(共40张PPT)
第三章
晶体结构与性质
第四节 离子晶体
激趣入题·情境呈现
在我们周围广泛存在着离子化合物，常温下，许多离子化合物以晶体形态存在，如碳酸钙等。这些晶体是如何形成的？在这些晶体中，微粒又是怎样堆积的呢？
依据前面研究金属晶体结构的方法，观察NaCl晶体，发现其中的微粒排布同样具有周期性，从中截取一个面心立方结构，就得到了NaCl晶体的晶胞。
在NaCl中，每个Na＋周围分布有六个Cl－，同样每个Cl－周围分布有六个Na＋，那么，在一个晶胞中实际拥有的Na＋与Cl－各是多少个？
新知预习·自主探究
一、离子晶体
1．结构特点：
2．决定晶体结构的因素：
3．常见的离子晶体：
6
8
8
6
8
4
4．物理性质：
(1)硬
度________，难于压缩。
(2)熔点和沸点________。
(3)固体不导电，但在____________________中能导电。
较大
较高
熔融状态或水溶液
1
稳定
高
大
预习自测·初试牛刀
1．思考辨析：
(1)离子晶体中含有阴、阳离子，在固态时导电。( )
(2)离子晶体中不存在共价键。( )
(3)氯化钠、氟化钙晶体我们通常写为NaCl、CaF2，说明晶体中存在组成为NaCl、CaF2的分子。( )
(4)在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Na＋的个数为6；Cl－的个数为4。( )
(5)氯化钠的熔点大于氯化钾的熔点。( )
(6)MgO的熔、沸点和硬度均高于CaO。( )
×
×
×
×
√
√
2．离子晶体不可能具有的性质是( )
A．具有较高的熔点和沸点
B．易溶于水，难溶于非极性溶剂
C．具有良好的导电性
D．坚硬而易粉碎
解析：离子晶体中的阴、阳离子不能自由移动，离子晶体不能导电，所以选C。
C
3．下列物质中，含有共价键的离子晶体是( )
A．NaCl
B．SiO2
C．NH4Cl
D．I2
解析：NaCl中Na＋离子和Cl－离子之间只存在离子键，是离子晶体，A错；SiO2中只存在共价键，是共价化合物，B错；铵根中存在共价键，Cl－和NH之间存在离子键，NH4Cl是离子化合物，C正确；I2单质中存在共价键，I2为单质，不是化合物，D错。
C
4．下列说法一定正确的是( )
A．固态时能导电的物质一定是金属晶体
B．熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体
C．水溶液能导电的晶体一定是离子晶体
D．固态不导电而熔融态导电的晶体一定是离子晶体
D
解析：四种晶体在不同状态下的导电性区别如下：
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
固态
不导电
不导电(晶体硅导电)
可导电
不导电
熔融状态
不导电
不导电
可导电
可导电
水溶液
有的可导电
－
－
可导电
D
6．根据下图推测，CsCl晶体中两距离最近的Cs＋间距离为a，则每个Cs＋周围与其距离为a的Cs＋数目为_____，每个Cs＋周围距离相等且次近的Cs＋数目为______，距离为_______；每个Cs＋周围距离相等且第三近的Cs＋数目为_____，距离为_______；每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为_____。
6
12
8
8
课堂探究·疑难解惑
1．构成离子晶体的微粒是什么？微粒之间的作用力是什么？决定晶体结构的因素有哪些？
2．NaCl、CsCl和CaF2晶体中阴、阳离子的配位数分别是多少？
知识点一 离子晶体的结构
1．提示 构成离子晶体的微粒是阴、阳离子。微粒之间的作用力是离子键。决定晶体结构的因素有：阴阳负离子的半径比、电荷比及离子键的纯粹程度。
2．提示
离子晶体
阴离子配位数
阳离子配位数
NaCl
6
6
CsCl
8
8
CaF2
4
8
1．结构特点：
(1)离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。
(2)离子晶体微粒之间的作用力是离子键。由于静电作用没有方向性，故离子键没有方向性。只要条件允许，阳离子周围可以尽可能多地吸引阴离子，同样，阴离子周围可以尽可能多地吸引阳离子，故离子键也没有饱和性。根据静电作用大小的影响因素可知，在离子晶体中阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强。
(3)离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。
2．常见离子晶体的晶胞结构：
高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0，部分为－2。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。下列说法正确的是( )
A
典例
1
规律方法指导：解答该题时，一要利用“均摊法”，求得每个晶胞中所含离子的数目；二要根据晶体结构求得阴阳离子的配位数。同时也可联想NaCl晶体模型，利用熟悉的模型去解答有关问题。
MN
MN2
MN2
MN
(2)下面是从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________。
①④
离子晶体主要有哪些性质？
知识点二 离子晶体的性质
提示 熔点高，硬度较大，不导电，但在熔融状态或溶于水时导电。
性质
原因
熔沸点
离子晶体中有较强的离子键，熔化或气化时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。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
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
性质
原因
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)中。当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而离开晶体，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
下列大小关系正确的是( )
A．熔点：NaI>NaBr
B．硬度：MgO>CaO
C．晶格能：NaClD．熔点：CO2>NaCl
解析：二者均为离子晶体，离子半径：I－>Br－，离子半径越小，晶格能越大，离子晶体的熔点越高，A错误；二者均为离子晶体，离子半径：Mg2＋B
典例
2
2．NaF、NaI和MgO均为离子晶体，有关数据如下表：
物质
①NaF
②NaI
③MgO
离子电荷数
1
1
2
键长/m
2.31×10－10
3.18×10－10
2.10×10－10
试判断，这三种化合物熔点由高到低的顺序是( )
A．①>②>③
B．③>①>②
C．③>②>①
D．②>①>③
解析：三种晶体中，MgO的键长最短，离子电荷又多，故其晶格能最大，熔点最高；NaF的键长小于NaI，故NaF的晶格能大于NaI，熔点高于NaI。
B
核心素养·专家博客
纳米技术
诺贝尔物理学奖获得者，美国科学家费曼(R.P.Feynman)在1959年的美国物理学年会上发表《底部有很大空间》的演讲中曾预言：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”这被公认为纳米科学技术思想的来源。1984年，德国萨尔兰大学的格莱特(H.Gleiter)在高真空的条件下将粒径为6
nm的铁粒子加压成形，烧结得到纳米量级的块状体，纳米材料由此得到迅速发展。1990年，纳米技术获得了重大突破。美国国际商用机器公司(IBM)阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排。
他们使用扫描隧道显微镜慢慢地把35个氙原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母，而三个字母加起来还没有3
nm长。中国科学家利用原子力显微镜(AFM)技术“刻”下了世界上字号最小的唐诗。
下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )
A．熔点：NaF>MgF2>AlF3
B．晶格能：NaF>NaCl>NaBr
C．阴离子的配位数：CsCl>NaCl>CaF2
D．硬度：MgO>CaO>BaO
A
解析：由于r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)，且Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷数依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强，晶格能依次增大，故熔点依次升高。r(F－)离子晶体
1．下列物质中，属于含有极性键的离子晶体的是( C )
A．CH3COOH
B．Na2O2
C．NaOH
D．MgCl2
解析：一般来说，含有离子键的晶体为离子晶体；活泼金属与活泼非金属形成离子键，不同的非金属元素间形成极性共价键。CH3COOH中不含离子键，不属于离子晶体，A错误；Na2O2中含有离子键、非极性共价键，B错误；NaOH中含有离子键、极性共价键，C正确；MgCl2只含离子键，D错误。
2．共价键、离子键和范德华力是粒子之间的三种作用力。下列晶体①Na2O2；②SiO2；③石墨；④金刚石；⑤NaCl；⑥白磷中，含有两种作用力的是( B )
A．①②③
B．①③⑥
C．②④⑤
D．①②③⑥
解析：过氧化钠中有离子键和共价键；石墨和白磷中存在共价键和范德华力。
3．下列选项中，能直接表示出氯化钠晶格能的是( A )
A．Na＋(g)＋Cl－(g)―→NaCl(s) ΔH1
B．Na(s)＋Cl(g)―→NaCl(s) ΔH2
C．2Na＋(g)＋2Cl－(g)―→2NaCl(s) ΔH3
D．Na(g)＋Cl(g)―→NaCl(s) ΔH4
解析：气态离子形成1
mol离子晶体释放的能量称为晶格能。
4．下列性质适合于离子晶体的是( A )
A．熔点1037
℃，易溶于水，水溶液能导电
B．熔点10.31
℃，液态不导电，水溶液能导电
C．能溶于CS2，熔点112.8
℃，沸点444.5
℃
D．熔点97.81
℃，质软、导电，密度0.97
g·cm－3
解析：四种晶体的熔、沸点一般是原子晶体高，离子晶体较高，金属晶体高低相差较大，一般较高，但有些高于一些原子晶体(如钨)，有些低于一些分子晶体(如汞、钠等)，分子晶体熔点较低。四种晶体中，原子晶体一般不导电(硅为半导体)；分子晶体在固态和熔融态时不导电，溶于水时可能导电；金属晶体在固态和熔融态时均可导电；离子晶体在固态时不导电，但在熔融态和溶于水时可以导电。由此可以初步推断：A为离子晶体，B、C为分子晶体，D为金属晶体。
5．比较下列几组晶体熔、沸点的高低顺序
(1)金刚石、氯化钠、晶体硅、干冰
(2)石英晶体、铝硅合金、冰
(3)CaO、KI、KCl
(4)F2、Cl2、Br2、I2
答案：(1)金刚石>晶体硅>氯化钠>干冰
(2)石英晶体>铝硅合金>冰
(3)CaO>KCl>KI
(4)I2>Br2>Cl2>F2
解析：金刚石、晶体硅都属于原子晶体，C原子半径比Si原子半径小，键能大，金刚石熔点比晶体硅的高，原子晶体>离子晶体>分子晶体；故金刚石>晶体硅>氯化钠>干冰；石英为原子晶体熔点较高，并且合金的熔点比任一组分熔点都低，故冰<铝硅合金<金属铝<石英晶体；CaO、KCl、KI为离子晶体，熔点：CaO>KCl>KI；F2、Cl2、Br2、I2单质为分子晶体，熔点高低与相对分子质量大小有关，相对分子质量越大，熔点越高，故熔点高低顺序为：I2>Br2>Cl2>F2。
6．如图所示，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na＋或Cl－所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。
(1)将其中代表Cl－的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体结构示意图。
(2)晶体中，在每个Na＋周围与它最近且距离相等的Na＋共有__12__个。
(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Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl－的个数等于__4__，即(计算式)__8×＋6×＝4__；Na＋的个数等于__4__，即(填计算式)__12×＋1＝4__。
(4)设NaCl的摩尔质量为M
g·mol－1，NaCl晶体的密度为ρ
g·cm－3，阿伏伽德罗常数为NA。NaCl晶体中两个钠离子间的最近距离为__×__cm。
解析：(1)如图所示。
(2)从体心的Na＋看，与它最近且距离相等的Na＋共有12个。
(3)根据离子晶体的晶胞中阴、阳离子个数的求算方法可知，NaCl晶胞中，含Cl－：8×＋6×＝4个，含Na＋：12×＋1＝4个。
(4)设Cl－与Na＋的最近距离为a
cm，则两个最近的Na＋间的距离为a
cm，又·NA＝M，即a＝，所以Na＋间的最近距离为×
cm。
PAGE
-
2
-第四节 离子晶体
激趣入题·情境呈现
在我们周围广泛存在着离子化合物，常温下，许多离子化合物以晶体形态存在，如碳酸钙等。这些晶体是如何形成的？在这些晶体中，微粒又是怎样堆积的呢？
依据前面研究金属晶体结构的方法，观察NaCl晶体，发现其中的微粒排布同样具有周期性，从中截取一个面心立方结构，就得到了NaCl晶体的晶胞。
在NaCl中，每个Na＋周围分布有六个Cl－，同样每个Cl－周围分布有六个Na＋，那么，在一个晶胞中实际拥有的Na＋与Cl－各是多少个？
新知预习·自主探究
一、离子晶体
1．结构特点：
2．决定晶体结构的因素：
3．常见的离子晶体：
晶体类型
NaCl
CsCl
CaF2
晶胞
阳离子的配位数
__6__
__8__
__8__
阴离子的配位数
__6__
__8__
__4__
4．物理性质：
(1)硬
度__较大__，难于压缩。
(2)熔点和沸点__较高__。
(3)固体不导电，但在__熔融状态或水溶液__中能导电。
二、晶格能
1．概念：气态离子形成__1__mol离子晶体释放的能量。
2．影响因素：
晶格能—→越大
3．晶格能对离子晶体性质的影响。
晶格能越大，形成的离子晶体越__稳定__，而且熔点越__高__，硬度越__大__。
预习自测·初试牛刀
1．思考辨析：
(1)离子晶体中含有阴、阳离子，在固态时导电。(×)
(2)离子晶体中不存在共价键。(×)
(3)氯化钠、氟化钙晶体我们通常写为NaCl、CaF2，说明晶体中存在组成为NaCl、CaF2的分子。(×)
(4)在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Na＋的个数为6；Cl－的个数为4。(×)
(5)氯化钠的熔点大于氯化钾的熔点。(√)
(6)MgO的熔、沸点和硬度均高于CaO。(√)
2．离子晶体不可能具有的性质是( C )
A．具有较高的熔点和沸点
B．易溶于水，难溶于非极性溶剂
C．具有良好的导电性
D．坚硬而易粉碎
解析：离子晶体中的阴、阳离子不能自由移动，离子晶体不能导电，所以选C。
3．下列物质中，含有共价键的离子晶体是( C )
A．NaCl
B．SiO2
C．NH4Cl
D．I2
解析：NaCl中Na＋离子和Cl－离子之间只存在离子键，是离子晶体，A错；SiO2中只存在共价键，是共价化合物，B错；铵根中存在共价键，Cl－和NH之间存在离子键，NH4Cl是离子化合物，C正确；I2单质中存在共价键，I2为单质，不是化合物，D错。
4．下列说法一定正确的是( D )
A．固态时能导电的物质一定是金属晶体
B．熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体
C．水溶液能导电的晶体一定是离子晶体
D．固态不导电而熔融态导电的晶体一定是离子晶体
解析：四种晶体在不同状态下的导电性区别如下：
分子晶体
原子晶体
金属晶体
离子晶体
固态
不导电
不导电(晶体硅导电)
可导电
不导电
熔融状态
不导电
不导电
可导电
可导电
水溶液
有的可导电
－
－
可导电
5.已知NaCl的摩尔质量为58.5
g·mol－1，食盐晶体的密度为ρ
g·cm－3，若如图中Na＋与最邻近的Cl－的核间距离为a
cm，那么阿伏伽德罗常数的值可表示为( D )
A．117
a3ρ
B．
C．
D．
6．根据下图推测，CsCl晶体中两距离最近的Cs＋间距离为a，则每个Cs＋周围与其距离为a的Cs＋数目为__6__，每个Cs＋周围距离相等且次近的Cs＋数目为__12__，距离为__a__；每个Cs＋周围距离相等且第三近的Cs＋数目为__8__，距离为__a__；每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为__8__。
解析：以图中大立方体中心的Cs＋为基准，与其最近(距离为a)的Cs＋分别位于其上、下、前、后、左、右的六个方位，即6个；与其次近(距离为a)的Cs＋分别位于通过中心Cs＋的3个切面的大正方形的顶点，个数为4×3＝12；与其第三近(距离为a)的Cs＋分别位于大立方体的8个顶点上；每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为8。
课堂探究·疑难解惑
知识点一 离子晶体的结构
┃┃问题探究__■
1．构成离子晶体的微粒是什么？微粒之间的作用力是什么？决定晶体结构的因素有哪些？
2．NaCl、CsCl和CaF2晶体中阴、阳离子的配位数分别是多少？
┃┃探究提示__■
1．提示 构成离子晶体的微粒是阴、阳离子。微粒之间的作用力是离子键。决定晶体结构的因素有：阴阳负离子的半径比、电荷比及离子键的纯粹程度。
2．提示
离子晶体
阴离子配位数
阳离子配位数
NaCl
6
6
CsCl
8
8
CaF2
4
8
┃┃知识总结__■
1．结构特点：
(1)离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。
(2)离子晶体微粒之间的作用力是离子键。由于静电作用没有方向性，故离子键没有方向性。只要条件允许，阳离子周围可以尽可能多地吸引阴离子，同样，阴离子周围可以尽可能多地吸引阳离子，故离子键也没有饱和性。根据静电作用大小的影响因素可知，在离子晶体中阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强。
(3)离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。
2．常见离子晶体的晶胞结构：
晶体
晶胞
晶胞详解
NaCl
①在NaCl晶体中，Na＋的配位数为6，Cl－的配位数为6②与Na＋(Cl－)等距离且最近的Na＋(Cl－)有12个③每个晶胞中有4个Na＋和4个Cl－④每个Cl－周围的Na＋构成正八面体图形
CsCl
①在CsCl晶体中，Cs＋的配位数为8，Cl－的配位数为8②每个Cs＋与6个Cs＋等距离相邻，每个Cs＋与8个Cl－等距离相邻
CaF2
①在CaF2晶体中，Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4②每个晶胞中含有4个Ca2＋和8个F－
┃┃典例剖析__■
典例1
高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0，部分为－2。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。下列说法正确的是( A )
A．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有4个K＋和4个O
B．晶体中每个K＋周围有8个O，每个O周围有8个K＋
C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个
D．晶体中，0价氧元素与－2价氧元素的原子个数比为1∶3
解析：在一个超氧化钾晶胞中，含K＋数为8×＋6×＝4，O2－数为12×＋1＝4，故化学式为KO2，且每个晶胞中含有4个K＋和4个O，故A项正确；晶体中每个K＋周围有6个O，每个O周围有6个K＋，故B项不正确；晶体中与每个K＋最近距离的K＋有12个，故C项不正确；设0价氧原子个数为x，－2价氧原子个数为y，根据KO2为电中性得：2y＝，＝，故D项不正确。
规律方法指导：解答该题时，一要利用“均摊法”，求得每个晶胞中所含离子的数目；二要根据晶体结构求得阴阳离子的配位数。同时也可联想NaCl晶体模型，利用熟悉的模型去解答有关问题。
┃┃变式训练__■
1．(1)下图为离子晶体空间构型示意图，(●为阳离子，○为阴离子)，以M代表阳离子，以N代表阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：
A__MN__；B__MN2__；C__MN2__；D__MN__。
(2)下面是从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__①④__。
解析：(1)运用立方晶胞结构的特征判断。在A项中M、N都在立方体的顶点且个数相等，故化学式为MN；在B项中，含M：×8＋1＝2个，含N：×4＋2(体心)＝4个；在C项中，含M：×4＝个，含N：1个；在D项中，含M：×8＝1个，含N：1个(体心)。(2)NaCl晶体是简单立方体结构，每个Na＋周围有6个Cl－，每个Cl－周围有6个Na＋；与每个Na＋等距离的Cl－有6个，且构成正八面体，同理，与每个Cl－等距离的6个Na＋也构成正八面体，由此可知图①和④是属于NaCl晶体的。
知识点二 离子晶体的性质
┃┃问题探究__■
离子晶体主要有哪些性质？
┃┃探究提示__■
提示 熔点高，硬度较大，不导电，但在熔融状态或溶于水时导电。
┃┃知识总结__■
性质
原因
熔沸点
离子晶体中有较强的离子键，熔化或气化时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。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
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)中。当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而离开晶体，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
┃┃典例剖析__■
典例2
下列大小关系正确的是( B )
A．熔点：NaI>NaBr
B．硬度：MgO>CaO
C．晶格能：NaClD．熔点：CO2>NaCl
解析：二者均为离子晶体，离子半径：I－>Br－，离子半径越小，晶格能越大，离子晶体的熔点越高，A错误；二者均为离子晶体，离子半径：Mg2＋┃┃变式训练__■
2．NaF、NaI和MgO均为离子晶体，有关数据如下表：
物质
①NaF
②NaI
③MgO
离子电荷数
1
1
2
键长/m
2.31×10－10
3.18×10－10
2.10×10－10
试判断，这三种化合物熔点由高到低的顺序是( B )
A．①>②>③
B．③>①>②
C．③>②>①
D．②>①>③
解析：三种晶体中，MgO的键长最短，离子电荷又多，故其晶格能最大，熔点最高；NaF的键长小于NaI，故NaF的晶格能大于NaI，熔点高于NaI。
核心素养·专家博客
纳米技术
诺贝尔物理学奖获得者，美国科学家费曼(R.P.Feynman)在1959年的美国物理学年会上发表《底部有很大空间》的演讲中曾预言：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”这被公认为纳米科学技术思想的来源。1984年，德国萨尔兰大学的格莱特(H.Gleiter)在高真空的条件下将粒径为6
nm的铁粒子加压成形，烧结得到纳米量级的块状体，纳米材料由此得到迅速发展。1990年，纳米技术获得了重大突破。美国国际商用机器公司(IBM)阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排。他们使用扫描隧道显微镜慢慢地把35个氙原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母，而三个字母加起来还没有3
nm长。中国科学家利用原子力显微镜(AFM)技术“刻”下了世界上字号最小的唐诗。
┃┃即时训练__■
下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( A )
A．熔点：NaF>MgF2>AlF3
B．晶格能：NaF>NaCl>NaBr
C．阴离子的配位数：CsCl>NaCl>CaF2
D．硬度：MgO>CaO>BaO
解析：由于r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)，且Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷数依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强，晶格能依次增大，故熔点依次升高。r(F－)PAGE
-
8
-第4节
离子晶体
A 级·基础巩固练
一、选择题
1．下面有关离子晶体的叙述中，不正确的是( A )
A．1
mol氯化钠中有NA个NaCl分子
B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Na＋共有12个
C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－
D．平均每个NaCl晶胞中有4个Na＋、4个Cl－
解析：氯化钠是离子晶体，无单个分子，A错。
2．CaO晶胞如图所示，其中Ca2＋的配位数为( B )
A．4
B．6
C．8
D．12
解析：根据CaO晶胞图示，可知与Ca2＋邻近的O2－为2×3＝6(个)。
3．下列关于晶格能的说法中正确的是( C )
A．晶格能指形成1
mol离子键所放出的能量
B．晶格能指破坏1
mol离子键所吸收的能量
C．晶格能指1
mol离子化合物中的阴、阳离子由相互远离的气态离子结合成离子晶体时所放出的能量
D．晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关
4．CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示)，但CaC2晶体中由于哑铃形C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( B )
A．CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大
B．与Ca2＋距离相同且最近的C构成的多面体是正六面体
C．与Ca2＋距离相同且最近的C有4个
D．如图的结构中共含有4个Ca2＋和4个C
解析：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，故和Ca2＋距离相同且最近的C只有4个(与拉长方向垂直的同一面上)，构成的是正方形，B错；以Ca2＋为中心，与之等距离且最近的是同一平面上的4个C，C正确；该晶胞中含有Ca2＋的个数＝12×＋1＝4，含有C的个数＝8×＋6×＝4，D正确。
5．如下图，在氯化钠晶胞中，与每个Na＋等距离且最近的几个Cl－所围成的空间几何构型为( B )
A．十二面体
B．正八面体
C．正六面体
D．正四面体
解析：首先要理解最近的离子在什么位置，以一个晶胞为例，处在中心位置上的Na＋被六个面上的Cl－所包围，这6个Cl－离中心Na＋最近将六个面心的Cl－连成一个图形即正八面体，如图，也可以有其他连接方法。
6．钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，结构如图所示，有关说法不正确的是( B )
A．该晶体属于离子晶体
B．晶体的化学式为Ba2O2
C．该晶体晶胞结构与NaCl相似
D．与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有12个
解析：Ba是活泼金属，O是活泼非金属形成是离子化合物，A对；根据Ba2＋和O在晶胞的位置，晶胞中共含有Ba2＋的个数为8×1/8＋6×1/2＝4，O个数为12×1/4＋1＝4,
所以Ba2＋与O的个数比为1：1，该氧化物为BaO2，B错；NaCl晶胞结构也是该形状，C对；与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋为顶点和面心位置，每个晶胞中含有3×1/2个，每个顶点为8个晶胞共有，则共有8×3×1/2＝12个，D对，选B。
二、非选择题
7．下列叙述正确的是__BC__。
A．带相反电荷离子之间的相互吸引称为离子键
B．金属元素与非金属元素化合时，不一定形成离子键
C．某元素的原子最外层只有一个电子，它跟卤素结合时所形成的化学键不一定是离子键
D．非金属原子间不可能形成离子键，只含有非金属元素的化合物不可能是离子化合物
E．离子化合物中一定含有金属元素，含金属元素的化合物一定是离子化合物
F．离子键只存在于离子化合物中，离子化合物中一定含有离子键，不可能含有非极性键
G．强酸、强碱和大多数盐都属于离子化合物
H．离子化合物受热熔化破坏化学键，吸收热量，属于化学变化
I．NaCl和CsCl晶体中，每个离子周围带相反电荷离子的数目分别是6和8，由此可以说明离子键有饱和性
解析：离子键包括阴、阳离子之间的静电引力和静电斥力两个方面，A项错误；金属与非金属元素的电负性相差小于1.7时往往形成共价键，如Al与Cl、Be与Cl(AlCl3、BeCl2是共价化合物)等，B项正确；氢原子最外层只有一个电子，HX中的化学键均为共价键，C项正确；由铵盐是离子化合物可知D、E项均错误；离子化合物中一定含有离子键，还可能含有非极性键，如Na2O2，F项错误；强碱和大多数盐是离子化合物，但强酸(如H2SO4、HNO3、HI等)不属于离子化合物；G项错误；离子化合物受热熔化需破坏(削弱)离子键(静电作用)，这个过程属于物理变化，H项错误。离子键没有饱和性和方向性，I项错误。
8．现有几组物质的熔点(℃)的数据：
A组
B组
C组
D组
金刚石：3
550
Li：181
HF：－83
NaCl：801
硅晶体：1
410
Na：98
HCl：－115
KCl：776
硼晶体：2
300
K：64
HBr：－89
RbC1：718
二氧化硅：1
723
Rb：39
HI：－51
CsCl：645
据此回答下列问题：
(1)A组属于__原子__晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是__共价键__。
(2)B组晶体共同的物理性质是__①②③④__(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于__HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)__。
(4)D组晶体可能具有的性质是__②④__(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因解释为__D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)解析：通过读取表格中数据先判断出晶体的类型及晶体的性质，应用氢键解释HF的熔点反常，利用晶格能的大小解释离子晶体熔点高低的原因。
B 级·能力提升练
一、选择题
1．据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( D )
A．KCl>NaCl>BaO>CaO
B．NaCl>KCl>CaO>BaO
C．CaO>BaO>KCl>NaCl
D．CaO>BaO>NaCl>KCl
解析：对于离子晶体来说，离子所带电荷数越多，阴、阳离子核间距离越小，晶格能越大，离子键越强，熔点越高。阳离子半径大小顺序为r(Ba2＋)>r(K＋)>r(Ca2＋)>r(Na＋)；阴离子半径大小顺序为r(Cl－)>r(O2－)，比较可得D项正确。
2．食盐晶体是由钠离子(图中的“”)和氯离子(图中的“”)组成的，且均为等距离的交错排列。已知食盐的密度是2.2
g·cm－3，阿伏伽德罗常数是6.02×1023
mol－1。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近于( C )
A．3.0×10－8
cm
B．3.5×10－8
cm
C．4.0×10－8
cm
D．5.0×10－8
cm
解析：根据晶胞结构图可知，每个晶胞中有钠离子8×＋6×＝4个，氯离子1＋12×＝4个，根据V＝可计算出晶胞的体积为
cm3＝1.77×10－22
cm3。所以晶胞的边长为5.61×10－8
cm，则晶胞的面对角线长为×5.61×10－8
cm＝8.0×10－8
cm。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为晶胞面对角线的一半，所以两个距离最近的钠离子中心间的距离为4.0×10－8
cm。
3．已知CsCl晶体的密度为ρ，NA为阿伏伽德罗常数，相邻的两个Cs＋的核间距为a(如图所示)，则CsCl的摩尔质量可以表示为( A )
A．NA·a3·ρ
B．
C．
D．
解析：由CsCl晶体的晶胞可以看出，每个晶胞中平均含有1个Cs＋、1个Cl－，在该晶胞中，边长为相邻两个Cs＋的核间距离(a)，若CsCl的摩尔质量用M表示，则有M＝NA·ρ·a3。
4．在普通陶瓷中添加氧化铝，在加压条件下烧至2
100
℃左右，就可得到高致密氧化铝陶瓷，堪称“点石成金”之妙。某氧化铝陶瓷晶体中含有X、Y、Z三种元素，其晶胞如图所示，则三种原子的原子个数比为( A )
A．1∶3∶1
B．2∶1∶6
C．4∶8∶1
D．8∶12∶1
解析：由于晶胞是最小的重复单元，晶胞向三维空间延伸就形成宏观的晶体，晶胞不是单独的晶体，因此在计算时常用“切割法”进行。在图中所示的晶胞中，X原子个数为8×＝1，Y原子个数为12×＝3，Z原子的个数为1，所以X、Y、Z三种元素原子的个数比为1∶3∶1。
5．为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物，进行下列实验。其中合理、可靠的是( B )
A．观察常温下的状态，SbCl5是苍黄色液体，SnCl4为无色液体。结论：SbCl5和SnCl4都是离子化合物
B．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为73.5
℃、2.8
℃、－33
℃。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物
C．将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中，滴入HNO3酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
D．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液，发现它们都可以导电。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
解析：离子晶体中含有离子键，离子键是阴、阳离子之间强烈的相互作用，故离子晶体往往有较高的熔点，A项错而B项正确；滴入HNO3酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀，只能说明物质溶于水时能生成Cl－，有的共价化合物溶于水时也能得到Cl－(如HCl)，C错；有些共价化合物的水溶液也能导电，如HCl，D错。
二、非选择题
6．普鲁士蓝是一种配合物，可用作染料，它的结构单元如图所示，普鲁士蓝中n(K＋)∶n(Fe3＋)∶n(Fe2＋)∶n(CN－)＝__1∶1∶1∶6__。
解析：由图示可以看出，Fe2＋、Fe3＋分别位于立方体的四个顶点，而CN－位于棱的中点，故该单元中，Fe3＋、Fe2＋的个数相等，为4×＝，CN－的个数＝12×＝3，故三种离子的个数比为1∶1∶6，根据电荷守恒可知n(K＋)∶n(Fe3＋)∶n(Fe2＋)∶n(CN－)＝1∶1∶1∶6。
7．下图表示一些晶体中的某些结构，请回答下列问题：
(1)代表金刚石的是(填编号字母，下同)__D__，其中每个碳原子与__4__个碳原子最近且距离相等。金刚石属于__原子__晶体。
(2)代表石墨的是__E__，每个正六边形占有的碳原子数平均为__2__个。
(3)代表NaCl的是__A__，每个Na＋周围与它最近且距离相等的Na＋有__12__个。
(4)代表CsCl的是__C__，它属于__离子__晶体，每个Cs＋与__8__个Cl－紧邻。
(5)代表干冰的是__B__，它属于__分子__晶体，每个CO2分子与__12__个CO2分子紧邻。
(6)已知石墨中碳碳键的键长比金刚石中碳碳键的键长短，则上述五种物质熔点由高到低的排列顺序为__石墨>金刚石>NaCl>CsCl>干冰__。
解析：根据晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质。NaCl晶体是立方体结构，每个Na＋与6个Cl－紧邻，每个Cl－又与6个Na＋紧邻，每个Na＋(或Cl－)周围与它最近且距离相等的Na＋(或Cl－)有12个。CsCl晶体由Cs＋、Cl－构成立方体结构，但Cs＋组成的立方体中心有1个Cl－，Cl－组成的立方体中心又镶入一个Cs＋，每个Cl－与8个Cs＋紧邻，每个Cs＋与8个Cl－紧邻。干冰也是立方体结构，但在立方体的每个正方形面的中央都有一个CO2分子，每个CO2分子与12个CO2分子紧邻。金刚石的基本结构单元是正四面体，每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层结构由正六边形结构组成，每个碳原子紧邻另外3个碳原子，即每个正六边形占有1个碳原子的，所以平均每个正六边形占有的碳原子数是6×＝2。(6)离子晶体的熔点由其离子键的强弱决定，由于半径Na＋CsCl。石墨虽为混合晶体，但粒子间作用力有范德华力、共价键，若要熔化，不仅要破坏范德华力，还要破坏共价键，且石墨中碳碳键的键长比金刚石中碳碳键的键长短，所以石墨中碳碳键的键能比金刚石中碳碳键的大，则石墨的熔点比金刚石的熔点要高。
PAGE
-
7
-
