高中化学人教版选修3教案第3章 第4 离子晶体附答案.docx
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高中化学人教版选修3教案第3章第4离子晶体附答案
第四节 离子晶体
1．理解离子晶体的概念、构成及物理性质。
（重点）
2．能用离子键的有关理论解释离子晶体的物理性质。
（重难点）
3．了解几种常见的离子晶体的晶胞结构。
4．了解晶格能的概念及意义。
离子晶体
[基础·初探]
1．结构特点
2．决定晶体结构的因素
3．性质
（1）硬度较大，难于压缩。
（2）熔、沸点较高，难挥发。
（3）晶体不导电，熔融状态下或水溶液中可导电。
4．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
晶胞中所含离子数
Cl－4
Na＋4
Cs＋1
Cl－1
Ca2＋4
F－8
[探究·升华]
[思考探究]
（1）含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？
有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？
【提示】 不一定。
也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属晶体由阳离子和自由电子构成。
（2）离子晶体中一定含有金属元素吗？
由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？
【提示】 不一定。
离子晶体中不一定含金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。
由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。
（3）离子晶体的熔点一定低于原子晶体吗？
【提示】 不一定。
离子晶体的熔点不一定低于原子晶体，如MgO是离子晶体，SiO2是原子晶体，MgO的熔点高于SiO2的熔点。
（4）离子晶体中除含有离子键外，是否含有共价键？
【提示】 离子晶体中除含有离子键外，还有可能含有共价键、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、配位健。
[认知升华]
四类晶体的比较
晶体
类型
比较
项目
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
构成晶体的粒子
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子和自由电子
粒子间的作用
离子键
共价键
分子间作用力（范德华力或氢键）
金属键
确定作用力强弱的一般判断
方法
离子电荷、半径
键长（原
子半径）
组成结构相似时，比较相对分子质量
离子半径、价电子数
熔、沸点
较高
高
低
差别较大（汞常温下为液态，钨熔点为3410℃）
硬度
略硬而脆
大
较小
差别较大
导电性
不良导体（熔
化后或溶于水
导电）
不良导体（个别为半导体）
不良导体（部分溶于水发生电离后导电）
良导体
溶解性
多数易溶
一般不溶
相似相溶
一般不溶于水，少数与水反应
机械加工性
不良
不良
不良
优良
延展性
差
差
差
优良
[题组·冲关]
题组1 离子键、离子晶体的概念及性质
1．关于离子晶体的性质的叙述，正确的是（ ）
A．熔、沸点都较高，难以挥发
B．硬度很小，容易变形
C．都能溶于有机溶剂而难溶于水
D．密度很小
【解析】 离子晶体中的阴、阳离子通过一种强烈的相互作用——离子键结合在一起，离子键的键能较大，且极性很强，除了有些在极性溶剂中容易断裂外，其他的必须在高温下才能断裂，所以其熔、沸点都较高，不易挥发，硬度很大，不易变形，难溶于有机溶剂。
又因为在离子晶体中，较大的离子采取密堆积形式，较小离子填隙，所以密度一般都较大。
【答案】 A
2．泽维尔研究发现，当激光脉冲照射NaI时，Na＋和I－两核间距1.0～1.5nm，呈现离子键；当两核靠近约距0.28nm时，呈现共价键。
根据泽维尔的研究成果能得出的结论是（ ）
A．NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物
B．离子晶体可能含有共价键
C．NaI晶体中既有离子键，又有共价键
D．共价键和离子键没有明显的界线
【解析】 由题中信息可知，离子的核间距较大时，呈离子键，而核间距较小时，呈共价键，当核间距改变时，键的性质会发生改变，这说明离子键和共价键并没有明显的界线。
但NaI晶体是典型的离子晶体，说明其晶体中核间距在1.0～1.5nm之间。
【答案】 D
3．下列性质适合于离子晶体的是（ ）
①熔点1070℃，易溶于水，水溶液能导电
②熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电
③能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃
④熔点97.81℃，质软，导电，密度0.97g/cm3
⑤熔点－218℃，难溶于水
⑥熔点3900℃，硬度很大，不导电
⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱
⑧难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电
A．①⑧ B．②③⑥
C．①④⑦D．②⑤
【解析】 离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶剂，熔点较高、质硬而脆，固体不导电，故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点；⑥中熔点达3900℃，硬度很大，应是原子晶体。
故只有①⑧符合题意。
【答案】 A
【规律总结】 离子晶体中的“不一定”
（1）离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4NO3晶体。
（2）离子晶体的熔点不一定低于原子晶体，如MgO的熔点（2800℃）高于SiO2的熔点（1600℃）。
（3）离子晶体中除含离子键外不一定不含其他化学键，如CH3COONH4中除含离子键外，还含有共价键、配位键。
（4）由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。
（5）含有阳离子的晶体不一定是离子晶体，也可能是金属晶体。
（6）离子晶体中不一定不含分子，如CuSO4·5H2O晶体。
题组2 离子晶体的结构
4．有下列离子晶体空间结构示意图，
为阳离子，
为阴离子。
以M代表阳离子，N代表阴离子，化学式为MN2的晶体结构为（ ）
【解析】 根据均摊法计算A结构中阳离子为4个，阴离子为1个，化学式为M4N；B结构中阳离子为1/2个，阴离子为1个，化学式为MN2；C结构中阳离子为3/8个，阴离子为1个，化学式为M3N8；D结构中阳离子为1个，阴离子为1个，化学式为MN。
【答案】 B
5．下图是从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．
（1）和（3）B．
（2）和（3）
C．
（1）和（4）D．只有（4）
【解析】 根据NaCl和CsCl晶体结构特点分析图示。
（1）中由黑球可知，其配位数为6，（4）图应为简单立方体结构。
故
（1）（4）应为NaCl，
（2）中由黑球知配位数为8，（3）图为体心立方结构，故
（2）（3）应为CsCl。
【答案】 C
6．NaCl晶体模型如下图所示：
（1）在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引________个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着________个Na＋，在NaCl晶胞中含有________个Na＋、________个
Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有________个。
（2）对于氯化钠晶体，下列描述正确的是________。
A．它是六方最密堆积
B．相邻的正负离子核间距等于正负离子半径之和
C．与氯化铯晶体结构相同
D．每个Na＋与6个Cl－作为近邻
【解析】
（1）在氯化钠晶体中，一个Na＋位于晶胞的中心，12个Na＋分别位于晶胞的12条棱上，则属于该晶胞的Na＋相当于3个
，因此一个晶胞中共含有4个Na＋，8个Cl－分别位于晶胞的8个顶点上，则属于该晶胞的Cl－相当于1个
，6个Cl－分别位于晶胞的6个面心上，则属于该晶胞的Cl－相当于3个
，所以一个晶胞中共含有4个Cl－。
可见NaCl晶体中Na＋、Cl－的个数比为1∶1。
图中位于晶胞中心的Na＋实际上共有3个平面通过它，通过中心Na＋的每个平面都有4个Na＋位于平面的四角，这4个Na＋与中心Na＋距离最近且距离相等。
所以在NaCl晶体中，每个Na＋周围与它距离最近且距离相等的Na＋共有12个，按相似的方法可推出每个Cl－周围与它最近且距离相等的Cl－也共有12个。
（2）氯化钠晶体是面心立方堆积，A错误，氯化铯晶体结构呈体心立方堆积，C错误，氯化钠晶体中以Na＋为中心向三维方向伸展，有6个Cl－近邻，D正确，相邻的正负离子核间距不等于正负离子半径之和，B错误。
【答案】
（1）6 6 4 4 12
（2）D
【规律总结】 判断物质结构图是否表示晶胞的方法
整块晶体是由完全相同的晶胞“无隙并置”地堆积而成的。
“完全相同”包括“化学上等同”——晶胞里原子的数目和种类完全等同；还包括“几何上等同”——晶胞的形状、取向、大小等同，而且原子的排列完全等同。
“无隙并置”即一个晶胞与它的相邻晶胞完全共顶角、共面、共棱。
晶胞的这种本质属性可归纳为晶胞具有平移性。
因此可根据结构图在晶体中是否具有平移性来判断是否表示晶胞。
晶格能
[基础·初探]
1．概念
离子晶体的晶格能是指气态离子形成1_摩离子晶体释放的能量，通常取正值，单位kJ·mol－1。
离子晶体的晶格能是最能反映晶体稳定性的数据。
2．晶格能的作用
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。
3．影响晶格能大小的因素
离子所带的电荷数越多，晶格能越大；离子半径越小，晶格能越大。
[探究·升华]
[思考探究]
离子晶体溴化钠、氯化钠和氧化镁的核间距和晶格能（部分）如下表所示。
NaBr
NaCl
MgO
离子的核间距/pm
290
276
205
晶格能/（kJ·mol－1）
787
3890
问题思考：
（1）试分析溴化钠晶体的晶格能与氯化钠晶体晶格能的大小关系，请说明原因。
【提示】 离子半径越小，晶格能越大，核间距NaBr＞NaCl，故晶格能NaCl＞NaBr。
（2）为什么氧化镁晶体比氯化钠晶体晶格能大？
【提示】 离子所带电荷越多，晶格能越大，MgO中阴、阳离子所带电荷多，且r（O2－）＜r（Cl－）＜r（Br－），r（Mg2＋）＜r（Na＋），故晶格能MgO＞NaCl。
（3）溴化钠、氯化钠和氧化镁晶体中，哪种晶体硬度最大？
工业上制取单质镁时为什么是电解氯化镁而不是氧化镁？
【提示】 晶格能大的离子晶体，熔点高，硬度大，三种离子晶体中硬度最大的为MgO；MgO的熔点高，电解时要消耗大量的电能。
[认知升华]
晶格能与离子晶体性质的关系
1．因为晶格能的大小标志着离子晶体裂解成气态阴、阳离子的难易程度，反映着离子晶体中离子键的强弱，故它与离子晶体的性质有着密切联系。
2．离子晶体结构类型相同时，离子所带电荷越多，离子半径越小，晶格能越大，晶体熔、沸点越高，硬度越大。
3．晶格能的大小影响岩浆晶出的次序，晶格能越大，形成的晶体越稳定，岩浆中的矿物越容易结晶析出。
[题组·冲关]
1．氧化钙在2973K时熔化，而氯化钠在1074K时熔化。
已知两者的离子间距离和晶体结构都类似，有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是（ ）
A．氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多
B．氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大
C．氧化钙晶体的结构类型和氯化钠的结构类型不同
D．氧化钙与氯化钠的离子间距类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷多少决定
【解析】 离子晶体的熔、沸点主要取决于晶体的晶格能，晶格能与离子半径成反比，而与离子所带的电荷成正比。
在离子间距类似的前提下因离子所带电荷Ca2＋＞Na＋，O2－＞Cl－，故晶格能CaO＞NaCl，CaO熔点高。
【答案】 C
2．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
【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－）在CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4。
r（Mg2＋）【答案】 A
3．1mol气态钠离子和1mol气态氯离子结合生成1mol氯化钠晶体释放出的热能为氯化钠晶体的晶格能。
下列热化学方程式中，能直接表示出氯化钠晶格能的是________。
A．Na＋（g）＋Cl－（g）===NaCl（s） ΔH
B．Na（s）＋
Cl2（g）===NaCl（s） ΔH1
C．Na（s）===Na（g） ΔH2
D．Na（g）－e－===Na＋（g） ΔH3
E.
Cl2（g）===Cl（g） ΔH4
F．Cl（g）＋e－===Cl－（g） ΔH5
【解析】 离子晶体的晶格能是气态离子形成1mol离子晶体释放的能量。
【答案】 A
【规律总结】 晶体熔、沸点高低的比较
（1）不同类型晶体熔、沸点的比较：
①不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：
原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。
②金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。
（2）同种类型晶体熔、沸点的比较：
①原子晶体,原子半径越小→键长越短→键能越大→熔、沸点越高。
如熔点：
金刚石＞硅晶体。
②离子晶体,一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高。
如熔点：
MgO＞NaCl＞CsCl。
③分子晶体,a.分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高。
如H2O＞H2Te＞H2Se>H2S。
b.组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。
如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
c.组成和结构不相似的物质相对分子质量接近，分子的极性越大，其熔、沸点越高。
如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。
④金属晶体,金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高。
如熔、沸点：
Na
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