C固态不导电、溶于水能导电，这一性质能说明某晶体一定是离子晶体D离子晶体一般具有较低的熔点解析：选B离子晶体中不一定含金属阳离子，如NH4Cl；固体不导电、溶于水能导电的可能是分子晶体，如AlCl3。2下列大小关系正确的是()A晶格能：NaClCaOC熔点：NaINaBr D熔、沸点：CO2NaCl解析：选B离子半径ClNaBr，A项错误；MgO、CaO均为离子晶体，离子半径Mg2Ca2，MgO中离子键强，晶格能大，硬度大，B正确；同理，C项中熔点NaINaBr；D中CO2为分子晶体，NaCl是离子晶体，熔、沸点：CO2H2S，C项中很明显熔点I2Hg，D项中熔点晶体硅NaCl，故晶格能NaClNaBr。(2)离子所带电荷 越多，晶格能越大，MgO中阴、阳离子所带电荷多，且r(O2)r(Cl)r(Br)，r(Mg2)NaCl。(3)晶格能大的离子晶体，熔点高，硬度大，三种离子晶体中硬度最大的为MgO；MgO的熔点高，电解时要消耗大量的电能。答案：(1)小NaBr比NaCl中离子的核间距大(2)氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大，并且离子的核间距小(3)氧化镁氧化镁晶体比氯化镁晶体晶格能大，熔点高，电解时消耗电能大1有关晶体的下列说法中正确的是()A分子晶体中共价键越强，熔点越高B原子晶体中分子间作用力越强，熔点越高C氯化钠晶体熔化时离子键发生断裂D金属晶体熔化时金属键未发生断裂解析：选C分子晶体的熔点与分子间作用力有关；原子晶体的熔点与共价键的强弱有关，金属晶体熔化时破坏了金属键。2AB、CD、EF均为11型离子化合物，根据下列数据判断它们的熔点由高至低的顺序是()ABCDEF离子电荷数112键长(1010 m)2.313.182.10ACDABEF BABEFCDCABCDEF DEFABCD解析：选D离子所带电荷数越多，键长越短，则晶格能越大，晶体的熔点越高，EF化合物的键长短，电荷多。3钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其结构如图所示，有关说法正确的是()A该晶体属于离子晶体B晶体的化学式为Ba2O2C该晶体结构与CsCl相似D与每个Ba2距离相等且最近的Ba2共有8个解析：选A晶体中含阴、阳离子，应属于离子晶体，由晶胞知该晶体结构与NaCl相似，化学式应为BaO2，类比NaCl晶胞知与Ba2距离相等且最近的Ba2有12个。4食盐晶体的结构示意图如图所示。已知食盐的密度为 gcm3，摩尔质量为M gmol1，阿伏加德罗常数为NA，则在食盐晶体中Na和Cl的间距大约是()A. cm B. cmC. cm D. cm解析：选B食盐晶胞中含有4个Na和4个Cl，每个晶胞的体积为4 cm3，设食盐晶体里Na和Cl的间距为x cm，所以可得(2x)34，解得x，即在食盐晶体中Na和Cl的间距大约是 cm。5下表给出几种氯化物的熔点和沸点。物质NaClMgCl2AlCl3CCl4熔点/80171219068沸点/1 4651 41818357关于表中4种氯化物有下列说法：AlCl3在加热时可升华CCl4属于分子晶体1 500 时NaCl的分子组成可用NaCl表示AlCl3是典型的离子晶体其中与表中数据一致的是()A只有和 B只有C只有 D全部一致解析：选C根据各物质的熔、沸点判断，AlCl3和CCl4为分子晶体；AlCl3的沸点低于熔点，所以易升华；NaCl为离子晶体，1 500 高于其沸点，故以分子NaCl形式存在。6下列有关晶体的叙述中，错误的是()A在SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子形成共价键B在NaCl晶体中，与每个Na或Cl周围紧邻的有6个Cl或NaC在CsCl晶体中，与每个Cs周围紧邻的有8个Cl，而与每个Cs等距离紧邻的有6个CsD在面心立方密堆积的金属晶体中，每个金属原子周围紧邻的有4个金属原子解析：选D在面心立方密堆积的金属晶体中，每个金属原子周围紧邻的金属原子数为12，D项错误。7碱金属卤化物是典型的离子晶体，它们的晶格能与成正比(d0是晶体中最邻近的异电性离子的核间距)。下面说法错误的是()晶格能/(kJmol1)离子半径/pmLiFLiClLiBrLiI1 031 845807752 LiNaK6095133NaFNaClNaBrNaI915 777740 693FClBrI136181195216KFKClKBrKI812708676641晶格能的大小与离子半径成正比阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离子半径越大，晶格能越小阳离子不同阴离子相同的离子晶体，阳离子半径越小，晶格能越大金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强A BC D解析：选D由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，错误；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定说法正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定说法正确；表中晶格能最小的为碘化物，因还原性FClBrI，可知错误。8有一种蓝色晶体可表示为MxFey(CN)6，经X射线研究发现，它的结构特征是Fe3和Fe2互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法正确的是()该晶体的化学式为MFe2(CN)6该晶体属于离子晶体，M呈1价该晶体属于离子晶体，M呈2价晶体中与每个Fe3距离最近且等距离的CN为3个A BC D解析：选A由图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2个数为4，含Fe3个数也为，CN的个数为123，因此阴离子为Fe2(CN)6，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，正确；由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为1价，正确，错误；由图可看出与每个Fe3距离最近且等距离的CN为6个。9现有几组物质的熔点()数据：A组B组C组D组金刚石：3 550Li：181HF：83NaCl：801硅晶体：1 410Na：98HCl：115KCl：776硼晶体：2 300K：64HBr：89RbCl：718二氧化硅：1 723Rb：39HI：51CsCl：645据此回答下列问题：(1)A组属于_晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是_。(2)B组晶体共同的物理性质是_(填序号)。有金属光泽导电性导热性延展性(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)。硬度小 水溶液能导电固体能导电 熔融状态能导电(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaClKClRbClCsCl，其原因为_。解析：通过读取表格中数据先判断晶体的类型及晶体的性质，A、B、C、D组分别代表原子晶体、金属晶体、分子晶体、离子晶体。(2)中的性质都属于金属晶体的物理性质。应用氢键解释HF的熔点反常，利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高原因。答案：(1)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量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)(4)(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na)r(K)r(Rb)r(Cs)，在离子所带电荷相同的情况下，半径越小，晶格能越大，相应晶体的熔点越高10如图所示是钾、氧两元素形成的一种晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。晶体中氧的化合价可看作是部分为0价，部分为2价。(1)该结构与_的结构相似(填选项字母，下同)。ANaClBCsClC干冰 DSiO2(2)钾、氧两元素所形成化合物的化学式是_。AK2O BK2O2CK2O3 DKO2(3)下列对此晶体结构的描述正确的是_。A晶体中与每个K距离最近的K有8个B晶体中每个K周围有8个O，每个O周围有8个KC每个O周围最近且等距离的K所围成的立体构型为正八面体D晶体中，0价氧原子与2价氧原子的数目比为31解析：(1)该结构与NaCl晶体的结构相似，相当于Na被K代替，Cl被O代替。(2)晶体中平均每个晶胞有K：864个；有O：1124个，故其化学式为KO2。(3)由图可看出，晶体中与每个K距离最近的K有12个，晶体中每个K周围有6个O，每个O周围有6个K，每个O周围最近且等距离的K所围成的立体构型为正八面体，如图所示。设1 mol KO2中含有x mol 0价的氧原子，y mol 2价的氧原子，则有xy2,2y1，解得x，y，所以晶体中，0价氧原子与2价氧原子的数目比为31。答案：(1)A(2)D(3)CD