3.3.2离子晶体 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

第三章 晶体结构与性质 第三节 金属晶体与离子晶体 第2课时 离子晶体 学习目标 1.通过探究离子晶体的空间结构和物理性质，提高学生的宏观辨识与微观探析能力。 2.通过对比分析引导学生认识不同晶体的特点，培养学生的证据推理与模型认知。 胆矾 萤石 重晶石 烧碱 CuSO4·5H2O CaF2 BaSO4 NaOH 观察并思考下列固体，判断它们是否与氯化钠晶体类型相同？ 一、分子晶体 包括静电引力和静电斥力 2.组成微粒： 特征：无方向性和饱和性 1.定义：由阴离子和阳离子相互作用而形成的晶体 构成微粒 离子晶体 微粒间的作用力 阳离子和阴离子 离子键 相互作用力 静电作用 3.常见的离子晶体：强碱：NaOH、Ba(OH)2、等、活泼金属氧化物CaO2、K2O等、 和活泼金属过氧化物（Na2O2)、大部分盐：NaCl、CaF2、BaSO4。 一.离子晶体 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 【思考】离子晶体只存在离子键作用力吗？试举例说明 CuSO4•5H2O中还存在共价键、范德华力，有些还有氢键等，但主体是离子键。 需要注意： ①离子晶体中无分子。如NaCl、CsCl只表示晶体中阴阳离子个数比，为化学式，不是分子式。 ②含有离子的不一定是离子晶体，如金属晶体 ③离子晶体中一定有离子键，可能有共价键和氢键等，如KNO3等晶体中既有离子键又有共价键；CuSO4·H2O中除含有离子键外，还含有共价键和氢键。 ④离子晶体中，每一个阴(阳)离子周围排列的带相反电荷离子的数目是固定的，不是任意的。 4.离子晶体的物理性质 规律 解释 熔、沸点 ①一般来说，离子晶体的熔、沸点较高且难挥发 离子晶体中，阴、阳离子间存在较强的离子键，要破坏这些较强的离子键使离子晶体由固态变成液态或气态，就需要较多的能量 化合物 熔点/℃ 化合物 熔点/℃ CaO 2 613 Na2SO4 884 CuCl2 1 326 Ca2SiO4 2 130 NH4NO3 169.6 Na3PO4 340 BaSO4 1 580 CH3COOCs 194 LiPF6 200(分解温度) NaNO2 270 规律 解释 硬度 ②离子晶体的硬度较大，难于压缩 离子晶体中，阴、阳离子间存在较强的离子键，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 同种电荷相互排斥，使晶面裂开 4.离子晶体的物理性质 规律 解释 导电性 ③离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电 离子晶体是由阳离子和阴离子构成的，固态时，阴阳离子只能在各自的位置做轻微的振动，不能发生带电微粒的定向移动，所以固态离子晶体不能导电；溶于水或在熔融状态下，离子晶体中的阴阳离子称为自由移动的离子，可以传递电荷，因此具有导电性。 NaCl溶液能够导电 熔融的NaCl能够导电 4.离子晶体的物理性质 ④溶解性：大多数离子晶体，易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯等），遵循“相似相溶”规律 解释：当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了离子间的相互作用而电离，变成在水中自由移动的离子 4.离子晶体的物理性质 注：判断离子晶体，可根据其熔融状态能否导电进行 晶体 离子间距/pm 电荷数 熔点/℃ NaCl 276 1 801 NaBr 290 1 750 MgO 205 2 2800 CaO 239 2 2576 对比观察下列离子晶体的熔点变化规律？ 【规律】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。 1. 概念：阴、阳离子间的静电作用 二.离子键 ①成键的微粒：阴、阳离子 ②实质：静电作用（引力+斥力） ③成键的条件：活泼金属元素（或NH4+）和活泼非金属元素 2.离子键的特征 ①没有方向性 ②没有饱和性 3.影响因素：离子半径和离子电荷 离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强。 思考：NaCl等离子晶体在熔融状态下导电、水溶液导电与金属导电有什么不同? NaCl溶液能够导电 熔融的NaCl能够导电 1.金属在外加电场条件下，自由电子定向运动而形成电流。 2.离子晶体固态时不能导电，因为阴阳离子不能自由移动 3.在熔融或水溶液状态下，产生自由移动的阴阳离子，才能够导电。 1.NaCl晶体 ①晶体堆积方式属于面心立方，Na+位于体心和棱心，Cl-位于面心和顶点。或者反之，交错排列。 ②NaCl晶胞中包含有 个Na+ 个Cl-。 4 4 ③Na+的配位数 个，Cl- 的配位数 个,它们所围成的空间几何构型是 。 ④Na+周围最近的Na+数 个，Cl-周围最近的Cl-数 个。 6 6 12 12 正八面体 Cl－ Na＋ 钠离子所处的环境 氯离子所处的环境 三、典型离子晶体的结构特征 ①晶体堆积方式属于体心立方，Cs+位于体心，Cl-位于顶点。或者反之，交错排列。 ②CsCl晶胞中包含有 个Na+ 个Cl-。 1 1 ③Na+的配位数 个，Cl- 的配位数 个,它们所围成的空间几何构型是 。 ④Cs+周围最近的Cs+数 个，Cl-周围最近的Cl-数 个。 8 8 6 6 正方体 2.CsCl晶体 三、典型离子晶体的结构特征 ①Ca2+位于顶点和面心，F-位于立方体内。 ②CaF晶胞中包含有 个Ca2+ 个F-。 4 8 ③Ca2+的配位数 个，他们所围成的几何构型是 ；F- 的配位数 个，他 们所围成的几何构型是 。 ④Ca2+周围最近的Ca2+数 个，F-周围最近的F-数 个。 ⑤该晶胞中Ca2＋和F－的最近距离为 。 8 正方体 4 正四面体 12 6 Ca2+ F- 四分之一体对角线 3.CaF2晶体 三、典型离子晶体的结构特征 4.ZnS晶胞 三、典型离子晶体的结构特征 粒子位置：Zn2+____________S2-________ 粒子数：Zn2+______ S2- ______ Zn2+配位数_____ S2-配位数_____ 形成的空隙形状__________ 顶点、面心 体内 4 4 正四面体 12 4 4 Zn2+周围最近的Zn2+数______ S2-周围最近的S2-数______ 12 比较项目 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 存在微粒 阴阳离子 原子 分子 金属离子、自由电子 微粒间作用 离子键 共价键 分子间作用力 金属键 主要性质 硬而脆，易溶于极性溶剂，熔化时能够导电，溶沸点高 质地硬，不溶于大多数溶剂，导电性差，熔沸点很高 硬度小，水溶液能够导电，溶沸点低 金属光泽，是电和热的良导体，熔沸点高或低 实例 食盐晶体 金刚石 NH3、HCl 镁、铝 知识总结：四大晶体类型的比较 归纳总结 晶体类型 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 微粒种类 微粒间 相互作用 典型晶体 根据晶体构成微粒和微粒间相互作用不同分为四种类型 金属阳离子和自由电子 金属键 原子 离子键 共价键 分子 分子间 作用力 阴、阳离子 金属Cu NaCl CO2 1、依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断 ①离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的作用力是离子键。 ②共价晶体的构成粒子是原子，粒子间的作用力是共价键。 ③分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。 ④金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子问作用力是金属键。 知识总结：晶体类型的五种判断方法 2、依据物质的分类判断 ①活泼金属氧化物(K2O等)、强碱(NaOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。 ②部分非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等)、所有非金属氢化物， 部分非金属氧化物(除 SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。 ③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅 、晶体硼等,常见的共价晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。 ④金属单质(注:汞在常温为液体)与合金是金属晶体。 知识总结：晶体类型的五种判断方法 3、依据晶体的熔点判断 ①共价晶体熔点最高，常在一千摄氏度至几千摄氏度。 ②离子晶体的熔点较高,常在数百至一千摄氏度以上。 ③分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度。 ④金属晶体多数熔点高，,但也有相当低的。 知识总结：晶体类型的五种判断方法 4、依据导电性判断 ①离子晶体溶于水形成的溶液及熔融状态时能导电。 ②共价晶体一般为非导体。 ③分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸等)溶于水, 使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，能导电。 ④金属晶体是电的良导体。 5、依据硬度和机械性能判断 ①离子晶体硬度较大且脆②共价晶体硬度大③分子晶体硬度小且较脆。 ④金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。 知识总结：晶体类型的五种判断方法 4.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。 科学•技术•社会——离子液体 离子液体：室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物 1.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℃! 2.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。 3.性质：难挥发、有良好的导电性。 1、钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX4)的熔点如图所示。 ①判断晶体的类型 ②解释熔点变化的原因 NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 NaX均为离子晶体 X-半径增大，离子键减弱，熔点降低。 SiX4均为分子晶体 相对分子质量增大，分子间作用力增强，熔点升高。 【课堂练习】 2 3 4 5 995 801 775 651 2 3 4 5 -90.2 -70.7 5.2 120.5 第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如下表： 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的百分数/% 62 50 41 33 1、Na2O、MgO、Al2O3、SiO2中离子键成分为何逐渐减少？ 2、请推测P2O5、SO3、Cl2O7的离子键成分变化趋势？ 原因：与氧元素的电负性的差值逐渐减小 变化趋势：百分数小于33，且逐渐减少 电负性差值越大，离子键的百分数越大，一般当电负性的差值大于1.7时，离子键的百分数大于50%，可认为是离子晶体。 【课堂练习】 思考与交流 第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如下表： 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的百分数/% 62 50 41 33 5、Na2O、MgO、Al2O3、SiO2中离子键成分为何逐渐减少？ ？ 原因：与氧元素的电负性的差值逐渐减小 6、请推测P2O5、SO3、Cl2O7的离子键成分变化趋势？ 变化趋势：百分数小于33，且逐渐减少 电负性差值越大，离子键的百分数越大，一般当电负性的差值大于1.7时，离子键的百分数大于50%，可认为是离子晶体。 $$