1、第四节 离子晶体学习目标 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。 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。 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 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知识梳理 1构成离子晶体的粒子是 ，粒子之间的相互作用是 ，这些粒子在晶体中 (能或不能) 自由移动，所以离子晶体 (能或不能) 导电2. 离子晶体中的配位数是指_.3._是决定离子晶体结构的重要因素.此外, 离子晶体的结构还取决于_.4. 离子晶体的晶格能的定义是_.离子晶体的晶格能是最能反映_的数据.5
2、. 晶格能越大,形成的离子晶体_,而且熔点_,硬度_.典型的离子晶体，晶格能的大小与离子所带的电荷和离子半径的关系一般是：离子电荷高，晶格能 ，离子半径大，晶格能 。方法导引 1.离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体的比较晶体类型 原子晶体 分子晶体 金属晶体 离子晶体晶体质点（粒子）原子 分子 金属阳离子、自由电子阴、阳离子粒子间作用（力）共价键 分子间作用力复杂的静电作用离子键熔沸点 很高 很低 一般较高，少部分低较高硬度 很硬 一般较软 一般较硬，少部分软较硬溶解性 难溶解 相似相溶 难溶（Na 等与水反应）易溶于极性溶剂导电情况 不导电（除硅）一般不导电 良导体 固体不导电，熔化或溶
3、于水后导电实例 金刚石、水晶、碳化硅等干冰、冰、纯硫酸、H2(S)Na、Mg 、Al等NaCl、CaCO 3NaOH 等2物质熔沸点的比较不同类晶体：一般情况下，原子晶体离子晶体分子晶体同种类型晶体：构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。四种晶体熔、沸点对比规律 离子晶体：结构相似且化学式中各离子个数比相同的离子晶体中，离子半径小(或阴、阳离子半径之和越小的)，键能越强的熔、沸点就越高。如 NaCl、 NaBr、Nal;NaCl、KCl 、RbCl 等的熔、沸点依次降低。 离子所带电荷大的熔点较高。如：MgO 熔点高于 NaCl 分子晶体：在组成结构均相似的分子晶体中，式量大的分子间作
4、用力就大熔点也高。如：F2、Cl2、 Br2、I2 和 HCl、HBr、HI 等均随式量增大。熔、沸点升高。但结构相似的分子晶体，有氢键存在熔、沸点较高。 原子晶体：在原子晶体中，只要成键原子半径小，键能大的，熔点就高。如金刚石、金刚砂(碳化硅) 、晶体硅的熔、沸点逐渐降低。 金属晶体：在元素周期表中，主族数越大，金属原子半径越小，其熔、沸点也就越高。如A 的 Al， A 的 Mg，IA 的 Na，熔、沸点就依次降低。而在同一主族中，金属原子半径越小的，其熔沸点越高。常温常压下状态熔点：固态物质液态物质 沸点：液态物质气态物质3.均摊法确定晶体的化学式在学习晶体时和在一些考试中，我们会遇到这样
5、一类试题：题目中给出晶体的部分(称为晶胞) 的图形，要求我们确定晶体的化学式求解这类题，通常采用均摊法均摊法是先求出给出的图形(晶胞) 中平均拥有的各种粒子 (离子或原子)的数目，再计算各种粒子数目的比值，从而确定化学式均摊法有如下规则，以 NaCl 的晶胞为例：处于顶点的粒子，同时为 8 个晶胞所共有，所以，每个粒子只分摊 1/8 给该晶胞处于棱上的粒子，同时为 4 个晶胞所共有，所以，每个粒子只分摊 1/4 给该晶胞处于面上的粒子，同时为 2 个晶胞所共有，所以，每个粒子只分摊 1/2 给该晶胞处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞由此算出在 NaCl 的晶胞中：含 数：Na412含 数：
6、Cl68故 NaCl 晶体中， 和 数目之比为 11NaCl例题解析例 1.下列性质中，可以证明某化合物内一定存在离子键的是( )A、可溶于水 B、具有较高的熔点C、水溶液能导电 D、熔融状态能导电 解析：本题考查对化学键-离子键的判断。只要化合物中存在离子键必为 离 子 晶 体 ， 而 离 子 晶 体 区 别 其它 晶 体 的 突 出 特 点 是 ： 熔 融 状 态 下 能 导 电 ， 故 D 正 确 ； 至 于 A 可 溶 于 水 ， 共 价 化 合 物 如 ： HCl 也 可 以 ； B具 有 较 高 熔 点 ， 也 可 能 为 原 子 晶 体 ， 如 SiO2； C 水 溶 液 能 导
7、 电 ， 可 以 是 共 价 化 合 物 如 硫 酸 等 。答 案 : D 例 2.参考下表中物质的熔点，回答下列问题。物 质 NaF NaCl NaBr NaI NaCl KCl RbCl CsCl熔点（） 995 801 755 651 801 776 715 646物 质 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 SiCl4 GeCl4 SbCl4 PbCl4熔点（） -90.4 -70.2 5.2 120 -70.2 -49.5 -36.2 -15(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的_ 有关,随着 增大,熔点依次降低.(2)硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔
8、点与 有关,随着 增大, 增强，熔点依次升高.(3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多, 这与 有关,因为一般 比 熔点高.解析：本题主要考查物质溶沸点的高低与晶体类型和晶体内部微粒之间作用力的关系以及分析数据进行推理的能力。（1）表中第一栏的熔点明显高于第二栏的熔点，第一栏为 IA 元素与A 元素组成的离子晶体，则第二栏为分子晶体。（2）分析比较离子晶体熔点高低的影响因素：物质熔化实质是减弱晶体内微粒间的作用力，而离子晶体内是阴、阳离子，因此离子晶体的熔化实际上是减弱阴、阳离子间的作用力- 离子键，故离子晶体的熔点与离子键的强弱有关。从钠的卤化物进行比较：卤素离子半径是 r（F
9、-）r(Cl -)r(Br-)r(I-)，说明熔点随卤素阴离子半径的增大而减小。又从碱金属的氯化物进行比较：碱金属阳离子半径是 r（Na +）r(K +)r(Rb+)r(Cs+)，说明熔点随碱金属阳离子半径的增大而减小。（3）分析比较分子晶体熔点高低的影响因素：分子晶体内的微粒是分子，因此分子晶体的熔点与分子间的作用力有关。从硅的卤化物进行比较：硅的卤化物分子具有相似的结构，从 SiF4 到 SiI4 相对分子量逐步增大，说明熔点随化学式的式量的增加而增大。由从硅、锗、锡、铅的氯化物进行比较：这些氯化物具有相似的结构，从 SiCl4 到 PbCl4 相对分子质量逐步增大，说明熔点随化学式的式量
10、的增加而增大。答案：第一问 半径，半径第二问：相对分子质量，相对分子质量，分子间作用力。第三问：晶体类型，离子晶体，分子晶体。例 3.（1）中学化学教材中图示了 NaCl 晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。NiO（氧化镍）晶体的结构与 NaCl 相同，Ni 2+与最临近 O2-的核间距离为 a10-8cm,计算 NiO 晶体的密度（已知 NiO 的摩尔质量为 74.7g/mol） 。（2）天然和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某氧化镍晶体中就存在如图所示的缺陷：一个 Ni2+空缺，另有两个 Ni2+被两个 Ni3+所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合物中 Ni 和 O 的比值
11、却发生了变化。某氧化镍样品组成 Ni0.97O,试计算该晶体中 Ni3+ 与 Ni2+的离子个数之比。解析:（1）如图所示，以立方体作为计算单元，此结构中含有 Ni2+O2-离子数为：4 = （个） ，所182以 1mol NiO 晶体中应含有此结构的数目为 6.021023 =12.041023（个） ，又因一个此结构的体积为12（a10 -8cm） 3, 所以 1mol NiO 的体积为 12.041023（a10 -8cm） 3 ,NiO 的摩尔质量为 74.7g/ mol,所以 NiO 晶体的密度为（g/cm 3）8362.(10)a（2）解法一（列方程）：设 1mol Ni0.97O
12、 中含 Ni3+为 x mol, Ni2+为 y mol , 则得x+y=0.97 (Ni 原子个数守恒)3x+2y=2 (电荷守恒)解得 x=0.06 , y=0.91 故 n (Ni3+) ：n(Ni 2+) = 6 ：91解法二（十字交叉）：由化学式 Ni0.97O 求出 Ni 的平均化合价为 2/0.97，则有Ni3+ 3 0.06 /0.972 / 0.97Ni2+ 2 0.91 / 0.97故 n (Ni3+) ：n(Ni 2+) = 6 ：91。解法三 直接分析法依题意，一个 Ni2+空缺，另有两个 Ni2+被两个 Ni3+取代。由 Ni0.97O 可知，每 100 个氧离子，就
13、有 97 个镍离子，有三个 Ni2+空缺，也就有 6 个 Ni2+被 Ni3+所取代，所以 Ni3+有 6 个，Ni 2+为 97-6=91 个。即 Ni3+与Ni2+之比为 6：91。解法四 鸡兔同笼发从 Ni0.97O 可知，假如有 100 个氧离子，就有 97 个镍离子，假设这 97 个镍离子都是+2 价，那么正价总和为 194 价，负价总和为 200 价。为什么还差+6 价呢？这是因为多假设 6 个+2 价的镍离子。实际上有 Ni3+6 个、Ni 2+91 个。所以 Ni3+与 Ni2+的个数比为 6：91。说明：求解晶体结构计算题，空间三维立体想象是关键。要运用分割、增补等手段。借此
14、类题的中心思想是把化学问题抽象成数学问题来解决。基础训练1. 由钾和氧组成的某种离子晶体中含钾的质量分数为 78/126，其阴离子只有过氧离子(O 22 )和超氧离子(O2 )两种。在此晶体中，过氧离子和超氧离子的物质的量之比为 A. 21 B. 11 C. 12 D. 132食盐晶体如右图所示。在晶体中， 表示 Na+， 表示 Cl。已知食盐的密度为 g / cm3，NaCl 摩尔质量 M g / mol，阿伏加德罗常数为 N，则在食盐晶体里 Na+和 Cl的间距大约是 A cm B cm 32N32MA cm D cm 3M38N3下列物质中，含有共价键的离子晶体是 ( )ANaCl BN
15、aOHCNH 4Cl DI 24实现下列变化，需克服相同类型作用力的是 ( )A石墨和干冰的熔化 B食盐和冰醋酸的熔化C液溴和水的汽化 D纯碱和烧碱的熔化5下列性质中，能较充分说明某晶体是离子晶体的是( )A具有高的熔点 B固态不导电，水溶液能导电C可溶于水 D固态不导电，熔化状态能导电6下列叙述中正确的是( )A离子晶体中肯定不含非极性共价键B原子晶体的熔点肯定高于其他晶体C由分子组成的物质其熔点一定较低D原子晶体中除去极性共价键外不可能存在其他类型的化学键7.某物质的晶体中，含 A、B、C 三种元素，其排列方式如右图所示（其中前后两面心上的 B 原子不能画出） ，晶体中 A、B、C 的原子
16、个数比依次为 ( )A1：3：1 B2：3：1C2：2：1 D1：3：38.实现下列变化，需克服相同类型作用力的是( )A碘和干冰升华 B二氧化硅和生石灰熔化C氯化钠和铁熔化 D苯和乙烷蒸发9.下列各组物质的晶体中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是( )ASO 2 和 SiO2 BCO 2 和 H2OCNaCl 和 HCl DCCl 4 和 KCl10.如下图所示，是一种晶体的晶胞，该离子晶体的化学式为（ ）AABC B ABC3 CAB 2C3 DAB 3C311实现下列变化时，需克服相同类型作用力的是（ ）A水晶和干冰的熔化 B食盐和冰醋酸的熔化C液溴和液汞的汽化 D纯碱和烧碱的熔化12
17、.2001 年，日本科学家发现了便于应用、可把阻抗降为零的由硼和镁两种元素组成的超导材料。这是 27年来首次更新了金属超导体的记录，是目前金属化合物超导体的最高温度。该化合物也因此被美国科学杂志评为 2001 年十大科技突破之一。图为该化合物的晶体结构单元示意图：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子，6 个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为 （ ）A.MgB B.MgB2 CMg2B D.Mg3B213.如下图为高温超导领域里的一种化合物钙钛矿晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单元(1)在该物质的晶体中，每个钛离子周围与它最接近的且等距离的钛离子共有 个(2)该
18、晶体中，元素氧、钛、钙的个数比是 14.1mol 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。下列热化学方程中，能直接表示出氯化钠晶体格能的是 。ANa +(g)+Cl (g) NaCl(s); H BNa(s)+ Cl2(g) NaCl(s); H 11CNa(s) Na(g); H 2 DNa (g)e Na+(g); H 3E Cl2(g) Cl(g); H 4 FCl(g)+e Cl (g); H 5115. NaCl 晶体中 Na+与 Cl-都是等距离交错排列，若食盐的密度是 2.2g/cm3,阿伏加德罗常数为6.021023mo
19、l-1,食盐的摩尔质量为 58.5g.mol。求食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离是多少。拓展提高16.晶态氯化钠是 晶体，晶体中，每个钠离子周围有 个氯离子，每个氯离子周围有 个钠离子，钠离子半径比氯离子半径 。在氯化物 MCl 中，M 在第六周期，是钠的同族元素，该晶体中，每个阳离子周期有 氯离子。钠的金属性比 M 。氯化钠的电子式是 ，熔融后 导电（填“能”或“不能” ） 。Na +(或 Cl-)周围的 6 个 Cl- (或 Na+)相邻的连线构成的面是什么样的多面体?每个 Na+(或 Cl-)周围与之距离最近且距离相等的 Na+(或 Cl-)有几个?17晶体具有规则的几何外形，
20、晶体中最基本的重复单位称为晶胞。 NaCl 晶体结构如右图所示。已知 FexO 晶体晶胞结构为 NaCl 型，由于晶体缺陷，x 值小于 1。测知 FexO 晶体密度为 g/cm3，晶胞边长为 4.2810-10m。 Fe xO 中 x 值(精确至 0.01)为_。晶体中的 Fe 分别为 Fe2+、Fe 3+，在 Fe2+和 Fe3+的总数中，Fe 2+所 占分数(用小数表示，精确至 0.001)为_。此晶体化学式为_。与某个 Fe2+(或 Fe3+)距离最近且等距离的 O2-围成的空间几何构型形状是_。在晶体中，铁元素的离子间最短距离为_m。18.某离子晶体晶胞结构如右图所示，X 位于立方体的
21、顶点，Y 位于立方体的中心，试回答：（1）晶体中每个 Y 同时吸引着 个 X，每个 X 同时吸引着 个 Y，该晶体的化学式为 。（2）晶体中在每个 X 周围与它最接近且距离相等的 X 共有 个。（3）晶体中距离最近的 2 个 X 与一个 Y 形成的夹角（ XYX）为（填角的度数） 。（4）设该晶体的摩尔质量为 M gmol-1，晶体密度为 gcm -3，阿伏加德罗常数为 NA，则晶体中两个距离最近的 X 中心间的距离为 cm。19.如图，直线交点处的圆圈为 NaCl 晶体中 离子或 离子所处的位置这两种离子在空间 3 个互相NaCl垂直的方向上都是等距离排列的(1)请将其中代表 离子的圆圈涂黑
22、( 不必考虑体积大小)，以完成 NaCl 晶体结构示意图Na(2)晶体中，在每个 离子的周围与它最接近的且距离相等的 共有_个Na(3)晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞在 NaCl 晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的 或 Cl-为Na该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中 Cl-离子的个数等于_，即( 填计算式)_； 离子的个数等于_，即(填计算式)_ Na(4)设 NaCl 的摩尔质量为 ，食盐晶体的密度为 ，阿伏加德罗常数为 食盐晶体中1molMg 3cmgAN两个距离最近的钠离子中心间的距离为_cm参考答案1. C 2. B 3. B C 4. C D 5. D 6. D 7. A 8
23、. A D 9. B 10. B 11. D 12. B13.解析：从所给模型图中可看出每个钛离子的上下前后和左右各有一个最接近且等距离的钛离子又可看出钙原子位于立方体体心，为该立方体单独占有，钛原子位于立方体顶点属于 8 个立方体共有，所以每个立方体拥有 Ti 原子为 8 =1 个，氧原子位于立方体的棱边为四个立方体所共有，所以每个立方体1拥有 O 原子为 12 =3 个41答案：(1)6 (2)31114.(1)A 或H15.解析从上述 NaCl 晶体结构模型中分割出一个小立方体，入图所示，其中 a 代表其边长，b 代表两个Na+中心间的距离。由此小立方体不难想象出顶点上的每个离子均为 8
24、 个小立方体所共有。因此小立方体含 Na+：41/8=1/2，含 Cl-:41/8=1/2,即每个小立方体含有 1/2 个（Na +Cl-）离子对，故：每个小立方体的质量m= ,1235.860gmol= = =2.2g/cm3,V123.la解得 a=2.8110 -8cm.两个距离最近的 Na+中心间的距离 d= a=4.010-8cm。216离子 6 6 小 8 弱 能 八面体 12 个:ClNa17.0.92 0.826 正八面体 3.0310 -10OFe316.027.18.（1）4；8；XY 2 或 Y2X；（2）12；（3）10928（提示：4 个 X 原子位于正四面体的四个顶点上，Y 原子位于该正四面体的中心） （4） ANM（提示：每个晶体中含 21个 X 和 1 个 Y，则 1mol XY2 中含有 2NA 个晶胞，故每个晶胞的边长为 32，距离最近的两个 X 位于面对角线上，据勾股定理可求出其距离） 。19.(1)略(提示： 与 Cl-交替排列) (2)12 (3)4， ；4，Na 21681(4) 提示：根据 ，其中 m 即为 4 个 ， 的质量： ，V 为所示晶体的AM23 VNaClANMm4体积，可设其边长为 a，则 可求出 a，进而求出题设所问即两个距离最近的钠离子中心间的距3离为 .a2
