专题3 第2单元 离子键 离子晶体-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（苏教版2019）

化学　选择性必修2[SJ] 第二单元　离子键　离子晶体 1.能结合实例描述离子键的成键特征及其本质，能根据晶格能大小解释和预测同类型离子化合物的某些性质。2.能描述常见类型的离子化合物的晶体结构。3.能运用模型和有关理论解释不同类型离子化合物的晶胞构成。 一　离子键 1．形成过程 在离子化合物中，阴、阳离子之间的静电引力使阴、阳离子相互吸引，而阴、阳离子的核外电子之间，阴、阳离子的原子核之间的静电斥力使阴、阳离子相互排斥。当阴、阳离子之间的静电引力和静电斥力达到平衡时，阴、阳离子保持一定的平衡核间距，形成稳定的离子键，整个体系达到能量最低状态。 2．特征 二　离子晶体 1．定义：由阴、阳离子按一定方式有规则地排列形成的晶体。 2．晶格能(U) 3．常见的两种离子晶体结构类型 氯化钠型 氯化铯型 晶胞结构示意图 每个离子周围异电性离子数目　　　 6 8 每个晶胞的组成 4个Na＋和4个Cl－ 1个Cs＋和1个Cl－ 相应离子晶体 KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO、CaS等 CsBr、CsI、NH4Cl等 4.离子晶体中不同离子周围异电性离子数目的多少主要取决于阴、阳离子的相对大小。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)活泼金属元素与活泼非金属元素之间一定形成离子键。(　　) (2)含有阳离子的晶体一定是离子晶体。(　　) (3)离子晶体有固定的配位数，说明离子键有饱和性。(　　) (4)金属晶体与离子晶体的导电原理相同。(　　) (5)晶格能是指破坏1 mol离子键所吸收的能量。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)× 2．下列物质属于离子晶体的是(　　) A．H2SO4 B．NH3 C．CO2 D．KOH 答案：D 3．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0.97 g·cm－3 答案：A 4．下列关于离子键的说法中错误的是(　　) A．离子键没有方向性和饱和性 B．非金属元素组成的物质也可以含离子键 C．形成离子键时离子间的静电作用包括静电吸引和静电排斥 D．因为离子键无饱和性，故一种离子周围可以吸引任意多个带异性电荷的离子 答案：D 解析：离子键无饱和性，一种离子周围可以尽可能多地吸引带异性电荷的离子，但也不是任意的，因为这个数目还要受两种离子的半径比(即空间条件是否允许)的影响。 5．如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是(　　) A．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体 B．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同 C．NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8 D．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同 答案：D 解析：NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体，阴、阳离子个数之比都为1∶1，则都属于AB型的离子晶体，A、B正确；结合题图可知，NaCl中钠离子的配位数为6，CsCl中铯离子的配位数为8，C正确；NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，但钠离子半径小于铯离子半径，则NaCl的阳离子与阴离子的半径比小于CsCl的，D错误。 知识点一　离子晶体的结构 常见离子晶体的结构 (1)NaCl型晶体结构模型(图1) ①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＋，故Na＋、Cl－的配位数均为6。 ②每个Na＋周围与它最近且等距的Na＋有12个，每个Cl－周围与它最近且等距的Cl－亦有12个。 (2)CsCl型晶体结构模型(图2) ①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＋，故Cs＋、Cl－的配位数均为8。 ②每个Cs＋与6个Cs＋等距离相邻，每个Cl－与6个Cl－等距离相邻。 (3)CaF2型晶体结构模型(图3) CaF2晶体中每个Ca2＋周围同时吸引着8个F－，每个F－周围同时吸引着4个Ca2＋，故Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4。 离子晶体中不存在分子，化学式仅表示晶体中阴、阳离子个数比的最简式。如在NaCl、CsCl和ZnS晶体中，都不存在单个的NaCl、CsCl和ZnS分子。在这几种晶体中，阴、阳离子的个数比都是1∶1。而Na2O2的阴离子为O，阳离子为Na＋，故晶体中阴、阳离子的个数比为1∶2，而不是1∶1。 1．下面有关晶体的叙述中，不正确的是(　　) A．氟化钙晶体中，每个Ca2＋周围紧邻且距离相等的F－共有8个 B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围紧邻且距离相等的Na＋共有6个 C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－ D．平均每个氯化钠晶胞中有4个Na＋、4个Cl－ 答案：B 解析：CaF2——每个Ca2＋紧邻8个F－，每个F－紧邻4个Ca2＋；NaCl——每个Na＋紧邻6个Cl－，每个Cl－紧邻6个Na＋，每个Na＋与12个Na＋等距离相邻，在每个NaCl晶胞中有4个Na＋、4个Cl－；氯化铯——每个Cs＋紧邻8个Cl－，每个Cl－紧邻8个Cs＋。 2．在离子晶体中，阴、阳离子按一定的规律进行排列，如图是NaCl的晶胞结构。在离子晶体中，阴、阳离子可以看作是不等径的刚性圆球，并彼此相切，晶胞边长为a。 (1)在NaCl晶体中，每个Na＋同时吸引________个Cl－；而Na＋与Cl－的数目之比为________。 (2)Na＋半径与Cl－半径之比为________(已知≈1.414)。 (3)若a＝5.6×10－8 cm，NaCl晶体的密度为________(已知5.63≈175.6)。 答案：(1)6　1∶1　(2)0.414∶1　(3)2.2 g·cm－3 解析：(1)观察晶胞的结构可知，每个Na＋同时吸引6个Cl－；在每个晶胞中含Na＋的个数为4，含Cl－的个数也为4，即Na＋与Cl－的数目之比为1∶1。 (2)因为r(Cl－)>r(Na＋)，则r(Cl－)＝，2r(Na＋)＝a－2r(Cl－)＝a－2×，r(Na＋)＝，r(Na＋)∶r(Cl－)＝∶＝(－1)∶1＝0.414∶1。 (3)由NaCl晶体结构分析，每个晶胞中含有4个Na＋和4个Cl－，则ρV＝，ρ＝ g·cm－3≈2.2 g·cm－3。 知识点二　晶格能与离子晶体的性质 1．晶格能 (1)晶格能的作用 ①晶格能是最能反映离子晶体稳定性的参数，晶格能是离子晶体中离子间结合力大小的一个量度，晶格能越大，表明阴离子与阳离子结合力越强，离子键越牢固，晶体越稳定，破坏其晶体耗能越多，而且熔点越高，硬度越大。 BaO SrO CaO 核间距/10－12 m 277 257 240 晶格能/kJ·mol－1 3054 3223 3401 熔点/K 1918 2430 2614 摩氏硬度 3.3 3.5 4.5 ②晶格能与岩浆晶出规则：岩浆晶出的次序与晶格能的大小有关。一般地，晶格能高的矿物先晶出，晶格能小的矿物后晶出，即晶格能越大，岩浆中的矿物越易结晶析出。 (2)影响晶格能大小的因素 晶格能与离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比，即晶格能∝。离子所带电荷数越大，核间距越小，晶格能越大，而离子的核间距与离子半径的大小有关，阳离子或阴离子半径越小，离子的核间距就越小，则晶格能越大。 2．离子晶体的性质 (1)离子晶体具有较高的熔、沸点 离子晶体中，阴、阳离子之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。 (2)离子晶体硬而脆 离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，离子晶体表现出较大的硬度。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)离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电 离子晶体中，离子键较强，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，形成了自由移动的离子，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电。离子化合物溶于水时，电离出的阴、阳离子在外加电场作用下定向移动而导电。 (4)大多数离子晶体易溶于水，难溶于汽油、苯、CCl4等。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，使晶体中的离子克服离子间的作用而离开晶体，成为水中自由移动的离子。 3．离子晶体的判断 (1)从晶体性质判断。 (2)从物质类别判断。 大多数碱、盐、金属氧化物都为离子晶体。 3．下列性质中，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是(　　) A．具有较高的熔点 B．固态不导电，水溶液能导电 C．可溶于水 D．固态不导电，熔融状态能导电 答案：D 解析：A项，有些金属晶体熔点也较高；B项，有些共价化合物如HCl的水溶液也能导电；C项，有些共价化合物也溶于水；D项，离子晶体在固态时不导电，在熔融状态时可导电。 4．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： A组物质 NaCl KCl CsCl 熔点(K) 1074 1049 918 B组物质 Na Mg Al 熔点(K) 371 923 933 晶体熔、沸点的高低，决定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，微粒之间的作用力由大到小的顺序是____________________。B组晶体属________晶体，外围电子数由少到多的顺序是__________，离子半径由大到小的顺序是________________，金属键强度由小到大的顺序为__________________。 答案：离子　离子键　NaCl>KCl>CsCl　金属　Na<Mg<Al　Na＋>Mg2＋>Al3＋　Na<Mg<Al 解析：A组中NaCl、KCl、CsCl为同一主族的卤化物且为离子晶体，故熔点与离子键的强弱有关，离子键越弱，熔点越低；而B组中Na、Mg、Al是金属晶体且外围电子数依次增多，离子半径逐渐减小，因此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。 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ ★ ★ ★★★ ★★ 对点 离子键、离子晶 体熔点高低的 比较 离子键强弱的 比较 离子晶体的构成 晶格能 离子晶体的结构 晶格能 核外电子排布、晶胞微粒个数的计算 晶胞的有关计算 晶胞的有关计算 晶胞的有关计算 粒子的配位数、晶体中微粒数目的计算 离子晶体熔点高低的比 较、晶胞的有 关计算 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列有关离子键和离子晶体的叙述正确的是(　　) A．阴、阳离子通过静电引力形成了离子键 B．非金属元素之间不能形成离子晶体 C．MgO熔点比KCl熔点高 D．离子键无方向性，但有饱和性 答案：C 解析：离子键包括阴、阳离子间的引力和斥力，A错误；铵盐为离子晶体，但形成铵盐的元素均为非金属元素，B错误；MgO中Mg2＋半径比K＋小，O2－半径比Cl－小，且MgO中阴、阳离子所带电荷数比KCl中阴、阳离子所带电荷数多，故MgO熔点比KCl熔点高，C正确；离子键既无方向性，也无饱和性，D错误。 2．离子键的强弱主要决定于离子的半径和离子所带电荷数。一般规律是离子半径越小，离子所带电荷数越多，则离子键越强。K2O、MgO、CaO三种物质中离子键由强到弱的顺序是(　　) A．K2O、MgO、CaO B．MgO、K2O、CaO C．MgO、CaO、K2O D．CaO、MgO、K2O 答案：C 解析：离子半径：K＋>Ca2＋>Mg2＋，离子所带电荷数：Ca2＋＝Mg2＋>K＋，所以离子键由强到弱的顺序为MgO、CaO、K2O。 3．下列关于离子晶体的说法正确的是(　　) ①离子晶体的组成微粒是阴、阳离子　②离子晶体中微粒间的作用力是离子键　③离子晶体中微粒间只存在异性电荷的相互吸引　④离子晶体中只存在离子键，且构成离子晶体的离子都是单原子离子 A．①② B．①③ C．②③ D．③④ 答案：A 解析：离子晶体是阴、阳离子通过离子键结合，在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体，①②正确；离子之间的静电作用包括异性电荷之间的相互吸引和同性电荷之间的相互排斥，③错误；形成离子晶体的离子可能是原子团，如NH、NO等，组成原子团的原子间存在共价键，④错误。 4．已知金属钠与两种卤族元素形成的化合物Q、P，它们的晶格能分别为923 kJ·mol－1、786 kJ·mol－1，下列有关说法不正确的是(　　) A．Q的熔点比P的高 B．若P是NaCl，则Q一定是NaF C．Q中成键离子核间距比P的小 D．若P是NaCl，则Q可能是NaBr 答案：D 解析：Q的晶格能大于P的晶格能，故Q的熔点比P的高，A正确；因F－的半径比Cl－的小，其他卤素离子的半径比Cl－的大，只有NaF的晶格能大于NaCl的晶格能，B正确，D错误；因Q、P中阳离子均为Na＋，阴离子所带电荷数相同，故晶格能的差异是由成键离子核间距决定的，晶格能越大，表明核间距越小，C正确。 5．如图是NaCl晶体的一个晶胞的结构模型。KO2的晶体结构与NaCl相似，KO2可以看作是Na＋的位置用K＋代替，Cl－的位置用O代替，则下列对于KO2晶体结构的描述不正确的是(　　) A．与K＋距离相等且最近的O共有6个 B．与K＋距离相等且最近的O构成的多面体是正八面体 C．与K＋距离相等且最近的K＋有8个 D．一个KO2晶胞中的K＋和O粒子数均为4个 答案：C 解析：与K＋距离相等且最近的K＋有12个。 6．碱金属卤化物是典型的离子晶体，它的晶格能与成正比(d0是晶体中最邻近的异电性离子的核间距)。下面说法错误的是(　　) 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 答案：D 解析：表中晶格能最小的是碘化物，因还原性：F－<Cl－<Br－<I－，可知D错误。 7．元素X的＋1价离子X＋核外有三个电子层，且每个电子层上排有2n2(n为电子层序数)个电子，它与N3－形成的晶体的晶胞结构如图所示。下列说法错误的是(　　) A．X元素的原子序数为29 B．X的单质晶体具有良好的导电性、导热性和延展性 C．图中的白球代表X＋ D．该晶体中阴、阳离子个数比为1∶3 答案：C 解析：A项，X＋的K、L、M电子层上依次排有2、8、18个电子，故X的原子序数为29，正确；B项，由X的原子序数可知，X为Cu，Cu属于金属晶体，其具有良好的导电性、导热性和延展性，正确；C项，Cu＋与N3－形成的化合物为Cu3N，利用均摊法可确定题图中灰球的个数为12×＝3，白球的个数为8×＝1，故图中的灰球代表Cu＋，错误；D项，Cu3N中阴、阳离子个数比为1∶3，正确。 8．请回忆NaCl晶体结构，已知NaCl的密度为ρ g·cm－3，其摩尔质量为M g·mol－1，阿伏加德罗常数为NA，则在NaCl晶体里Na＋和Cl－的间距大约是(　　) A． cm B． cm C． cm D． cm 答案：B 解析：已知一个晶胞中有4个NaCl，且NaCl晶体中Na＋与Cl－的间距的2倍正好是晶胞的边长。设边长为a，故有×NA＝4。解得a＝ cm，则＝ cm。 9．(2024·江西省高三联合考试)钙钛矿太阳能电池是当前世界上最有前途的薄膜光伏技术之一，(CH3NH3)PbI3(相对分子质量为620)是主要的有机－无机杂化钙钛矿材料，其晶胞结构如图1所示，A为有机阳离子，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　) A．C、N、I、Pb均属于p区元素 B．I基态原子的简化电子排布式为[Kr]5s25p5 C．若沿z轴向xy平面投影，则其投影图如图2所示 D．该晶体的密度为 g·cm－3 答案：B 解析：C、N、I、Pb属于p区元素，A正确；I基态原子的简化电子排布式为[Kr]4d105s25p5，B错误；若沿z轴向xy平面投影，则上、下面心和体心处粒子重合，其投影图为，C正确；A有8个在顶点，个数为8×＝1，B位于体心，个数为1，C位于面心，个数为6×＝3，结合题干信息可知A为CH3NH，B为Pb2＋，C为I－，晶胞质量为 g，晶胞体积为(a×10－10)3 cm3，故该晶体的密度为 g·cm－3，D正确。 10．(2024·武汉市高三年级调研)镓的某种化合物的晶胞结构如图所示(晶胞参数为a pm)。下列说法正确的是(　　) A．Ga元素位于周期表的ds区 B．晶体结构中N的配位数为4 C．该物质的化学式为GaN2 D．该晶体的密度为×10－27 g·cm－3 答案：B 解析：Ga为第4周期ⅢA族元素，外围电子排布式为4s24p1，位于元素周期表的p区，A错误；1个N周围距离相等且最近的Ga有4个，即N的配位数为4，B正确；晶胞中Ga位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，N位于体内，个数为4，则该物质的化学式为GaN，C错误；该晶胞含有4个Ga、4个N，则晶体的密度为×1030 g·cm－3，D错误。 11．CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示)，但CaC2晶体中哑铃形C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C数目为6 B．6.4 g CaC2晶体中含阴离子0.01 mol C．该晶体中只含有离子键 D．与每个Ca2＋距离相等且最近的Ca2＋共有4个 答案：D 解析：注意该晶胞中边长的差异。与每个Ca2＋距离最近且距离相等的C、Ca2＋的数目均为4，A错误，D正确；6.4 g CaC2晶体中含阴离子0.1 mol，B错误；C中含有共价键，C错误。 二、非选择题 12．(2024·北京市海淀区高三期中)黄铜矿(主要成分为CuFeS2)可用于冶炼Cu2O，主要物质转化过程如图1： (1)下图中，表示Cu2O晶胞的是________(填“图2”或“图3”)。 (2)Cu2O与Cu2S都可视为离子晶体，且结构相似，但Cu2O的熔点比Cu2S的高约100 ℃，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)CuFeS2的晶胞如图4所示。 ①图5所示结构单元不能作为CuFeS2晶胞的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 ②从图4可以看出，每个CuFeS2晶胞中含有的Cu原子个数为________。 ③已知：CuFeS2晶体的密度是4.3 g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA。则a＝________(用计算式表示；CuFeS2的摩尔质量为184 g·mol－1)。 答案：(1)图2 (2)二者同属离子晶体，且结构相似，但是O2－的半径比S2－小，Cu2O晶体中的离子间距小于Cu2S晶体中的，Cu2O晶体离子键作用(或晶格能)较Cu2S晶体更强(或大)，因此熔点更高 (3)①图5中上底面中心的Fe原子无法与下底面中心的Cu原子在平移之后实现无隙并置　②4　 ③×1010 解析：(1)图2中，Cu原子个数为4，O原子个数为1＋×8＝2，图3中，Cu原子个数为×6＋×8＝4，O原子个数为1＋×12＝4，故表示Cu2O晶胞的是图2。 (3)②由图4可知，每个CuFeS2晶胞中含有的Cu原子个数为×6＋×4＝4。③CuFeS2晶胞中含有的Cu原子个数为4，Fe原子个数为×4＋×8＋1＝4，S原子个数为8，故CuFeS2晶胞的质量为 g，体积为a×10－10×a×10－10×2a×10－10 cm3，则＝4.3 g·cm－3，解得a3＝，a＝×1010。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$