2018-2019学年高中化学 专题3 第二单元 离子键 离子晶体学案（含解析）苏教版选修3.doc

离子键离子晶体 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。1.由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体叫做离子晶体。2NaCl晶体中，Na和Cl的配位数都是6，CsCl晶体中，Cs和Cl的配位数都是8。3离子晶体硬度较大，难于压缩，具有较高的熔、沸点，固体不导电，溶于水或在熔融状态下能导电。4离子半径越小，所带电荷越多，离子晶体的晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。 1离子键的形成过程2离子键的特征阴、阳离子球形对称，电荷分布也是球形对称，它们在空间各个方向上的静电作用相同，在各个方向上一个离子可同时吸引多个带相反电荷的离子，故离子键无方向性和饱和性。 1对于离子键的说法正确的是()A阴阳离子间的静电引力是离子键B阴阳离子间的静电斥力是离子键C阴阳离子间的相互作用即为离子键D阴阳离子间强烈的相互作用是离子键解析：选D“相互作用”既指静电引力，也指静电斥力，而且这种相互作用还指相邻(直接相邻)的阴阳离子间的强烈相互作用。2下列各数值表示有关元素的原子序数，其所表示的各原子组中能以离子键相互结合成稳定化合物的是()A10与19 B6与16C11与17D14与8解析：选C活泼金属元素与活泼非金属元素易形成离子键。1离子晶体(1)概念由阴离子和阳离子通过离子键结合而成的晶体叫做离子晶体。(2)物理性质离子晶体一般具有一定的硬度和较高的熔点。2晶格能(符号为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)晶格能与晶体物理性质的关系晶格能越大，离子键越牢固，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。离子所带电荷越多，离子半径越小，晶格能越大。3离子晶体的结构类型(1)氯化钠型(如图)在晶体中，每个Na或Cl周围各排列6个带有相反电荷的离子。每个NaCl晶胞中含有4个Na和4个Cl。属于NaCl型的离子晶体有KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO、CaS等。(2)氯化铯型(如图)在晶体中，每个Cs和Cl周围各排列8个带有相反电荷的离子。每个CsCl晶胞中含有1个Cs和1个Cl。属于CsCl型的离子晶体有CsBr、CsI、NH4Cl等。(3)决定离子晶体中离子配位数多少的因素离子晶体中离子配位数的多少主要取决于阴、阳离子的相对大小。1为什么说离子晶体有较高的熔、沸点？提示：离子晶体的构成微粒为阴、阳离子，阴、阳离子间以较强的离子键结合。2为什么离子晶体不导电，而溶于水或在熔融状态下能导电？提示：晶体中阴、阳离子以离子键结合，离子不能自由移动，故不导电，离子晶体溶于水或在熔融状态，离子键被破坏，产生了自由移动的离子，故能导电。离子晶体的性质1熔、沸点离子晶体中有较强的离子键，熔化或汽化时需消耗较多的能量，所以离子晶体有较高的熔、沸点。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。2硬度硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。3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形成自由移动的离子(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。4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。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)离子晶体中只含有离子键，没有共价键()(2)离子晶体熔沸点一般比较高()(3)晶格能越大，离子键越弱，离子晶体的熔沸点就越低()(4)离子晶体中每个离子周围均吸引着6个带相反电荷的离子()(5)只有非金属元素不可能形成离子键()(6)离子晶体在任何情况下都可以导电()(7)离子晶体均易溶于水()(8)离子晶体熔化时破坏了离子键()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2连线题。答案：A(2)B(3)C(1)三级训练节节过关1下列说法不正确的是()A离子键没有方向性和饱和性B并不是只有活泼的金属和非金属化合才形成离子键C离子键的实质是静电作用D静电作用只有引力解析：选D离子键是阴、阳离子之间的静电作用，包括静电吸引和静电排斥，且一个离子同时吸引多个带相反电荷的离子，故无方向性和饱和性，非金属元素也可形成离子键，如NH4Cl中NH与Cl形成离子键。2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的离子带电量有关B晶格能仅与形成晶体的离子半径有关C晶格能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：选D晶格大小与离子键强弱相一致，阴、阳离子所带电荷越多，离子的核间距越小，晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，硬度越大，A、B错误，D正确；晶格能是指拆开1 mol离子晶体使之形成气态阴、阳离子所吸收的能量，既有量的限定1 mol，又有微粒的限定，指阴、阳离子，C错误。3下列有关离子晶体的叙述中，不正确的是()A1 mol氯化钠中有NA个NaCl分子B氯化钠晶体中，每个Na周围距离相等的Cl共有6个C氯化铯晶体中，每个Cs周围紧邻8个ClD平均每个NaCl晶胞中有4个Na、4个Cl解析：选A氯化钠晶体中并不存在单独的“NaCl”分子，NaCl只表示阴、阳离子的个数比，表示晶体的组成。4试根据学过的知识，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。5.如图，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na或Cl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。(1)请将其中代表Na的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体结构示意图。(2)晶体中，在每个Na的周围与它最接近的且距离相等的Na共有_个。(3)在NaCl晶胞中，正六面体的顶点上、面上、棱上的Na或Cl为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl的个数等于_，即_(填计算式)；Na的个数等于_，即_(填计算式)。解析：(1)如图所示。(2)若体心位置为Na，与它最接近的且距离相等的Na共有12个(同层4个，上、下层各4个)。(3)如图NaCl晶胞中，若体心位置为Na，按照均摊法，含Na：1214个；含Cl：864个。答案：(1)如解析图(答案不唯一，合理即可)(2)12(3)41214861有关离子晶体中不正确的是()A离子晶体在熔融状态时都能导电B离子晶体具有较高的熔、沸点，较大的硬度C离子晶体中阴、阳离子个数比为11D氯化钠溶于水时离子键被破坏解析：选C不同离子晶体中，阴、阳离子个数比可能相同，也可能不相同，但并不都是11。2下列关于离子键特征的叙述中正确的是()A一种离子对带相反电荷离子的吸引作用与其所处的位置无关，故离子键无方向性B因为离子键无方向性，故阴、阳离子的排列是没有规律的、随意的C因为氯化钠的化学式是NaCl，故每个Na周围吸引一个ClD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相反电荷的离子解析：选A离子键没有方向性，阴、阳离子可看成球形对称的，可以从任意方向吸引带相反电荷的离子，A正确；为了使物质的能量最低，体系最稳定，阴、阳离子的排列是有规律的，不是随意的，B错误；在NaCl晶体中，每个Na周围吸引6个Cl，C错误；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相反电荷的离子，但不是任意的，因为这个数目还要受两种离子的相对大小的影响，D错误。3离子晶体不可能具有的性质是()A较高的熔、沸点B良好的导电性C溶于极性溶剂 D坚硬而易粉碎解析：选B离子晶体有较高的熔、沸点；在晶体状态，离子被局限在某些位置上振动(不能自由移动)，因而几乎不导电；离子晶体易溶于极性溶剂；离子晶体难于压缩，硬而脆，易粉碎。4下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是()A熔点：NaFMgF2AlF3B晶格能：NaFNaClNaBrC阴离子的配位数：CsClNaClD硬度：MgOCaOBaO解析：选A由于Na、Mg2、Al3的离子半径依次减小，所带电荷依次增加，所以NaF、MgF2、AlF3的晶格能依次增大，即熔点依次升高；F、Cl、Br的离子半径依次增大，NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小；CsCl、NaCl晶体中阴离子的配位数分别为8、6；Mg2、Ca2、Ba2离子半径依次增大，MgO、CaO、BaO晶格能依次减小，即硬度依次减小。5NaF、NaI和MgO均为离子晶体，有关数据如下表：物质NaFNaIMgO离子电荷数112键长/(1010 m)2.313.182.10试判断，这三种化合物熔点由高到低的顺序是()A BC D解析：选B三种晶体中，MgO的键长最短，离子电荷又高，故其晶格能最大，熔点最高；NaF的键长小于NaI，故NaF的晶格能大于NaI，熔点高于NaI。6.某离子化合物的晶胞如图所示，黑球代表阳离子(A)、白球代表阴离子(B)。下列说法错误的是()A阳离子配位数为8B配位数与阴阳离子电荷比有关C配位数与阴阳离子半径比有关D阴阳离子数比为14解析：选D阳离子即黑球在顶点，为8个晶胞共有，每个晶胞中心都有一个阴离子即白球，因此阳离子的配位数为8，A正确；在离子晶体中，阴、阳离子总是尽可能紧密排列，带相反电荷的离子尽可能相互接触，带相同电荷的离子尽可能不接触，因此配位数与离子电荷比、半径比有关，B、C正确；晶胞中阳离子共有81个，阴离子1个，因此阴、阳离子数之比为11，D错误。7如图是从NaCl或CsCl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的是()A(1)和(3) B(2)和(3)C(1)和(4) D只有(4)解析：选C根据NaCl和CsCl晶体结构特点分析图示。(1)中由黑球可知，其配位数为6，(4)中配位数为6。故(1)、(4)应为NaCl；(2)中由黑球知配位数为8，(3)中配位数为8，故(2)、(3)应为CsCl。所以C项正确。8已知某离子晶体晶胞如图所示，其摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，晶体的密度为d g/cm3。下列说法中正确的是()A晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1B晶体中阴、阳离子的配位数都是4C该晶胞可能是NaCl的晶胞D该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为 cm解析：选CA项用均摊法分析，晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为4；B项中阴、阳离子的配位数都是6；C项该晶胞为面心立方晶胞，符合NaCl晶胞的特征，根据氯化钠的晶胞结构图进行计算：设晶胞边长为a cm，则两个距离最近的阳离子的核间距离为a cm,4MNAa3cm3d g/cm3，可求出a，进而求得核间距为 cm，D项错误。9溴化钠、氯化钠和氧化镁等离子晶体的核间距和晶格能(部分)如下表所示：离子晶体NaBrNaClMgO离子的核间距/pm290276205晶格能/(kJmol1)7873 890(1)溴化钠晶体比氯化钠晶体晶格能_(填“大”或“小”)，主要原因是_。(2)氧化镁晶体比氯化钠晶体晶格能大，主要原因是_。(3)溴化钠、氯化钠和氧化镁晶体中，硬度最大的是_。工业制取单质镁时，往往电解的是氯化镁而不是氧化镁，主要原因是_。解析：利用离子晶体中离子的核间距、离子的电荷数与晶格能的关系，对离子晶体的物理性质进行分析。晶格能越大，则离子晶体熔沸点越高。答案：(1)小NaBr比NaCl中离子的核间距大(2)氧化镁晶体中阴、阳离子的电荷数绝对值大，离子半径小(3)氧化镁(MgO)氧化镁晶体比氯化镁晶体晶格能大，熔点高，电解时消耗能量大10下图所示是钾、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)。ANaCl BCsClCZnS DNH4Cl(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：81/861/24个；有O：1121/44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 mol2价的氧原子，则有xy2,2y1，解得x3/2，y1/2，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)C、D1AB、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()离子化合物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，则离子键越强，晶体的熔点越高。21 mol气态钠离子和1 mol气态氯离子结合生成1 mol氯化钠晶体释放出的热能为氯化钠晶体的晶格能。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解析：选A在热化学方程式中，各物质的化学计量数表示其物质的量，只有A选项能表示1 mol气态钠离子和1 mol气态氯离子结合生成1 mol氯化钠晶体释放出的热能。3氧化钙在2 973 K时熔化，而氯化钠在1 074 K时熔化，两者的离子间距离和晶体结构类似，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解析：选CCaO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。4认真分析NaCl和CsCl的晶体结构，判断下列说法错误的是()ANaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体BNaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同，所以阴、阳离子的配位数相等CNaCl和CsCl晶体中阴、阳离子的配位数分别为6和8DNaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，但阴、阳离子半径比不相同解析：选B由化学式可知NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，A正确；NaCl晶体中阴、阳离子配位数为6，而CsCl晶体中阴、阳离子配位数为8，B错误，C正确；NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子配位数不同的主要原因是两种晶体中阴、阳离子半径比不同，D正确。5.钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，结构如图所示。有关说法不正确的是()A该晶体属于离子晶体B晶体的化学式为Ba2O2C该晶体晶胞结构与NaCl相似D与每个Ba2距离相等且最近的Ba2共有12个解析：选B由晶胞结构及“均摊法”计算，一个晶胞中含Ba2：864个，含O：1214个，故晶体化学式是BaO2。6.如图为NaCl晶体的一个晶胞，下列叙述中不正确的是()A若晶体中Na与Cl的最小距离为a，则Na与Na最近的距离为aB与Na最近且等距的Cl连线构成的图形为正四面体C与Na最近且等距的Cl连线构成的图形为正八面体D与一个Na最近且等距的Na有12个解析：选B由NaCl的晶胞图可得晶胞表面的平面图，图中ABBCa，AC为两个Na的最近距离，ACa，A正确；从晶胞图可以看出，与NaCl晶胞体心的Na最近且等距离的Cl(NaCl晶胞面心的Cl)的连线构成的图形为正八面体，B不正确，C正确；根据图示，与一个Na最近且等距离的Na有12个，D正确。7.右图是CsCl晶体的晶胞(晶体中最小重复单元)，已知晶体中两个最近的Cs核间距为a cm，氯化铯的摩尔质量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为()A. gcm3B. gcm3C. gcm3 D. gcm3解析：选C一个CsCl晶胞中含Cs：81个，Cl1个，m(晶胞) g，Va3 cm3；故 gcm3。8.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. cmB. 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 cm3，设食盐晶体里Na和Cl的间距为x cm，所以可得(2x)3，解得x ，则在食盐晶体中Na和Cl的间距大约是 cm。9海洋约占地球表面积的71%，具有十分巨大的开发潜力，从海水中可以获得多种金属及含卤素的化合物。(1)存在于海底的大量多金属结核矿将是人类重要的金属资源，多金属结核矿含铁、锰等多种金属元素。基态锰原子的电子排布式为_，原子序数比铁大2、与铁同族的元素是_(填元素符号，下同)，第2周期中基态原子未成对电子数与该元素相同且电负性较小的元素是_。(2)以海水为原料可以制得NaCl、KCl、MgO，这三种晶体结构相同，其晶胞中含有阳离子个数为_，三种晶体的熔点由高到低的顺序为_(用化学式表示)。(3)第一电离能介于B、N之间的第2周期元素有_种。(4)铜的某种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是_。解析：(1)基态Mn原子的电子排布式为Ar3d54s2；原子序数比铁大2与铁同族的是Ni；第2周期中基态原子未成对电子数与Ni相同的是C、O，电负性较小的元素是C。(2)NaCl、KCl、MgO均属于NaCl型晶体，晶胞中的阳离子个数为4。MgO中离子所带电荷数最多，因此熔点最高，K半径大于Na，因此NaCl的熔点比KCl高。(3)第一电离能介于B、N之间的第2周期元素有Be、C、O三种元素。(4)晶胞中，白球数目为864，黑球数目为4，则化学式为CuCl。答案：(1)1s22s22p63s23p63d54s2(或者Ar3d54s2)NiC(2)4MgONaClKCl(3)3(4)CuCl10在离子晶体中，阴阳离子按一定规律在空间排列，下图(左)就是NaCl的晶体结构。在离子晶体中，阴阳离子具有或接近具有球对称的电子云，它们可以被看成是不等径的刚性圆球，并彼此相切如下图(中)。离子键的键长是相邻阴、阳离子的半径之和，如下图(右)。已知a为常数。试回答下列问题：(1)在NaCl晶体中，每个Na同时吸引_个Cl，而Na数目与Cl数目之比为_。(2)NaCl晶体离子键的键长为_。(3)Na半径与Cl半径之比_(已知1.414，1.732，2.236)。(4)NaCl晶体不存在分子，但在温度达到1 413 时，NaCl晶体形成气体，并以分子形式存在，现有29.25 g NaCl晶体，强热使温度达到1 450 ，测得气体体积为5.6 L(已折算为标准状况)，则此时氯化钠气体的分子式(化学式)为_。解析：观察中间图形知：sin 45，即1.414，0.414。2(rr)a，rr，即离子键键长为。由题意29.25 g氯化钠在1 450 时为0.25 mol，故其摩尔质量为117 gmol1，氯化钠气体的分子式为Na2Cl2。答案：(1)611(2)(3)0.414(4)Na2Cl2