2023-2024学年苏教版新教材选择性必修二 专题3第二单元 离子键 离子晶体 学案

第二单元离子键离子晶体(一)离子键的形成离子键定义阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键[微提醒]离子化合物中一定有离子键，可能有共价键。离子键的形成过程离子键的特点离子键没有方向性和饱和性(二)离子晶体概念由阴、阳离子按一定方式有规则地排列形成的晶体[微点拨]离子晶体在固态时不能导电，因为此时阴、阳离子不能自由移动；在熔融状态下或水溶液中阴阳离子可自由移动，离子晶体才能导电。[微拓展]NaCl晶体中，氯离子的堆积方式为面心立方堆积；CsCl晶体中，氯离子的堆积方式为简单立方堆积。物理性质离子晶体一般具有一定的硬度和较高的熔点晶格能定义指拆开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。用符号U表示，单位为kJ·mol－1影响因素对晶体物理性质的影响晶格能越大→离子键越牢固→离子晶体的熔、沸点越高、硬度越大常见的两种结构类型结构类型氯化钠型氯化铯型晶胞结构配位数68晶胞组成Na＋：4；Cl－：4Cs＋：1；Cl－：1注意：离子晶体中不同离子周围异电性离子数目的多少主要取决于阴、阳离子的相对大小[新知探究(一)]离子晶体的组成和性质[分析与推测能力][情境质疑]我国于2021年1月1日正式启动酸雨自动观测业务。提高酸雨观测数据质量，提升酸雨观测自动化水平，确保酸雨观测数据的代表性、准确性和可比性。我国的酸雨主要因大量燃烧含硫量高的煤而形成的，多为硫酸雨，大气中的SO2是造成酸雨的主要污染物。研究表明，离子晶体[N(CH3)4]2SO4(s)能与SO1．[N(CH3)4]2SO4中只有离子键吗？提示：既有离子键，又有共价键。2．[N(CH3)4]2SO4固体可以导电吗？提示：固体不导电，其水溶液可以导电。[生成认知]1．离子晶体的组成(1)离子晶体由阴、阳离子组成，阴、阳离子间的作用力是离子键。(2)离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4Cl是离子晶体。(3)离子晶体中除离子键外不一定不含其他化学键，如：NaOH晶体中还含有极性共价键，Na2O2晶体中还含有非极性共价键。2．离子晶体的性质具有较高的熔沸点，难挥发离子晶体的熔、沸点取决于构成晶体的阴阳离子间离子键的强弱，而离子键的强弱，可用晶格能的大小来衡量，晶格能越大，离子键越牢固，离子晶体的熔点越高、硬度越大。而对于同种类型的离子晶体，离子所带的电荷数越高，半径越小，晶格能越大。如MgO>Na2O；NaCl>CsCl等硬而脆，无延展性离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，离子晶体表现出较高的硬度。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离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电。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离子，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，在外电场作用下，离子定向移动而导电。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)，在外电场作用下，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(如苯、CCl4)中3．离子晶体的判断方法依据晶体微粒判断由阴、阳离子构成的晶体，一定是离子晶体依据物质类别判断金属氧化物、强碱和大部分盐类，是离子晶体依据导电性判断离子晶体在固体状态下不导电，而熔融状态下可以导电依据熔点判断离子晶体熔点较高，常在数百至一千摄氏度依据硬度和机械性能判断离子晶体硬度较大，但较脆[跟踪训练]1．下列叙述正确的是()A．离子晶体中一定含有活泼金属阳离子B．离子晶体都是化合物C．固态不导电、溶于水能导电，这一性质能说明某晶体一定是离子晶体D．离子晶体一般具有较低的熔点解析：选B离子晶体中不一定含金属阳离子，如NH4Cl；固体不导电、溶于水能导电的可能是分子晶体，如AlCl3。2．北京大学和中国科学院的化学工作者已成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60，实验测知该物质属于离子晶体，其有良好的超导性。下列有关分析正确的是(A．K3C60B．C60与12CC．该晶体在熔融状态下能导电D．K3C60中碳元素显－3解析：选CK3C60中还存在碳碳的共价键，A错；C60是碳单质，12C是碳原子，二者不是同素异形体，B错；离子晶体在熔融状态下能电离出自由移动的阴阳离子而导电，C正确；K3C60中整个C60显－33．下列性质中，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是()A．具有高的熔点B．固态不导电，水溶液能导电C．固态导电，可溶于水D．固态不导电，熔融状态能导电解析：选D具有较高的熔点的不一定是离子晶体，共价晶体也具有较高的熔点，故A错误；固态不导电，水溶液能导电的不一定是离子晶体，如HCl、NH3等固态不导电，水溶液能导电，但是分子晶体，故B错误；离子晶体固态不导电，熔融态导电，离子晶体不一定可溶于水，故C错误；离子晶体固体中离子不能自由移动，所以不能导电，而熔融状态下可以电离出自由移动的离子，所以可以导电，故D正确。[新知探究(二)]几种典型的离子晶体的结构[理解与辨析能力][发展认知]离子晶体的简单结构类型晶体类型晶体结构模型结构特点NaCl型①Na＋、Cl－的配位数均为6；②每个Na＋(Cl－)周围紧邻(距离最近且相等)的Cl－(Na＋)构成正八面体；③每个Na＋(Cl－)周围紧邻的Na＋(Cl－)有12个；④每个晶胞中含4个Na＋、4个Cl－CsCl型①Cs＋、Cl－的配位数均为8；②每个Cs＋(Cl－)周围紧邻的Cl－(Cs＋)构成正六面体；③每个Cs＋(Cl－)周围紧邻的Cs＋(Cl－)有6个；④每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－CaF2型①Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，二者的配位数之比等于二者电荷(绝对值)之比；②每个F－周围紧邻的4个Ca2＋构成正四面体，每个Ca2＋周围紧邻的8个F－构成立方体；③每个晶胞中有4个Ca2＋、8个F－；④Ca2＋与F－之间的最短距离为晶胞体对角线长的ZnS型①Zn2＋、S2－的配位数均为4；②每个Zn2＋(S2－)周围紧邻的S2－(Zn2＋)构成正四面体；③每个晶胞中有4个S2－、4个Zn2＋；④Zn2＋与S2－之间的最短距离为晶胞体对角线长的阴、阳离子的配位数之比与什么有关？提示：阴、阳离子的配位数之比等于阴、阳离子的个数比的反比。[跟踪训练]1．认真分析NaCl和CsCl的晶体结构，判断下列说法错误的是()A．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体B．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同，所以阴、阳离子的配位数相等C．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子的配位数分别为6和8D．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，但阴、阳离子半径比不相同解析：选B由化学式可知NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，A正确；NaCl晶体中阴、阳离子配位数为6，而CsCl晶体中阴、阳离子配位数为8，B错误，C正确；NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子配位数不同的主要原因是两种晶体中阴、阳离子半径比不同，D正确。2.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断正确的是()A．该晶体属于离子晶体B．该晶胞中Zn2＋和S2－数目不相等C．阳离子的配位数为6D．氧化锌的晶格能小于硫化锌解析：选AA项，该晶体属于离子晶体；B项，从晶胞图分析，属于该晶胞的Zn2＋数目为8×＋6×＝4，S2－数目也为4，所以化合物中Zn2＋与S2－个数之比为1∶1，Zn2＋与S2－的数目相等；C项，在ZnS晶胞中，Zn2＋的配位数为4；D项，ZnO和ZnS中，O2－半径小于S2－，所带的电荷数相等，所以ZnO的晶格能大于ZnS。3.科学家研究利用CaF2晶体释放出的Ca2＋和F－脱除硅烷，拓展了金属氟化物材料的生物医学功能。下列说法错误的是()A．F、Si和Ca原子半径依次增大B．SiO2与OF2中氧原子的杂化方式相同，晶体类型不同C．图中A处原子分数坐标为(0,0,0)，则B处原子分数坐标为D．脱除硅烷反应速率依赖于晶体提供自由氟离子的能力，脱硅能力BaF2＜CaF2＜MgF2解析：选D根据层多径大原则，F、Si和Ca的原子半径依次增大，故A正确；SiO2晶体中一个O与周围两个Si相连，2个σ键，有2个孤电子对，价层电子对数为4，杂化类型为sp3，OF2中氧原子价层电子对数为2＋(6－1×2)＝4，杂化类型为sp3，因此两者杂化方式相同，前者是共价晶体，后者是分子晶体，两者晶体类型不同，故B正确；图中A处原子分数坐标为(0,0,0)，B点在体对角线的四分之一处即B处原子分数坐标为，故C正确；三种氟化物均为离子晶体，晶体提供自由氟离子的能力越强，阴阳离子间形成离子键越弱，钡离子、钙离子、镁离子的电荷数相同，离子半径依次减小，则BaF2、CaF2、MgF2三种晶体中的离子键依次增强，导致晶体提供自由氟离子的能量依次减弱，脱硅能力依次减弱，故D错误。离子晶体中的能量观离子键的形成总伴随着能量的变化，化学反应放出的能量越多，越有利于反应自发进行。(1)离子键形成时，阴、阳离子保持一定的平衡核间距，形成稳定的离子键，整个体系达到能量最低状态。(2)离子键的强弱与晶格能大小有关，晶格能越大，说明形成晶体时放出能量越多，离子晶体的熔点越高，硬度越大。[应用体验]1．下列叙述中正确的是()A．钠原子和氯原子作用生成NaCl后，其结构的稳定性减弱B．在氯化钠晶体中，除氯离子和钠离子的静电吸引作用外，还存在电子与电子、原子核与原子核之间的排斥作用C．任何离子键在形成的过程中必定有电子的得与失D．钠与氯气反应生成氯化钠后，体系能量升高答案：B2．碱金属卤化物是典型的离子晶体，它的晶格能与成正比(d0是晶体中最邻近的导电性离子的核间距)。下面说法错误的是()晶格能/(kJ·mol－1)离子半径/pm①LiFLiClLiBrLiI1031845807752Li＋Na＋K＋6095133②NaFNaClNaBrNaI915777740693F－Cl－Br－I－136181195216③KFKClKBrKI812708676641A．晶格能的大小与离子半径成反比B．阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离子半径越大，晶格能越小C．阳离子不同阴离子相同的离子晶体，阳离子半径越小，晶格能越大D．金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强解析：选D由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，A项正确；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B项正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定C项正确；表中晶格能最小的是碘化物，因还原性F－<Cl－<Br－<I－，可知D项错误。练好题——渗透核心价值1．下列说法不正确的是()A．离子键没有方向性和饱和性B．并不是只有活泼的金属和非金属化合才形成离子键C．离子键的实质是静电作用D．静电作用只有引力解析：选D离子键是阴、阳离子之间的静电作用，包括静电吸引和静电排斥，且一个离子同时吸引多个带相反电荷的离子，故无方向性和饱和性，非金属元素也可形成离子键，如NH4Cl中NH与Cl－形成离子键。2．(选自鲁科版新教材P106)碱金属和卤素形成的化合物通常具有的性质是()①能溶于水②水溶液能导电③熔融状态不导电A．①② B．②③C．①③ D．①②③解析：选A碱金属和卤素形成的化合物属于离子化合物，能溶于水，其水溶液能导电，熔融状态可以导电，①②正确。3．下列物质中，含有极性共价键的离子晶体是()A．NaCl B．Na2OC．Na2O2 D．NaOH解析：选DNaCl属于离子晶体，只含有离子键，不含共价键，故A不符合题意；Na2O属于离子晶体，只含有离子键，不含共价键，故B不符合题意；Na2O2属于离子晶体，Na＋和O之间是离子键，O中氧原子和氧原子之间是非极性共价键，故C不符合题意；NaOH属于离子晶体，Na＋和OH－之间是离子键，OH－中氧原子和氢原子之间是极性共价键，故D符合题意。4．晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1)，进行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是()A．图1晶体密度为g·cm－3(NA为阿伏加德罗常数的值)B．图1中O原子的配位数为6C．图2表示的化学式为LiMg2OClxBr1－xD．Mg2＋取代产生的空位有利于Li＋传导解析：选C图1晶胞中Li个数为8×＋1＝3，O个数为2×＝1，Cl个数为4×＝1，晶胞质量为g＝g，晶胞体积为(a×10－10cm)3，则晶体密度为g÷(a×10－10cm)3＝g·cm－3，A项正确；题图1中以下底面面心处O为例，与O距离相等且最近的Li有6个，分别位于下底面的4个棱心、上下两个晶胞的2个体心，即O的配位数为6，B项正确；题图2所示电解质材料晶胞中，Mg或空位取代了棱心的Li，根据电荷守恒，8个棱心位置的Li只有4个被Mg取代，4个被空位取代，则Li个数为1、Mg个数为1，又O个数为1，Cl和Br的总个数为1，故化学式为LiMgOClxBr1－x，C项错误；进行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料，说明Mg2＋取代产生的空位有利于Li＋传导，5．NaCl晶体模型如图所示。(1)在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引________个C