高中人教版化学选修3课件：第3章第4节　离子晶体

高中人教版化学选修3课件：第3章第4节　离子晶体

第四节　离子晶体 学习目标 1. 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。 3. 了解晶格能的含义及其应用。 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 第四节　离子晶体 课前自主学案 一、离子晶体 1 ．结构特点 阳离子 阴离子 离子键 2 ．决定晶体结构的因素 半径比 电荷比 离子键 3 ．性质 熔、沸点 _______ ，硬度 _______ ，难溶于有机溶剂。 较高 较大 思考感悟 1 ．离子晶体中存在共价键吗？ 【 提示 】 　有些离子晶体如 NaOH 、 NH 4 Cl 、 Na 2 SO 4 中存在共价键，有些离子晶体中不存在共价键如 NaCl 、 MgO 等。 二、晶格能 1 ．概念 _____________ 形成 1 摩离子晶体 __________ 的能量，通常取 _________ ，单位为 ___________ 。 2 ．影响因素 3 ．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 ________ ，而且熔点越 _______ ，硬度越 ________ 。 气态离子 释放 正值 kJ·mol － 1 越多 越小 稳定 高 大 思考感悟 2 ． NaCl 与 KCl ， NaCl 与 MgCl 2 哪一个晶格能更大？ 【 提示 】 　 r (Na ＋ )< r (K ＋ ) ，所以 NaCl 的晶格能大于 KCl ； Na ＋ 所带的电荷数少于 Mg 2 ＋ 且 r (Na ＋ )> r (Mg 2 ＋ ) ，所以 MgCl 2 的晶格能大于 NaCl 。 课堂互动讲练 离子晶体及常见的类型 1 ．离子键 (1) 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。 (2) 成键元素：活泼金属元素 ( 如 K 、 Na 、 Ca 、 Ba 等，主要是第 ⅠA 族和第 ⅡA 族元素 ) 和活泼非金属元素 ( 如 F 、 Cl 、 Br 、 O 等，主要是第 ⅥA 族和第 ⅦA 族元素 ) 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，电子发生转移，分别形成阳、阴离子，再通过静电作用形成离子键。 (4) 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合物。 2. 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。 (3) 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。 3 ．几种离子晶体模型 (1)NaCl 型晶体结构模型 ( 左下图 ) ：配位数为 6 。 ① 在 NaCl 晶体中，每个 Na ＋ 周围同时吸引着 6 个 Cl － ，每个 Cl － 周围也同时吸引着 6 个 Na ＋ 。 ② 每个 Na ＋ 周围与它最近且等距的 Na ＋ 有 12 个，每个 Na ＋ 周围与它最近且等距的 Cl － 有 6 个。 (2)CsCl 型晶体结构模型 ( 右下图 ) ：配位数为 8 。 ① 在 CsCl 晶体中，每个 Cs ＋ 周围同时吸引着 8 个 Cl － ，每个 Cl － 周围也同时吸引着 8 个 Cs ＋ 。 ② 每个 Cs ＋ 与 6 个 Cs ＋ 等距离相邻，每个 Cs ＋ 与 8 个 Cl － 等距离相邻。 例 1 (2011 年黄冈高二检测 ) 有下列八种晶体： A.SiO 2 ( 水晶 ) ； B. 冰醋酸； C. 氧化镁； D. 白磷； E. 晶体氩； F. 氯化铵； G. 铝； H. 金刚石。 用序号回答下列问题： (1) 属于原子晶体的化合物是 ________ ，直接由原子构成的晶体是 ________ ，直接由原子构成的分子晶体是 ________ 。 (2) 由极性分子构成的晶体是 ________ ，含有共价键的离子晶体是 ________ ，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 ________ 。受热熔化后化学键不发生变化的是 ________ ，需克服共价键的是 ________ 。 【 思路点拨 】 　判断晶体类型需要注意以下两点： (1) 晶体的构成微粒。 (2) 微粒间的相互作用力。 【 答案 】 　 (1)A 　 A 、 E 、 H 　 E 　 (2)B 　 F 　 D 、 E (3)B 、 C 、 F 　 B 、 D 、 E 　 A 、 H 互动探究 (1) 上述物质中均含有化学键吗？ (2)B 与 F 所含化学键类型是否相同？ 【 提示 】 　 (1) 不是，稀有气体为单原子分子，分子内无化学键。 (2)B 项冰醋酸分子中的化学键为共价键，而 F 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。 【 规律方法 】 　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： (1) 在常温下呈气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体 (Hg 除外 ) 。如 H 2 O 、 H 2 等。对于稀有气体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看作单原子分子，因为微粒间的相互作用力是范德华力，而非共价键。 (2) 在熔融状态下能导电的晶体 ( 化合物 ) 是离子晶体。如： NaCl 熔融后电离出 Na ＋ 和 Cl － ，能自由移动，所以能导电。 (3) 有较高的熔、沸点，硬度大，并且难溶于水的物质大多为原子晶体，如晶体硅、二氧化硅、金刚石等。 (4) 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，同学们一定要认真掌握其结构，把握其实质和内涵，在解题中灵活运用。 变式训练 1 　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 Cl － 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角上、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 答案： (1) 离子晶体的性质 1 ．熔、沸点 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 ( 离子键 ) ，要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。 2 ．硬度 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。当晶体受到冲击力作用时，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成了自由移动的离子 ( 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、 CCl 4 ) 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。 特别提醒： 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，但均不是化学变化过程。 例 2 (2011 年北京东城区高二检测 ) 现有几组物质的熔点 (℃) 的数据： A 组 B 组 C 组 D 组 金刚石： 3550 Li ： 181 HF ：－ 83 NaCl ： 801 晶体硅： 1410 Na ： 98 HCl ：－ 115 KCl ： 776 晶体硼： 2300 K ： 64 HBr ：－ 89 RbCl ： 718 二氧化硅： 1723 Rb ： 39 HI ：－ 51 CsCl ： 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 ) 。 ① 有金属光泽　 ② 导电性　 ③ 导热性　 ④ 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 ) 。 ① 硬度小　　　　　　　　 ② 水溶液能导电 ③ 固体能导电 ④ 熔融状态能导电 (5)D 组晶体的熔点由高到低的顺序为： NaCl>KCl>RbCl>CsCl ，其原因解释为： ________________________________________________________________________ 。 【 解析 】 　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 HF 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。 【 答案 】 　 (1) 原子　共价键　 (2)①②③④ (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)②④ 　 (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，熔点就越高 互动探究 (1)A 组与 C 组熔点差别较大的原因是什么？ (2)B 组与 D 组的组成微粒分别是什么？微粒间的作用力是什么？ 【 提示 】 　 (1)A 组的微粒间的作用力是共价键， C 组的微粒间的作用力为分子间作用力，因共价键 > 分子间作用力，所以 A 组的熔点高于 C 组。 (2)B 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。 D 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。 【 规律方法 】 　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 > 离子晶体 > 分子晶体；金属晶体 ( 除少数外 )> 分子晶体；金属晶体熔、沸点有的很高，如钨，有的很低，如汞 ( 常温下是液体 ) 。 (2) 同类型晶体的熔、沸点： ① 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 > 碳化硅 > 晶体硅。 ② 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 CI 4 >CBr 4 >CCl 4 >CF 4 。 ③ 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 Al>Mg>Na>K 。 ④ 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 KF>KCl>KBr>KI 。 变式训练 2 　比较下列几组晶体熔、沸点的高低顺序。 (1) 金刚石、氯化钠、晶体硅、干冰 (2) 石英晶体、铝硅合金、冰 (3)CaO 、 KI 、 KCl (4)F 2 、 Cl 2 、 Br 2 、 I 2 解析： 金刚石、晶体硅都属于原子晶体， C 原子半径比 Si 原子半径小，键能大，金刚石熔点比晶体硅的高，原子晶体 > 离子晶体 > 分子晶体，故金刚石 > 晶体硅 > 氯化钠 > 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 < 铝硅合金 < 金属铝 < 石英晶体； CaO 、 KCl 、 KI 为离子晶体，熔点： CaO>KCl>KI ； F 2 、 Cl 2 、 Br 2 、 I 2 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，故熔点高低顺序为： I 2 >Br 2 >Cl 2 >F 2 。 答案： (1) 金刚石 > 晶体硅 > 氯化钠 > 干冰 (2) 石英晶体 > 铝硅合金 > 冰 (3)CaO>KCl>KI (4)I 2 >Br 2 >Cl 2 >F 2