高二化学选修3离子晶体课件.ppt

第四节 离子晶体,干冰,水晶,明矾,雪花,氯化钠,金刚石,常见晶体,1.NaCl晶体是典型的离子化合物,其中存在哪些微粒?试写出NaCl的电子式.,2.上述离子是通过怎样的相互作用结合成晶体的呢?,你知道吗？,知识回顾：离子键,1、称为离子键。,2、成键的微粒：,阴、阳离子,3、成键的本质：,阴阳离子间的静电作用,4、成键的条件：,活泼金属元素的原子和活泼的非金属元素的原子,使阴、阳离子结合成离子化合物的静电作用,形成条件：一般电负性差值大于1.7,思考,哪些物质中含有离子键？,1、活泼的金属元素（IA、IIA）和活泼的非金属元素（VIA、VIIA）形成的化合物。,2、活泼的金属元素和酸根离子（或氢氧根离子）形成的化合物,3、铵根和酸根离子（或活泼非金属元素离子）形成的盐。,强碱,大多数盐,活泼金属氧化物,4、从物质类别的角度来说，离子化合物通常包括_、_和_。,5.常见的离子化合物,6、影响离子键强弱的因素：,离子半径和 离子电荷,同种类型的离子晶体，通常离子半径越、离子带电荷越，离子键就越。离子键越强，破坏它所需能量就越。熔点就越。,小,多,强,大,高,7、离子键的特征,没有方向性：阴阳离子是球形对称的，电荷的分布也是球形对称的，它们在空间各个方向上的静电作用相同，都可以和带不同电荷的离子发生作用没有饱和性：在静电作用能达到的范围内，只要空间条件允许，一个离子可以多个离子发生作用,重晶石 BaSO4,莹石 CaF2,胆矾 CuSO45H2O,明矾 KAl(SO4)212H2O,强碱、活泼金属氧化物、金属氢化物、大部分的盐,1、定义：,由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。,2、成键粒子：,阴、阳离子,3、相互作用力：,离子键,5、常见的离子晶体：,一、离子晶体,板书,4.配位数（CN）离子周围最邻近的异电性离子的数目,(2)硬度。,6.离子晶体物理性质的特点：,(1)熔沸点,难挥发难压缩。,较高,较大,(3)水溶性,(4)导电性,阅读课本P79最后一段(即科学视野之前的一段),结合氯化钠晶体的结构,你认为离子晶体物理性质有何特点?,离子电荷越多,核间距离越小,熔沸点升高。,一般易溶于水,而难溶于非极性溶剂。,固态不导电,水溶液或者熔融状态下能导电。,板书,二、典型的离子晶胞：,NaCl的晶体结构：,6：6,每个Cl-周围与之最接近且距离相等的Na+共有 个。,6,这几个Na+在空间构成的几何构型为。,正八面体,NaCl晶体中离子的配位数,与Na+等距离且最近Cl-有 个，即Na+的配位 数。,与Cl-等距离且最近Na+有 个，即Cl-的配位数为。,6,6,6,6,与Cl-等距离且最近Cl-有 个,与Na+等距离且最近Na+有 个,12,12,二、典型的离子晶体：,板书,1.NaCl：,CsCl晶体的结构,氯化铯晶体中氯离子和铯离子分别处于晶胞的什么位置？,氯离子位于顶点，铯离子位于体心。,(2)氯化铯晶体,CsCl晶体中离子的配位数,（1）每个晶胞含铯离子、氯离子的个数？,（2）在氯化铯晶体中，每个Cs+周围与之最接近且距离相等的Cl-共有；,（3）在每个Cl-周围距离相等且最近的Cs+共有；,8,1个Cs+1个Cl-,8,(4)与Cs+最近且等距离的Cs+有6个,板书,(3)CaF2型晶胞,Ca2+的配位数：,F-的配位数：,一个CaF2晶胞中平均含：4个Ca2+和8个F-,8,4,(4)Ca2+周围最近且等距离的Ca2+有 12 个，F-F-有 6 个。,板书,Ca,F,Ca2配位数是_，F的配位数是_。,8,4,图示为CaF2晶胞的1/8,观察点为上左前方,晶胞上面心,(4)ZnS型晶胞,2阳离子的配位数：,阴离子的配位数：,1一个ZnS晶胞中含：,4个阳离子和4个阴离子,4,4,科学探究：,找出NaCl、CsCl两种离子晶体中阳离子和阴离子的配位数，它们是否相等？,6,6,8,8,科学探究：,你认为是什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？根据表35、表36分析影响离子晶体中离子配位数的因素。,三、决定离子晶体结构的因素,（1）几何因素 晶体中正负离子的半径比（2）电荷因素 晶体中正负离子的电荷比（3）键性因素 离子键的纯粹因素,1、几何因素,配位数与 r+/r 之比相关：0.225 0.414 4 配位 0.414 0.732 6 配位0.732 1.000 8 配位,NaCl:95/181=0.525 CsCl:169/181=0.933,0.52,0.93,NaCl型,CsCl型,2、电荷因素,CaF2的晶胞,例：CaF2的晶体中，Ca2和F的个数之比_，电荷数之比_，Ca2配位数是_，F的配位数是_。,由正负离子的电荷比影响离子晶体的配位数的因素，称为电荷因素。,1:2,2:1,8,4,为什么NaCl的熔沸点比CsCl高？,交流与讨论,结论:对于组成和结构相似的物质，阴、阳离子半径越小，离子键越强，熔沸点较高，晶体越稳定。,离子键的强弱在一定程度上可以用离子晶体的晶格能来衡量。,1.概念：气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值。,四、离子晶体的晶格能,2.表示：符号为U 单位是KJ/mol,取正值 3、影响晶格能大小因素离子晶体中阴阳离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强，晶格能越大,4 晶格能的作用：（1）晶格能越大，离子晶体越稳定，离子晶体的熔沸点越高，硬度越大。（2）岩浆晶出规则与晶格能的关系晶格能高的晶体熔点较高，更容易在岩浆冷却过程中冷却下来，从而先结晶,1.四种晶体的结构性质比较,阴阳离子,分子,原子,阳离子、电子,离子键,分子间作用,共价键（有）,金属键,较大、脆,小,很大,差异大,较高,低,很高,差异大,熔融、溶液导电,固态、熔融态不导电，有些在水溶液中导电.,不或半导,导电,差,差,差,好,溶水、不溶有机,相似相溶,不溶,不溶,NaCl,干冰,金刚石,Na,离子化合物,多数共价化合物多数非金属单质,某些非金属单质某些共价化合物,金属、合金,规律总结,2.判断晶体类型的依据,1、结构 构成晶体的粒子和粒子间的作用力 2、特征性质(1)熔沸点、硬度：高：原子晶体；中：离子晶体；低：分子晶体(2)导电性：熔融状态导电：离子晶体 金属晶体 固体、熔融均导电：金属晶体,规律总结,3.晶体熔沸点高低比较方法,1、类型不同：（一般）原子晶体离子晶体分子晶体2、类型相同：离子晶体（晶格能大小）离子半径越小、电荷数越大 分子晶体（分子间作用力大小）形成氢键的大相对分子质量越大分子极性越大 原子晶体（共价键强弱）半径越小、键长越短、键能越大、共价键越强 金属晶体（金属键强弱）离子半径越小、电荷数越大,看常温下的状态：熔点：固体液体 液体气体,规律总结,例：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(s)+1/2Cl2(g)=NaCl(s);H B、Na+(g)+Cl-(g)=NaCl(s);H1 C、Na(s)=Na(g);H2D、Na(g)-e-=Na+(g);H3E、1/2Cl2(g)=Cl(g);H4F、Cl(g)+e-=Cl-(g);H5 写出H1与H、H2、H3、H4、H5之间的关系式_,H=H1+H2+H3+H4+H5,B,练习,1、下表列出了有关晶体的知识，其中错误的是（）2、下列物质的晶体，按其熔点由低到高的排列顺序正确的是（）ANC、SO2、CO2BNC、CO2、SO2 CNC、MO、SO2DNC、SO2、MO,B,C,3.下列物质中，化学式能准确表示该物质分子组成的是A.NH4Cl B.SiO2 C.P4 D.Na2SO4,问题反思化学式能否表示分子，关键能判断该物质是否分子晶体,4.下列有关晶体的叙述中不正确的是()A.金刚石的网状结构中,由共价键形成的碳原子环中,最小的环上有6个碳原子B.氯化钠晶体中,每个Na+周围距离相等的Na+离子共有6个C.氯化铯晶体中,每个铯原子周围紧邻8个氯原子D.干冰晶体中,每个二氧化碳分子周围紧邻12个二氧化碳分子,5.如图所示是某些晶体的结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一部分。,其中代表金刚石的是（填编号字母，下同）_，其中每个碳原子与_个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于_晶体。其中代表石墨的是_，其中每个正六边形占有的碳原子数平均为_个。其中代表NaCl的是_。代表CsCl的是_，它属于_晶体，每个Cs+与_个Cl紧邻。代表干冰的是_，它属于_晶体，每个CO2分子与_个CO2分子紧邻。上述五种物质熔点由高到低的顺序_。,21参照下表中物质的熔点，回答有关问题：,钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点高低取决于其_，在这种情况下，_越大，_越弱，故熔点依次降低。硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点高低取决于其_，_越大，_越大，故熔点依次升高。钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高得多，这是由_。,课堂互动讲练,离子晶体及常见的类型,1离子键(1)定义：阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫做离子键。(2)成键元素：活泼金属元素(如K、Na、Ca、Ba等，主要是第A族和第A族元素)和活泼非金属元素(如F、Cl、Br、O等，主要是第A族和第A族元素)相互结合时多形成离子键。,(3)成键原因：活泼金属原子容易失去电子而形成阳离子，活泼非金属原子容易得到电子形成阴离子。当活泼金属遇到活泼非金属时，电子发生转移，分别形成阳、阴离子，再通过静电作用形成离子键。(4)离子键只存在于离子化合物中。(5)强碱、活泼金属氧化物、大多数盐类是离子化合物。,2.离子晶体(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，而不是表示分子的组成。,3几种离子晶体模型(1)NaCl型晶体结构模型(左下图)：配位数为6。在NaCl晶体中，每个Na周围同时吸引着6个Cl，每个Cl周围也同时吸引着6个Na。每个Na周围与它最近且等距的Na有12个，每个Na周围与它最近且等距的Cl有6个。,(2)CsCl型晶体结构模型(右下图)：配位数为8。在CsCl晶体中，每个Cs周围同时吸引着8个Cl，每个Cl周围也同时吸引着8个Cs。每个Cs与6个Cs等距离相邻，每个Cs与8个Cl等距离相邻。,(2011年黄冈高二检测)有下列八种晶体：A.SiO2(水晶)；B.冰醋酸；C.氧化镁；D.白磷；E.晶体氩；F.氯化铵；G.铝；H.金刚石。用序号回答下列问题：(1)属于原子晶体的化合物是_，直接由原子构成的晶体是_，直接由原子构成的分子晶体是_。,(2)由极性分子构成的晶体是_，含有共价键的离子晶体是_，属于分子晶体的单质是_。(3)在一定条件下能导电并发生化学变化的是_。受热熔化后化学键不发生变化的是_，需克服共价键的是_。【思路点拨】判断晶体类型需要注意以下两点：(1)晶体的构成微粒。(2)微粒间的相互作用力。,【答案】(1)AA、E、HE(2)BFD、E(3)B、C、FB、D、EA、H,互动探究(1)上述物质中均含有化学键吗？(2)B与F所含化学键类型是否相同？【提示】(1)不是，稀有气体为单原子分子，分子内无化学键。(2)B项冰醋酸分子中的化学键为共价键，而F项所含化学键为离子键、共价键、配位键。所以两者所含化学键类型不同。,【规律方法】判断晶体类型的方法判断晶体的类型一般是根据物质的物理性质：(1)在常温下呈气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。如H2O、H2等。对于稀有气体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看作单原子分子，因为微粒间的相互作用力是范德华力，而非共价键。(2)在熔融状态下能导电的晶体(化合物)是离子晶体。如：NaCl熔融后电离出Na和Cl，能自由移动，所以能导电。,(3)有较高的熔、沸点，硬度大，并且难溶于水的物质大多为原子晶体，如晶体硅、二氧化硅、金刚石等。(4)易升华的物质大多为分子晶体。还要强调的是，对于教材上每种晶体类型的例子，同学们一定要认真掌握其结构，把握其实质和内涵，在解题中灵活运用。,变式训练1如图，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)请将其中代表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的周围与它最接近的且距离相等的Na共有_个。(3)在NaCl晶胞中正六面体的顶角上、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_，即_(填计算式)；Na的个数等于_，即_(填计算式)。,解析：(1)如图所示,答案：(1),离子晶体的性质,1熔、沸点具有较高的熔、沸点，难挥发。离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键)，要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。2硬度硬而脆。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。,3导电性不导电，但熔化或溶于水后能导电。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。,4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。特别提醒：化学变化过程一定发生旧化学键的断裂和新化学键的形成，但破坏化学键或形成化学键的过程却不一定发生化学变化，如食盐熔化会破坏离子键，食盐结晶过程会形成离子键，但均不是化学变化过程。,(2011年北京东城区高二检测)现有几组物质的熔点()的数据：,据此回答下列问题：(1)A组属于_晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是_。(2)B组晶体共同的物理性质是_(填序号)。有金属光泽导电性导热性延展性(3)C组中HF熔点反常是由于_。,(4)D组晶体可能具有的性质是_(填序号)。硬度小水溶液能导电固体能导电 熔融状态能导电(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为：NaClKClRbClCsCl，其原因解释为：_。,【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。【答案】(1)原子共价键(2)(3)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)(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na)r(K)r(Rb)r(Cs)，在离子所带电荷相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高,互动探究(1)A组与C组熔点差别较大的原因是什么？(2)B组与D组的组成微粒分别是什么？微粒间的作用力是什么？【提示】(1)A组的微粒间的作用力是共价键，C组的微粒间的作用力为分子间作用力，因共价键分子间作用力，所以A组的熔点高于C组。(2)B组的组成微粒为金属阳离子和自由电子，两者之间的作用力为金属键。D组的组成微粒为阳离子和阴离子，两者之间的作用力为离子键。,【规律方法】晶体熔、沸点高低的判断(1)不同类型晶体的熔、沸点：原子晶体离子晶体分子晶体；金属晶体(除少数外)分子晶体；金属晶体熔、沸点有的很高，如钨，有的很低，如汞(常温下是液体)。(2)同类型晶体的熔、沸点：原子晶体：结构相似，半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高。如金刚石碳化硅晶体硅。,分子晶体：组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，熔、沸点越高。如CI4CBr4CCl4CF4。金属晶体：所带电荷数越大，原子半径越小，则金属键越强，熔、沸点越高。如AlMgNaK。离子晶体：离子所带电荷越多，半径越小，离子键越强，熔、沸点越高。如KFKClKBrKI。,变式训练2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,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KClKI；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：I2Br2Cl2F2。,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)CaOKClKI(4)I2Br2Cl2F2,