第四節(jié)離子晶體1.了解離子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2.能根據(jù)離子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)解釋其物理性質(zhì)。3.了解幾種常見(jiàn)的離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)。4.了解晶格能的概念及意義。離子晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。一、離子晶體1.離子晶體由_______和_______通過(guò)_______結(jié)合而成的晶體稱(chēng)為離子晶體。2.決定離子晶體結(jié)構(gòu)的因素幾何因素

晶體中正負(fù)離子的_______()電荷因素晶體中正負(fù)離子的_______鍵性因素_______的純粹程度半徑比電荷比離子鍵陽(yáng)離子陰離子離子鍵3.常見(jiàn)離子化合物的晶體類(lèi)型晶體類(lèi)型CaF2型CsCl型NaCl型晶胞4.離子晶體的性質(zhì)(1)熔沸點(diǎn)_____。(2)硬度_____，難于壓縮。(3)不導(dǎo)電，但在_________或_______時(shí)可導(dǎo)電。較高較大熔融狀態(tài)溶于水二、晶格能1.離子晶體中一定含有金屬陽(yáng)離子嗎？提示：不一定。如銨鹽在固態(tài)時(shí)是離子晶體，其中就沒(méi)有金屬陽(yáng)離子。2.離子晶體是由帶電的陰、陽(yáng)離子形成的，為什么離子晶體不導(dǎo)電？提示：離子晶體雖然是由帶電的陰、陽(yáng)離子形成的，但由于不是自由移動(dòng)的離子，所以不導(dǎo)電，只有發(fā)生電離形成自由移動(dòng)離子后才能導(dǎo)電。

3.NaCl晶體的晶胞中是有1個(gè)Cl-和1個(gè)Na+嗎？提示：不是。NaCl是化學(xué)式，它表明Cl-和Na+的個(gè)數(shù)比是1∶1。

一、離子晶體及其常見(jiàn)類(lèi)型1.觀察NaCl、CsCl和CaF2的晶胞結(jié)構(gòu)，思考以下問(wèn)題。(1)試計(jì)算NaCl晶胞、CsCl晶胞和CaF2晶胞中陰、陽(yáng)離子的個(gè)數(shù)。提示：NaCl晶胞中Na+個(gè)數(shù)為：

Cl-個(gè)數(shù)為：

CsCl晶胞中Cs+個(gè)數(shù)為：1

Cl-個(gè)數(shù)為：

CaF2晶胞中Ca2+個(gè)數(shù)為：

F-個(gè)數(shù)為：8×1=8(2)分析(1)中所得的數(shù)據(jù)，探究離子晶體的化學(xué)式與其晶胞中陰、陽(yáng)離子的個(gè)數(shù)關(guān)系。提示：化學(xué)式陽(yáng)離子數(shù)陰離子數(shù)陽(yáng)、陰離子個(gè)數(shù)比NaCl441∶1

CsCl

1

11∶1CaF2

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1∶2離子晶體中不存在單獨(dú)的“分子”，而化學(xué)式只是代表晶體中元素組成的比例關(guān)系。因此，離子晶體的化學(xué)式并不是其分子式，但習(xí)慣上常常把NaCl叫做氯化鈉的“分子式”。2.觀察NaCl和CsCl晶體中陰陽(yáng)離子的配位數(shù)，以及CaF2的晶胞，探究以下問(wèn)題。(1)請(qǐng)分析圖中Na+、Cl-、Cs+、Cl-及Ca2+、F-的配位數(shù)。提示：

離子晶體

陽(yáng)離子的配位數(shù)

陰離子的配位數(shù)NaCl66CsCl

8

8CaF2

8

4(2)根據(jù)Na+、Cs+、Cl-的半徑計(jì)算NaCl和CsCl中陰陽(yáng)離子的半徑比。提示：

NaClCsCl=0.525

=0.934C.N.=6

C.N.=8(3)由(1)(2)中所得的數(shù)據(jù)探究影響離子晶體配位數(shù)的因素。提示：影響離子晶體配位數(shù)的因素有：①幾何因素：在NaCl晶體中，正負(fù)離子的半徑比=0.525,在CsCl晶體中，=0.934,由于

值的不同，結(jié)果晶體中離子的配位數(shù)不同。NaCl晶體中陰陽(yáng)離子的配位數(shù)都是6，CsCl晶體中陰陽(yáng)離子的配位數(shù)都是8。數(shù)值越大，離子的配位數(shù)越高。

②電荷因素：在NaCl、CsCl晶體中，正負(fù)離子的配位數(shù)相同，是由于正負(fù)離子電荷(絕對(duì)值)相同，因而正負(fù)離子的個(gè)數(shù)相同。結(jié)果導(dǎo)致正負(fù)離子的配位數(shù)相同；若正負(fù)離子的電荷數(shù)不相同，正負(fù)離子的個(gè)數(shù)必定不相同，正負(fù)離子的配位數(shù)就不會(huì)相同。如CaF2晶體中，Ca2+的配位數(shù)為8，F(xiàn)-的配位數(shù)為4，離子所帶電荷數(shù)越多，配位數(shù)越大。(4)在NaCl晶體中每個(gè)Na+周?chē)瑫r(shí)吸引、距離相等且最近的Cl-有多少個(gè)？每個(gè)Na+周?chē)嚯x相等且最近的Na+有多少個(gè)？提示：在NaCl晶體中每個(gè)Na+周?chē)罱揖嚯x相等的Cl-有6個(gè)。每個(gè)Na+周?chē)嚯x相等且最近的Na+是小正方形對(duì)角線(xiàn)上的Na+，在三維空間的每個(gè)面上有4個(gè)，共12個(gè)。

常見(jiàn)離子晶體的結(jié)構(gòu)(1)NaCl型晶體結(jié)構(gòu)模型(左下圖)：配位數(shù)為6。①在NaCl晶體中，每個(gè)Na+周?chē)瑫r(shí)吸引著6個(gè)Cl-，每個(gè)Cl-周?chē)餐瑫r(shí)吸引著6個(gè)Na+。②每個(gè)Na+周?chē)c它最近且等距的Na+有12個(gè)，每個(gè)Na+周?chē)c它最近且等距的Cl-有6個(gè)。(2)CsCl型晶體結(jié)構(gòu)模型(右下圖)：配位數(shù)為8。①在CsCl晶體中，每個(gè)Cs+周?chē)瑫r(shí)吸引著8個(gè)Cl-，每個(gè)Cl-周?chē)餐瑫r(shí)吸引著8個(gè)Cs+。②每個(gè)Cs+與6個(gè)Cs+等距離相鄰，每個(gè)Cl-與6個(gè)Cl-等距離相鄰?！镜淅?xùn)練】下圖是從NaCl或CsCl晶體結(jié)構(gòu)中分割出來(lái)的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從NaCl晶體中分割出來(lái)的結(jié)構(gòu)圖是()A.(1)和(3)B.(2)和(3)C.(1)和(4)D.只有(4)

【解題指南】解答本題注意以下兩點(diǎn)：(1)NaCl晶胞是簡(jiǎn)單立方體結(jié)構(gòu)，CsCl晶胞是體心立方體結(jié)構(gòu)；(2)在NaCl晶胞中，每個(gè)Na+周?chē)罱腃l-有6個(gè)，圍成一個(gè)正八面體形狀?！窘馕觥窟xC。NaCl晶胞是簡(jiǎn)單立方體結(jié)構(gòu)，CsCl晶胞是體心立方體結(jié)構(gòu)，(4)符合題意；在NaCl晶胞中，每個(gè)Na+周?chē)罱腃l-有6個(gè)，圍成一個(gè)正八面體形狀，(1)符合題意。

【變式備選】根據(jù)下圖推測(cè)，CsCl晶體中兩距離最近的Cs+間距離為a，則每個(gè)Cs+周?chē)c其距離為a的Cs+數(shù)目為

，每個(gè)Cs+周?chē)嚯x相等且次近的Cs+數(shù)目為

，距離為

，每個(gè)Cs+周?chē)嚯x相等且第三近的Cs+數(shù)目為

，距離為

，每個(gè)Cs+周?chē)o鄰且等距的Cl-數(shù)目為

?！窘馕觥恳詧D中大立方體中心的Cs+為基準(zhǔn)，與其最近的Cs+分別位于其上、下、前、后、左、右六個(gè)方位；與其次近的Cs+分別位于通過(guò)中心Cs+的三個(gè)切面的大正方形的頂點(diǎn)，個(gè)數(shù)為4×3=12;與其第三近的Cs+分別位于大立方體的8個(gè)頂點(diǎn)上；每個(gè)Cs+周?chē)o鄰且等距的Cl-數(shù)目為8。答案：二、晶格能1.離子晶體的晶格能與哪些因素有關(guān)？離子晶體的晶格能與物理性質(zhì)有什么關(guān)系？提示：離子所帶電荷越多，離子核間距越小，晶格能越大。離子晶體晶格能越大，離子晶體的熔點(diǎn)越高，硬度越大。

2.結(jié)合晶格能的知識(shí)，推測(cè)MgO和CaO的熔點(diǎn)的相對(duì)高低和硬度的相對(duì)大小。提示：MgO和CaO比較，O2-相同，Mg2+與Ca2+所帶電荷數(shù)相同，但Mg2+半徑小，所以晶格能MgO>CaO，熔點(diǎn)MgO>CaO，硬度MgO>CaO。正確理解離子晶體(1)構(gòu)成離子晶體的微粒是陰離子和陽(yáng)離子。(2)離子晶體中微粒之間的作用力是離子鍵。離子鍵沒(méi)有方向性，也沒(méi)有飽和性，離子晶體中，陽(yáng)離子周?chē)梢员M可能多地吸引陰離子，陰離子周?chē)M可能多地吸引陽(yáng)離子。離子晶體中，離子半徑越小，離子所帶電荷數(shù)越多，離子鍵越強(qiáng)。(3)離子晶體的化學(xué)式只表示晶體中陰陽(yáng)離子的個(gè)數(shù)比，而不是表示分子的組成。

【典例訓(xùn)練】NaF、NaI和MgO均為離子晶體，有關(guān)數(shù)據(jù)如表：物質(zhì)①NaF②NaI③MgO離子電荷數(shù)112鍵長(zhǎng)(10-10m)2.313.182.10試判斷，這三種化合物熔點(diǎn)由高到低的順序是()A.①＞②＞③B.③＞①＞②C.③＞②＞①D.②＞①＞③【解題指南】【解析】選B。本題考查離子晶體熔點(diǎn)高低的判斷方法。離子晶體的熔點(diǎn)與晶格能有關(guān)。晶格能越大，晶體的熔點(diǎn)就越高。晶格能與離子所帶電荷的乘積成正比，與陰、陽(yáng)離子間的距離成反比。在上述三種晶體中，MgO的鍵長(zhǎng)最短，離子電荷又高，故其晶格能最大，熔點(diǎn)最高；NaF的鍵長(zhǎng)小于NaI，故NaF的晶格能大于NaI，熔點(diǎn)高于NaI?！咀兪絺溥x】氧化鈣在2973K時(shí)熔化，而氯化鈉在1074K時(shí)熔化，兩者的離子間距離和晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)似，有關(guān)它們?nèi)埸c(diǎn)差別較大的原因敘述不正確的是()A.氧化鈣晶體中陰、陽(yáng)離子所帶的電荷數(shù)多