2022年高考化學(xué)第一輪復(fù)習(xí) 專題 離子晶體學(xué)案 蘇教版

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1、2022年高考化學(xué)第一輪復(fù)習(xí) 專題 離子晶體學(xué)案 蘇教版 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 離子晶體 二. 教學(xué)目標(biāo) 1、掌握離子晶體的概念，能識(shí)別氯化鈉、氯化銫、氟化鈣的晶胞結(jié)構(gòu)。 2、學(xué)會(huì)離子晶體的性質(zhì)與晶胞結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 3、通過(guò)探究知道離子晶體的配位數(shù)與離子半徑比的關(guān)系。 4、通過(guò)分析數(shù)據(jù)和信息，能說(shuō)明晶格能的大小與離子晶體性質(zhì)的關(guān)系。 三. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 1、離子晶體的物理性質(zhì)的特點(diǎn)；離子晶體配位數(shù)及其影響因素 2、晶格能的定義和應(yīng)用 四. 教學(xué)過(guò)程： （一）離子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)： 電負(fù)性較小的金屬元素原子和電負(fù)性較大的非金屬元素原子相互接近

2、到一定程度而發(fā)生電子得失，形成陰陽(yáng)離子，陰陽(yáng)離子之間通過(guò)靜電作用而形成的化學(xué)鍵稱為離子鍵。由離子鍵構(gòu)成的化合物稱為離子化合物。 陰陽(yáng)離子間通過(guò)離子鍵相互作用，在空間呈現(xiàn)有規(guī)律的排列所形成的晶體叫做離子晶體。離子晶體以緊密堆積的方式排列，陰陽(yáng)離子盡可能接近，向空間無(wú)限延伸，形成晶體。陰陽(yáng)離子的配位數(shù)（指一個(gè)離子周圍鄰近的異電性離子的數(shù)目）都很大，故晶體中不存在單個(gè)的分子。 離子晶體中，陰、陽(yáng)離子間有強(qiáng)烈的相互作用，要克服離子間的相互作用（離子鍵）使物質(zhì)熔化或沸騰，就需要很高的能量。離子晶體具有較高的熔沸點(diǎn)，難揮發(fā)、硬度大，易脆等物理性質(zhì)。離子晶體在固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，在熔融狀態(tài)或水溶液中由于電離而

3、產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子，在外加電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)而導(dǎo)電。大多數(shù)離子晶體易溶于水等極性溶劑，難溶于非極性溶劑。 離子晶體的性質(zhì)還取決于該晶體的結(jié)構(gòu)，下面是幾種常見(jiàn)的離子晶體的結(jié)構(gòu)： （1）NaCl型晶體結(jié)構(gòu)（面心立方） 每個(gè)Na＋周圍最鄰近的Cl－有6個(gè)，每個(gè)Cl－周圍最鄰近的Na＋有6個(gè)，則Na＋、Cl－的配位數(shù)都是6。因此整個(gè)晶體中， Na＋、Cl－比例為1：1，化學(xué)式為NaCl，屬于AB型離子晶體。同時(shí)，在NaCl晶體中，每個(gè)Cl－周圍最鄰近的Cl－有12個(gè)，每個(gè)Na＋周圍最鄰近的 Na＋也有12個(gè)。 （2）CsCl型晶體結(jié)構(gòu)（體心立方） 每個(gè)Cs＋周圍最鄰近的Cl－有8

4、個(gè)，每個(gè)Cl－周圍最鄰近的Na＋有8個(gè)，則Cs＋、Cl－的配位數(shù)都是8。因此整個(gè)晶體中， Cs＋、Cl－比例為1：1，化學(xué)式為CsCl也屬于AB型離子晶體。在NaCl晶體中，每個(gè)Cl－周圍最鄰近的Cl－有8個(gè)，每個(gè)Cs＋周圍最鄰近的Cs＋也有8個(gè)。 （3）CaF2型晶體結(jié)構(gòu)： 每個(gè)Ca 2＋周圍最鄰近的F－有8個(gè)，表明Ca 2＋的配位數(shù)為8。每個(gè)F－周圍最鄰近的 Ca 2 ＋有4個(gè)，表明F－的配位數(shù)是4。由此可見(jiàn)，在CaF2晶體中，Ca 2 ＋和F－個(gè)數(shù)比為 1：2，剛好與Ca 2 ＋和F－的電荷數(shù)之比相反。 說(shuō)明： 1、離子鍵的實(shí)質(zhì)是陰陽(yáng)離子間的靜電作用，它包括陰、陽(yáng)離子間的

5、靜電引力和兩種離子的核之間以及它們的電子之間的靜電斥力兩個(gè)方面，當(dāng)靜電引力與靜電斥力之間達(dá)到平衡時(shí)，就形成了穩(wěn)定的離子化合物，它不再顯電性。離子鍵不具有方向性和飽和性。 2、離子化合物中不一定含金屬元素，如銨鹽；含金屬元素的化合物也不一定是離子化合物，如氯化鋁、氯化鈹?shù)取? 3、離子鍵只存在于離子化合物中，離子化合物中一定含有離子鍵，也可能含有共價(jià)鍵，如強(qiáng)堿、含氧酸鹽等，共價(jià)化合物中肯定不含離子鍵。 4、離子化合物受熱熔化或溶于水時(shí)離子會(huì)被破壞，從水溶液中結(jié)晶形成離子化合物時(shí)會(huì)形成離子鍵，但它們都屬于物理變化。因此，破壞化學(xué)鍵或形成化學(xué)鍵不一定發(fā)生化學(xué)變化，但化學(xué)變化過(guò)程一定有舊的化學(xué)鍵斷

6、裂和新的化學(xué)鍵的形成。 5、離子鍵的強(qiáng)弱與陰、陽(yáng)離子所帶的電荷成正比，與半徑成反比。 6、含有陽(yáng)離子的晶體不一定是離子晶體，如金屬晶體中含有金屬陽(yáng)離子；但含有陰離子的晶體肯定是離子晶體。 7、離子晶體在水溶液中或熔融狀態(tài)下由于電離產(chǎn)生自由移動(dòng)的陰、陽(yáng)離子，在外加電場(chǎng)的作用下而導(dǎo)電；而金屬晶體則是晶體中的自由電子在外加電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)形成電流。 8、離子晶體的結(jié)構(gòu)有面心立方（如NaCl型）、體心立方（如CsCl型）等結(jié)構(gòu)，決定離子晶體結(jié)構(gòu)的因素有幾何因素和電荷因素，除此以外還有鍵性因素。 （1）幾何因素：晶體中正負(fù)離子的半徑比 如下表中是AB型離子晶體的幾何因素與配位數(shù)的關(guān)系

7、 （2）電荷因素：晶體中陰、陽(yáng)離子電荷比 （3）鍵性因素：離子鍵的純粹程度 9、離子晶體的熔沸點(diǎn)，取決于構(gòu)成晶體的陰、陽(yáng)離子間離子鍵的強(qiáng)弱，而離子鍵的強(qiáng)弱，又可用離子電荷和離子半徑衡量。通常情況下，同種類型的離子晶體，離子半徑越小，電荷越大，離子鍵越強(qiáng)，熔沸點(diǎn)越高。 10、碳酸鹽的分解溫度與金屬離子所帶電荷和離子半徑的大小有關(guān)。 （二）晶格能 晶格能是指氣態(tài)離子形成1mol離子晶體釋放的能量，或是指1mol離子化合物中，由相互遠(yuǎn)離的陰、陽(yáng)離子結(jié)合成離子晶體時(shí)所放出的能量。放出的能量越多，晶格能的絕對(duì)值越大，表示離子鍵越強(qiáng)，晶體越穩(wěn)定。 如：1mol氣態(tài)鈉離子和1mol氣態(tài)氯

8、離子結(jié)合生成1mol氯化鈉晶體釋放的能量為氯化鈉晶體的晶格能。 Na＋ （g） ＋ Cl－（g） === NaCl （s）； △H 對(duì)晶體構(gòu)型相同的離子化合物，離子電荷數(shù)越多，核間距越小，晶格能越大；晶格能越大，離子鍵越強(qiáng)，晶體越穩(wěn)定，熔點(diǎn)越高，硬度越大。 說(shuō)明： 1、晶格能是離子晶體中離子間結(jié)合力大小的一個(gè)量度。晶格能越大，表示離子晶體越穩(wěn)定，破壞其晶體耗能越多。我們知道離子晶體間存在著離子間的靜電引力，因此，晶格能本質(zhì)上是離子間靜電引力大小的量度。 2、晶格能與陰、陽(yáng)離子所帶電荷的乘積成正比，與陰、陽(yáng)離子的核間距離成反比。 3、離子化合物的晶格能一般都比較大，這是由

9、于離子間有強(qiáng)烈的靜電引力之故。較大的晶格能意味著離子間結(jié)合緊密，這樣的離子化合物其熔點(diǎn)和硬度必定很高。事實(shí)上，高熔點(diǎn)、高硬度就是離子化合物的顯著特征。 4、既然是靜電引力，可以想象，正負(fù)離子的電荷越高，核間距離越小，靜電引力就越大，晶格能就越大。相應(yīng)地，其熔點(diǎn)、硬度就越大，這就是如MgO、CaO以及Al2O3常被用來(lái)作高溫材料和磨料的原因。 5、晶格能也影響了巖漿結(jié)晶析出的次序，晶格能越大，巖漿中的礦物越易結(jié)晶析出 【典型例題】 例1. 下列性質(zhì)中，可以證明某化合物內(nèi)一定存在離子鍵的是 A. 可溶于水 B. 具有較高的熔點(diǎn) C. 水溶液能導(dǎo)電 D

10、. 熔融狀態(tài)能導(dǎo)電 解析：本題考查對(duì)化學(xué)鍵——離子鍵的判斷。只要化合物中存在離子鍵必為離子晶體，而離子晶體區(qū)別其它晶體的突出特點(diǎn)是：熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電，故D正確；至于A可溶于水，共價(jià)化合物如：HCl也可以；B具有較高熔點(diǎn)，也可能為原子晶體，如SiO2；C水溶液能導(dǎo)電，可以是共價(jià)化合物，如硫酸等。 答案： D 例2. ①NaF ②NaI ③MgO 均為離子化合物，根據(jù)以下數(shù)據(jù)，推知這三種化合物的熔點(diǎn)的高低順序是： A. ①＞②＞③ B. ③＞①＞② C. ③＞②＞① D. ②＞①＞③ 解析：離子晶體熔點(diǎn)的高低主要取決于離子鍵的相對(duì)強(qiáng)弱（或晶格能

11、的大小），而離子鍵的強(qiáng)弱（或晶格能的大?。┡c離子所帶電荷的乘積成正比，與離子間距離成反比。③中鎂離子和氧離子的電荷大，半徑小，所以晶格能最大，熔點(diǎn)最高，①②中離子所帶電荷相同，但②中碘的半徑大于①氟的半徑，故NaI的晶格能小于NaF的晶格能，熔點(diǎn)最低。 答案：B 例3. 參考下表中物質(zhì)的熔點(diǎn)，回答下列問(wèn)題。 物 質(zhì) NaF NaCl NaBr NaI NaCl KCl RbCl CsCl 熔點(diǎn)（℃） 995 801 755 651 801 776 715 646 物 質(zhì) SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 SiCl4 GeCl4

12、 SbCl4 PbCl4 熔點(diǎn)（℃） -90.4 -70.2 5.2 120 -70.2 -49.5 -36.2 -15 （1）鈉的鹵化物及堿金屬的氯化物的熔點(diǎn)與鹵離子及堿金屬離子的__ 有關(guān)，隨著_________增大，熔點(diǎn)依次降低. （2）硅的鹵化物及硅、鍺、錫、鉛的氯化物熔點(diǎn)與 有關(guān)，隨著 增大，增強(qiáng)，熔點(diǎn)依次升高. （3）鈉的鹵化物的熔點(diǎn)比相應(yīng)的硅的鹵化物的熔點(diǎn)高得多，這與 有關(guān)，因?yàn)橐话鉥________比 熔點(diǎn)高. 解析：本題主要考查物質(zhì)熔沸點(diǎn)的高低與晶體類型和晶體內(nèi)部微粒之間作用力的關(guān)系以及分析數(shù)

13、據(jù)進(jìn)行推理的能力。 （1）表中第一欄的熔點(diǎn)明顯高于第二欄的熔點(diǎn)，第一欄為IA元素與ⅦA元素組成的離子晶體，則第二欄為分子晶體。 （2）分析比較離子晶體熔點(diǎn)高低的影響因素： 物質(zhì)熔化實(shí)質(zhì)是減弱晶體內(nèi)微粒間的作用力，而離子晶體內(nèi)是陰、陽(yáng)離子，因此離子晶體的熔化實(shí)際上是減弱陰、陽(yáng)離子間的作用力——離子鍵，故離子晶體的熔點(diǎn)與離子鍵的強(qiáng)弱有關(guān)。從鈉的鹵化物進(jìn)行比較：鹵素離子半徑是r（F－）

14、增大而減小。 （3）分析比較分子晶體熔點(diǎn)高低的影響因素： 分子晶體內(nèi)的微粒是分子，因此分子晶體的熔點(diǎn)與分子間的作用力有關(guān)。 從硅的鹵化物進(jìn)行比較：硅的鹵化物分子具有相似的結(jié)構(gòu)，從SiF4到SiI4相對(duì)分子量逐步增大，說(shuō)明熔點(diǎn)隨化學(xué)式的式量的增加而增大。 由從硅、鍺、錫、鉛的氯化物進(jìn)行比較：這些氯化物具有相似的結(jié)構(gòu)，從SiCl4到PbCl4相對(duì)分子質(zhì)量逐步增大，說(shuō)明熔點(diǎn)隨化學(xué)式的式量的增加而增大。 答案 ：（1）半徑，半徑；（2）相對(duì)分子質(zhì)量，相對(duì)分子質(zhì)量，分子間作用力； （3）晶體類型，離子晶體，分子晶體 例4. （1）中學(xué)化學(xué)教材中圖示了NaCl晶體結(jié)構(gòu)，它向三維空間延伸得

15、到完美晶體。NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl 相同，Ni2+與最臨近O2-的核間距離為a×10-8cm，計(jì)算NiO晶體的密度（已知NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g/mol）。 （2）天然和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某氧化鎳晶體中就存在如圖所示的缺陷：一個(gè)Ni2+空缺，另有兩個(gè)Ni2+被兩個(gè)Ni3+所取代。其結(jié)果為晶體仍呈電中性，但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成Ni0.97O，試計(jì)算該晶體中Ni3+ 與Ni2+的離子個(gè)數(shù)之比。 解析:（1）如圖所示，以立方體作為計(jì)算單元，此結(jié)構(gòu)中含有Ni2+——O2-離子對(duì)數(shù)為：4×=（個(gè)），所以1mol NiO晶

16、體中應(yīng)含有此結(jié)構(gòu)的數(shù)目為6.02×1023÷=12.04×1023（個(gè)），又因一個(gè)此結(jié)構(gòu)的體積為a×10-8cm3，所以1mol NiO的體積為12.04×1023×（a×10-8cm）3 ，NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g/ mol，所以NiO晶體的密度為 （2）解法一（列方程）：設(shè)1mol Ni0.97O中含Ni3+為x mol， Ni2+為y mol ， 則得 x+y=0.97 （Ni原子個(gè)數(shù)守恒） 3x+2y=2 （電荷守恒） 解得x=0.06 ， y=0.91 故n （Ni3+） ：n（Ni2+） = 6 ：91 解法二（十字交叉）：由化學(xué)式Ni0.97O求出Ni的平均化合

17、價(jià)為2/0.97，則有 故 n （Ni3+） ：n（Ni2+） = 6 ：91。 解法三 直接分析法 依題意，一個(gè)Ni2+空缺，另有兩個(gè)Ni2+被兩個(gè)Ni3+取代。由Ni0.97O可知，每100個(gè)氧離子，就有97個(gè)鎳離子，有三個(gè)Ni2+空缺，也就有6個(gè)Ni2+被Ni3+所取代，所以Ni3+有6個(gè)，Ni2+為97-6=91個(gè)。即Ni3+與Ni2+之比為6：91。 解法四 雞兔同籠法 從Ni0.97O可知，假如有100個(gè)氧離子，就有97個(gè)鎳離子，假設(shè)這97個(gè)鎳離子都是+2價(jià)，那么正價(jià)總和為194價(jià)，負(fù)價(jià)總和為200價(jià)。為什么還差+6價(jià)呢？ 這是因?yàn)槎嗉僭O(shè)了6個(gè)+2價(jià)的鎳離子。實(shí)際上有Ni3+6個(gè)、Ni2+91個(gè)。所以Ni3+與Ni2+的個(gè)數(shù)比為6：91。 說(shuō)明：求解晶體結(jié)構(gòu)計(jì)算題，空間三維立體想象是關(guān)鍵。要運(yùn)用分割、增補(bǔ)等手段。解此類題的中心思想是把化學(xué)問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)問(wèn)題來(lái)解決。 答案：NiO晶體的密度為62.3/a3（g/cm3）Ni3+與Ni2+之比為6：91