2018-2019版高中化学 专题3 微粒间作用力与物质性质 第二单元 离子键 离子晶体学案 苏教版选修3.docx

第二单元离子键离子晶体学习目标定位1.正确理解离子键、离子晶体的概念，知道离子晶体类型与其性质的联系。2.认识晶格能的概念和意义，能根据晶格能的大小，会分析晶体的性质。一、离子键的形成1形成过程2特征(1)没有方向性：离子键的实质是静电作用，离子的电荷分布通常被看成是球形对称的，因此一种离子对带异性电荷离子的吸引作用与其所处的方向无关。(2)没有饱和性：在离子化合物中，每个离子周围最邻近的带异性电荷离子数目的多少，取决于阴、阳离子的相对大小。只要空间条件允许，阳离子将吸引尽可能多的阴离子排列在其周围，阴离子也将吸引尽可能多的阳离子排列在其周围，以达到降低体系能量的目的。(1)离子键的存在只存在于离子化合物中：大多数盐、强碱、活泼金属氧化物(过氧化物如Na2O2)、氢化物(如NaH和NH4H)等。(2)离子键的实质是“静电作用”。这种静电作用不仅是静电引力，而是指阴、阳离子之间静电吸引力与电子与电子之间、原子核与原子核之间的排斥力处于平衡时的总效应。(3)成键条件：成键元素的原子得、失电子的能力差别很大，电负性差值大于1.7。例1具有下列电子排布的原子中最难形成离子键的是()A1s22s22p2B1s22s22p5C1s22s22p63s2D1s22s22p63s1答案A解析形成离子键的元素为活泼金属元素与活泼非金属元素，A为C元素，B为F元素，C为Mg元素，D为Na元素，则只有A项碳元素既难失电子，又难得电子，不易形成离子键。例2下列关于离子键的说法中错误的是()A离子键没有方向性和饱和性B非金属元素组成的物质也可以含离子键C形成离子键时离子间的静电作用包括静电吸引和静电排斥D因为离子键无饱和性，故一种离子周围可以吸引任意多个带异性电荷的离子答案D解析活泼金属和活泼非金属元素原子间易形成离子键，但由非金属元素组成的物质也可含离子键，如铵盐，B项正确；离子键无饱和性，体现在一种离子周围可以尽可能多地吸引带异性电荷的离子，但也不是任意的，因为这个数目还要受两种离子的半径比(即空间条件是否允许)和个数比的影响，D项错误。易错警示(1)金属与非金属形成的化学键有可能是共价键，如AlCl3。(2)完全由非金属元素形成的化合物中有可能含离子键，如NH4Cl、NH4H，一定有共价键。(3) 离子键不具有饱和性是相对的，每种离子化合物的组成和结构是一定的，而不是任意的。二、离子晶体1概念及结构特点(1)概念：阴、阳离子通过离子键结合而形成的晶体。(2)结构特点构成微粒：阴离子和阳离子，离子晶体中不存在单个分子，其化学式表示的是离子的个数比。微粒间的作用力：离子键。2晶格能(U) (1)概念：拆开1_mol离子晶体形成气态阴离子和气态阳离子所吸收的能量。(2)影响因素：离子晶体中离子半径越小，所带电荷越多，晶格能越大。(3)晶格能与晶体物理性质的关系：晶格能越大，离子键稳定性越强，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。3离子晶体的结构(1)配位数：离子晶体中一个离子周围最邻近的异电性离子的数目，叫做离子的配位数。(2)观察分析表中AB型离子晶体的结构模型，填写下表：晶体结构模型配位数Cl和Na配位数都为6Cl和Cs配位数都为8Zn2和S2配位数都为4晶胞中微粒数Na、Cl都为4Cs、Cl都为1Zn2、S2都为4阴、阳离子个数比111111化学式NaClCsClZnS符合类型Li、Na、K、Rb的卤化物，AgF、MgO等CsBr、CsI、NH4Cl等BeO、BeS等4.离子晶体的性质(1)熔点较高，硬度较大。(2)离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。(3)大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。影响离子晶体配位数的因素(1)离子半径因素：的值不同，晶体中离子的配位数不同，其晶体结构不同。数值越大，离子的配位数越多。(2)电荷因素：AB型离子晶体的阴、阳离子的配位数相等；ABn型离子晶体的A、B离子的配位数比值为n1。例3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444.6D熔点97.81，质软，导电，密度0.97gcm3答案A解析离子晶体在液态(即熔融态)导电，B项错误；CS2是非极性溶剂，根据相似相溶规律，C项错误；由于离子晶体质硬易碎，且固态不导电，D项错误。方法规律离子晶体的判断方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。(2)依据物质类别判断。活泼金属氧化物，强碱和绝大多数盐类是离子晶体。(3)依据导电性判断。离子晶体溶于水和熔融状态下均导电。(4)依据熔、沸点和溶解性判断。离子晶体熔、沸点较高，多数能溶于水，难溶于有机溶剂。例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数有关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，其熔点越高答案D解析晶格能与离子所带电荷数的乘积成正比，与阴、阳离子半径的大小成反比，A、B项错误；晶格能越大，离子晶体的熔、沸点越高，硬度也越大，D项正确。例5一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子A以表示，阴离子B以表示。关于该离子晶体的说法正确的是()A阳离子的配位数为8，化学式为ABB阴离子的配位数为4，化学式为A2BC每个晶胞中含4个AD每个A周围有4个与它等距且最近的A答案C解析用均摊法可知，晶胞中含有阳离子数为864；阴离子显然是8个，故化学式为AB2，A、B项错误；每个A周围与它等距且最近的A有12个，D项错误。离子晶体1仅由下列各组元素所构成的化合物，不可能形成离子晶体的是()AH、O、SBNa、H、OCK、Cl、ODH、N、Cl答案A解析强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐等是离子晶体。B项如NaOH、C项如KClO、D项如NH4Cl。2下列性质中，可以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解析从熔点来看，离子晶体一般具有较高的熔点，但金刚石、石英等原子晶体也有很高的熔点，A项错误；某些共价化合物也能溶于水，溶于水后也能导电，例如HCl等，B项错误；从溶解性上看，蔗糖、葡萄糖等分子晶体也可溶于水，C项错误；固态不导电，熔融状态能导电说明固态中原本有阴、阳离子，只是不能自由移动，而由阴、阳离子构成的晶体一定是离子晶体。3下列关于NaCl晶体结构的说法中正确的是()ANaCl晶体中，阴、阳离子的配位数相等BNaCl晶体中，每个Na周围吸引1个ClCNaCl晶胞中的质点代表一个NaClDNaCl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11。4下列热化学方程式中，能直接表示出氯化钠晶体晶格能的是()ANa(g)Cl(g)=NaCl(s)HBNa(s)Cl2(g)=NaCl(s)H1CNa(g)e=Na(g)H2DCl(g)e=Cl(g)H3答案A解析1mol气态钠离子和1mol气态氯离子结合生成1mol氯化钠晶体释放出的热能为氯化钠晶体的晶格能，所以热化学方程式中，能直接表示出氯化钠晶体晶格能的是Na(g)Cl(g)=NaCl(s)H，故选A。5氧化钙在2973K时熔化，而氯化钠在1074K时熔化，两者的离子间距离和晶体结构都类似，有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是()A氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多B氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大C氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同D在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定答案C解析CaO和NaCl都属于离子晶体，熔点的高低可根据晶格能的大小判断。晶格能的大小与离子所带电荷多少、离子间距离、晶体结构类型等因素有关。CaO和NaCl的离子间距离和晶体结构都类似，故晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定。6同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：物质ANaClKClCsCl熔点/K10741049918物质BNaMgAl熔点/K317923933晶体熔、沸点的高低，决定于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组是_晶体，晶体微粒之间通过_相连，粒子之间的作用力由大到小的顺序是_。B组晶体属于_晶体，外围电子数由少到多的顺序是_，离子半径由大到小的顺序是_，金属键由弱到强的顺序为_。答案离子离子键NaClKClCsCl金属NaMgMg2Al3NaMgAl解析A组NaCl、KCl、CsCl为同一主族的卤化物且为离子化合物，故熔点与离子键的强弱有关，离子键越弱，熔点越低。而Na、K、Cs的离子半径逐渐增大，故Na与Cl、K与Cl、Cs与Cl的离子键逐渐减弱，NaCl、KCl、CsCl的熔点依次降低；而B组中Na、Mg、Al是金属晶体且外围电子数依次增多，离子半径逐渐减小，因此金属原子核对外层电子束缚能力越来越大，形成的金属键越来越牢固，故熔点依次升高。对点训练题组一正确理解离子键的概念1下列说法不正确的是()A静电作用只有引力B离子键的实质是静电作用C离子键没有方向性和饱和性D离子键虽然没有饱和性，但离子晶体中阴、阳离子的个数比并不是任意的答案A2下列叙述正确的是()A带相反电荷离子之间的相互吸引称为离子键B金属元素和非金属元素化合时不一定形成离子键C原子最外层只有1个电子的主族元素与卤素所形成的化学键一定是离子键D非金属元素形成的化合物中不可能含有离子键答案B解析离子键的本质是阴、阳离子之间的静电作用，静电作用包括静电引力和静电斥力，A项不正确；活泼金属与活泼非金属容易形成离子键，一般当成键原子所属元素的电负性差值小于1.7时，原子间不易形成离子键，如AlCl3和BeCl2中金属与非金属原子形成共价键，B项正确；原子最外层只有1个电子的主族元素包括H元素和碱金属元素，H元素与卤素形成共价键，C项不正确；由非金属元素形成的化合物中可能含有离子键，如铵盐中NH与阴离子形成离子键。3离子键的强弱主要决定于离子的半径和离子所带电荷数。一般规律是：离子半径越小，离子电荷值越大，则离子键越强。K2O、MgO、CaO三种物质中离子键由强到弱的顺序是()AK2O、MgO、CaOBMgO、K2O、CaOCMgO、CaO、K2ODCaO、MgO、K2O答案C解析离子键的强弱主要决定于离子的半径和离子所带电荷数。一般规律是：离子半径越小，离子电荷数越大，则离子键越强。离子半径：KCa2Mg2，离子所带电荷：Ca2Mg2K，所以离子键由强到弱的顺序为MgO、CaO、K2O，故选C。题组二离子晶体的主要性质与晶格能4根据下列实验事实，能确定某晶体一定是离子晶体的是()A晶体熔点达2500B晶体固态不导电，溶于水导电C晶体固态不导电，熔融能导电D温度越高，溶解度越大答案C5下列关于晶格能的说法中正确的是()A晶格能指形成1mol离子键所放出的能量B晶格能指破坏1mol离子键所吸收的能量C晶格能指1mol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D晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关答案C6碱金属卤化物是典型的离子晶体，它的晶格能与成正比(d0是晶体中最邻近的导电性离子的核间距)。下面说法错误的是()晶格能/kJmol1离子半径/pmLiFLiClLiBrLiI1031845807752LiNaK6095133NaFNaClNaBrNaI915777740693FClBrI136181195216KFKClKBrKI812708676641A.晶格能的大小与离子半径成反比B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C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D金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强答案D解析由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，A项正确；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B项正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定C项正确；表中晶格能最小的碘化物，因还原性FClBrMgF2AlF3B晶格能：NaFNaClNaBrC阴离子的配位数：CsClNaClCaF2D硬度：MgOCaOBaO答案A解析掌握好离子半径的大小变化规律是分析离子晶体性质的一个关键点。由于r(Na)r(Mg2)r(Al3)，且Na、Mg2、Al3所带电荷数依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强，晶格能依次增大，故熔点依次升高。r(F)r(Cl)r(Br)，故NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小。在CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4。r(Mg2)r(Ca2)r(Ba2)，故MgO、CaO、BaO中离子键依次减弱，晶格能依次减小，硬度依次减小。8已知金属钠能与两种卤族元素形成化合物Q、P，它们的晶格能分别为923 kJmol1、786kJmol1，下列有关说法中不正确的是()AQ的熔点比P的高B若P是NaCl，则Q一定是NaFCQ中成键离子核间距较小D若P是NaCl，则Q可能是NaBr答案D解析Q的晶格能大于P的晶格能，故Q的熔点比P高，A项正确；因F的半径比Cl的小(其他卤素离子的半径比Cl的大)，故NaF的晶格能大于NaCl的，故B项正确，D项错误；因Q、P中成键离子均为一价离子，电荷数相同，故晶格能的差异是由成键离子核间距决定的，晶格能越大，表明核间距越小，C项正确。题组三离子晶体的结构及其特征9下列关于CaF2的表述正确的是()ACa2与F间仅存在静电吸引作用BF的离子半径小于Cl，则CaF2的熔点低于CaCl2C阴、阳离子比为21的物质，均与CaF2晶体构型相同DCaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电答案D解析Ca2与F间既有静电引力作用，也有静电排斥作用，A错误；离子所带电荷相同，F的离子半径小于Cl，所以CaF2晶体的晶格能大，则CaF2的熔点高于CaCl2，B错误；晶体构型还与离子的大小有关，所以阴、阳离子比为21的物质，不一定与CaF2晶体构型相同，C错误；CaF2中的化学键为离子键，CaF2在熔融状态下发生电离，因此CaF2在熔融状态下能导电，D正确。10元素X的某价态离子Xn中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3形成的晶体结构如图所示。下列说法中错误的是()AXn的核外电子数为19B该晶体中阳离子与阴离子个数比为31CXn中n1D晶体中每个Xn周围有2个等距离且最近的N3答案A解析本题主要考查晶体的结构。利用切割法可确定该晶体的化学式，N3的个数为81个，Xn的个数为123个，即晶体的化学式为X3N，根据电荷守恒可以确定Xn中n1，由Xn中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，知Xn为Cu，其核外电子数为28，晶体中与Cu等距离且最近的N3有2个。综上分析可知A项错误。11如图是NaCl晶体的一个晶胞的结构模型。KO2的晶体结构与NaCl相似，KO2可以看作是Na的位置用K代替，Cl的位置用O代替，则下列对于KO2晶体结构的描述不正确的是()A与K距离相等且最近的K有8个B与K距离相等且最近的O共有6个C一个KO2晶胞中的K和O粒子数均为4个D与K距离相等且最近的O构成的多面体是正八面体答案A解析A项，K位于晶胞棱心，则被横平面、竖平面和正平面共有，且每一个平面有4个K距离最近，共4312个，错误；B项，K位于晶胞棱心，与K距离相等且最近的O位于顶点和面心，共有6个，正确；C项，K位于晶胞棱心和体心，数目为1214，O位于顶点和面心，数目为864，即一个KO2晶胞中摊得的K和O粒子数均为4个，正确；D项，与K距离相等且最近的O共有6个，构成正八面体，K位于正八面体中心，正确。12.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.gcm3B.gcm3C.gcm3D.gcm3答案C解析gcm3gcm3。综合强化13金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题：(1)Ni原子的核外电子排布式为_。(2)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同：Ni2和Fe2的离子半径分别为69 pm和78pm，则熔点NiO_FeO(填“”)。(3)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为_、_。(4)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如图所示。该合金的化学式为_。答案(1)1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s2(2)(3)66(4)LaNi5解析(1)核外电子排布式与价电子排布式要区别开。(2)NiO、FeO都属于离子晶体，熔点高低受离子键强弱影响，离子半径越小，离子键越强，熔点越高。(3)因为NiO晶体结构与NaCl的相同，而NaCl晶体中Na、Cl的配位数都是6，所以，NiO晶体中Ni2、O2的配位数也均是6。(4)根据晶胞结构可计算，一个合金晶胞中，La原子数81，Ni原子数185。所以该合金的化学式为LaNi5。14已知有关物质的熔、沸点数据如下表：物质MgOAl2O3MgCl2AlCl3熔点/28522072714190(2.6105Pa)沸点/360029801412182.7(1)MgCl2的熔点远高于AlCl3熔点的原因是_。(2)工业上常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁，用电解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，也不用电解AlCl3的方法生产铝？_。(3)MgO的熔点比BaO的熔点_(填“高”或“低”)。(4)设计可靠的实验证明MgCl2、AlCl3所属的晶体类型，其实验方法是_。答案(1)MgCl2是离子晶体，AlCl3是分子晶体，离子键的强度远大于分子间作用力(2)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。AlCl3不是离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解AlCl3的方法生产铝(3)高(4)将两晶体加热到熔融状态，MgCl2能导电，AlCl3不能导电，证明AlCl3为分子晶体，MgCl2为离子晶体解析(1)MgCl2是离子晶体，阴、阳离子间以离子键结合，离子间作用力强；AlCl3为共价化合物，分子间作用力弱，所以MgCl2熔点远高于AlCl3熔点。(2)因为MgO的熔点远高于MgCl2，故电解熔融MgO将需要更高的温度，消耗更多的能量，因而不用电解MgO的方法生产镁。AlCl3不是离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解AlCl3的方法生产铝。(3)MgO和BaO都是离子化合物，Mg2的半径比Ba2小，所以MgO的熔点比BaO的熔点高。(4)将两种晶体加热到熔融状态，MgCl2能导电，而AlCl3不能导电，即可证明MgCl2为离子晶体，AlCl3为分子晶体。15回答下列问题：(1)CaC2晶体的晶胞结构如图1所示，CaC2晶体中含有哑铃形C，使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2周围距离最近的C数目为_。 (2)已知CaO、MgO具有NaCl型结构，如图2。CaO晶体密度为agcm3，NA表示阿伏加德罗常数，则CaO晶胞体积为_cm3。X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a0.420nm，则r(O2)为_nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a0.448nm，则r(Mn2)为_nm。答案(1)4(2)0.1480.076解析(1)一个Ca2吸引6个C，由于晶胞沿一个方向拉长，1个Ca2周围距离最近的C为4个。(2)由于CaO与NaCl的晶胞同为面心立方结构，所以CaO晶胞中也含有4个钙离子和4个氧离子，因此CaO晶胞体积为 cm3 cm3。因为O2采用面心立方最密堆积方式，所以面对角线长度是O2半径的4倍，则有4r(O2)22a2，解得r(O2)0.420 nm0.148 nm；MnO也属于NaCl型结构，根据晶胞的结构可得2r(Mn2)2r(O2)a，代入数据解得r(Mn2)0.076 nm。