新人教版最新版高中化学 第3章第2节 金属晶体与离子晶体 第2课时学案 鲁科版选修3经典练习Word格式文档下载.docx

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①该晶胞中含有的Ca2＋数目是4，F－数目是8。

②Ca2＋的配位数是8，F－的配位数是4。

（1）离子键无方向性和饱和性，在离子晶体中阴、阳离子与异电性离子接触尽可能采用最密堆积，可以看作是不等径圆球密堆积。

（2）影响离子晶体配位数的因素

①离子半径因素：

值的不同，晶体中离子的配位数不同，其晶体结构不同。

数值越大，离子的配位数越多。

②电荷因素：

AB型离子晶体的阴、阳离子的配位数相等；

ABn型A、B离子的配位数比值为n∶1。

如CaF2中Ca2＋的配位数是8，F－的配位数是4。

例1

　下列说法中正确的是（　　）

A．固态能导电的晶体一定是金属晶体

B．固态不能导电，水溶液能导电的晶体一定是离子晶体

C．熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体

D．固态不导电而熔融态能导电的晶体一定是离子晶体

答案　D

解析　固态时能导电的晶体不一定是金属晶体，如硅和石墨等不是金属晶体，A不正确；

固态不能导电，水溶液能导电的晶体不一定是离子晶体，如P2O5等不是离子晶体，B不正确；

金属熔融状态也能导电，C不正确；

离子晶体是阴、阳离子组成的，固态时阴、阳离子不能自由移动，不导电，熔融状态时电离出自由移动的离子而导电。

方法规律——离子晶体的判断方法

（1）依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。

（2）依据物质类别判断。

活泼金属氧化物，强碱和绝大多数盐类是离子晶体。

（3）依据导电性判断。

离子晶体溶于水和熔融状态下均导电。

（4）依据熔、沸点和溶解性判断。

离子晶体熔、沸点较高，多数能溶于水，难溶于有机溶剂。

例2

　一种离子晶体的晶胞如图所示。

其中阳离子A以

表示，阴离子B以

表示。

关于该离子晶体的说法正确的是（　　）

A．阳离子的配位数为8，化学式为AB

B．阴离子的配位数为4，化学式为A2B

C．每个晶胞中含4个A

D．每个A周围有4个与它等距且最近的A

答案　C

解析　用均摊法可知，晶胞中含有阳离子数为8×

＋6×

＝4；

阴离子显然是8个，故化学式为AB2，A、B项错误；

每个A周围与它等距且最近的A有12个（类似于干冰晶体），D项错误。

二、晶格能

1．晶格能是指将1_mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量。

（1）吸收的能量越多，晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体越稳定。

（2）晶格能通常取正值，单位：

kJ·

mol－1。

2．观察分析下表，回答下列问题（已知MgO、NaBr与NaCl晶体结构相似）：

离子化合物

NaBr

MgO

离子电荷数

1

2

核间距/pm

290

276

205

晶格能/kJ·

mol－1

736

787

3890

熔点/℃

750

801

2800

摩氏硬度

<

2.5

6.5

（1）影响晶格能大小的因素有哪些？

答案　影响晶格能的因素：

离子所带的电荷数和阴、阳离子间的距离。

晶格能与离子所带电荷数的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。

（2）晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系？

答案　结构相似的离子晶体，晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，晶体的熔、沸点越高，硬度越大。

（3）根据离子晶体的形成，推测离子晶体具有怎样的特性？

答案　离子晶体是由阴、阳离子通过较强的离子键而形成的，所以离子晶体具有较高的熔、沸点，难挥发，硬度较大，离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电。

大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。

　影响离子键强度的因素

（1）离子电荷数的影响：

电荷数越多，晶格能越大，离子键越牢固，离子晶体的熔点越高、硬度越大。

（2）离子半径的影响：

半径越大，导致离子核间距越大，晶格能越小，离子键越易断裂，离子晶体的熔点越低、硬度越小。

例3

　根据表格数据回答下列有关问题：

（1）已知NaBr、NaCl、MgO等离子晶体的核间距离和晶格能如下表所示：

离子的核间距/pm

①NaBr晶体比NaCl晶体晶格能____（填“大”或“小”），主要原因是__________________

________________________________________________________________________。

②MgO晶体比NaCl晶体晶格能大，主要原因是_____________________________________

③NaBr、NaCl和MgO晶体中，熔点最高的是________。

（2）Cu2O的熔点比Cu2S的_________（填“高”或“低”），请解释原因：

（3）NaF的熔点______（填“>

”“<

”或“＝”）

BF

的熔点，其原因是________________________________________________________________________

答案　

（1）①小　NaBr比NaCl离子的核间距大　②氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大，并且离子的核间距小　③MgO

（2）高　O2－半径小于S2－的半径，Cu2O的离子键强于Cu2S的离子键，所以Cu2O的熔点比Cu2S的高

（3）＞　两者均为离子化合物，且电荷数均为1，但后者离子半径大，离子键较弱，因此熔点较低

方法规律　

离子晶体结构类型相同时，离子所带电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，晶体越稳定，熔、沸点越高，硬度越大。

离子晶体

1．仅由下列各组元素所构成的化合物，不可能形成离子晶体的是（　　）

A．H、O、SB．Na、H、OC．K、Cl、OD．H、N、Cl

答案　A

解析　强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐等是离子晶体。

B项如NaOH、C项如KClO、D项如NH4Cl。

2．下列关于NaCl晶体结构的说法中正确的是（　　）

A．NaCl晶体中，阴、阳离子的配位数相等

B．NaCl晶体中，每个Na＋周围吸引1个Cl－

C．NaCl晶胞中的质点代表一个NaCl

D．NaCl晶体中存在单个的NaCl分子

解析　氯化钠晶体中，每个Na＋周围结合6个Cl－，而每个Cl－周围结合6个Na＋；

NaCl只表示Na＋和Cl－个数比为1∶1。

3．一种金属晶体与一种离子晶体相比较，正确的是（　　）

A．金属晶体一定比离子晶体微粒堆积得更密集

B．金属晶体一定比离子晶体硬度大

C．金属晶体一定比离子晶体熔点高

D．金属晶体固态时一定能导电，但离子晶体不能

解析　一般来说，金属晶体和离子晶体的微粒堆积方式均为密堆积，但具体到某一种金属晶体或离子晶体，就很难说谁的微粒堆积更密集了。

离子晶体的熔点和硬度普遍较高；

金属晶体的熔点和硬度有的很高，也有的很低。

金属晶体都有导电性，离子晶体熔融态时都能导电，固态时不导电。

4．下列关于晶格能的叙述中正确的是（　　）

A．晶格能是气态原子形成1mol离子晶体所释放的能量

B．晶格能仅与形成晶体的离子半径有关

C．晶格能是指相邻的离子间的静电作用

D．晶格能越大的离子晶体，其熔点越高、硬度越大

解析　晶格能是将1mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量，晶格能与离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子核间距离成反比。

晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，硬度也越大，所以D项正确。

5．科学家通过X射线证明，MgO、CaO、NiO、FeO的晶体结构与NaCl的晶体结构相似。

（1）某同学画出的MgO晶胞结构示意图如下图所示，请改正图中的错误____________。

（2）MgO是优良的耐高温材料，MgO的熔点比CaO的高，其原因是_______________________。

（3）Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69pm和78pm，则熔点NiO________（填“<

”或“>

”）FeO，NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为________、________。

答案　

（1）空心球应为O2－，实心球应为Mg2＋；

8号空心球应改为实心球　

（2）Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO的晶格能大　（3）>

　6　6

解析　

（1）Mg2＋和O2－的半径是O2－>

Mg2＋，故空心球应为O2－，实心球应为Mg2＋；

图中应该黑白球交替出现，故8号球应为实心球。

（2）MgO与CaO的离子电荷数相同，Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大，熔点高。

（3）NiO晶胞与NaCl晶胞相同，所以Ni和O的配位数都是6，离子半径Ni2＋<

Fe2＋，晶格能NiO>

FeO，所以熔点NiO>

FeO。

[对点训练]

题组1　离子晶体的判断与物理性质

1．离子晶体一般不具有的特征是（　　）

A．熔点较高，硬度较大

B．易溶于水而难溶于有机溶剂

C．固体时不能导电

D．离子间距离较大，其密度较大

解析　离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括A、B、C项所述；

离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积方式等。

2．下列化学式表示的物质中，属于离子晶体并且含有非极性共价键的是（　　）

A．CaCl2B．Na2O2

C．N2D．NH4Cl

答案　B

3．碱金属和卤素形成的化合物大多具有的性质是（　　）

①固态时不导电，熔融状态导电　②能溶于水，其水溶液导电　③低熔点　④高沸点　⑤易升华

A．①②③B．①②④C．①④⑤D．②③④

解析　卤素与碱金属形成的化合物大多为典型的离子化合物，具备离子晶体的性质。

4．下列性质适合于离子晶体的是（　　）

A．熔点1070℃，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444.6℃

D．熔点97.81℃，质软，导电，密度0.97g·

cm－3

解析　离子晶体在液态（即熔融态）时导电，B项不是离子晶体；

CS2是非极性溶剂，根据“相似相溶”的规律，C项也不是离子晶体；

由于离子晶体质硬易碎，且固态时不导电，所以D项也不是离子晶体。

题组2　离子晶体的晶格能及其与性质的关系

5．离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子之间的核间距离和晶格能的大小，根据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是（　　）

A．KCl>

NaCl>

BaO>

CaO

B．NaCl>

KCl>

CaO>

BaO

C．CaO>

D．CaO>

KCl

解析　对于离子晶体来说，离子所带电荷数越多，阴、阳离子间的核间距离越小，晶格能越大，离子键越强，熔点越高。

阳离子半径大小顺序为Ba2＋>

K＋>

Ca2＋>

Na＋，阴离子半径：

Cl－>

O2－，比较可得只有D项正确。

6．下列大小关系正确的是（　　）

A．晶格能：

NaCl<

NaBrB．硬度：

MgO>

C．熔点：

NaI>

NaBrD．熔、沸点：

解析　对于电荷数相同的离子，半径越小，离子键越强，晶格能越大，硬度越大，熔、沸点越高。

半径：

Cl－<

Br－<

I－，Mg2＋<

Ca2＋，K＋＞Na＋，故A、C、D错误，B正确。

7．已知金属钠能与两种卤族元素形成化合物Q、P，它们的晶格能分别为923kJ·

mol－1、786kJ·

mol－1，下列有关说法中不正确的是（　　）

A．Q的熔点比P的高

B．若P是NaCl，则Q一定是NaF

C．Q中成键离子核间距较小

D．若P是NaCl，则Q可能是NaBr

解析　本题主要涉及晶格能的大小与物质性质及影响晶格能大小的内部因素之间的关系问题，解答时应从晶格能的大小对物质性质的影响以及影响晶格能大小的因素等角度进行分析。

Q的晶格能大于P的晶格能，故Q的熔点比P高，A项正确；

因F－的半径比Cl－的小（其他卤素离子的半径比Cl－的大），故NaF的晶格能大于NaCl的，故B项正确，D项错误；

因Q、P中成键离子均为一价离子，电荷数相同，故晶格能的差异是由成键离子核间距决定的，晶格能越大，表明核间距越小，C项正确。

8．碱金属卤化物是典型的离子晶体，它们的晶格能与

成正比（d0是晶体中最邻近的异电性离子的核间距）。

下列说法错误的是（　　）

离子半径/pm

①

LiF　LiCl　LiBr　LiI

1031　845　807　752

Li＋　Na＋　K＋

60　　95　　133

②

NaF　NaCl　NaBr　NaI

915　787　736　686

F－　Cl－　Br－　I－

136　181　195　216

③

KF　KCl　KBr　KI

812　699　689　632

A.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　由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，可确定A项正确；

由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B项说法正确；

由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定C项说法正确；

表中晶格能最小的金属卤化物是碘化物，因还原性F－<

I－，可知D项错误。

题组3　离子晶体结构的考查

9．下列有关离子晶体的叙述中不正确的是（　　）

A．1mol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Cl－共有6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　离子晶体采取密堆积方式，氯化钠晶体中并不存在单独的“NaCl分子”，其化学式仅表示阴、阳离子的个数比，“NaCl”是化学式，表示晶体的组成，其他三项根据晶胞结构判断，均正确。

10．高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。

晶体中氧的化合价可看作部分为0价，部分为－2价。

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．该晶体是体心立方晶胞

B．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有1个K＋和1个O

C．晶胞中与每个K＋距离最近的O

有6个

D．晶体中所有原子之间都是以离子键结合

解析　根据题给信息，超氧化钾晶体是面心立方晶胞，超氧化钾晶体（KO2）是离子化合物，阴、阳离子分别为O

、K＋，晶体中K＋与O

以离子键相结合，O

中O—O键为共价键。

作为面心立方晶胞，每个晶胞中含有4（即8×

＋

×

6）个K＋，4（即1＋

12）个O

，晶胞中与每个K＋距离最近的O

有6个。

11．在冰晶石（Na3[AlF6]）的晶胞中，[AlF6]3－占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl－占据的位置，则冰晶石晶胞中含Na＋数为（　　）

A．12个B．8个

C．4个D．3个

解析　NaCl晶胞中Cl－的个数为8×

＝4，由题意知，冰晶石晶胞中[AlF6]3－的个数也应当为4，化学式Na3[AlF6]中Na＋和[AlF6]3－的个数比为3∶1，所以冰晶石晶胞中含Na＋的个数为4×

3＝12，故选A。

12．有一种蓝色晶体[可表示为MxFey（CN）6]，经X射线研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体棱上。

其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。

A．该晶体的化学式为MFe3（CN）6

B．该晶体属于离子晶体，M呈＋1价

C．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价

D．晶体中与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－为3个

解析　由题图可推出，晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2＋的个数为4×

＝

，含Fe3＋的个数也为

，CN－的个数为12×

＝3，因此阴离子的化学式为[Fe2（CN）6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2（CN）6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为＋1价，故B项正确；

由题图可看出与每个Fe3＋最近且距离相等的CN－为6个。

13．如图是氯化铯晶体的晶胞（晶体中最小的重复结构单元）示意图，已知晶体中2个最近的Cs＋核间距为acm，氯化铯（CsCl）的相对分子质量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为（　　）

A.

g·

cm－3B.

C.

cm－3D.

解析　ρ＝

cm－3＝

cm－3。

[综合强化]

14．ZnS、NaCl、CsCl、CaF2分别代表四种常见的离子晶体结构模型，根据图示回答下列问题：

（1）试写出三种结构分别对应的化学式：

图甲_________________________________________、

图乙__________、图丙__________。

在这三种晶体中，每个阳离子周围的阴离子在空间构成的几何构型分别为________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

（2）在NaCl、CsCl晶体中，每个Cl－的周围和它等距离且最近的Cl－分别有________个。

（3）下图所示是从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________（填字母）。

A．Ⅰ和ⅢB．Ⅱ和Ⅲ

C．Ⅰ和ⅣD．只有Ⅳ

答案　

（1）CsCl　NaCl　ZnS　立方体、正八面体、正四面体　

（2）12、6　（3）C

解析　在ZnS晶体中，阴、阳离子的配位数都是4，故图丙表示该晶体结构，在Zn2＋周围的S2－构成正四面体结构；

在NaCl晶体中，阴、阳离子的配位数都为6，在Na＋周围的6个Cl－形成正八面体，由于晶体中Cl－采用A1型堆积，故每个Cl－周围和它等距离且最近的Cl－有12个；

在CsCl晶体中，每个Cs＋周围的8个Cl－形成立方体，设定图甲中心离子为Cl－，每个Cl－周围和它等距离且最近的Cl－位于该立方体周围的6个立方体的体心。

（3）根据NaCl和CsCl两种典型离子晶体的结构特点分析图示。

图Ⅰ中黑球的配位数为6，图Ⅳ为简单立方结构，故Ⅰ和Ⅳ应表示NaCl的晶体结构。

图Ⅱ中黑球的配位数为8，图Ⅲ为体心立方结构，故Ⅱ和Ⅲ应表示CsCl的晶体结构。

15．已知有关物质的熔、沸点数据如下表：

物质

Al2O3

MgCl2

AlCl3

2852

2072

714

190（2.6×

105Pa）

沸点/℃

3600

2980

1412

182.7

（1）MgCl2的熔点远高于AlCl3熔点的原因是____________________________________

（2）工业上常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁，用电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。

为什么不用电解MgO的方法生产镁，也不用电解AlCl3的方法生产铝？

________________________________________________________________________

（3）MgO的熔点比BaO的熔点________（填“高”或“低”）。

（4）设计可靠的实验证明MgCl2、AlCl3所属的晶体类型，其实验方法是________________________________________________________________________

答案　

（1）MgCl2是离子晶体，AlCl3是分子晶体，离子键的强度远大于分子间作用力

（2）氧化镁晶体比氯化镁晶体晶格能大，熔点高，电解时消耗电能大。

AlCl3不是离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解AlCl3的方法生产铝

（3）高

（4）将两晶体加热到熔融状态，MgCl2能导电，AlCl3不能导电，证明AlCl3为分子晶体，MgCl2为离子晶体

解析　

（1）MgCl2是离子晶体，阴、阳离子间以离子键结合，离子键作用力强；

AlCl3为共价化合物，分子间作用力弱，所以MgCl2熔点远高于AlCl3熔点。

（2）因为MgO的熔点远高于MgCl2，故电解熔融MgO将需要更高的温度，消耗更多的能量，因而不用电解MgO的方法生产镁。

AlCl3不是离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解AlCl3的方法生产铝。

（3）MgO和BaO都是离子化合物，Mg2＋的半径比Ba2＋小，所以MgO的熔点比BaO的熔点高。

（4）将两种晶体加热到熔融状态，MgCl2能导电，而AlCl3不能导电，即可证明MgCl2为离子晶体，AlCl3为分子晶体。

16．回答下列问题：

（1）CaC2晶体的晶胞结构如图所示，CaC2晶体中含有哑铃形C

，使晶胞沿一个方向拉长。

CaC2晶体中1个Ca2＋周围距离最近的