3.2 离子键 离子晶体(Word教参)-【优化指导】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（苏教版2019）

第二单元　离子键　离子晶体 课程标准 核心素养目标 　　1.借助离子晶体模型认识离子晶体的结构和性质。 2．能利用离子键的有关理论解释离子晶体的物理性质。 　　1.宏观辨识与微观探析：能从宏观和微观相结合的视角认识离子晶体结构。 2．证据推理与模型认知：能从模型角度认识金属晶体和离子晶体中的微粒及相互作用，并进行相关计算。 [对应学生用书P53] 一、离子键 1．概念：带相反电荷的阴、阳离子通过静电作用形成的化学键。 2．成键微粒：阴、阳离子。 3．成键本质：阴、阳离子间的静电作用(包括静电引力和静电斥力)。 4．成键条件：通常，活泼金属元素的原子和活泼非金属元素的原子。 5．成键特征：没有方向性和饱和性。 6．离子化合物中的化学键表示方法——电子式 二、离子晶体 1．离子晶体 由阴、阳离子按一定方式有规则地排列形成的晶体。 2．物理性质 (1)晶体不导电，在熔融状态或水溶液中导电，不存在单个分子。 (2)晶体具有较高的熔、沸点、较强的硬度、难挥发。 (3)大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如汽油、煤油)中。 3．影响离子晶体物理性质的物理量——晶格能 (1)晶格能：拆开1_mol离子晶体使之形成气态阴、阳离子时所吸收的能量，用符号“U”表示。 (2)意义：一般而言，晶格能越大，离子晶体的离子键越强，晶体的熔、沸点越高、硬度越大。 (3)影响晶格能的因素 ①离子所带电荷数多少； ②离子半径大小。离子所带电荷数越多、离子半径越小，晶格能就越大，离子键就越强。 4．常见离子晶体结构类型 (1) NaCl型的晶体结构 ①每个晶胞中平均含有4个Na＋，4个Cl－，故此晶体的化学式为NaCl。 ②每个Na＋同时吸引着6个Cl－，每个Cl－同时吸引着6个Na＋，即NaCl的配位数为6。 ③每个Na＋周围的距离最近且相等的Cl－构成的空间图形是正八面体。 ④每个Na＋周围最近的Na＋有12个，每个Cl－周围最近的Cl－有12个 (2) CsCl型的晶体结构 ①每个晶胞中平均含有1个Cs＋，1个Cl－，故此晶体的化学式为CsCl。 ②每个Cs＋同时吸引着8个Cl－，每个Cl－同时吸引着8个Cs＋，即CsCl的配位数为8。 ③每个Cs＋周围最近的Cs＋有6个，每个Cl－周围最近的Cl－有6个 5.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。 ◆拓展延伸 含有离子键的物质：强碱、金属氧化物、大部分盐， 但氯化铝中没有离子键， 铵盐如硫酸铵中NH、SO之间存在离子键。 ◆归纳总结 含有离子键的物质为离子化合物，离子化合物中可能含有共价键，如强碱、大部分盐。 共价化合物中只有共价键， 没有离子键。 ◆易错警示 晶格能表示离子键的强弱， 是形成气态阴、阳离子吸收的能量。 ◆名师点拨 离子晶体的配位数：一种离子周围紧邻(距离最短)的带相反电荷的离子数目。氯化钠晶体中氯离子是面心立方堆积， 钠离子填充在氯离子围成的八面体空隙中。 ◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”) (1)氯化铯属于离子晶体，分子式为CsCl。 (　　×　　) (2)CsCl晶体的配位数为6，NaCl晶体的配位数为8。 (　　×　　) (3)熔点：NaF>MgF2。 (　　×　　) (4)离子键具有方向性和饱和性。 (　　×　　) (5)由活泼金属元素与活泼非金属元素形成的化学键都是离子键。 (　　×　　) (6)原子最外层只有一个电子的元素原子跟卤素原子结合时，所形成的化学键一定是离子键。 (　　×　　) (7)HCl的电子式：。 (　　×　　) (8)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键，但多个原子间也可能形成离子键。 (　　√　　) [对应学生用书P54] 探究一__离子键 [问题设计] (1)阴、阳离子之间的静电作用有哪些？ 提示： (2)如何证明氯化钠是离子化合物？ 提示：将氯化钠固体加热至熔融状态下，看能否导电，若导电，则它是离子化合物。 (3)“由氯化钠晶体具有的化学式可知，离子键具有方向性”这句话是否正确？ 提示：不正确。 (4)阴、阳离子怎样才能形成稳定的离子键？结合电负性，讨论离子键的形成条件是什么？ 提示：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，阴离子的核外电子与阳离子的核外电子之间、阴离子的原子核与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。元素的电负性差值比较大。成键的两元素的电负性差用ΔX表示，一般情况下，当ΔX>1.7，发生电子转移，形成离子键；当ΔX<1.7，不发生电子转移，形成共用电子对，原子间形成共价键。 (5)根据元素的金属性和非金属性差异，讨论哪些原子、微粒之间能形成离子键，形成离子化合物？ 提示：通常情况下，金属性较强的金属原子与非金属性较强的非金属原子之间易形成离子键，例如：ⅠA、ⅡA族元素与ⅥA、ⅦA族元素易形成离子键；活泼金属离子和酸根(或氢氧根)离子形成的化合物。 1．离子键没有方向性和饱和性的原因 (1)离子可看作是一个带电的球体，它在空间各个方向上的静电作用是相同的。由于静电引力(或斥力)没有方向性，阴、阳离子可以在空间任何方向与带相反(或相同)电荷的离子相互吸引(或排斥)，所以离子键没有方向性。 (2)只要空间条件允许，一个阴(阳)离子将尽可能多地吸引阳(阴)离子排列在其周围，并不受离子本身所带电荷数的限制，因此，离子键没有饱和性。 2．离子晶体的判断 (1)方法1：具有较高的熔、沸点，较高的硬度。 (2)方法2：晶体不导电，而在熔融状态下能导电的化合物。 3．电子式书写的注意事项 (1)同一原子的电子式最好不要既用“·”又用“×”表示；在化合物中“·”或“×”最好也不要混用(若特殊需要可标记)，可将电子全部标成“·”或“×”。 (2)单一原子形成的简单阳离子，其离子符号就是该阳离子的电子式，如Al3+就可以表示铝离子的电子式。“[　]”在所有的阴离子、复杂的阳离子中出现。 (3)在化合物中，如果具有多个阴、阳离子，要注意每一个离子都与带相反电荷的离子直接相邻的事实。所以阴、阳离子必须是相邻的，即不能将两个阴离子或两个阳离子写在一起。 [易错警示]含有金属元素的化合物不一定是离子化合物； 离子化合物熔化状态能导电， 熔化状态能导电的化合物不一定是离子化合物。 【例1】 全氮类物质具有高密度、超高能量及爆炸产物无污染等优点，被称为没有核污染的“N2爆弹”。中国科学家胡炳成教授团队近日成功合成全氮阴离子N，N是制备全氮类物质N10(其中含有N和N两种离子)的重要中间体。下列说法错误的是 (　　) A．全氮类物质N10属于离子型物质 B．每个N中含有5个原子核 C．每个N中含有36个质子 D．N10结构中含非极性共价键和离子键 C　解析：N10是由N和N构成的，所以属于离子型物质，A正确；每个N中含有5个原子，所以每个N中含有5个原子核，B正确；每个N中含有质子数为5×7＝35，但该离子中含有36个电子，C错误；N10是由N和N构成的，阴、阳离子之间存在离子键，每个离子中N和N原子之间存在非极性键，D正确。 1．南京理工大学科研团队合成了能在室温下稳定存在的五氮阴离子盐[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]，已知五氮阴离子(N)是制备全氮类物质(NN)的重要中间体。下列说法正确的是 (　　) A．NN属于离子化合物 B．(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl中含有四种离子 C．每个五氮阴离子中含有35个电子 D．NN的摩尔质量为140 B　解析：NN是由一种元素组成的纯净物，属于单质，A错误；(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl中含有四种离子，即N、H3O＋、NH、Cl－，B正确；每个N中含有7×5＋1＝36个电子，C错误；NN的摩尔质量为140 g·mol-1，D错误。 探究二__离子晶体及性质 材料1：已知常见离子晶体信息如下表： 离子化合物 NaBr NaCl MgO 离子电荷数 1 1 2 核间距/pm 298 282 210 晶格能/(kJ·mol-1) 747 786 3 791 熔点/ ℃ 747 801 2 852 摩氏硬度 <2.5 2.5 6.5 　　材料2：氟化钙又名萤石，晶胞结构如下： [问题设计] (1)影响晶格能大小的因素有哪些？ 提示：离子半径大小和离子所带电荷数的多少。 (2)晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系？ 提示：离子晶体的晶格能越大，晶体的熔点越高，硬度越大。 (3)氟化钙晶体的配位数和晶胞中微粒数分别是多少？ 提示：F－的配位数为4，Ca2+的配位数为8；晶胞中微粒数为8个F－和4个Ca2+。 (4)氟化钙晶体中阴、阳离子个数比为多少？化学式如何表示？ 提示：2∶1；CaF2。 1．离子晶体的物理性质 在离子晶体中，离子半径越小，离子所带的电荷数越多，则晶格能越大。晶格能越大，阴、阳离子间的离子键就越牢固，形成的离子晶体就越稳定，而且熔点越高，硬度越大。 2．典型离子晶体模型拓展 (1)ZnS型 一个晶胞中含有4个Zn2+和4个S2-，其中的S2-位于体对角线的处。 (2)CaF2型 一个晶胞中含有8个F－和4个Ca2+，一个Ca2+周围有8个F－，一个F－周围有4个Ca2+。其中的F－位于体对角线的处。 [名师总结] 1．氯化钠型晶胞内微粒的两种相切方式 根据微粒半径的不同，其俯视图可分为以下两种。 当两种微粒大小相差较大(微粒半径的比值范围在后文给出)时，晶胞由半径较大的微粒支撑，半径较大的微粒在面对角线上相切(下文简称为面切)。 黑线长度即面对角线长度为4倍的大球半径。 晶胞的棱长a与大微粒半径R有如下关系： a＝4R　① 当两种微粒大小相差不大时，半径微粒的粒子也支撑了晶胞，两种微粒在晶胞棱长上相切(下文简称为棱切)。 每一根黑线段即晶胞棱长等于两种球的直径的和。 晶胞的棱长a与两种微粒半径R、r有如下关系：a＝2R＋2r　② 2．相切方式的判断方法与结论 我们假设晶胞棱长为a，大微粒半径为R，小微粒半径为r。显然存在一个情况，此时两种微粒既棱切又面切。在求出既棱切又面切时R与r的比值后，就可以说：当两者半径比大于这一比值时面切，小于这一比值时棱切了。 此时上文的①②式都成立。联立这两个方程得：＝＋1≈2.4 那么，我们可以得到这个结论：在氯化钠型晶胞中，当两种微粒的半径比大于2.4时，半径较大的微粒在晶胞面对角线相切；当两种微粒的半径比在1到2.4之间时，两种微粒在晶胞的棱上相切。 【例2】 MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2-)为________nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2+)为________nm。 答案：0.148　0.076 解析：因为O2-是面心立方堆积方式，面对角线是O2-半径的4倍，即4r＝a，解得r＝×0.420 nm≈0.148 nm；MnO也属于NaCl型结构，根据晶胞的结构，a′＝2r(O2-)＋2r(Mn2+)，则r(Mn2+)＝×0.448 nm－0.148 nm＝0.076 nm。 2．钴蓝是一种高性能的环保无毒无机颜料，其晶体结构如图所示，该立方晶胞由4个Ⅰ型和4个Ⅱ型小立方体构成。下列说法错误的是 (　　) A．钴蓝晶体的化学式为CoAl2O4 B．晶体中Al原子占据O原子形成的八面体空隙 C．晶胞中Co原子占据顶点和面心的位置 D．钴蓝晶体的密度为 g·cm-3 C　解析：由题图可知，Ⅰ中含有Co原子数目为4×＋1＝，O原子数目是4×1＝4，不含Al原子，Ⅱ中含有Co原子数目为4×＝，Al原子数目为4×1＝4，O原子数目为4×1＝4，该立方晶胞中含有4个Ⅰ型和4个Ⅱ型，所以Co原子数目为4×(＋)＝8，Al原子数目为4×4＝16，O原子数为4×(4＋4)＝32个，则N(Co)∶N(Al)∶N(O)＝8∶16∶32＝1∶2∶4，所以晶体的化学式为CoAl2O4，A正确；根据图中Ⅱ的结构可知，晶体中Al原子位于O原子形成的八面体中心，B正确；根据Ⅰ和Ⅱ的结构，结合整个晶胞结构可知，Co原子占据顶点、棱上、体内的位置，C错误；根据A中分析可知，晶胞的质量为＝ g，晶胞的体积为V＝(2a×10-7cm)3，根据ρ＝＝＝ g·cm-3，D正确。 [对应学生用书P57] 1．下列选项不正确的是 (　　) A．离子晶体的晶格能越大，离子键越强 B．阳离子的半径越大，则可同时吸引的阴离子越多 C．通常阴、阳离子的半径越小，电荷数越大，该阴、阳离子组成离子化合物的晶格能越大 D．拆开1 mol离子键使之形成气态阴离子和气态阳离子时所吸收的能量叫该离子晶体的晶格能 D　解析：离子键的强弱与电荷数成正比，与离子半径成反比，晶格能的大小与电荷数成正比，与离子半径成反比，所以离子晶体的晶格能越大，离子键越强，A正确；阳离子半径越大，其表面积越大，与阴离子接触面积越大，吸引阴离子越多，B正确；离子晶体的晶格能大小与离子半径成反比，与电荷数成正比，C正确；晶格能是指拆开1 mol离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子时所吸收的能量，D错误。 2．有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6]，经X射线研究发现，它的结构特征是Fe3+和Fe2+互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列选项正确的是 (　　) A．该晶体的化学式为MFe3(CN)6 B．该晶体属于离子晶体，M呈＋1价 C．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价 D．晶体中与每个Fe3+距离最近且等距离的CN－为3个 B　解析：由题图可推出，晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2+个数为4×＝，含Fe3+个数也为，CN－的个数为12×＝3，因此阴离子的化学式为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，A错误；由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为＋1价，B正确，C错误；由题图可看出与每个Fe3+最近且距离相等的CN－为6个，D错误。 3．如图是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图的是 (　　) A．(1)和(3)　　　　　　 B．(2)和(3) C．(1)和(4) D．只有(4) C　解析：根据NaCl和CsCl晶体结构特点分析图示。(1)中由黑球可知，其配位数为6，(4)中配位数为6。故(1)、(4)应为NaCl；(2)中由黑球知配位数为8，(3)中配位数为8，故(2)、(3)应为CsCl。所以C正确。 4．高温下，超氧化钾晶体结构与NaCl的相似，其晶体结构的一个基本重复单元如图所示，已知晶体中氧的化合价可看作部分为0价，部分为－2价。下列说法正确的是 (　　) A．晶体中每个K＋周围有12个O，每个O周围有6个K＋ B．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞中含有4个K＋和4个O C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个 D．晶体中，0价氧原子与－2价氧原子的数目比为2∶1 B　解析：由晶胞图可知，1个K＋周围有6个O，同样1个O周围有6个K＋，A错误；根据均摊法，每个晶胞中有8×＋6×＝4个K＋、1＋12×＝4个O，所以超氧化钾晶体中两种离子的个数比为1∶1，其化学式为KO2，B正确；根据晶胞结构可知，每个K＋所在的3个相互垂直的面上各有4个K＋与该K＋距离最近且相等，即晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个，C错误；O中O的平均化合价为－0.5，所以若有1个－2价氧原子，则应有3个0价氧原子，故0价氧原子与－2价氧原子的数目比为3∶1，D错误。 5．食盐晶体的结构示意图如图所示。已知食盐的密度为ρ g·cm-3，摩尔质量为M g·mol-1，阿伏加德罗常数的值为NA，则在食盐晶体中Na＋和Cl－的间距大约是 (　　) A． cm B． cm C． cm D． cm B　解析：食盐晶胞中含有4个Na＋和4个Cl－，每个晶胞的体积为 cm3，设食盐晶体中Na＋和Cl－的间距为x，所以可得(2x)3＝，解得x＝，则在食盐晶体中Na＋和Cl－的间距大约是 cm。 [课时梯级训练(9)P143] 学科网（北京）股份有限公司 $$