3.3.2 离子晶体 课件2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第四节 离子晶体 第三章 晶体结构和性质 第二课时 离子晶体 离子键 概念： 成键微粒： 成键实质： 成键元素一般指： 活泼金属（ⅠA、ⅡA）和活泼非金属（ⅥA、ⅦA） 离子化 合物 概念： 常见类型 绝大多数盐（包括铵盐）：KCl 、[NH4]2SO4等 所有强碱：NaOH、KOH等 活泼金属氧化物、过氧化物、氢化物：Na2O、 CaO 、Na2O2、NaH等 【复习回顾】 带相反电荷离子间的相互作用叫～。 阴、阳离子（一般金属与非金属电负性之差>1.7) 静电作用（吸引、排斥） 含有离子键的化合物。 一：离子键 离子键的实质： 离子键的特征： 影响因素： 是静电作用。 没有方向性和饱和性。 因此，以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子，从而达到稳定的目的。 一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小， 离子键越强。 P87-88 胆矾 萤石 重晶石 烧碱 CuSO4·5H2O CaF2 BaSO4 NaOH 二、离子晶体 什么是离子晶体呢？ 4 1.离子晶体 强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物、大多数盐 →常见的离子晶体 →离子晶体无单个分子存在；如NaCl不表示分子式 二、离子晶体 :阴、阳离子通过离子键结合、在空间呈现规则几何外形的晶体。 均为离子化合物 NaCl晶胞 NaCl晶体 活泼碳化物(CaC2)及氮化物(Mg3N2)等 无分子式，化学式表示离子最简整数比。 离子内可能含有共价键，如 NaOH 5 胆矾CuSO4·5H2O 萤石CaF2 重晶石BaSO4 烧碱NaOH 实际上，大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子，有的还存在电中性分子（如H2O、NH3）。例如CuSO4·5H2O、 Cu（NH3）4SO4·H2O等，在这些晶体中还存在共价键、氢键等。 晶体中也存在范德华力，只是当能量份额很低时不提及。 【思考与讨论】 CaCO3 、(NH4)2SO4 、CuSO4·5H2O、 Cu(NH3)4SO4·H2O观察以上离子晶体中都含有哪些微观粒子？晶体内部存在哪些类型的化学键？ 离子晶体 阴、阳离子 (单原子或多原子) 电中性分子 构成微粒 离子键、共价键 氢键、范德华力 作用力 注意：贯穿整个晶体的主要作用力仍是阴、阳离子之间的作用力。 离子晶体 ①阴、阳离子 (单原子或多原子) ②电中性分子 构成微粒 离子键 共价键 氢键 范德华力 作用力 小结概括 板书 离子晶体 定义： 成键粒子： 粒子间作用： 常见离子晶体：绝大多数盐、所有强碱、活泼金属氧化物 由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体 阴、阳离子 离子键 离子键 特征：没有饱和性、方向性 影响因素 阳离子半径--越小 离子所带电荷数---越多 离子键越强 离子晶体的性质 1、熔沸点较高，硬度较大。 一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。 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、沸点和较大的硬度。 2、溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如H2O），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯等），遵循“相似相溶”规律。 3、难挥发难压缩 离子晶体的性质 ：离子晶体的硬度较大，难于压缩。 阴阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，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。 发生滑动 施加外力 阳离子 阴离子 同种电荷相互排斥，使晶面裂开 4.离子晶体不导电，水溶液或熔融状态能导电 熔融或水溶液的NaCl 离子键较强 离子不能自由移动 离子键被破坏 离子能自由移动 注：判断离子晶体，可根据其熔融状态能否导电进行 阴、阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大。 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。 宝石，主要成分Al2O3 坚硬，但易碎。 13 ④大多数离子晶体易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂 当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了离子间的作用而电离，变成在水中自由移动的离子。 ⑤离子晶体无延展性 离子晶体中阴阳离子交替出现，层与层之间如果出现滑动，同性离子相邻而使斥力增大，导致不稳定。 板书 离子晶体 定义： 成键粒子： 粒子间作用： 常见离子晶体：绝大多数盐、所有强碱、活泼金属氧化物 由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体 阴、阳离子 离子键 物性 熔沸点较高，硬度较大 溶解性：相似相溶 难挥发难压缩 晶体不导电，水溶液或熔融状态下导电 离子键 1.据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序是 A.KCl＞NaCl＞BaO＞CaO B.NaCl＞KCl＞CaO＞BaO C.CaO＞BaO＞KCl＞NaCl D.CaO＞BaO＞NaCl＞KCl D Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ →晶胞不是孤立的，还向空间延伸。 晶胞是从无限结构中剥离的一个重复单元 ! 晶胞 二、离子晶体 3.常见离子晶体的结构 ①NaCl晶体 NaCl晶胞 Na+：体心和棱中点 Cl-：面心和顶点 或者反之;交错排列 二、离子晶体 3.常见离子晶体的结构 Cl− Na+ (1)每个晶胞含Na+、Cl-的个数： Cl-: 8× +6× =4(个) 1 8 1 2 Na+: 1 4 12× +1=4(个) 化学式：“NaCl” 晶胞中各离子的位置分布？ Cl− Na+ (2)配位数 →每个Na＋周围与之最接近且距离相等的Cl－有____个。 6 NaCl晶胞 二、离子晶体 3.常见离子晶体的结构 指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目 (2)配位数 →每个Na＋周围与之最接近且距离相等的Cl－有____个。 NaCl晶胞 二、离子晶体 3.常见离子晶体的结构 指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目 →每个Cl－周围与之最接近且距离相等的Na＋有____个。 6 →6个Na+连线形成的空间几何构型是__________。 正八面体 Na+的配位数： Cl- 的配位数： 6 6 6 Cl－ Na＋ NaCl晶胞 二、离子晶体 3.常见离子晶体的结构 (3) Na+周围最近的Na+数： Cl-周围最近的Cl-数： 12 12 Cl－ Na＋ 小结NaCl的微观结构特征 (1)每个NaCl晶胞含4个Na+、4个Cl- (2)Na+的配位数： Cl- 的配位数： 6 6 (3) Na+周围最近的Na+数： Cl-周围最近的Cl-数： 12 12 每个Na＋周围与之最接近且距离相等的Cl－有6个， Na＋有12个。 每个Cl－周围与之最接近且距离相等的Na＋有6个， Cl－有12个。 NaCl型还有LiF、LiCl、NaF、NaBr、CaO、MgO 每个Na＋周围与之最接近且距离相等的Cl－有6个，Na＋有12个。 每个Cl－周围与之最接近且距离相等的Na＋有6个，Cl－有12个。 22 八面体空隙填入正离子 小结NaCl的微观结构特征 面心立方 最密堆积 CsCl晶胞 二、离子晶体 3.常见离子晶体的结构 Cl- Cs+ (1) 粒子位置 Cl- Cs+ CsCl晶胞 二、离子晶体 3.常见离子晶体的结构 (1) 粒子位置 Cl-位于顶点 Cs+位于体心 或者反之;交错排列 Cl- Cs+ Cl- Cs+ CsCl晶胞 二、离子晶体 3.常见离子晶体的结构 Cl- Cs+ (1) 粒子位置 Cl-位于顶点 Cs+位于体心 (2)每个晶胞含Cs+ 、 Cl-的个数： Cl-: Cs+: 1个 1 8 8× =1(个) 或者反之;交错排列 “CsCl”仅表示物质组成，不表示分子式 Cl- Cs+ →8个离子所围成的的空间几何构型是__________。 CsCl晶胞 二、离子晶体 3.常见离子晶体的结构 Cl- Cs+ (3)配位数 每个Cs+同时吸引着 个Cl− 每个Cl−同时吸引着 个Cs+ 8 8 正六面体 (立方体) Cl- Cs+ 1 2 4 3 7 6 5 以Cs+在晶胞的顶点为例 8 CsCl晶胞 二、离子晶体 3.常见离子晶体的结构 (4)Cs+周围最近的Cs+数： Cl-周围最近的Cl-数： 6 6 →6个离子连线形成的空间几何构型是__________。 正八面体 小结CsCl的微观结构特征 (1)每个CsCl晶胞含1个Cs+、1个Cl- (2)Cs+的配位数： Cl- 的配位数： 8 8 (3) Cs+周围最近的Cs+数： Cl-周围最近的Cl-数： 6 6 Cl- Cs+ 每个Cs＋周围与之最接近且距离相等的Cl－有8个，Cs＋有6个。 每个Cl－周围与之最接近且距离相等的Cs＋有8个，Cl－有6个。 Cl- Cs+ 每个Cs＋周围与之最接近且距离相等的Cl－有8个，Cs＋有6个。 每个Cl－周围与之最接近且距离相等的Cs＋有8个，Cl－有6个。 29 1. 粒子位置： 2. 晶胞中的离子数： 3. Ca2+、F-离子配位数比： CaF2晶胞 Ca2+位于顶点和面心 F-位于立方体内 Ca2+ F- 个Ca2+， 个F- Ca2+ F- F- 配位数： 配位多面体： 8 : 4 Ca2+配位数： 配位多面体： 8 立方体 迁移应用 认识晶胞 4 8 8× +6× =4(个) 1 8 1 2 Ca2+: 正四面体 4 S2-周围最近的S2-数______ (3)晶胞中含有的离子数：Zn2+___; S2- ___ (4)Zn2+配位数___ ;S2-配位数__ (1)粒子位置：Zn2+_____；S2- . 或者反之。 体内 顶点、面心 4 4 4 4 (2)晶体堆积方式：可类比金刚石的晶胞 S2-成面心立方密堆积， 内部4个Zn2+交错排列在4个小立方体的中心。 (5)若晶胞边长为a,最近阴阳离子间距为: . ZnS晶胞 迁移应用 认识晶胞 (体对角线的1/4) (6)Zn2+周围最近的Zn2+数____ 12 12 【思考】CaF2晶胞与ZnS晶胞类似，为什么CaF2晶胞Ca2＋的配位数为8个， 【提示】F－与Ca2＋电荷比为1：2，而ZnS中，S2－与Zn2＋电荷比为1：1 CaF2型晶胞 晶体中正负离子的电荷相同，配位数就相同， 晶体中正负离子的电荷数不同，配位数就不相同。 思考与讨论 而ZnS 晶胞中Zn2＋配位数为4? 【注意】阴阳离子电荷比=阴阳离子配位数比=阴阳离子数目反比 32 各类型离子晶体晶胞的比较 晶体类型 晶胞类型 晶胞结构示意图 配位数 距离最近且相等的同种离子 每个晶胞含有离子数 实例 NaCl型 AB CsCl型 ZnS型 AB2 CaF2型 Na+：6 Cl-：6 Cs+：8 Cl-：8 Zn2+：4 S2-：4 Ca2+：8 F-：4 Na+：12 Cl-：12 Cs+：6 Cl-：6 Na+：4 Cl-：4 Cs+：1 Cl-：1 Zn2+：4 S2-：4 Ca2+：4 F-：8 碱金属的卤化物（除Cs）、银的卤化物（除AgI）、碱土金属（ⅡA)氧化物（除BeO）、硫化物（除ZnS)、硒化物 ZnS、AgI、BeO等 Cs的卤化物（除氟化物） ThO2、UO2、CeO2、 BaF2、PbF2、SrF2等 归纳小结 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 课堂小结 离子液体 离子晶体的熔点，有的很高，如CaO的熔点为2613 ℃， 有的较低，如NH4NO3、Ca(H2PO4)2的熔点分别为170℃、109℃。 P88 科学•技术•社会 到20世纪90年代，随着室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物的优异性质不断被开发利用，才意识到它们的巨大价值，并将它们定义为离子液体。 早在1914年就有人发现，引入有机基团可降低离子化合物的熔点， 如C2H5NH3NO3的熔点只有12℃，比NH4NO3低了158℃! 应用：作溶剂。用作电化学研究的电解质、有机合成的溶剂和催化剂等 离子液体：室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物 成分：常见的阴离子如四氯铝酸根（ AlCl4-)、六氟磷酸根（ PF6-)、四氟硼酸根（ BF4- ）等，常见的阳离子如季铵离子( R4N+ ，即 NH4+的 H 被烃基 R 取代）、带烃基侧链的咪唑、嘧啶等有环状含氮结构的有机胺正离子等。 性质：难挥发、有良好的导电性。 离子液体 P88 科学•技术•社会 形成离子液体的阴、阳离子半径较大，离子间的作用力较弱。 四类晶体的结构和性质对比 晶体类型 共价晶体 分子晶体 金属晶体 离子晶体 构成粒子 原子 分子 金属阳离子和自由电子 阳离子和阴离子 相互作用 共价键 范德华力 金属键 离子键 熔、沸点 高 低 一般较高、部分较低 熔沸点较高 硬度 高硬度 硬度较小 一般较高，部分较低 硬而脆 延展性 不良 不良 良好 不良 导电性 差 差 良好 固态不导电．熔化状态和溶液导电 典型实例 金刚石 冰、干冰 Nａ、Fｅ等 NaOH、NaCl 【规律方法】判断晶体类型的方法 ④金属单质或合金在固态时大多为金属晶体。 ③有很高的熔、沸点，硬度大，并且难溶于水的物质大多为共价晶体， 如晶体硅、二氧化硅、金刚石等。 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。 ①在常温下呈气态或液态或易升华的物质， 其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。如H2O、H2、稀有气体等。 一般是根据物质的物理性质： 比较不同晶体熔、沸点的基本思路 首先看物质的状态，一般情况下是固体>液体>气体； 再看物质所属类型，一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体 (注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅) 金属晶体→金属键强弱→金属阳离子所带电荷、离子半径。 结构类型相同时再根据相应规律进行判断: 共价晶体→共价键键能→键长→原子半径； 分子晶体→分子间作用力→相对分子质量； 离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径； 分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型。 (1)碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电：________。 (2)AlBr3，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电：________。 (3)VF5，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等：______。 (4)KBr，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电：________。 (5)SiI4：熔点120.5 ℃，沸点287.4 ℃，易水解：________。 (6)硼：熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大：________。 (7)硒：熔点217 ℃，沸点685 ℃，溶于氯仿：________。 (8)锑：熔点630.74 ℃，沸点1 750 ℃，导电：________。 共价晶体 分子晶体 分子晶体 离子晶体 分子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 对点训练 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/cm3 A 2．下列物质中属于含有非极性键的离子晶体的是(　 　) ①氢氧化钾　②过氧化钠　③金刚石　④乙醇　⑤碳化钙 A．①②③⑤　　　 B．②⑤ C．①③④⑤ D．①②⑤ B 3.自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2是离子晶体的实验是 A.CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱 B.CaF2的熔、沸点较高，硬度较大 C.CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电 D.CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小 C 4、下列物质中，含有极性共价键的离子晶体是（ ） A、NaCl　　　　　 B、Na2O C、Na2O2　　　　　 D、NaOH 5、下列各物质的晶体中，晶体类型相同的是（ ） A、CO2和SiO2 B、NaCl和HCl C、CO2和CS2 D、CCl4和MgCl2 D C 6.如图所示是从NaCl或CsCl的晶胞结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶胞中分割出来的结构图是 A.图(1)和(3) B.图(2)和(3) C.图(1)和(4) D.只有图(4) C 解析　NaCl晶体中，每个Na＋周围最邻近的Cl－有6个，构成正八面体，同理，每个Cl－周围最邻近的6个Na＋也构成正八面体 7.北京大学和中国科学院的化学工作者已成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60，实验测知该物质属于离子化合物，具有良好的超导性。下列有关分析正确的是 A.K3C60中只有离子键 B.K3C60中不含共价键 C.该晶体在熔融状态下能导电 D.C60与12C互为同素异形体 C 解析：首先判断球碳盐K3C60中，在K与C之间有离子键。而60个C之间为共价键。所以该晶体在熔融状态下能电离出K＋，所以能导电 EV录屏3.8.4软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$