第二单元 离子键 离子晶体
基础过关练
题组一 离子键
1.下列叙述错误的是( )
A.离子键和金属键都没有饱和性和方向性
B.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子
C.物质中可能只存在阳离子,而不存在阴离子
D.Mg与O形成的离子键中离子键的成分小于Na与F形成的离子键中离子键的成分
2.(经典题)离子键的强弱主要取决于离子的半径和离子所带电荷数。一般规律是离子半径越小、离子所带电荷数越多,离子键越强。K2O、MgO、CaO三种物质中离子键由强到弱的顺序是 ( )
A.K2O、MgO、CaO B.MgO、K2O、CaO
C.MgO、CaO、K2O D.CaO、MgO、K2O
题组二 离子晶体的晶体结构与配位数
3.下列有关金属晶体和离子晶体的叙述中,不正确的是( )
A.金属钠形成的晶体中,每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个
B.金属铜形成的晶体中,每个铜原子周围与其距离最近的铜原子有6个
C.在NaCl晶体中,每个Na+周围与其距离最近的Na+有12个
D.在CsCl晶体中,每个Cs+周围与其距离最近的Cl-有8个
4.下列关于Na、Cs的化合物的说法错误的是( )
A.NaCl为离子化合物,可推知CsCl也为离子化合物
B.NaCl与CsCl相比,NaCl熔点更高
C.NaCl与CsCl晶体中Cl-的配位数均为8
D.NaCl与CsCl晶体中离子的配位数不同主要原因是离子半径的差异
5.(经典题)图a~d是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图,其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是( )
A.a和c B.b和c C.b和d D.a和d
6.氯化亚铜是点击化学常用的催化剂,其晶胞结构如图所示,下列有关说法中错误的是( )
A.基态Cu+的价电子轨道表示式为
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
B.Cl原子核外电子的运动状态有17种
C.该晶胞中含有4个Cu+和4个Cl-
D.CuCl晶体中,Cu+周围等距离且最近的Cu+数目为6
题组三 离子晶体的主要性质与晶格能
7.Al2O3的下列性质能用晶格能解释的是( )
A.Al2O3可用作耐火材料
B.固态时不导电,熔融时能导电
C.Al2O3是两性氧化物
D.晶体Al2O3可以作为宝石
8.Li2O是离子晶体,具有反萤石结构,晶胞如图所示,其晶格能可通过图中的循环计算得到。
下列说法错误的是( )
A.Li的第一电离能为1358kJ·mol-1
B.Li+的配位数为4
C.Li2O的晶格能为2908kJ·mol-1
D.若晶胞棱长为anm,则Li2O晶体的密度为×1023g·cm-3
题组四 离子晶体的综合考查
9.如图为NaCl和CsCl的晶胞结构,下列说法错误的是 ( )
A.NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体
B.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同
C.NaCl和CsCl晶胞中所含阳离子数分别为4和1
D.NaCl晶体和CsCl晶体中阳离子与阴离子的半径比相同
10.晶体有规则几何外形,但有些晶体存在“缺陷”,从而引起含有的离子数量比发生变化,但整体仍呈电中性。如某种氧化镍(NiO)晶体中存在1个Ni2+空缺,另有2个Ni2+被Ni3+取代,其组成可表示为Ni0.97O,则其中Ni3+和Ni2+的离子数之比为( )
A.3∶2 B.2∶3 C.6∶91 D.91∶6
11.(教材习题改编)CaC2晶体的晶胞结构(如图所示)与NaCl晶体的相似,但CaC2晶体中哑铃形的存在,使晶胞沿一个方向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是 ( )
A.CaC2晶体的熔点较高,硬度也较大
B.与Ca2+距离相等且最近的构成的多面体是正六面体
C.与Ca2+距离相等且最近的有4个
D.CaC2晶胞中含有4个Ca2+和4个
12.钴的某种氧化物广泛应用于硬质合金、超耐热合金、绝缘材料和磁性材料的生产,其晶胞结构如图所示。下列有关说法正确的是( )
注:Co的摩尔质量为59g·mol-1
A.该氧化物的化学式为Co13O14
B.晶胞中Co2+的配位数为12
C.根据晶体类型推测,该物质熔点低于硫(S8)
D.若该氧化物的密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数为NAmol-1,则晶胞中两个O2-间的最短距离为cm
能力提升练
题组一 离子晶体的结构与性质
1.下列有关含铜物质的说法正确的是( )
A.甲图是CuO的晶胞示意图,乙图是Cu2O的晶胞示意图
B.已知Cu2O和Cu2S晶体结构相似,则Cu2O比Cu2S的熔点低
C.晶体铜原子的堆积方式如图丙所示,为面心立方最密堆积,配位数为12
D.铜在氧气中加热生成CuO,CuO热稳定性比Cu2O强
2.近期中国科学院在含银化合物运用于超离子导体方面取得突破性进展,制得的α-AgI晶体在室温下的电导率比普通多晶的AgI提高了近5个数量级。
α-AgI晶体中I-作体心立方堆积(如图所示),Ag+可分布在由I-构成的空隙位置上。在电场作用下,Ag+无需克服太大阻力即可发生定向移动。令NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法不正确的是( )
A.I-的最外层电子排布式为5s25p6
B.晶体中,距离I-最近且等距的I-有6个
C.α-AgI晶体的摩尔体积为m3·mol-1
D.α-AgI晶体可用作电池的电解质
题组二 离子晶体晶胞的相关计算
3.氢卤酸和AgNO3溶液反应可生成卤化银,已知AgCl、AgBr、AgI的溶解度依次减小,AgI的立方晶胞如图所示。下列说法错误的是( )
A.推测AgF的溶解度比AgCl的大
B.1个AgI晶胞中含有4个I-
C.晶体中I-的配位数是2
D.NA为阿伏加德罗常数的值,该晶体密度为g·cm-3
4.磷锡青铜合金广泛用于仪器仪表中的耐磨零件和抗磁元件等,其晶胞结构如图。已知晶胞边长为apm,下列说法不正确的是( )
A.磷锡青铜合金的化学式为Cu3SnP
B.Cu和Cu原子间的最短距离为apm
C.该晶体中每个Sn周围与它等距离且最近的P有8个
D.Sn、P在元素周期表中都位于p区,基态P原子有5种不同能量的电子
答案与分层梯度式解析
第二单元 离子键 离子晶体
基础过关练
1.B 离子键和金属键都没有饱和性和方向性,A项正确;金属导电是因为在外加电场作用下,自由电子发生定向移动,B项错误;金属晶体中存在阳离子,无阴离子,C项正确;成键原子所属元素的电负性差值越大,原子之间越容易得失电子而形成离子键,离子键成分越大,D项正确。
2.C 离子键的强弱主要取决于离子的半径和离子所带电荷数。一般规律是离子半径越小、离子所带电荷数越多,离子键越强。离子半径:K+>Ca2+>Mg2+,离子所带电荷数:Ca2+=Mg2+>K+,所以物质所含离子键由强到弱的顺序为MgO、CaO、K2O,故选C。
3.B 金属钠的晶体中每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个,故A正确;金属铜形成的晶体中每个铜原子周围与其距离最近的铜原子有12个,故B错误;NaCl晶体中,每个Na+周围距离其最近的Na+个数为3×8÷2=12,故C正确;CsCl晶体中每个Cs+周围与其距离最近的Cl-有8个,故D正确。
4.C Cs与Na是同一主族元素,元素的金属性Cs比Na强,NaCl为离子化合物,则可推知CsCl也为离子化合物,A项正确;Na+半径比Cs+半径小,NaCl中的离子键比CsCl的强,离子键越强,断裂离子键消耗的能量就越高,物质的熔点就越高,所以NaCl的熔点比CsCl高,B项正确;NaCl晶体中Cl-的配位数为6,CsCl晶体中Cl-的配位数为8,C项错误;NaCl与CsCl晶体中离子的配位数不同主要在于离子半径的差异,D项正确。
知识拓展 离子晶体的配位数
离子晶体中,通常可看成阴离子呈等径圆球密堆积,阳离子有序地填在阴离子的空隙中,每个离子周围等距离地排列着异电性离子。一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,叫做离子晶体中该离子的配位数。
5.D NaCl晶体中每个Na+周围紧邻6个Cl-,每个Cl-周围紧邻6个Na+;每个Na+周围紧邻的Cl-有6个,且构成正八面体,同理,与每个Cl-紧邻的6个Na+也构成正八面体,a和d属于从NaCl晶体中分割出来的结构图,选D。
6.D 基态Cu+的价电子排布式为3d10,其轨道表示式为,A正确;Cl原子核外有17个电子,每个电子的运动状态不同,则Cl原子核外电子的运动状态有17种,B正确;由图可知,晶胞中Cu+个数为8×=4,Cl-个数为4,C正确;CuCl晶体中,Cu+周围等距离且最近的Cu+数目为12,D错误。
7.A Al2O3中Al3+和O2-所带电荷数都比较多,半径又都很小,因此Al2O3的晶格能很大,熔点很高,故Al2O3可用作耐火材料,能用晶格能解释,A项符合题意;Al2O3固态时不导电,熔融时能导电,说明其在熔融状态能够电离出自由移动的离子,与晶格能无关,B项不符合题意;Al2O3是两性氧化物与晶格能无关,C项不符合题意;晶体Al2O3可以作为宝石,与晶格能无关,D项不符合题意。
8.A 第一电离能是气态基态原子失去最外层的一个电子形成+1价气态阳离子所需要的最低能量,则Li的第一电离能为kJ·mol-1=520kJ·mol-1,A项错误;由Li2O的晶胞结构图可知,每个Li+周围距离其最近且等距离的O2-有4个,则Li+的配位数为4,B项正确;晶格能是指拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子时所吸收的能量,由题图分析可知Li2O的晶格能为2908kJ·mol-1,C项正确;每个晶胞内含有8个Li+和4个O2-,Li2O晶体的密度为g·cm-3=×1023g·cm-3,D项正确。
9.D NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体,阴、阳离子个数比都为1∶1,均属于AB型离子晶体,A正确;由晶胞结构可知每个NaCl晶胞中所含Na+数目和Cl-数目均为4,每个CsCl晶胞中所含Cs+数目和Cl-数目均为1,阴、阳离子个数比均为1∶1,B正确;NaCl晶胞中所含Na+数目为12×+1=4,CsCl晶胞中所含Cs+数目为1,C正确;Na+半径小于Cs+半径,则NaCl晶体和CsCl晶体中,阳离子与阴离子的半径比不同,D错误。
10.C 设1molNi0.97O中含Ni3+xmol,Ni2+为(0.97-x)mol,根据晶体呈电中性,可知3x+2×(0.97-x)=2×1,解得x=0.06,Ni2+为(0.97-x)mol=0.91mol,即Ni3+与Ni2+的离子数之比为0.06∶0.91=6∶91,选C。
11.B CaC2晶体属于离子晶体,故有较高的熔点和较大的硬度,A正确;因为晶胞沿一个方向拉长,故与Ca2+距离相等且最近的只有4个,4个构成的是正方形,B错误、C正确;该晶胞中含有Ca2+的个数为12×+1=4,含有的个数为8×=4,D正确。
12.D 根据“均摊法”得晶胞中含12×+1=4个Co2+、8×=4个O2-,该氧化物的化学式为CoO,A错误;以体心Co2+为例,晶胞中与Co2+距离相等且最近的O2-有6个,故其配位数为6,B错误;一般分子晶体熔点低于离子晶体,根据晶体类型推测,S8(分子晶体)熔点低于CoO(离子晶体),C错误;设晶胞棱长为acm,则ρg·cm-3=g·cm-3,a=,则晶胞中两个O2-间的最短距离为cm,D正确。
能力提升练
1.C 由甲图晶胞可知,晶胞中氧原子的个数为8×+1=2,铜原子的个数为4,图甲为Cu2O的晶胞;由乙图的晶胞结构可知,晶胞中氧原子的个数为8×=4,铜原子的个数为4,图乙为CuO的晶胞,A项错误。Cu2O和Cu2S都是离子晶体,氧离子的半径小于硫离子的半径,则Cu2O的晶格能大于Cu2S,Cu2O比Cu2S的熔点高,B项错误。由图丙可知晶体铜中原子的堆积方式为面心立方最密堆积,Cu原子的配位数为12,C项正确。CuO中Cu2+的外围电子排布式为3d9,Cu2O中Cu+的外围电子排布式为3d10,Cu+中3d轨道为全充满的稳定状态,则CuO的热稳定性弱于Cu2O,D项错误。
2.B I在元素周期表中位于第五周期第ⅦA族,I-的最外层电子排布式为5s25p6,A正确;以题图中体心I-为研究对象知,与I-距离最近且等距的I-有8个,B错误;每个晶胞中含I-的个数为8×+1=2,依据化学式AgI可知,晶胞中银离子个数也为2,晶胞中所含AgI的物质的量n=mol,晶胞体积V=a3m3,则α-AgI晶体的摩尔体积为m3·mol-1,C正确;由题干可知,在电场作用下,Ag+无需克服太大阻力即可发生定向移动,因此α-AgI晶体可用作电池的电解质,D正确。
3.C 由AgCl、AgBr、AgI的溶解度依次减小可推知,AgF的溶解度比AgCl的大,A正确;晶胞中I-位于顶点和面心,其个数为8×=4,B正确;与Ag+距离最近且等距的I-有4个,Ag+的配位数为4,由碘化银的化学式为AgI可知,晶体中碘离子的配位数为4,C错误;晶胞中I-位于顶点和面心,个数为8×=4,Ag+位于体内,个数为4,可得该晶体密度为g·cm-3,D正确。
4.B 晶胞中Cu原子有6×=3个,Sn原子有8×=1个,P原子有1个,磷锡青铜合金的化学式为Cu3SnP,A项正确;Cu和Cu原子间的最短距离为面对角线长的一半,即apm,B项错误;Sn在晶胞顶点,距其最近的P在晶胞体心,每个Sn被8个晶胞共用,该晶体中每个Sn周围与它等距离且最近的P有8个,C项正确;Sn、P在元素周期表中都位于p区,基态P原子核外电子占据1s、2s、2p、3s、3p,5个能级,故基态P原子有5种不同能量的电子,D项正确。
12(共19张PPT)
第二单元 离子键 离子晶体
1.形成过程
当阴、阳离子之间的静电引力和静电斥力达到平衡时,阴、阳离子保持一定的平衡核间
距,形成稳定的离子键。
必备知识 清单破
知识点 1 离子键
2.特征
(1)没有方向性:离子键的实质是静电作用,离子的电荷分布通常被看成是球形对称的,它们在
空间各个方向上的静电作用相同,因此一种离子对带异性电荷离子的吸引作用与其所处的方
向无关。
(2)没有饱和性:在离子化合物中,每个离子周围最邻近的带异性电荷离子数目的多少,取决于
阴、阳离子的相对大小。只要空间条件允许,阳离子将吸引尽可能多的阴离子排列在其周
围,阴离子也将吸引尽可能多的阳离子排列在其周围,以达到降低体系能量的目的。
知识拓展 在电场的作用下产生的离子中电子分布发生偏移的现象称为离子极化。离子极
化可能导致阴、阳离子的外层轨道发生重叠,从而使得许多离子键不同程度地显示共价性,
甚至出现键型变异。如AgF→AgCl→AgBr→AgI由离子键向共价键过渡,AgI以共价键为主。
3.常见的离子化合物
一般为活泼金属元素(主要处于第ⅠA族、第ⅡA族)和活泼非金属元素(主要处于第ⅥA
族、第ⅦA族)形成的化合物。如大多数盐、强碱、活泼金属氧化物等。
1.概念及结构特点
(1)概念:阴、阳离子按一定方式有规则地排列形成的晶体。
(2)结构特点
①构成微粒:阴离子和阳离子,离子晶体中不存在单个分子,其化学式表示的是离子的个数
比。
②微粒间的作用力:离子键。
2.晶格能(U)
(1)概念:拆开1 mol离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子时所吸收的能量。
(2)影响因素:离子晶体中离子核间距越小,阴、阳离子所带电荷数越多,晶格能越大。
(3)晶格能与晶体物理性质的关系:晶格能越大,离子键稳定性越强,离子晶体的熔点越高,硬度越
大。
知识点 2 离子晶体
3.离子晶体的结构
(1)配位数:离子晶体中一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,叫做离子的配位数。
(2)典型离子晶体的结构模型
NaCl CsCl ZnS
结构 模型
配位数 Cl-和Na+配位数都为6 Cl-和Cs+配位数都为8 Zn2+和S2-配位数都为
4
晶胞中 微粒数 Na+、Cl-都为4 Cs+、Cl-都为1 Zn2+、S2-都为4
阴、阳 离子个 数比 1∶1 1∶1 1∶1
符合 类型 Li、Na、K和 Rb的卤化 物,AgF、 MgO等 CsBr、CsI、 NH4Cl等 BeO、BeS等
4.离子晶体的性质
(1)熔点较高,硬度较大。
(2)离子晶体不导电,但熔化或溶于水后能导电。
(3)大多数离子晶体能溶于水,难溶于有机溶剂。
1.离子晶体一定都含有金属元素。这种说法对吗 ( )
离子晶体不一定都含有金属元素,如NH4Cl为离子晶体,不含金属元素。
2.熔融状态下能导电的晶体一定是离子晶体。这种说法对吗 ( )
如金属晶体熔融状态下也能够导电。
3.金属元素与非金属元素构成的键一定是离子键。这种说法对吗 ( )
如Al和Cl形成的AlCl3中的化学键为共价键。
4.离子晶体的配位数是指一个离子周围最邻近的相同离子的数目。这种说法对吗 ( )
配位数是指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
提示
5.原子最外层只有1个电子的主族元素与卤素所形成的化学键一定是离子键。这种说法对
吗 ( )
原子最外层只有1个电子的主族元素包括H元素和碱金属元素,H与卤素原子之间形
成的是共价键。
6.晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关。这种说法对吗 ( )
一般晶格能越大,离子晶体的熔点越高,硬度越大。
提示
提示
关键能力 定点破
定点 1 离子晶体结构与性质的关系
1.离子晶体的性质
(1)熔、沸点
①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
化或沸腾,就需要较多的能量。因此,一般离子晶体具有较高的熔、沸点。
②一般来说,阴、阳离子的电荷数越多,离子核间距越小,离子键越强,晶格能越大,离子晶体的
熔、沸点越高,如Al2O3>MgO,NaCl>CsCl等。
(2)硬度
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。
(3)导电性
离子晶体中,离子键较强,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、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用,成为自由移动的离子,
从而可以导电。离子化合物溶于水时,阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子
(或水合离子),从而可以导电。
(4)溶解性
大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水),难溶于非极性溶剂(如苯、CCl4)。当把离子晶体放
在水中时,极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引,使晶体中的离子克服离子间的相互作
用而离开晶体,变成在水中自由移动的离子。
2.离子晶体的判断方法
(1)依据晶体构成微粒判断:由阴、阳离子构成的晶体,一定是离子晶体。
(2)依据物质类别判断:金属氧化物、强碱和大部分盐是离子晶体。
(3)依据导电性判断:离子晶体不导电,而在熔融状态下可以导电。
(4)依据熔点判断:一般离子晶体熔点较高。
(5)依据硬度和机械性能判断:一般离子晶体硬度较大,且较脆。
典例 溴化钠、氯化钠和氧化镁离子晶体的核间距和晶格能(部分)如下表所示。
离子晶体 NaBr NaCl MgO
核间距/pm 298 282 210
晶格能/(kJ·mol-1) 786 3 791
(1)溴化钠晶体比氯化钠晶体的晶格能 (填“大”或“小”),主要原因是
。
(2)氧化镁晶体比氯化钠晶体的晶格能大,主要原因是
。
(3)溴化钠、氯化钠和氧化镁晶体中,硬度最大的是 ;工业上制取单质镁时,往往电
解的是氯化镁而不是氧化镁,主要原因是 。
思路点拨 本题利用离子晶体中的核间距、离子所带的电荷数与晶格能的关系进行解答。
解析 一般来说,阴、阳离子所带电荷数越多,核间距越小,晶格能越大。
答案 (1)小 NaBr中离子的核间距比NaCl中的大 (2)氧化镁晶体中的阴、阳离子所带的
电荷数比氯化钠中多,并且核间距比氯化钠中小 (3)氧化镁 氧化镁晶体比氯化镁晶体的
晶格能大,熔点高,电解消耗电能多
物质的摩尔质量M g·mol-1、晶体密度ρ g·cm-3、晶胞棱长a cm之间的关系
(1)若1个晶胞中含有x个微粒(或特定组成),则1 mol该晶胞中含有x mol微粒(或特定组成),其
质量为xM g;又1个晶胞的质量为ρa3 g,则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g(NA为阿伏加德罗常数的
值),因此有xM=ρa3NA。
(2)各类晶胞棱长(l)与粒子半径(r)的关系
定点 2 晶体密度的计算
简单立方晶胞 面心立方晶胞 体心立方晶胞
l=2r l=4r l=4r
方法点拨 晶体空间利用率的计算方法
典例1 某晶体的晶胞结构如图所示,X( )位于立方体的顶点,Y( )位于立方体的体心。试回答
下列问题:
设该晶体的摩尔质量为M g·mol-1,晶体的密度为 ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中
两个距离最近的X之间的距离为 cm。
解析 由题图知,该晶胞实际占有1个X和1个Y,设晶胞的边长为a cm,则有ρa3NA=M,a= ,
则晶体中两个距离最近的X之间的距离为 cm。
答案
方法指导 与晶体有关的计算题
(1)与晶体有关的计算一般涉及晶体的化学式、晶胞中所含的原子或离子的数目、晶胞的边
长、两个粒子之间的距离、晶胞的体积、晶体的密度、阿伏加德罗常数等之间的计算。
(2)晶体有关计算的解题步骤
第一步:计算晶胞中的粒子个数。
第二步:确定晶体的化学式。
第三步:根据物质的摩尔质量、晶体密度、晶胞棱长间的关系进行计算。
典例2 第ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题:
ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如图所示,
其晶胞边长为 540 pm,密度为 (列式并计算),a位置S2-与b位置Zn2+之间的距
离为 pm。
思路点拨 先用均摊法求出一个晶胞中各离子的个数,然后根据公式ρ= 进行求解。
解析 1个ZnS晶胞中N(S2-)=8× +6× =4,N(Zn2+)=4,故ρ= = ≈4.1 g·cm-
3。仔细观察ZnS的晶胞结构不难发现,Zn2+与S2-间的距离就是立方体体对角线长的 ,即 ×
×540 pm=135 pm。
答案 ≈4.1 g·cm-3 135
规律小结 立方晶胞中各物理量的关系
m=ρV=ρ×a3=N×
m:表示一个晶胞的质量(g)
ρ:表示晶体密度(g·cm-3)
V:表示一个晶胞的体积(cm3)
a:表示晶胞边长(cm)
M:表示晶体摩尔质量(g·mol-1)
NA:表示阿伏加德罗常数(mol-1)
N:表示一个晶胞中微粒(或特定组成)的数目
