化学新导学笔记人教选修三讲义第三章 第四节 离子晶体Word文件下载.docx
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而在CaF2晶体中,阳、阴离子的配位数不相同?
答案 在NaCl、CsCl晶体中,阳、阴离子的配位数相同,是由于阳、阴离子电荷(绝对值)相同,因而阳、阴离子的个数相同,结果导致阳、阴离子的配位数相同;
若阳、阴离子的电荷不相同,阳、阴离子的个数必定不相同,结果阳、阴离子的配位数就不会相同。
如CaF2晶体中,Ca2+的配位数为8,F-的配位数为4,离子所带电荷越多,配位数越多。
(2)归纳总结,决定晶体结构的因素:
几何因素
晶体中正负离子的半径比
电荷因素
晶体中正负离子的电荷比
键性因素
离子键的纯粹程度
4.离子晶体的性质
(1)熔、沸点较高,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。
例1
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
【考点】离子键和离子晶体
【题点】离子晶体的特征性质
答案 A
解析 离子晶体在液态(即熔融态)导电,B项错误;
CS2是非极性溶剂,根据相似相溶规律,C项错误;
离子晶体质硬易碎,且固态不导电,D项错误。
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
【题点】离子晶体的结构
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周围最近且等距离的A有12个(类似于干冰晶体),D项错误。
二、晶格能
1.概念:
气态离子形成1mol离子晶体释放的能量。
晶格能通常取正值,单位kJ·
mol-1。
2.影响因素及与离子晶体性质的关系
离子化合物
NaBr
MgO
离子电荷数
2
核间距/pm
298
282
210
晶格能/kJ·
mol-1
747
786
3791
熔点/℃
801
2852
摩氏硬度
<
2.5
6.5
根据上表中的数据,回答下列问题:
(1)影响因素:
(2)晶格能与晶体的熔点、硬度的关系:
晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,晶体的熔点越高,硬度越大。
晶格能的几点应用
(1)一般情况下,离子化合物都有较高的熔点和沸点,这和它们的离子晶体有很大的晶格能有关。
由于晶格能:
MgO>
NaF,MgO的熔点(2852℃)比NaF的熔点(993℃)高得多。
(2)晶格能的大小决定离子晶体的稳定性。
晶格能越大,表示离子键越强,晶体越稳定,熔化和破坏离子晶体时消耗的能量就越多,即相应的离子晶体的熔点就越高,硬度就越大。
(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。
例3
下列关于晶格能的叙述中正确的是( )
A.晶格能仅与形成晶体中的离子所带电荷数有关
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
【考点】晶格能
【题点】晶格能的概念及影响因素
答案 D
解析 晶格能与离子所带电荷数的乘积成正比,与阴、阳离子半径的大小成反比,A、B项错误;
晶格能越大,晶体的熔、沸点越高,硬度也越大,D项正确。
例4
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( )
离子半径/pm
①
LiF LiCl LiBr LiI
1031845 807 752
Li+ Na+ K+
60 95 133
②
NaF NaCl NaBr NaI
915 777 740 693
F- Cl- Br- I-
136 181 195 216
③
KF KCl KBr KI
812 708 676 641
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,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。
四种晶体物理性质的比较
晶体类型
金属晶体
离子晶体
分子晶体
原子晶体
定义
金属原子通过金属键形成的晶体
阴、阳离子通过离子键形成的晶体
分子间通过分子间作用力形成的晶体
相邻原子间通过共价键结合而形成的立体网状结构的晶体
结
构
基本微粒
金属阳离子、自由电子
阴离子、阳离子
分子
原子
微粒间
作用力
金属键
离子键
范德华力或范德华力与氢键
共价键
性
质
熔、沸点
一般较高,但差异大
较高
较低
高
硬度
一般较大,但差异大
较大
较小
大
延展性
好
脆
差
导电性
固态能导电
熔融态或溶于水时能导电
某些溶于水后能导电
一般不导电,个别为半导体
溶解性
不溶
多数溶于水
相似相溶
熔化时需克
服的作用力
物质类别
金属单质和合金
多数的非金属单质和共价化合物
少数的非金属单质和共价化合物
典例
K、Cu、Mg
NaCl、CsCl、CaF2
干冰、冰、碘
金刚石、SiO2
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、O C.K、Cl、OD.H、N、Cl
【题点】离子晶体的判断
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.下列说法中正确的是( )
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
解析 四种晶体在不同状态下的导电性区别如下:
固态
不导电
不导电(晶体硅导电)
导电
熔融状态
可导电
水溶液
有的可导电
-
3.下列关于CaF2的表述正确的是( )
A.Ca2+与F-间仅存在静电吸引作用
B.F-的离子半径小于Cl-,则CaF2的熔点低于CaCl2
C.阴、阳离子比为2∶1的物质,均与CaF2晶体构型相同
D.CaF2中的化学键为离子键,因此CaF2在熔融状态下能导电
【考点】离子晶体
【题点】离子晶体结构与性质的综合
解析 Ca2+与F-间既有静电吸引作用,也有静电排斥作用,A错误;
离子所带电荷相同,F-的离子半径小于Cl-,所以CaF2晶体的晶格能大,则CaF2的熔点高于CaCl2,B错误;
晶体构型还与离子的大小有关,所以阴、阳离子比为2∶1的物质,不一定与CaF2晶体构型相同,C错误;
CaF2中的化学键为离子键,CaF2在熔融状态下发生电离,因此CaF2在熔融状态下能导电,D正确。
4.氧化钙在2887K时熔化,而氯化钠在1074K时熔化,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与氯化钠晶体的结构类型不同
D.在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下,晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定
解析 CaO和NaCl都属于离子晶体,熔点的高低可根据晶格能的大小判断。
晶格能大小与离子所带电荷多少、离子间距离、晶体结构类型等因素有关。
CaO和NaCl的离子间距离和晶体结构都类似,故晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定。
5.同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的,试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因:
物质A
KCl
熔点/K
1074
1049
918
物质B
Na
Mg
Al
317
923
933
晶体熔、沸点的高低,取决于组成晶体微粒间的作用力的大小。
A组是________晶体,晶体微粒之间通过_________相连,粒子之间的作用力由大到小的顺序是____________。
B组晶体属于__________晶体,价电子数由少到多的顺序是_________________,离子半径由大到小的顺序是______________。
金属键强弱由小到大的顺序为______________。
【考点】晶体结构和性质的综合
【题点】晶体物理性质比较
答案 离子 离子键 NaCl>
KCl>
CsCl 金属 Na<
Mg<
Al Na+>
Mg2+>
Al3+ Na<
解析 A组NaCl、KCl、CsCl为同一主族的氯化物且为离子化合物,故熔点与离子键的强弱有关,离子键越弱,熔点越低。
而Na+、K+、Cs+的离子半径逐渐增大,故Na+与Cl-、K+与Cl-、Cs+与Cl-的离子键逐渐减弱,NaCl、KCl、CsCl的熔点依次降低;
而B组中Na、Mg、Al是金属晶体且价电子数依次增多,离子半径逐渐减小,因此金属原子核对外层电子束缚能力越来越大,形成的金属键越来越牢固,故熔点依次升高。
[对点训练]
题组一 离子晶体的判断及性质
1.下列关于离子化合物的叙述正确的是( )
A.离子化合物中都只含有离子键
B.离子化合物中的阳离子只能是金属离子
C.离子化合物若能溶于水,其所得溶液一定可以导电
D.溶于水可以导电的化合物一定是离子化合物
【题点】离子晶体与离子键的关系
解析 离子化合物中的阳离子不一定是金属离子,如NH4Cl,阳离子为NH
而不是金属离子;
共价化合物溶于水也可能导电,如NH3、SO2、HCl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.Na2O2C.N2D.NH4Cl
答案 B
3.根据下列实验事实,能确定某晶体一定是离子晶体的是( )
A.晶体熔点达2500℃
B.晶体不导电,溶于水导电
C.晶体不导电,熔融状态能导电
D.温度越高,溶解度越大
解析 熔点为2500℃的可以是金属晶体、原子晶体或离子晶体;
晶体不导电,水溶液导电可以是离子晶体或分子晶体;
多数固体温度升高,溶解度增大。
4.根据表中给出物质的熔点数据(AlCl3沸点为260℃),判断下列说法错误的是( )
晶体
SiCl4
AlCl3
晶体硼
-70
180
2500
A.MgO中的离子键比NaCl中的离子键强
B.SiCl4晶体是分子晶体
C.AlCl3晶体是离子晶体
D.晶体硼是原子晶体
【题点】晶体的分类和判断
解析 根据表中各物质的熔点,判断晶体类型。
NaCl和MgO是离子化合物,形成离子晶体,故熔、沸点越高,说明晶格能越大,离子键越强,A项正确;
SiCl4是共价化合物,熔、沸点较低,为分子晶体,硼为非金属单质,熔、沸点很高,是原子晶体,B、D项正确;
AlCl3虽是由活泼金属和活泼非金属形成的化合物,但其晶体熔、沸点较低,应属于分子晶体。
题组二 晶格能及其应用
5.下列关于晶格能的说法中正确的是( )
A.晶格能指形成1mol离子键所放出的能量
B.晶格能指破坏1mol离子键所吸收的能量
C.晶格能指1mol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
6.离子化合物①NaCl、②CaO、③NaF、④MgO中,晶格能按从小到大的顺序排列正确的是( )
A.①②③④B.①③②④
C.③①④②D.④②①③
解析 题述4种物质都是离子晶体,离子晶体的熔、沸点与晶格能的大小成正相关,晶格能的大小与离子半径成反相关、与离子所带电荷数成正相关。
镁离子、钙离子、氧离子所带电荷数大于钠离子、氟离子和氯离子,钠离子的半径大于镁离子,钙离子的半径大于镁离子,氯离子的半径大于氟离子,所以晶格能从小到大的顺序是①③②④,B项正确。
7.离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子之间的核间距离和离子所带电荷的大小,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>
CaO>
BaO
C.CaO>
D.CaO>
【题点】晶格能与离子晶体物理性质的关系
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D项正确。
题组三 离子晶体的空间结构的考查
8.下列不属于影响离子晶体结构的因素的是( )
A.晶体中阴、阳离子的半径比
B.晶体中阴、阳离子的电荷比
C.离子键的纯粹程度
D.离子晶体的晶格能
9.在下列离子晶体空间结构示意图中,
代表阳离子,代表阴离子。
若M代表阳离子,N代表阴离子,则化学式为MN2的晶体结构是( )
【题点】离子晶体结构的相关计算
解析 A项,阳离子位于顶点和面心,晶胞中平均含有阳离子的数目为8×
=4,阴离子位于体心,晶胞中含有的阴离子数目为1,故该晶胞中阳离子和阴离子的个数比为4∶1,化学式为M4N,错误;
B项,阳离子位于顶点,晶胞中平均含有阳离子的数目为4×
=
,阴离子位于体心,晶胞中含有的阴离子数目为1,故该晶胞中阳离子和阴离子的个数比为
∶1=1∶2,化学式为MN2,正确;
C项,阳离子位于顶点,晶胞中平均含有阳离子的数目为3×
∶1=3∶8,化学式为M3N8,错误;
D项,阳离子位于顶点,晶胞中平均含有阳离子的数目为8×
=1,阴离子位于体心,晶胞中含有的阴离子数目为1,故该晶胞中阳离子和阴离子的个数比为1∶1,化学式为MN,错误。
10.在冰晶石(Na3[AlF6])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-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+个数为4×
3=12,故选A。
11.已知CaF2是离子晶体,如果用“●”表示F-;
用“○”表示Ca2+,在如图所示中,符合CaF2晶体结构的是( )
解析 在A中F-数目为4×
,Ca2+数目为1,不符合CaF2的组成;
在B中F-数目为1,Ca2+数目为4×
,符合CaF2的组成,B项正确;
在C中F-数目为8×
=1,Ca2+数目为1,不符合CaF2的组成;
在D中N(Ca2+)∶N(F-)=1∶1,不符合CaF2的组成,D项错误。
12.如图是氯化铯晶体的晶胞(晶体中的最小重复单元),已知晶体中两个最近的Cs+核间距离为acm,氯化铯的相对分子质量为M,NA为阿伏加德罗常数,则氯化铯晶体的密度是( )
A.
g·
cm-3B.
C.
cm-3D.
解析 处于顶点的离子同时为8个晶胞所共有,每个离子有
属于1个晶胞,处于晶胞内的离子全属于该晶胞,可知1个氯化铯晶胞有1个Cs+和1个Cl-,则1mol氯化铯的体积为NAa3cm3,故氯化铯晶体的密度为
g·
cm-3。
[综合强化]
13.已知物质熔、沸点数据回答问题:
物质
AlF3
AlBr3
Al2O3
MgCl2
1260
181(升华)
263
2045
707
(1)下列各组物质中,熔化时所克服的粒子间作用力类型分别与氟化铝和溴化铝相同的是__________(填字母)。
A.NaCl和CCl4B.Na2O和SiO2
C.金刚石和金属铝D.碘和干冰
(2)MgCl2的熔点远高于AlCl3熔点的原因是____________________________________。
(3)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?
(4)MgO的熔点比BaO的熔点________(填“高”或“低”)。
(5)设计可靠的实验证明MgCl2、AlCl3所属的晶体类型,其实验方法是____________。
【考点】晶体的结构和性质综合
【题点】晶体的结构和性质综合
答案
(1)A
(2)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 (3)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不属于离子晶体,熔融时不能导电,因而不能用电解AlCl3的方法生产铝。
(4)高 (5)将两晶体加热到熔化状态,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)由表中数据可知AlF3是离子化合物,熔化时需克服离子键,而AlBr3是分子晶体,熔化时需克服分子间作用力,故选A。
(2)MgCl2是离子晶体,离子间通过离子键结合,AlCl3为共价化合物分子,分子间通过范德华力结合,离子键作用力远大于范德华力,所以MgCl2的熔点远高于AlCl3的熔点。
(3)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。
(4)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。
(5)将两种晶体加热到熔化状态,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。
14.已知某些硅酸盐矿物和石英的晶格能如下表:
某些硅酸盐矿物和石英
橄榄石
4400
辉石
4100
角闪石
3800
云母
长石
2400
石英
2600
请回答下列问题。
(1)橄榄石和云母晶出的顺序是______________。
(2)石英总是在各种硅酸盐析出后才晶出的原因是______________________________。
(3)推测云母和橄榄石的熔点高低为________,硬度大小为______________。
答案
(1)橄榄石先晶出,云母后晶出
(2)石英的晶格能较低,此外它不易在岩浆中达到饱和浓度,只有当各种金属离子以硅酸盐形式析出后,石英的浓度才达到饱和,故石英晶体最后晶出 (3)云母<
橄榄石 云母<
15.金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。
请回答下列问题:
(1)Ni原子的核外电子排布式为________________。
(2)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同:
Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69pm和78pm,则熔点NiO________(填“<
”或“>
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