【化学】离子晶体 教案

第三章 第四节 离子晶体内容分析： 学生具备了离子键、离子半径、离子化合物等基础知识，本节直接给出氯化钠、氯化铯晶胞，然后在科学探究的基础上介绍影响离子晶体结构的因素，通过制作典型的离子晶体模型来进一步理解离子晶体结构特点，为学习晶格能作好知识的铺垫。课时划分：一课时。教学目标：1.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。2.知道离子化合物的热稳定性与阴、阳离子的半径和电荷有关。3.能说出分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构基元以及物理性质方面的主要区别。教学重点、难点：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。教学方法：分析、归纳、讨论、探究、应用探究建议：制作典型的离子晶体结构模型。比较氯化钠、氯化铯等离子晶体的结构特征。实验探究：熔融盐的导电性。实验探究：明矾或铬钾矾晶体的生长条件。设计探究碱土金属碳酸盐的热稳定性实验方案。查阅资料：晶格能与岩浆晶出规则。教学过程：复习 1、什么是离子键？什么是离子化合物？2、下列物质中哪些是离子化合物？哪些是只含离子键的离子化合物？Na2O NH4Cl O2 Na2SO4 NaCl CsCl CaF23、我们已经学习过几种晶体？它们的结构微粒和微粒间的相互作用分别是什么？过渡在晶体中，若微粒为离子，通过离子键形成的晶体为离子晶体，今天我们来研究离子晶体。板书第三章 第四节 离子晶体一、离子晶体定义：由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体解析（1）结构微粒：阴、阳离子（2）相互作用：离子键（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讨论下列物质的晶体，哪些属离子晶体？离子晶体与离子化合物之间的关系是什么？干冰、NaOH、H2SO4 、K2SO4 、NH4Cl、CsCl板书二、离子晶体的物理性质及解释讲述 在离子晶体中，离子间存在着较强的离子键，使离子晶体的硬度较大、难于压缩；而且，要使离子晶体由固态变成液态或气态，需要较多的能量破坏这些较强的离子键。因此，一般地说，离子晶体具有较高的熔点和沸点，如NaCl的熔点为801，沸点为l 413；CsCl的熔点为645，沸点为l290。离子晶体的溶解性有较大差异：如NaCl、 KNO3、(NH4)2SO4易溶，BaSO4 、CaCO3难溶。板书硬度较大、难于压缩、较高的熔点和沸点。讲述离子晶体种类繁多，结构多样，图327给出了两种典型的离子晶体的晶胞。我们来研究晶体中的配位数（在离子晶体中离子的配位数(缩写为C N)是指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目）。板书三、离子晶体中离子键的配位数（C.N.）1、定义：是指一个离子周围邻近的异电性离子的数目投影NaCl和CsCl的晶胞：板书2、决定离子晶体结构的主要因素：科学探究（1）CsCl、NaCl的阳离子和阴离子的比例都是l：l，同属AE型离子晶体。参考图327、图3-28，数一数这两种离子晶体中阳离子和阴离子的配位数，它们是否相等?并填表。离子晶体阴离子的配位数阳离子的配位数NaClCsCl（2）你认为什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？利用相关数据计算，并填表：NaClCsClrr=rr=C.N=6C.N=8投影科学探究参考资料: 离子 Na Cs Cl 离子半径pm 95 169 18l 讲述 显而易见，NaCl和CsCl是两种不同类型的晶体结构。晶体中正负离子的半径比(rr)是决定离子晶体结构的重要因素，简称几何因素。板书（1）几何因素：晶体中正负离子的半径比(rr)。讲解 上面两例中每种晶体的正负离子的配位数相同，是由于正负离子电荷(绝对值)相同，于是正负离子的个数相同，结果导致正负离子配位数相等，如在NaCl中，Na扩和C1的配位数均为6。如果正负离子的电荷不同，正负离子的个数必定不相同，结果，正负离子的配位数就不会相同。这种正负离子的电荷比也是决定离子晶体结构的重要因素，简称电荷因素。例如，在CaF2晶体中，Ca2和F的电荷比(绝对值)是2：l，Ca2和F的个数比是l：2，如图329所示。Ca2的配位数为8，F的配位数为4。此外，离子晶体的结构类型还取决于离子键的纯粹程度(简称键性因素)。板书（2）电荷因素：正负离子的电荷比。（3）键性因素：离子键的纯粹程度。自学科学视野复杂的离子晶体碳酸盐在一定温度下会发生分解，如大家熟悉的碳酸钙煅烧得到石灰 (CaO)，这是由于碳酸钙受热，晶体中的碳酸根离子会发生分解，放出二氧化碳。实验证明，碳酸盐的阳离子不同，热分解的温度不同。 碳酸盐 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 热分解温度 402 900 1 172 1 360 阳离子半径pm 66 99 112 135板书四、晶格能1、定义：气态离子形成l摩离子晶体释放的能量，通常取正值。讲解 最能反映离子晶体稳定性的数据是它们的晶格能。离子晶体的晶格能的定义是气态离子形成l摩离子晶体释放的能量，通常取正值。投影 F C1一 Br I Li Na K Cs Rb 1036 923 821 785 740 853 786 715 689 659 807 747 682 660 63l 757 704 649 630 604AB型离子晶体离子电荷晶格能（KJ/mol熔点摩氏硬度NaF19239933.2NaCl17868012.5NaBr17477472.5NaI17046612.5MgO2379128526.5CaO2340126144.5SrO2322324303.5BaO2305419183.3 讨论 分析晶格能大小与晶体稳定性关系。板书2、规律：（1）离子电荷越大，离子半径越小的离子晶体的晶格能越大。（2）晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。自学科学视野岩浆晶出规则与晶格能投影 岩浆： 思考（1）什么是岩浆晶出？（2）岩浆晶出顺序与晶格能的关系？解析晶格能高的晶体，熔点较高，更容易在岩浆冷却过程中先结晶析出。（美国矿物学家鲍文）小结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检测1、下列含有极性键的离子晶体是（ B ） 醋酸钠 氢氧化钾 金刚石 乙醇 氯化钙A、 B、 C、 D、 2下列说法正确的是（ B ）A、 一种金属元素和一种非金属元素一定能形成离子化合物B、 离子键只存在于离子化合物中C、 共价键只存在于共价化合物中D、 离子化合物中必定含有金属元素3、CsCl晶体中Cs+的 C.N.是 _8_ Cl-的C.N.是_8_.CaF2晶体中Ca2+的 C.N.是 _8_ F-的C.N.是_4_.已知KCl的晶体结构与NaCl的相似，则KCl晶体中K+的 C.N.是 _6_ Cl-的C.N.是_6_.4、下列大小关系正确的是（ B ）A、晶格能：NaClCaO C、熔点：NaINaBr D、熔沸点：CO2NaCl5、已知：三种氟化物的晶格能如下表：晶格能（KJ/mol）Na+923Mg2+2957Al3+5492三种氟化物的晶格能的递变原因是 离子电荷越大，离子晶体的晶格能越大 。6、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 先 橄榄石 后 云母 。（2）石英总是在各种硅酸盐析出后才晶出的原因是 晶格能最小 。（3）推测云母和的熔点顺序为 橄榄石 云母 ，硬度大小为 橄榄石 云母 。7、下表列出了钠的卤化物和硅的卤化物的熔点：NaXNaFNaClNaBr NaI熔点995801775651SiX4SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点90.270.45.2120.5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：钠的卤化物为离子晶体，硅的卤化物为分子晶体。（2）NaF 的熔点比NaBr的熔点高的原因是F-比Br-半径小，NaF 比NaBr的晶格能大，故NaF 的熔点比NaBr的熔点高。SiF4 的熔点比SiBr4的熔点低的原因是SiF4 比SiBr4的相对分子量小，分子间作用力小，熔点低。（3）NaF和NaBr的晶格能的高低顺序为NaFNaBr，硬度大小为NaFNaBr。作业P85 4、5、6、7、8板书设计第三章 第四节 离子晶体一、离子晶体定义由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体二、离子晶体的物理性质及解释硬度较大、难于压缩、较高的熔点和沸点。三、离子晶体中离子键的配位数（C.N.）1、定义：是指一个离子周围邻近的异电性离子的数目2、决定离子晶体结构的主要因素：（1）几何因素：晶体中正负离子的半径比(rr)。（2）电荷因素：正负离子的电荷比。（3）键性因素：离子键的纯粹程度。四、晶格能1、定义：气态离子形成l摩离子晶体释放的能量，通常取正值。2、规律：（1）离子电荷越大，离子半径越小的离子晶体的晶格能越大。（2）晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。 8