高中化学第三章第四节离子晶体讲义含解析新人教版选修3

离子晶体1.了解离子晶体的结构特点。

2.能根据离子晶体的结构特点解释其物理性质。

3.了解晶格能的定义及应用。

细读教材记主干1．什么是离子键？其成键微粒有哪些？提示：带相反电荷离子之间的相互作用叫作离子键，其成键微粒是阴、阳离子。

2．由离子键构成的化合物叫离子化合物；离子化合物一定含离子键，可能含共价键，含离子键的化合物一定是离子化合物。

3．离子晶体是由阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体。

决定离子晶体结构的重要因素有：几何因素(正负离子的半径比)，电荷因素(正负离子的电荷比)，键性因素(离子键的纯粹程度)。

4．离子晶体硬度较大，难以压缩，具有较高的熔点和沸点，固体不导电，溶于水或在熔融状态下可以导电。

[新知探究]1．概念由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。

(1)构成粒子：阳离子和阴离子。

(2)作用力：离子键。

2．决定晶体结构的因素3．离子晶体的性质4.1．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NH 4NO 3晶体。

(2)离子晶体的熔点不一定低于原子晶体，如MgO 的熔点(2 800 ℃)高于SiO 2的熔点(1 600 ℃)。

(3)离子晶体中除含离子键外不一定不含其他化学键，如CH 3COONH 4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AlCl 3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CuSO 4·5H 2O 晶体。

2．四种晶体结构和性质的比较[对点演练]1．(2016·邢台高二检测)CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示)，但CaC2晶体中由于哑铃形C2－2的存在，使晶胞沿一个方向拉长。

下列关于CaC2晶体的说法中正确的是( )A．1个Ca2＋周围距离最近且等距离的C2－2数目为6B．该晶体中的阴离子与F2是等电子体C．6.4 g CaC2晶体中含阴离子0.1 molD．与每个Ca2＋距离相等且最近的Ca2＋共有12个解析：选C 依据晶胞示意图可以看出，晶胞的一个平面的长与宽不相等，再由图中体心可知1个Ca2＋周围距离最近的C2－2有4个，而不是6个，故A错误；C2－2含电子数为2×6＋2＝14，F2的电子数为18，二者电子数不同，不是等电子体，故B错误；6.4 g CaC2为0.1 mol，CaC2晶体中含阴离子为C2－2，则含阴离子0.1 mol，故C正确；晶胞的一个平面的长与宽不相等，与每个Ca 2＋距离相等且最近的Ca 2＋应为4个，故D 错误。

2．NaCl 晶体模型如图所示：(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 ．它是六方紧密堆积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⎝ ⎛⎭⎪⎫14×12＝3，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⎝ ⎛⎭⎪⎫18×8＝1，6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⎝ ⎛⎭⎪⎫12×6＝3，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，相邻的正负离子核间距不等于正负离子半径之和，B 错误，氯化铯晶体结构呈体心立体堆积，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。

答案：(1)6 6 4 4 12 (2)D[新知探究]1．概念气态离子形成1 mol 离子晶体释放的能量，通常取正值，单位为 kJ/mol 。

2．影响因素3．晶格能对离子晶体性质的影响晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。

[对点演练]3．(2016·潮州高二检测)离子晶体稳定性取决于晶体中晶格能的大小。

判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体稳定性由高到低的顺序是( )A．KCl＞NaCl＞BaO＞CaOB．NaCl＞KCl＞CaO＞BaOC．CaO＞BaO＞NaCl＞KClD．CaO＞BaO＞KCl＞NaCl解析：选C 离子晶体的离子半径越小，晶格能越大，则晶体的稳定性越高，离子半径Na＋＜K＋，稳定性NaCl＞KCl，离子半径Ca2＋＜Ba2＋，稳定性CaO＞BaO；离子所带电荷数越多，晶格能越大，则晶体的稳定性越高，离子电荷数Na＋＝Cl－＜O2－＝Ba2＋，有稳定性BaO ＞NaCl，稳定性由高到低的顺序是CaO＞BaO＞NaCl＞KCl，故选C。

4．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>AlF3B．晶格能：NaF>NaCl>NaBrC．阴离子的配位数：CsCl>NaCl>CaF2D．硬度：MgO>CaO>BaO解析：选A 掌握好离子半径的大小变化规律是分析离子晶体性质的一个关键点。

由于r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)，且Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷依次增大，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－)<r(Cl－)<r(Br－)，故NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小。

在CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4。

r(Mg2＋)<r(Ca2＋)<r(Ba2＋)，故MgO、CaO、BaO中离子键依次减弱，晶格能依次减小，硬度依次减小。

1．(2016·黄石高二检测)下列叙述正确的是( )A．离子晶体中，只存在离子键，不可能存在其他化学键B．氧族元素(O、S、Se、Te)的氢化物的沸点依次升高C．NaHSO4、Na2O2晶体中的阴阳离子个数比均为1∶1D．晶体的硬度：金刚石>碳化硅>石英解析：选D 离子晶体中一定含有离子键，也可能存在共价键，如KOH，故A错误；氧族元素的氢化物都是分子晶体，其溶沸点的高低取决于分子间作用力，水分子之间存在氢键使得其溶沸点特别高，所以水的沸点最高，故B错误；硫酸氢钠、过氧化钠中其阴离子分别是HSO－4、O2－2，其阳离子都是钠离子，所以NaHSO4中阴阳离子个数比是1∶1，Na2O2晶体中的阴阳离子个数比为1∶2，故C 错误；这几种晶体都是原子晶体，且键长Si －Si ＞C －Si ＞C －C ，所以键能Si －Si ＜C －Si ＜C －C ，熔点金刚石＞碳化硅＞单晶硅，故D 正确。

2．(2016·蚌埠高二检测)离子键、共价键、金属键、范德华力都是微粒之间的不同作用力，下列物质：①Na 2O 2 ②SiO 2 ③氦气 ④金刚石 ⑤NH 4Cl ⑥白磷 含有上述任意两种作用力的是( )A ．①②④ B．①③⑥ C．①⑤⑥ D．③④⑤解析：选C ①Na 2O 2含有离子键和共价键；②SiO 2只含有共价键；③氦气只含有范德华力；④金刚石中只含有共价键；⑤NH 4Cl 含有离子键和共价键；⑥白磷含有共价键和范德华力。

3．(2016·绵阳高二检测)如图是NaCl 、CsCl 、ZnS 等离子晶体结构图或是从其中分割出来的部分结构图。

试判断属于NaCl 的晶体结构的图像为( )A B C D解析：选B 因NaCl 属于立方晶体，每个钠离子周围有6个氯离子，选项中只有B 将黑球表示钠离子，白球表示氯离子，钠离子周围有6个氯离子，即B 属于NaCl 的晶体结构。

4．下列各组物质中，按熔点由低到高排列正确的是( ) A ．O 2、I 2、Hg B ．Si 、SiC 、金刚石 C ．H 2O 、H 2S 、H 2Se D ．NaCl 、KCl 、CsCl解析：选B A 项，Hg 的熔点比I 2低；B 项，Si 的原子半径大于C 的原子半径，错误；B 项，键能：C —C ＞C —Si ＞Si —Si ，熔点Si ＜SiC ＜金刚石，正确；C 项，H 2O 分子间有氢键，沸点最高，错误；D 项，Na ＋、K ＋、Cs ＋的半径依次增大，晶格能逐渐减小，熔点逐渐降低，错误。

5．(2016·汪清高二检测)高温下超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。

如图所示为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)，则下列说法中正确的是( )A ．超氧化钾的化学式为KO 2，每个晶胞含有4个K ＋和4个O －2 B ．晶体中每个K ＋周围有8个O －2，每个O －2周围有8个K ＋C ．晶体中与每个K ＋距离最近的K ＋有8个 D ．晶体中，0价氧与－2价氧的数目比为2∶1解析：选A 在超氧化钾晶体中含有K ＋个数是：8×18＋6×12＝4，含有O －2原子个数是：12×14＋1＝4，因此超氧化钾的化学式为KO 2，每个晶胞含有4个K ＋和4个O －2；在晶体中每个K ＋周围有6个O －2，每个O －2周围有6个K ＋；晶体中与每个K ＋距离最近的K ＋有(3×8)÷2＝12个；晶胞中，K ＋和O －2都是4个，所以含有8个O 原子，根据电荷相等可知 －2价氧是2个，0价氧是6个，所以0价氧与 －2价氧的数目比为6∶2＝3∶1。

6．在离子晶体中，阴、阳离子按一定规律在空间排列，如图1就是NaCl 的晶体结构。

在离子晶体中，阴、阳离子具有或接近具有球对称的电子云，它们可以被看成是不等径的刚性圆球，并彼此相切，如图2所示。

离子键的键长是相邻阴、阳离子的半径之和，如图3所示。

已知a 为常数。

图1 图2 图3 试回答下列问题：(1)在NaCl 晶体中，每个Na ＋同时吸引________个Cl －，而Na ＋数目与Cl －数目之比为________。