2018-2019版高中化學(xué) 專題3 微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì) 第二單元 離子鍵 離子晶體學(xué)案 蘇教版選修3.docx

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第二單元　離子鍵　離子晶體 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]　1.正確理解離子鍵、離子晶體的概念，知道離子晶體類型與其性質(zhì)的聯(lián)系。2.認(rèn)識晶格能的概念和意義，能根據(jù)晶格能的大小，會分析晶體的性質(zhì)。 一、離子鍵的形成 1．形成過程 2．特征 (1)沒有方向性：離子鍵的實(shí)質(zhì)是靜電作用，離子的電荷分布通常被看成是球形對稱的，因此一種離子對帶異性電荷離子的吸引作用與其所處的方向無關(guān)。 (2)沒有飽和性：在離子化合物中，每個離子周圍最鄰近的帶異性電荷離子數(shù)目的多少，取決于陰、陽離子的相對大小。只要空間條件允許，陽離子將吸引盡可能多的陰離子排列在其周圍，陰離子也將吸引盡可能多的陽離子排列在其周圍，以達(dá)到降低體系能量的目的。 (1)離子鍵的存在 只存在于離子化合物中：大多數(shù)鹽、強(qiáng)堿、活潑金屬氧化物(過氧化物如Na2O2)、氫化物(如NaH和NH4H)等。 (2)離子鍵的實(shí)質(zhì)是“靜電作用”。這種靜電作用不僅是靜電引力，而是指陰、陽離子之間靜電吸引力與電子與電子之間、原子核與原子核之間的排斥力處于平衡時的總效應(yīng)。 (3)成鍵條件：成鍵元素的原子得、失電子的能力差別很大，電負(fù)性差值大于1.7。 例1　具有下列電子排布的原子中最難形成離子鍵的是(　　) A．1s22s22p2 B．1s22s22p5 C．1s22s22p63s2 D．1s22s22p63s1 答案　A 解析　形成離子鍵的元素為活潑金屬元素與活潑非金屬元素，A為C元素，B為F元素，C為Mg元素，D為Na元素，則只有A項(xiàng)碳元素既難失電子，又難得電子，不易形成離子鍵。 例2　下列關(guān)于離子鍵的說法中錯誤的是(　　) A．離子鍵沒有方向性和飽和性 B．非金屬元素組成的物質(zhì)也可以含離子鍵 C．形成離子鍵時離子間的靜電作用包括靜電吸引和靜電排斥 D．因?yàn)殡x子鍵無飽和性，故一種離子周圍可以吸引任意多個帶異性電荷的離子 答案　D 解析　活潑金屬和活潑非金屬元素原子間易形成離子鍵，但由非金屬元素組成的物質(zhì)也可含離子鍵，如銨鹽，B項(xiàng)正確；離子鍵無飽和性，體現(xiàn)在一種離子周圍可以盡可能多地吸引帶異性電荷的離子，但也不是任意的，因?yàn)檫@個數(shù)目還要受兩種離子的半徑比(即空間條件是否允許)和個數(shù)比的影響，D項(xiàng)錯誤。 易錯警示 (1)金屬與非金屬形成的化學(xué)鍵有可能是共價鍵，如AlCl3。 (2)完全由非金屬元素形成的化合物中有可能含離子鍵，如NH4Cl、NH4H，一定有共價鍵。 (3) 離子鍵不具有飽和性是相對的，每種離子化合物的組成和結(jié)構(gòu)是一定的，而不是任意的。 二、離子晶體 1．概念及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1)概念：陰、陽離子通過離子鍵結(jié)合而形成的晶體。 (2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ①構(gòu)成微粒：陰離子和陽離子，離子晶體中不存在單個分子，其化學(xué)式表示的是離子的個數(shù)比。 ②微粒間的作用力：離子鍵。 2．晶格能(U) (1)概念：拆開1_mol離子晶體形成氣態(tài)陰離子和氣態(tài)陽離子所吸收的能量。 (2)影響因素：離子晶體中離子半徑越小，所帶電荷越多，晶格能越大。 (3)晶格能與晶體物理性質(zhì)的關(guān)系：晶格能越大，離子鍵穩(wěn)定性越強(qiáng)，離子晶體的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。 3．離子晶體的結(jié)構(gòu) (1)配位數(shù)：離子晶體中一個離子周圍最鄰近的異電性離子的數(shù)目，叫做離子的配位數(shù)。 (2)觀察分析表中AB型離子晶體的結(jié)構(gòu)模型，填寫下表： 晶體結(jié)構(gòu)模型 配位數(shù) Cl－和Na＋配位數(shù)都為6 Cl－和Cs＋配位數(shù)都為8 Zn2＋和S2－配位數(shù)都為4 晶胞中微粒數(shù) Na＋、Cl－都為4 Cs＋、Cl－都為1 Zn2＋、S2－都為4 陰、陽離子個數(shù)比 1∶1 1∶1 1∶1 化學(xué)式 NaCl CsCl ZnS 符合類型 Li、Na、K、 Rb的鹵化物， AgF、MgO等 CsBr、CsI、 NH4Cl等 BeO、BeS等 4.離子晶體的性質(zhì) (1)熔點(diǎn)較高，硬度較大。 (2)離子晶體不導(dǎo)電，但熔化或溶于水后能導(dǎo)電。 (3)大多數(shù)離子晶體能溶于水，難溶于有機(jī)溶劑。 　影響離子晶體配位數(shù)的因素 (1)離子半徑因素：的值不同，晶體中離子的配位數(shù)不同，其晶體結(jié)構(gòu)不同。數(shù)值越大，離子的配位數(shù)越多。 (2)電荷因素：AB型離子晶體的陰、陽離子的配位數(shù)相等；ABn型離子晶體的A、B離子的配位數(shù)比值為n∶1。 例3　下列性質(zhì)適合于離子晶體的是(　　) A．熔點(diǎn)1070℃，易溶于水，水溶液能導(dǎo)電 B．熔點(diǎn)10.31℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電 C．能溶于CS2，熔點(diǎn)112.8℃，沸點(diǎn)444.6℃ D．熔點(diǎn)97.81℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97gcm－3 答案　A 解析　離子晶體在液態(tài)(即熔融態(tài))導(dǎo)電，B項(xiàng)錯誤；CS2是非極性溶劑，根據(jù)相似相溶規(guī)律，C項(xiàng)錯誤；由于離子晶體質(zhì)硬易碎，且固態(tài)不導(dǎo)電，D項(xiàng)錯誤。 方法規(guī)律——離子晶體的判斷方法 (1)依據(jù)組成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷。 (2)依據(jù)物質(zhì)類別判斷。活潑金屬氧化物，強(qiáng)堿和絕大多數(shù)鹽類是離子晶體。 (3)依據(jù)導(dǎo)電性判斷。離子晶體溶于水和熔融狀態(tài)下均導(dǎo)電。 (4)依據(jù)熔、沸點(diǎn)和溶解性判斷。離子晶體熔、沸點(diǎn)較高，多數(shù)能溶于水，難溶于有機(jī)溶劑。 例4　下列關(guān)于晶格能的敘述中正確的是(　　) A．晶格能僅與形成晶體中的離子所帶電荷數(shù)有關(guān) B．晶格能僅與形成晶體的離子半徑有關(guān) C．晶格能是指相鄰的離子間的靜電作用 D．晶格能越大的離子晶體，其熔點(diǎn)越高 答案　D 解析　晶格能與離子所帶電荷數(shù)的乘積成正比，與陰、陽離子半徑的大小成反比，A、B項(xiàng)錯誤；晶格能越大，離子晶體的熔、沸點(diǎn)越高，硬度也越大，D項(xiàng)正確。 例5　一種離子晶體的晶胞如圖所示。其中陽離子A以表示，陰離子B以表示。關(guān)于該離子晶體的說法正確的是(　　) A．陽離子的配位數(shù)為8，化學(xué)式為AB B．陰離子的配位數(shù)為4，化學(xué)式為A2B C．每個晶胞中含4個A D．每個A周圍有4個與它等距且最近的A 答案　C 解析　用均攤法可知，晶胞中含有陽離子數(shù)為8＋6＝4；陰離子顯然是8個，故化學(xué)式為AB2，A、B項(xiàng)錯誤；每個A周圍與它等距且最近的A有12個，D項(xiàng)錯誤。 離子晶體 1．僅由下列各組元素所構(gòu)成的化合物，不可能形成離子晶體的是(　　) A．H、O、S B．Na、H、O C．K、Cl、O D．H、N、Cl 答案　A 解析　強(qiáng)堿、活潑金屬氧化物、絕大多數(shù)鹽等是離子晶體。B項(xiàng)如NaOH、C項(xiàng)如KClO、D項(xiàng)如NH4Cl。 2．下列性質(zhì)中，可以充分說明某晶體是離子晶體的是(　　) A．具有較高的熔點(diǎn) B．固態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電 C．可溶于水 D．固態(tài)不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電 答案　D 解析　從熔點(diǎn)來看，離子晶體一般具有較高的熔點(diǎn)，但金剛石、石英等原子晶體也有很高的熔點(diǎn)，A項(xiàng)錯誤；某些共價化合物也能溶于水，溶于水后也能導(dǎo)電，例如HCl等，B項(xiàng)錯誤；從溶解性上看，蔗糖、葡萄糖等分子晶體也可溶于水，C項(xiàng)錯誤；固態(tài)不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電說明固態(tài)中原本有陰、陽離子，只是不能自由移動，而由陰、陽離子構(gòu)成的晶體一定是離子晶體。 3．下列關(guān)于NaCl晶體結(jié)構(gòu)的說法中正確的是(　　) A．NaCl晶體中，陰、陽離子的配位數(shù)相等 B．NaCl晶體中，每個Na＋周圍吸引1個Cl－ C．NaCl晶胞中的質(zhì)點(diǎn)代表一個NaCl D．NaCl晶體中存在單個的NaCl分子 答案　A 解析　氯化鈉晶體中，每個Na＋周圍結(jié)合6個Cl－，而每個Cl－周圍結(jié)合6個Na＋；NaCl只表示Na＋和Cl－個數(shù)比為1∶1。 4．下列熱化學(xué)方程式中，能直接表示出氯化鈉晶體晶格能的是(　　) A．Na＋(g)＋Cl－(g)===NaCl(s)　ΔH B．Na(s)＋Cl2(g)===NaCl(s)　ΔH1 C．Na(g)－e－===Na＋(g)　ΔH2 D．Cl(g)＋e－===Cl－(g)　ΔH3 答案　A 解析　1mol氣態(tài)鈉離子和1mol氣態(tài)氯離子結(jié)合生成1mol氯化鈉晶體釋放出的熱能為氯化鈉晶體的晶格能，所以熱化學(xué)方程式中，能直接表示出氯化鈉晶體晶格能的是Na＋(g)＋Cl－(g)===NaCl(s)　ΔH，故選A。 5．氧化鈣在2973K時熔化，而氯化鈉在1074K時熔化，兩者的離子間距離和晶體結(jié)構(gòu)都類似，有關(guān)它們?nèi)埸c(diǎn)差別較大的原因敘述不正確的是(　　) A．氧化鈣晶體中陰、陽離子所帶的電荷數(shù)多 B．氧化鈣的晶格能比氯化鈉的晶格能大 C．氧化鈣晶體的結(jié)構(gòu)類型與氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)類型不同 D．在氧化鈣與氯化鈉的離子間距離類似的情況下，晶格能主要由陰、陽離子所帶電荷的多少決定 答案　C 解析　CaO和NaCl都屬于離子晶體，熔點(diǎn)的高低可根據(jù)晶格能的大小判斷。晶格能的大小與離子所帶電荷多少、離子間距離、晶體結(jié)構(gòu)類型等因素有關(guān)。CaO和NaCl的離子間距離和晶體結(jié)構(gòu)都類似，故晶格能主要由陰、陽離子所帶電荷的多少決定。 6．同類晶體物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的變化是有規(guī)律的，試分析下列兩組物質(zhì)熔點(diǎn)規(guī)律性變化的原因： 物質(zhì)A NaCl KCl CsCl 熔點(diǎn)/K 1074 1049 918 物質(zhì)B Na Mg Al 熔點(diǎn)/K 317 923 933 晶體熔、沸點(diǎn)的高低，決定于組成晶體微粒間的作用力的大小。A組是______晶體，晶體微粒之間通過________相連，粒子之間的作用力由大到小的順序是________。B組晶體屬于____________晶體，外圍電子數(shù)由少到多的順序是__________，離子半徑由大到小的順序是______________，金屬鍵由弱到強(qiáng)的順序?yàn)開_____________。 答案　離子　離子鍵　NaCl>KCl>CsCl　金屬　NaMg2＋>Al3＋　NaMgF2>AlF3 B．晶格能：NaF>NaCl>NaBr C．陰離子的配位數(shù)：CsCl>NaCl>CaF2 D．硬度：MgO>CaO>BaO 答案　A 解析　掌握好離子半徑的大小變化規(guī)律是分析離子晶體性質(zhì)的一個關(guān)鍵點(diǎn)。由于r(Na＋)>r(Mg2＋) >r(Al3＋)，且Na＋、Mg2＋、Al3＋所帶電荷數(shù)依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的離子鍵依次增強(qiáng)，晶格能依次增大，故熔點(diǎn)依次升高。r(F－)”)。 (3)NiO晶胞中Ni和O的配位數(shù)分別為____________、__________。 (4)金屬鎳與鑭(La)形成的合金是一種良好的儲氫材料，其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。該合金的化學(xué)式為_________________________________________________________。 答案　(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2(2)>　(3)6　6　(4)LaNi5 解析　(1)核外電子排布式與價電子排布式要區(qū)別開。 (2)NiO、FeO都屬于離子晶體，熔點(diǎn)高低受離子鍵強(qiáng)弱影響，離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高。(3)因?yàn)镹iO晶體結(jié)構(gòu)與NaCl的相同，而NaCl晶體中Na＋、Cl－的配位數(shù)都是6，所以，NiO晶體中Ni2＋、O2－的配位數(shù)也均是6。(4)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可計(jì)算，一個合金晶胞中，La原子數(shù)＝8＝1，Ni原子數(shù)＝1＋8＝5。所以該合金的化學(xué)式為LaNi5。 14．已知有關(guān)物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表： 物質(zhì) MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3 熔點(diǎn)/℃ 2852 2072 714 190(2.6105Pa) 沸點(diǎn)/℃ 3600 2980 1412 182.7 (1)MgCl2的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于AlCl3熔點(diǎn)的原因是___________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)工業(yè)上常用電解熔融MgCl2的方法生產(chǎn)金屬鎂，用電解Al2O3與冰晶石熔融混合物的方法生產(chǎn)鋁。為什么不用電解MgO的方法生產(chǎn)鎂，也不用電解AlCl3的方法生產(chǎn)鋁？________ ________________________________________________________________________。 (3)MgO的熔點(diǎn)比BaO的熔點(diǎn)________(填“高”或“低”)。 (4)設(shè)計(jì)可靠的實(shí)驗(yàn)證明MgCl2、AlCl3所屬的晶體類型，其實(shí)驗(yàn)方法是_____________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)MgCl2是離子晶體，AlCl3是分子晶體，離子鍵的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于分子間作用力 (2)氧化鎂晶體比氯化鎂晶體晶格能大，熔點(diǎn)高，電解時消耗電能大。AlCl3不是離子晶體，熔融時不能導(dǎo)電，因而不能用電解AlCl3的方法生產(chǎn)鋁 (3)高 (4)將兩晶體加熱到熔融狀態(tài)，MgCl2能導(dǎo)電，AlCl3不能導(dǎo)電，證明AlCl3為分子晶體，MgCl2為離子晶體 解析　(1)MgCl2是離子晶體，陰、陽離子間以離子鍵結(jié)合，離子間作用力強(qiáng)；AlCl3為共價化合物，分子間作用力弱，所以MgCl2熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于AlCl3熔點(diǎn)。 (2)因?yàn)镸gO的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于MgCl2，故電解熔融MgO將需要更高的溫度，消耗更多的能量，因而不用電解MgO的方法生產(chǎn)鎂。AlCl3不是離子晶體，熔融時不能導(dǎo)電，因而不能用電解AlCl3的方法生產(chǎn)鋁。 (3)MgO和BaO都是離子化合物，Mg2＋的半徑比Ba2＋小，所以MgO的熔點(diǎn)比BaO的熔點(diǎn)高。 (4)將兩種晶體加熱到熔融狀態(tài)，MgCl2能導(dǎo)電，而AlCl3不能導(dǎo)電，即可證明MgCl2為離子晶體，AlCl3為分子晶體。 15．回答下列問題： (1)CaC2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示，CaC2晶體中含有啞鈴形C，使晶胞沿一個方向拉長。CaC2晶體中1個Ca2＋周圍距離最近的C數(shù)目為____________。 (2)已知CaO、MgO具有NaCl型結(jié)構(gòu)，如圖2。 ①CaO晶體密度為agcm－3，NA表示阿伏加德羅常數(shù)，則CaO晶胞體積為________cm3。 ②X射線衍射實(shí)驗(yàn)測得MgO的晶胞參數(shù)為a＝0.420nm，則r(O2－)為________nm。MnO也屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)為a′＝0.448nm，則r(Mn2＋)為________nm。 答案　(1)4　(2)①?、?.148　0.076 解析　(1)一個Ca2＋吸引6個C，由于晶胞沿一個方向拉長，1個Ca2＋周圍距離最近的C為4個。 (2)①由于CaO與NaCl的晶胞同為面心立方結(jié)構(gòu)，所以CaO晶胞中也含有4個鈣離子和4個氧離子，因此CaO晶胞體積為 cm3＝ cm3。 ②因?yàn)镺2－采用面心立方最密堆積方式，所以面對角線長度是O2－半徑的4倍，則有[4r(O2－)]2＝2a2，解得r(O2－)＝0.420 nm≈0.148 nm；MnO也屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)可得2r(Mn2＋)＋2r(O2－)＝a′，代入數(shù)據(jù)解得r(Mn2＋)＝0.076 nm。