3.2 第2课时 离子晶体 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2
文档属性
| 名称 | 3.2 第2课时 离子晶体 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 176.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-07-23 14:46:33 | ||
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文档简介
3.2 第2课时 离子晶体
【学习目标】
1.了解离子键的形成。
2.了解离子晶体的结构特征和物理性质。
3.了解晶格能的应用,知道晶格能的大小可以衡量离子键的强弱。
【自主预习】
1.概念
在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体。
2.常见的离子晶体
晶体类型 晶胞 晶胞中微粒数 配位数 符号类型
NaCl型 Na+ 4 Cl- 4 Li、Na、K、Rb的卤化物、 AgF、MgO等
CsCl型 Cs+ 1 Cl- 1 CsBr、CsI、 NH4Cl等
ZnS型 Zn2+ 4 S2- 4 4 BeO、BeS等
CaF2型 Ca2+ 4 F- 8 Ca2+配位数为8F-配位数为4 BaF2、PbF2、 CeO2等
3.晶格能
定义 将 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量
意义 晶格能越大,表示离子键越强,离子晶体越
影响 因素 离子间距(r) 晶格能与r、q的关系式:晶格能∝
离子所带电荷数(q)
离子晶体的
4.离子晶体的特征
(1)熔、沸点:熔、沸点 ,而且随着离子所带电荷数的增加和离子间距的缩短,晶格能 ,熔、沸点 。
(2)溶解性:一般 溶于水, 溶于非极性溶剂。
(3)导电性:固态时 ,熔融状态或在水溶液中 。
【参考答案】1.阴、阳离子
2.6 8
3.1 稳定 结构类型
4.较高 增大 升高 易 难 不导电 能导电
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)含金属阳离子的晶体一定是离子晶体。 ( )
(2)离子晶体中除含离子键外,还可能含有共价键。( )
(3)离子晶体中一定含有金属元素。 ( )
(4)CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6。 ( )
(5)MgO的熔点远比NaCl大,这是因为前者离子所带的电荷数多,离子半径小。 ( )
(6)大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水),难溶于非极性溶剂(如汽油、苯等)。 ( )
【答案】(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)√
2.请判断 K2O、MgO和CaO三种离子晶体熔点由高到低的顺序,并说明理由。
【答案】MgO>CaO>K2O;离子半径Mg2+3.离子晶体中除含有离子键外,是否含有共价键
【答案】离子晶体中除含有离子键外,还可能含有共价键、配位键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键,NH4Cl中含有离子键、共价键、配位键。
4.为什么离子晶体不导电,而溶于水或在熔融状态下能导电
【答案】离子晶体中阴、阳离子以离子键结合,离子不能自由移动,故不导电,离子晶体溶于水或在熔融状态下,离子键被破坏,产生了自由移动的阴、阳离子,故能导电。
【合作探究】
任务：离子晶体
情境导入 氯化钠对于地球上的生命非常重要。血液中的钠离子浓度直接关系到体液的调节。由信号转换导致的神经冲动的传导也是由钠离子调节的。含氯化钠0.9%的水称为生理盐水,因为它与血浆有相同的渗透压。生理盐水是主要的体液替代物,广泛用于治疗及预防脱水,也用于静脉注射治疗及预防血量减少性休克。
问题生成
图1是氯化钠的晶胞结构模型,图2是氯化铯的晶胞结构模型。
1.Na+周围最邻近的Cl-有几个 Cs+周围最邻近的Cl-有几个
【答案】6;8。
2.设NaCl的摩尔质量为M g·mol-1,晶胞中最近的Na+和Cl-间的距离为a pm,则NaCl晶体的密度是多少
【答案】ρ== g·cm-3。
【核心归纳】
1.离子晶体的物理性质
性质 原因
熔、沸点 离子晶体中有较强的离子键,熔化或汽化时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔点、沸点、难挥发性。通常情况下,同种类型的离子晶体,离子半径越小,离子键越强,熔、沸点越高
硬度 硬而脆。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
导电性 晶体时不导电,但熔融或溶于水后能导电。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
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、CCl4)。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,变成在水中自由移动的离子
延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现,层与层之间如果滑动,同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定,所以离子晶体无延展性
2.离子晶体的判断
(1)利用物质的分类
金属离子和酸根离子、OH-形成的大多数盐、强碱,活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2),活泼金属的氢化物(如NaH),活泼金属的硫化物等都是离子晶体。
(2)利用元素的性质和种类
如成键元素的电负性差值大于1.7的物质,金属元素(特别是活泼的金属元素,ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素,ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。
(3)利用物质的性质
离子晶体一般具有较高的熔、沸点,难挥发,硬而脆;固体不导电,但熔融或溶于水时能导电,大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。
【典型例题】
【例1】下列有关离子晶体的比较不正确的是( )。
A.熔点: NaF>MgF2>AlF3
B.离子键强弱: NaF>NaCl>NaBr
C.离子晶体中除了含有离子键外,还可能存在共价键、氢键等
D.硬度: MgO>CaO>BaO
【答案】A
【解析】Na+、Mg2+、Al3+所带电荷数依次增大,离子半径依次减小,所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强,故熔点依次升高,A项错误;F-、Cl-、Br-的半径依次增大,故NaF、NaCl、NaBr的离子键依次减弱,B项正确;离子晶体中除了含有离子键外,还可能存在共价键、氢键等,如CuSO4·5H2O晶体中存在离子键、共价键、氢键,C项正确;Mg2+、Ca2+、Ba2+的半径依次增大,故MgO、CaO、BaO中离子键依次减弱,硬度依次减小,D项正确。
【例2】高温下,超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。超氧化钾晶体的一个晶胞如图所示。则下列有关说法正确的是( )。
A.KO2中只存在离子键
B.超氧化钾的化学式为KO2,每个晶胞含有1个K+和1个
C.晶体中与每个K+距离最近的有6个
D.晶体中,所有原子之间都是以离子键结合的
【答案】C
【解析】超氧化钾晶体(KO2)是离子化合物,阴、阳离子分别为K+、,晶体中K+与之间是离子键,中O—O键为共价键。每个晶胞中含有×8+×6=4个K+,1+×12=4个,晶体中与每个K+距离最近的有6个(上、下、前、后、左、右)。
灵犀一点：解答该题时要善于运用类比思维,找出知识原型。超氧化钾晶体是面心立方晶体,和氯化钠晶体类似,这样就可以化陌生物质为所熟悉的物质,降低解题难度,提高准确率。
【随堂检测】
1.下列离子晶体中阴、阳离子核间距最大的是( )。
A.LiCl B.NaBr C.KCl D.KBr
【答案】D
【解析】核间距即阴、阳离子半径之和。Li+、Na+、K+都是碱金属离子,随核电荷数的增加半径增大,故K+半径最大;Cl-、Br-是同主族元素形成的离子,Br-电子层数多,半径较大。综上所述,核间距最大的是KBr。
2.元素X的某价态离子Xn+与N3-所形成晶体的结构单元如图所示,则Xn+中n的值为( )。
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】A
【解析】晶胞中Xn+个数为12×=3,N3-个数为8×=1,其化学式为X3N,根据分子式中化合价代数和为0,则n=1。
3.NaCl晶体的晶胞结构如图所示。KO2的晶体结构与NaCl相似,可以看作是Na+的位置用K+代替,Cl-的位置用代替。下列关于KO2晶体结构的描述不正确的是( )。
A.与K+距离最近且相等的共有6个
B.与K+距离最近且相等的构成的多面体是正八面体
C.与K+距离最近且相等的K+有8个
D.一个KO2晶胞中摊得的K+和微粒数均为4
【答案】C
【解析】分析NaCl晶胞结构,并将Na+用K+代替,Cl-用代替,可知A、B、D三项正确;与K+距离最近且相等的K+有12个,C项错误。
4.已知NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol-1,其晶体密度为d g·cm-3,若钠离子与最接近的氯离子的核间距为a cm,那么阿伏加德罗常数的值可表示为( )。
A.117a3d B.
C. D.
【答案】B
【解析】(2a)3·d= NA=。
5.镁、铜等金属的离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时,先制备无水氯化镁,然后将其熔融电解,得到金属镁。
(1)以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时,常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物,其主要作用除降低熔点之外还有 。
(2)已知MgO的晶胞结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构示意图如图所示,请改正图中的错误: 。
(3)用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成烟花。燃放时,烟花发出五颜六色的光,请用原子结构的知识解释发光的原因: 。
(4)Mg是第3周期元素,该周期部分元素氟化物的熔点如下表所示:
氟化物 NaF MgF2 SiF4
熔点/K 1266 1534 183
解释表中氟化物熔点差异的原因: 。
【答案】(1)增大熔融盐中的离子浓度,从而增强熔融盐的导电能力
(2)⑧应为表示O2-的黑色球
(3)基态原子中的电子获得能量后,向高能级跃迁,跃迁到高能级的电子处于一种不稳定的状态,会回到较低能级,并向外界释放能量(光能)
(4)NaF与MgF2均为离子晶体,常温下为固态,SiF4为分子晶体,常温下为气态,所以NaF与MgF2的熔点远比SiF4的高,又Mg2+的半径小于Na+的半径,Mg2+所带电荷数大于Na+所带电荷数,所以MgF2的晶格能大于NaF,MgF2的熔点高于NaF
【解析】(2)因为氧化镁与氯化钠的晶胞结构相似,所以在晶体中每个Mg2+周围应该有6个最邻近的O2-,每个O2-周围应该有6个最邻近的Mg2+,根据此规律可得⑧应该改为表示O2-的黑色球。(4)在离子晶体中,离子半径越小,所带电荷数越多,则离子晶体的晶格能越大,熔、沸点越高。
2
【学习目标】
1.了解离子键的形成。
2.了解离子晶体的结构特征和物理性质。
3.了解晶格能的应用,知道晶格能的大小可以衡量离子键的强弱。
【自主预习】
1.概念
在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体。
2.常见的离子晶体
晶体类型 晶胞 晶胞中微粒数 配位数 符号类型
NaCl型 Na+ 4 Cl- 4 Li、Na、K、Rb的卤化物、 AgF、MgO等
CsCl型 Cs+ 1 Cl- 1 CsBr、CsI、 NH4Cl等
ZnS型 Zn2+ 4 S2- 4 4 BeO、BeS等
CaF2型 Ca2+ 4 F- 8 Ca2+配位数为8F-配位数为4 BaF2、PbF2、 CeO2等
3.晶格能
定义 将 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量
意义 晶格能越大,表示离子键越强,离子晶体越
影响 因素 离子间距(r) 晶格能与r、q的关系式:晶格能∝
离子所带电荷数(q)
离子晶体的
4.离子晶体的特征
(1)熔、沸点:熔、沸点 ,而且随着离子所带电荷数的增加和离子间距的缩短,晶格能 ,熔、沸点 。
(2)溶解性:一般 溶于水, 溶于非极性溶剂。
(3)导电性:固态时 ,熔融状态或在水溶液中 。
【参考答案】1.阴、阳离子
2.6 8
3.1 稳定 结构类型
4.较高 增大 升高 易 难 不导电 能导电
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)含金属阳离子的晶体一定是离子晶体。 ( )
(2)离子晶体中除含离子键外,还可能含有共价键。( )
(3)离子晶体中一定含有金属元素。 ( )
(4)CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6。 ( )
(5)MgO的熔点远比NaCl大,这是因为前者离子所带的电荷数多,离子半径小。 ( )
(6)大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水),难溶于非极性溶剂(如汽油、苯等)。 ( )
【答案】(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)√
2.请判断 K2O、MgO和CaO三种离子晶体熔点由高到低的顺序,并说明理由。
【答案】MgO>CaO>K2O;离子半径Mg2+
【答案】离子晶体中除含有离子键外,还可能含有共价键、配位键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键,NH4Cl中含有离子键、共价键、配位键。
4.为什么离子晶体不导电,而溶于水或在熔融状态下能导电
【答案】离子晶体中阴、阳离子以离子键结合,离子不能自由移动,故不导电,离子晶体溶于水或在熔融状态下,离子键被破坏,产生了自由移动的阴、阳离子,故能导电。
【合作探究】
任务：离子晶体
情境导入 氯化钠对于地球上的生命非常重要。血液中的钠离子浓度直接关系到体液的调节。由信号转换导致的神经冲动的传导也是由钠离子调节的。含氯化钠0.9%的水称为生理盐水,因为它与血浆有相同的渗透压。生理盐水是主要的体液替代物,广泛用于治疗及预防脱水,也用于静脉注射治疗及预防血量减少性休克。
问题生成
图1是氯化钠的晶胞结构模型,图2是氯化铯的晶胞结构模型。
1.Na+周围最邻近的Cl-有几个 Cs+周围最邻近的Cl-有几个
【答案】6;8。
2.设NaCl的摩尔质量为M g·mol-1,晶胞中最近的Na+和Cl-间的距离为a pm,则NaCl晶体的密度是多少
【答案】ρ== g·cm-3。
【核心归纳】
1.离子晶体的物理性质
性质 原因
熔、沸点 离子晶体中有较强的离子键,熔化或汽化时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔点、沸点、难挥发性。通常情况下,同种类型的离子晶体,离子半径越小,离子键越强,熔、沸点越高
硬度 硬而脆。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
导电性 晶体时不导电,但熔融或溶于水后能导电。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
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、CCl4)。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,变成在水中自由移动的离子
延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现,层与层之间如果滑动,同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定,所以离子晶体无延展性
2.离子晶体的判断
(1)利用物质的分类
金属离子和酸根离子、OH-形成的大多数盐、强碱,活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2),活泼金属的氢化物(如NaH),活泼金属的硫化物等都是离子晶体。
(2)利用元素的性质和种类
如成键元素的电负性差值大于1.7的物质,金属元素(特别是活泼的金属元素,ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素,ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。
(3)利用物质的性质
离子晶体一般具有较高的熔、沸点,难挥发,硬而脆;固体不导电,但熔融或溶于水时能导电,大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。
【典型例题】
【例1】下列有关离子晶体的比较不正确的是( )。
A.熔点: NaF>MgF2>AlF3
B.离子键强弱: NaF>NaCl>NaBr
C.离子晶体中除了含有离子键外,还可能存在共价键、氢键等
D.硬度: MgO>CaO>BaO
【答案】A
【解析】Na+、Mg2+、Al3+所带电荷数依次增大,离子半径依次减小,所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强,故熔点依次升高,A项错误;F-、Cl-、Br-的半径依次增大,故NaF、NaCl、NaBr的离子键依次减弱,B项正确;离子晶体中除了含有离子键外,还可能存在共价键、氢键等,如CuSO4·5H2O晶体中存在离子键、共价键、氢键,C项正确;Mg2+、Ca2+、Ba2+的半径依次增大,故MgO、CaO、BaO中离子键依次减弱,硬度依次减小,D项正确。
【例2】高温下,超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。超氧化钾晶体的一个晶胞如图所示。则下列有关说法正确的是( )。
A.KO2中只存在离子键
B.超氧化钾的化学式为KO2,每个晶胞含有1个K+和1个
C.晶体中与每个K+距离最近的有6个
D.晶体中,所有原子之间都是以离子键结合的
【答案】C
【解析】超氧化钾晶体(KO2)是离子化合物,阴、阳离子分别为K+、,晶体中K+与之间是离子键,中O—O键为共价键。每个晶胞中含有×8+×6=4个K+,1+×12=4个,晶体中与每个K+距离最近的有6个(上、下、前、后、左、右)。
灵犀一点：解答该题时要善于运用类比思维,找出知识原型。超氧化钾晶体是面心立方晶体,和氯化钠晶体类似,这样就可以化陌生物质为所熟悉的物质,降低解题难度,提高准确率。
【随堂检测】
1.下列离子晶体中阴、阳离子核间距最大的是( )。
A.LiCl B.NaBr C.KCl D.KBr
【答案】D
【解析】核间距即阴、阳离子半径之和。Li+、Na+、K+都是碱金属离子,随核电荷数的增加半径增大,故K+半径最大;Cl-、Br-是同主族元素形成的离子,Br-电子层数多,半径较大。综上所述,核间距最大的是KBr。
2.元素X的某价态离子Xn+与N3-所形成晶体的结构单元如图所示,则Xn+中n的值为( )。
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】A
【解析】晶胞中Xn+个数为12×=3,N3-个数为8×=1,其化学式为X3N,根据分子式中化合价代数和为0,则n=1。
3.NaCl晶体的晶胞结构如图所示。KO2的晶体结构与NaCl相似,可以看作是Na+的位置用K+代替,Cl-的位置用代替。下列关于KO2晶体结构的描述不正确的是( )。
A.与K+距离最近且相等的共有6个
B.与K+距离最近且相等的构成的多面体是正八面体
C.与K+距离最近且相等的K+有8个
D.一个KO2晶胞中摊得的K+和微粒数均为4
【答案】C
【解析】分析NaCl晶胞结构,并将Na+用K+代替,Cl-用代替,可知A、B、D三项正确;与K+距离最近且相等的K+有12个,C项错误。
4.已知NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol-1,其晶体密度为d g·cm-3,若钠离子与最接近的氯离子的核间距为a cm,那么阿伏加德罗常数的值可表示为( )。
A.117a3d B.
C. D.
【答案】B
【解析】(2a)3·d= NA=。
5.镁、铜等金属的离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时,先制备无水氯化镁,然后将其熔融电解,得到金属镁。
(1)以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时,常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物,其主要作用除降低熔点之外还有 。
(2)已知MgO的晶胞结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构示意图如图所示,请改正图中的错误: 。
(3)用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成烟花。燃放时,烟花发出五颜六色的光,请用原子结构的知识解释发光的原因: 。
(4)Mg是第3周期元素,该周期部分元素氟化物的熔点如下表所示:
氟化物 NaF MgF2 SiF4
熔点/K 1266 1534 183
解释表中氟化物熔点差异的原因: 。
【答案】(1)增大熔融盐中的离子浓度,从而增强熔融盐的导电能力
(2)⑧应为表示O2-的黑色球
(3)基态原子中的电子获得能量后,向高能级跃迁,跃迁到高能级的电子处于一种不稳定的状态,会回到较低能级,并向外界释放能量(光能)
(4)NaF与MgF2均为离子晶体,常温下为固态,SiF4为分子晶体,常温下为气态,所以NaF与MgF2的熔点远比SiF4的高,又Mg2+的半径小于Na+的半径,Mg2+所带电荷数大于Na+所带电荷数,所以MgF2的晶格能大于NaF,MgF2的熔点高于NaF
【解析】(2)因为氧化镁与氯化钠的晶胞结构相似,所以在晶体中每个Mg2+周围应该有6个最邻近的O2-,每个O2-周围应该有6个最邻近的Mg2+,根据此规律可得⑧应该改为表示O2-的黑色球。(4)在离子晶体中,离子半径越小,所带电荷数越多,则离子晶体的晶格能越大,熔、沸点越高。
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