3.2 离子晶体（专项训练）化学沪科版选择性必修2

3.2 离子晶体 题型01 离子键的形成条件及特点 题型02 离子晶体的性质 题型03 常见的离子晶体及相关计算 题型04 离子晶体的综合应用 题型01 离子键的形成条件及特点 形成条件： 成键微粒：阴、阳离子（阳离子多为活泼金属离子或铵根离子，阴离子多为活泼非金属离子或酸根离子）。 电子转移基础：成键原子间 差异较大（通常电负性差值 > 1.7），导致金属原子（或铵根的中心原子）易失去价电子形成阳离子，非金属原子（或酸根的中心原子）易得到电子形成阴离子。 作用力本质：阴、阳离子通过 结合，无需共用电子对，仅依赖电荷间的相互作用。 核心特点： 本质属性：静电作用（包含阴、阳离子间的静电引力，以及原子核与原子核、核外电子与核外电子间的静电斥力，整体处于平衡状态）。 方向性与饱和性：无方向性（静电作用沿各个方向均存在）、无饱和性（一个离子可同时吸引多个带相反电荷的离子，吸引数量由离子半径比决定）。 键能影响因素：① 离子半径：阴、阳离子半径越小，电荷间距离越近，静电作用越强，离子键键能越 ；② 离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，单位体积内电荷密度越大，静电作用越 ，离子键键能越 。 【典例1】下列关于离子键、共价键的叙述中正确的是 A．所有物质中都存在化学键 B．由非金属元素组成的物质中只含有共价键，不存在离子键 C．化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成 D．离子键就是阴离子与阳离子之间的静电吸引力 【变式1-1】下列关于离子键特征的叙述正确的是（    ） ①离子键的实质是静电吸引 ②因为离子键无方向性，故阴、阳离子的排列是没有规律的，是随意的③因为氯化钠的化学式是NaCl，故每个Na+周围吸引一个Cl- ④因为离子键无饱和性，故一个离子周围可以吸引任意多个带异性电荷的离子 ⑤一种离子对带异性电荷离子的吸引作用与其所处的方向无关，故离子键无方向性 ⑥每个离子周围排列尽可能多的带异性电荷的离子，能够使体系的能量降低 A．①②③④⑤⑥ B．②③④⑤⑥ C．③④⑤⑥ D．⑤⑥ 【变式1-2】主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，X、Y的价电子数相等，Z的价电子所在能层有16个轨道，4种元素形成的化合物如图所示。下列说法错误的是 已知：W、X、Y、Z元素的电负性如表所示。 元素 W X Y Z 电负性 2.1 3.5 2.5 0.8 A．化学键中离子键成分的百分数： B．ZW与反应，可生成气体 C．仅由Z元素形成的晶体中，不存在阴离子 D．常温下，等浓度溶液的pH： 【变式1-3】下列有关离子液体的叙述，错误的是 A．离子液体之所以在常温下呈液体，是因为其阴、阳离子的体积大，离子键强度小 B．四氟合硼酸四甲基铵相对分子质量小于四氟合铝酸四甲基铵，但前者的熔点比后者高 C．咪唑()有较强的碱性，一般通过1号氮原子体现 D．离子液体熔点低，但难挥发，且具有良好的导电性，可用于制造原电池的电解质 题型02 离子晶体的性质 物理性质 熔点、 沸点，硬度 ，固态不导电，熔融或溶于水后导电。 成键微粒：正负离子（如Na⁺、Cl⁻）构成。 作用力本质：静电作用为主，包括阴、阳离子间的引力及核间斥力。 影响因素 离子半径越小，静电作用越 ，晶格能越 ，熔点越 。 离子电荷越多，静电作用越 ，物理性质更 。 特殊现象： 某些铵盐和含有机阳离子的化合物，因 或 的存在，熔点较低甚至呈液态。例如醋酸铵和硝酸乙基铵。 总结来说，离子晶体的性质主要受离子种类、电荷和半径的影响，表现出多样性。尽管大多数具有高熔点和硬度，但也有例外情况。 【典例2】离子晶体的物理性质 (1)具有较 的熔、沸点， 挥发，硬度 ，不导电，易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂。 (2)具有较高的熔、沸点，难挥发 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 和 的性质。一般说来，阴、阳离子的电荷数越 ，离子半径越 ，离子键越 ， 离子晶体的熔、沸点越 。 (3)硬度 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。 (4)导电性 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 。当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。离子化合物 时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(实质上是水合离子)，在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。 (5)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“ ”规律。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。 【变式2-1】离子晶体不可能具有的性质是(　　) A．较高的熔沸点 B．良好的导电性 C．溶于极性溶剂 D．坚硬而易粉碎 【变式2-2】下列有关离子晶体的比较不正确的是 A．熔点：NaF＜MgF2＜AlF3 B．离子键强弱：NaF>NaCl>NaBr C．离子晶体中除了含有离子键外，还可能存在共价键、氢键等 D．硬度：MgO＜CaO＜BaO 【变式2-3】(多选题)下列有关晶体结构或性质的描述中正确的是 A．与金属形成的卤化物，离子键键能越小，还原性越强 B．冰中存在非极性共价键、分子间作用力和氢键 C．金属性，但金属钾的熔点低于金属钠 D．物质的量均为的金刚石与石墨晶体所含的键的数目相同 题型03 常见的离子晶体及相关计算 常见离子晶体的结构类型： NaCl 型结构：① 晶胞类型： ；② 离子配位数：阳离子（如 Na⁺）配位数为 ，阴离子（如 Cl⁻）配位数为 ；③ 结构特征：阴、阳离子分别按 方式排列，阳离子填充于阴离子形成的 空隙中。 CsCl 型结构：① 晶胞类型： （阴离子按简单立方堆积，阳离子位于体心）；② 离子配位数：阳离子（如 Cs⁺）配位数为 ，阴离子（如 Cl⁻）配位数为 ；③ 结构特征：阴、阳离子的堆积方式为 “简单立方 + 体心”，无八面体或四面体空隙填充。 CaF₂型结构（萤石结构）：① 晶胞类型： （阳离子按面心立方堆积，阴离子填充空隙）；② 离子配位数：阳离子（如 Ca²⁺）配位数为 ，阴离子（如 F⁻）配位数为 ；③ 结构特征：阳离子形成 ，阴离子填充于全部 空隙中。 相关计算（基于晶胞）： 晶胞粒子数计算（均摊法）：① 顶点粒子贡献值 ，棱上粒子贡献值 ，面心粒子贡献值 ，体心及内部粒子贡献值 ；② 分别计算晶胞中阴、阳离子的数目，确定离子晶体的化学式（阴、阳离子数目最简整数比）。 晶胞密度计算：① 计算公式：ρ = m/V（ρ 为密度，m 为晶胞质量，V 为晶胞体积）；② 晶胞质量 m = （晶胞中阴、阳离子总质量）= （n+×M++ n-×M-）/Nₐ（n+、n-为晶胞中阴、阳离子数目，M+、M-为对应离子的摩尔质量，Nₐ为阿伏加德罗常数）；③ 晶胞体积 V：立方晶胞 V = a³（a 为晶胞边长），六方晶胞 V = 底面积×高（底面积为正六边形面积，高为晶胞轴向长度）。 晶格能比较：晶格能与离子半径成反比、与离子电荷数平方成正比，可通过离子半径和电荷数判断不同离子晶体的晶格能大小（晶格能越大，离子晶体越稳定）。 【典例3】常见的离子晶体 晶体类型 NaCl CsCl CaF2 晶胞 阳离子的配位数 阴离子的配位数 晶胞中 微粒数 阳离子 阴离子 【变式3-1】储氢材料的晶胞结构如图所示，已知的摩尔质量为M g/mol，阿伏加德罗常数的值为。下列说法正确的是 A．(i)和(ii)之间的距离为 B．晶体密度的计算式为 C．的配位数为3 D．晶胞中含有2个 【变式3-2】氯化亚铜广泛用于冶金、电镀、医药等行业，也是常用的催化剂之一，工业制备原理之一为。的立方晶胞结构和晶胞参数如图所示。下列叙述错误的是 A．的配位数是4 B．的空间结构为三角锥形 C．离子键百分数： D．若该晶体的密度为，则阿伏加德罗常数 【变式3-3】铬元素在工业中各个领域应用广泛，回答下列问题： (1)基态铬原子的外围电子排布式为 、电子占据的最高能级的轨道形状为 。 (2)常温下，氯化酰铬(CrO2Cl2)为暗红色液体，能溶解在常见的有机溶剂中。则氯化酰铬的晶体类型为 ，CS2是一种常见的能溶解氯化酰铬的有机溶剂，其分子形状为 。 (3)氮化铬(CrN)晶体在工业上用途广泛，其晶胞结构如图所示，则该晶胞结构与 (填一种常见的离子晶体的化学式)的晶胞结构一样；氮化铬晶体的熔点与MgO晶体的熔点的大小关系为 。 (4)已知氮化铬晶胞的边长为acm，阿伏加德罗常数值为NA，则该晶体的密度为 (用含a、NA的式子表示)。 题型04 离子晶体的综合应用 工业生产领域： 金属冶炼：电解熔融离子晶体制备活泼金属（如电解熔融 NaCl 制金属 Na，电解熔融 Al₂O₃制金属 Al），利用离子晶体熔融态的导电性提供离子迁移通道。 化工原料制备：通过离子反应制备离子晶体类化工产品（如纯碱 Na₂CO₃、烧碱 NaOH、钾肥 KCl 等），利用离子晶体的溶解性差异实现产品分离提纯。 材料科学领域： 耐高温材料：高晶格能的离子晶体（如 Al₂O₃、MgO）熔点极高，可用作耐高温陶瓷、耐火材料（如炉膛内衬、高温传感器外壳）。 光学材料：部分离子晶体（如 CaF₂、BaF₂）具有良好的透光性（紫外至红外波段），可用于制造光学透镜、棱镜及激光窗口材料。 电解质材料：离子晶体（如 LiCoO₂、LiFePO₄）作为锂离子电池的正极材料，利用其离子导电性实现锂离子的嵌入与脱嵌，完成电荷存储与释放。 日常生活与鉴别分离： 日常应用：食盐（NaCl）作为调味品及食品防腐剂，纯碱（Na₂CO₃）用于洗涤剂、食品加工，小苏打 （NaHCO₃）用于烘焙及抗酸剂，均利用离子晶体的化学性质与溶解性。 物质鉴别：利用离子晶体的熔点差异（如通过加热判断熔点高低区分离子晶体与分子晶体）、溶解性差异（如通过溶解实验区分易溶与难溶离子晶体）、离子特征反应（如通过沉淀反应鉴别特定离子）。 分离提纯：利用离子晶体溶解度随温度的变化差异（如蒸发结晶分离 NaCl 与 KNO₃，重结晶提可溶性离子晶体），或利用离子交换树脂吸附特定离子（如硬水软化中去除 Ca²⁺、Mg²⁺）。 【典例4】工业上可用电解熔融制备La。实际生产中还需加入作助熔剂，研究发现电解池中含。 1．推断属于___________。 A．分子晶体 B．共价晶体 C．离子晶体 D．金属晶体 2．在电解装置的___________极得到产品La。 A．正 B．负 C．阴 D．阳 【变式4-1】铈的某种氧化物是汽车尾气净化催化剂的关键成分，其晶体结构如图1所示，下列说法正确的是 A．该晶胞中的配位数为4 B．若沿轴向平面投影，则其投影图如图2所示 C．晶胞中甲的原子分数坐标为，则乙的原子分数坐标为 D．该氧化物中铈元素的化合价为+4 【变式4-2】X、Y、Z、W 是原子序数依次增大的四种短周期元素。基态X、Z原子的电子均填充了3个能级，且均有2个未成对电子，W的核外电子数是X原子最外层电子数的3倍。下列说法正确的是 A．与Y同周期且第一电离能比Y小的元素有四种 B．元素X的氢化物的沸点一定比元素Y的氢化物低 C．Z与W形成WZ，属于离子晶体可作耐高温材料 D．简单离子半径：r(W)>r(Z)>r(Y) 【变式4-3】氟氢化钾，晶体结构与类似，工业上可用于制氟气，下列说法不正确的是 A．晶体中每个紧邻的有6个 B．中阴阳离子个数比是 C．电解熔融制： D．中的作用力有离子键、氢键、共价键 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.2 离子晶体 题型01 离子键的形成条件及特点 题型02 离子晶体的性质 题型03 常见的离子晶体及相关计算 题型04 离子晶体的综合应用 题型01 离子键的形成条件及特点 形成条件： 成键微粒：阴、阳离子（阳离子多为活泼金属离子或铵根离子，阴离子多为活泼非金属离子或酸根离子）。 电子转移基础：成键原子间电负性差异较大（通常电负性差值 > 1.7），导致金属原子（或铵根的中心原子）易失去价电子形成阳离子，非金属原子（或酸根的中心原子）易得到电子形成阴离子。 作用力本质：阴、阳离子通过静电作用结合，无需共用电子对，仅依赖电荷间的相互作用。 核心特点： 本质属性：静电作用（包含阴、阳离子间的静电引力，以及原子核与原子核、核外电子与核外电子间的静电斥力，整体处于平衡状态）。 方向性与饱和性：无方向性（静电作用沿各个方向均存在）、无饱和性（一个离子可同时吸引多个带相反电荷的离子，吸引数量由离子半径比决定）。 键能影响因素：① 离子半径：阴、阳离子半径越小，电荷间距离越近，静电作用越强，离子键键能越大；② 离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，单位体积内电荷密度越大，静电作用越强，离子键键能越大。 【典例1】下列关于离子键、共价键的叙述中正确的是 A．所有物质中都存在化学键 B．由非金属元素组成的物质中只含有共价键，不存在离子键 C．化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成 D．离子键就是阴离子与阳离子之间的静电吸引力 【答案】C 【详解】A． 稀有气体由原子直接构成，其中不存在化学键，A错误； B．铵盐由非金属元素组成，铵盐内有离子键、还有共价键，B错误； C．物质(除了稀有气体外)内都存在化学键， 化学反应中物质发生了变化，有新的物质生成，则化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成，C正确； D． 离子键就是阴离子与阳离子之间强烈的静电作用，既有静电吸引力又有斥力，D错误； 答案选C。 【变式1-1】下列关于离子键特征的叙述正确的是（    ） ①离子键的实质是静电吸引 ②因为离子键无方向性，故阴、阳离子的排列是没有规律的，是随意的③因为氯化钠的化学式是NaCl，故每个Na+周围吸引一个Cl- ④因为离子键无饱和性，故一个离子周围可以吸引任意多个带异性电荷的离子 ⑤一种离子对带异性电荷离子的吸引作用与其所处的方向无关，故离子键无方向性 ⑥每个离子周围排列尽可能多的带异性电荷的离子，能够使体系的能量降低 A．①②③④⑤⑥ B．②③④⑤⑥ C．③④⑤⑥ D．⑤⑥ 【答案】D 【详解】①离子键的实质是阴阳离子之间的静电作用，包括静电吸引和排斥，①错误； ②离子键无方向性，但阴、阳离子周期性有序排列形成晶体，②错误； ③NaCl晶体中，每个Na+周围最近且等距离的Cl-有6个，③错误； ④因为同号离子不能接触，所以一个离子周围不可能吸引任意多个带异性电荷的离子，④错误； ⑤一种离子对带异性电荷离子的吸引作用与其所处的方向无关，故离子键无方向性，无误，⑤正确； ⑥每个离子周围排列尽可能多的带异性电荷的离子，能够使体系的能量降低，无误，⑥正确； 总之，⑤⑥正确，D选项正确； 答案选D。 【点睛】离子晶体中，1个离子周围距离最近的异号离子过多或过少，均会造成同号离子靠近，排斥力增大，使得晶体不稳定。 【变式1-2】主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，X、Y的价电子数相等，Z的价电子所在能层有16个轨道，4种元素形成的化合物如图所示。下列说法错误的是 已知：W、X、Y、Z元素的电负性如表所示。 元素 W X Y Z 电负性 2.1 3.5 2.5 0.8 A．化学键中离子键成分的百分数： B．ZW与反应，可生成气体 C．仅由Z元素形成的晶体中，不存在阴离子 D．常温下，等浓度溶液的pH： 【答案】A 【分析】主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大，X、Y的价电子数相等，Z的价电子所在能层有16个轨道，则Z的价电子处于第4个能层，根据化合物的结构，Z的离子为+1价的阳离子，则Z为K元素，W在结构中形成1个键，W与Z同主族，W为H元素，X、Y的价电子数相等，X、Y为同一主族元素，X形成2个键，Y形成6个键，则X为O元素，Y为S元素。综上，W、X、Y、Z分别为H、O、S、K，据此回答。 【详解】A． 离子键成分百分数与元素电负性差有关，电负性差越大，离子键成分越多，Z2X为K2O，Z2Y为K2S，电负性差：K与O（3.5-0.8=2.7），K与S（2.5-0.8=1.7），则离子键成分百分数：K2O>K2S，A错误； B．ZW为KH，W2X为H2O，二者反应：，可生成W2(H2)气体，B正确； C．仅由 Z（K）元素形成的晶体为金属晶体，由金属阳离子和自由电子构成，不存在阴离子，C正确； D．ZWYX4为KHSO4，ZWYX3为KHSO3，KHSO4在溶液中完全电离出H+，溶液呈强酸性；KHSO3中电离程度小于水解程度（或结合H+能力），溶液酸性弱于KHSO4，则等浓度溶液pH：KHSO4 < KHSO3，D正确； 故选A。 【变式1-3】下列有关离子液体的叙述，错误的是 A．离子液体之所以在常温下呈液体，是因为其阴、阳离子的体积大，离子键强度小 B．四氟合硼酸四甲基铵相对分子质量小于四氟合铝酸四甲基铵，但前者的熔点比后者高 C．咪唑()有较强的碱性，一般通过1号氮原子体现 D．离子液体熔点低，但难挥发，且具有良好的导电性，可用于制造原电池的电解质 【答案】C 【详解】A．离子液体由体积较大的阴、阳离子构成，离子键强度小，晶格能低，故常温下呈液体，A项正确； B．两种离子液体阳离子相同，阴离子分别为和。由于B原子半径小于Al原子半径，所以半径小于，则中阴阳离子间距更小，晶格能更大，熔点更高，B项正确； C．咪唑中1号氮原子的孤对电子参与形成大π键，碱性较弱；2号氮原子的孤对电子不参与形成大π键，易接受质子，碱性主要通过2号氮原子体现，C项错误； D．离子液体熔点低、难挥发（离子间静电作用强）、导电性好（含自由移动离子），可作原电池电解质，D正确； 故答案选C。 题型02 离子晶体的性质 物理性质 高熔点、高沸点，硬度大，固态不导电，熔融或溶于水后导电。 成键微粒：正负离子（如Na⁺、Cl⁻）构成。 作用力本质：静电作用为主，包括阴、阳离子间的引力及核间斥力。 影响因素 离子半径越小，静电作用越强，晶格能越大，熔点越高。 离子电荷越多，静电作用越强，物理性质更稳定。 特殊现象： 某些铵盐和含有机阳离子的化合物，因氢键或弱离子键的存在，熔点较低甚至呈液态。例如醋酸铵和硝酸乙基铵。 总结来说，离子晶体的性质主要受离子种类、电荷和半径的影响，表现出多样性。尽管大多数具有高熔点和硬度，但也有例外情况。 【典例2】离子晶体的物理性质 (1)具有较 的熔、沸点， 挥发，硬度 ，不导电，易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂。 (2)具有较高的熔、沸点，难挥发 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 和 的性质。一般说来，阴、阳离子的电荷数越 ，离子半径越 ，离子键越 ， 离子晶体的熔、沸点越 。 (3)硬度 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。 (4)导电性 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 。当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。离子化合物 时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(实质上是水合离子)，在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。 (5)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“ ”规律。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。 【答案】 高 难 大 较高的熔、沸点 难挥发 多 小 强 高 不导电 溶于水 相似相溶 【变式2-1】离子晶体不可能具有的性质是(　　) A．较高的熔沸点 B．良好的导电性 C．溶于极性溶剂 D．坚硬而易粉碎 【答案】B 【详解】A.构成离子晶体的微粒是阴、阳离子，阴、阳离子间的作用力为离子键，故离子晶体一般熔沸点较高，故A正确； B.离子晶体是阴阳离子通过离子键结合而成的，在固态时，阴阳离子受到彼此的束缚不能自由移动，因而不导电，只有在离子晶体溶于水或熔融后，电离成可以自由移动的阴阳离子，才可以导电，故B错误； C.离子晶体不易溶于苯、汽油等有机溶剂，故C正确； D.离子晶体硬度较大且质地脆，故D正确。 故选B。 【点睛】离子晶体的性质：①硬度较大，难于压缩；②熔沸点较高；③固体不导电；④延展性差，受到外力容易破碎；⑤部分离子化合物易溶于水。 【变式2-2】下列有关离子晶体的比较不正确的是 A．熔点：NaF＜MgF2＜AlF3 B．离子键强弱：NaF>NaCl>NaBr C．离子晶体中除了含有离子键外，还可能存在共价键、氢键等 D．硬度：MgO＜CaO＜BaO 【答案】D 【详解】A．NaF、、均为离子晶体，，所带电荷数依次增大，NaF、、所含离子键依次增强，所以熔点依次升高，A正确； B．的半径依次增大，NaF、NaCl、NaBr离子键依次减弱，所以熔点依次降低，B正确； C．晶体为离子晶体，晶体存在共价键、氢键等，C正确； D．半径依次增大，故MgO、CaO、BaO中离子键依次减弱，硬度应依次减小，D错误； 故选D。 【变式2-3】(多选题)下列有关晶体结构或性质的描述中正确的是 A．与金属形成的卤化物，离子键键能越小，还原性越强 B．冰中存在非极性共价键、分子间作用力和氢键 C．金属性，但金属钾的熔点低于金属钠 D．物质的量均为的金刚石与石墨晶体所含的键的数目相同 【答案】AC 【详解】A．随着卤离子半径增大，离子键能减小，离子还原性增强，A项正确； B．冰中的共价键是O-H，是极性共价键，B项错误； C．同主族，从上到下金属性增强，且K的熔点比Na低，C项正确； D．1mol金刚石含有2molC-C键，1mol石墨含有1.5molC-C键，D项错误； 答案选AC。 题型03 常见的离子晶体及相关计算 常见离子晶体的结构类型： NaCl 型结构：① 晶胞类型：面心立方晶胞；② 离子配位数：阳离子（如 Na⁺）配位数为 6，阴离子（如 Cl⁻）配位数为 6；③ 结构特征：阴、阳离子分别按面心立方堆积方式排列，阳离子填充于阴离子形成的八面体空隙中。 CsCl 型结构：① 晶胞类型：体心立方晶胞（阴离子按简单立方堆积，阳离子位于体心）；② 离子配位数：阳离子（如 Cs⁺）配位数为 8，阴离子（如 Cl⁻）配位数为 8；③ 结构特征：阴、阳离子的堆积方式为 “简单立方 + 体心”，无八面体或四面体空隙填充。 CaF₂型结构（萤石结构）：① 晶胞类型：面心立方晶胞（阳离子按面心立方堆积，阴离子填充空隙）；② 离子配位数：阳离子（如 Ca²⁺）配位数为 8，阴离子（如 F⁻）配位数为 4；③ 结构特征：阳离子形成面心立方晶格，阴离子填充于全部四面体空隙中。 相关计算（基于晶胞）： 晶胞粒子数计算（均摊法）：① 顶点粒子贡献值 1/8，棱上粒子贡献值 1/4，面心粒子贡献值 1/2，体心及内部粒子贡献值 1；② 分别计算晶胞中阴、阳离子的数目，确定离子晶体的化学式（阴、阳离子数目最简整数比）。 晶胞密度计算：① 计算公式：ρ = m/V（ρ 为密度，m 为晶胞质量，V 为晶胞体积）；② 晶胞质量 m = （晶胞中阴、阳离子总质量）= （n+×M++ n-×M-）/Nₐ（n+、n-为晶胞中阴、阳离子数目，M+、M-为对应离子的摩尔质量，Nₐ为阿伏加德罗常数）；③ 晶胞体积 V：立方晶胞 V = a³（a 为晶胞边长），六方晶胞 V = 底面积×高（底面积为正六边形面积，高为晶胞轴向长度）。 晶格能比较：晶格能与离子半径成反比、与离子电荷数平方成正比，可通过离子半径和电荷数判断不同离子晶体的晶格能大小（晶格能越大，离子晶体越稳定）。 【典例3】常见的离子晶体 晶体类型 NaCl CsCl CaF2 晶胞 阳离子的配位数 阴离子的配位数 晶胞中 微粒数 阳离子 阴离子 【答案】 6 8 8 6 8 4 4 1 4 4 1 8 【变式3-1】储氢材料的晶胞结构如图所示，已知的摩尔质量为M g/mol，阿伏加德罗常数的值为。下列说法正确的是 A．(i)和(ii)之间的距离为 B．晶体密度的计算式为 C．的配位数为3 D．晶胞中含有2个 【答案】C 【详解】A．(i)和(ii)之间的距离为晶胞体对角线的一半，则两点距离为，A错误； B．该晶胞的体积为，的个数为，的个数为，一个晶胞中含有2个，故晶体密度为，选项中未包含单位转换，表达式不完整，B错误； C．由图可知，与距离最近且相等的的个数为3，的配位数为3，C正确； D．晶胞中含有的个数为，D错误； 故答案选C。 【变式3-2】氯化亚铜广泛用于冶金、电镀、医药等行业，也是常用的催化剂之一，工业制备原理之一为。的立方晶胞结构和晶胞参数如图所示。下列叙述错误的是 A．的配位数是4 B．的空间结构为三角锥形 C．离子键百分数： D．若该晶体的密度为，则阿伏加德罗常数 【答案】D 【详解】A．的晶胞结构中，周围最近的形成四面体配位，配位数为4，A正确； B．中心原子价层电子对数（且含1对孤电子对），空间结构为三角锥形，B正确； C．和中阳离子均为，因电负性：，故离子键百分数：，C正确； D．晶胞中，位于顶点和面心，共4个；位于四面体空隙，共4个，故晶胞含4个单元。摩尔质量，晶胞体积，由得，D错误； 故答案选D。 【变式3-3】铬元素在工业中各个领域应用广泛，回答下列问题： (1)基态铬原子的外围电子排布式为 、电子占据的最高能级的轨道形状为 。 (2)常温下，氯化酰铬(CrO2Cl2)为暗红色液体，能溶解在常见的有机溶剂中。则氯化酰铬的晶体类型为 ，CS2是一种常见的能溶解氯化酰铬的有机溶剂，其分子形状为 。 (3)氮化铬(CrN)晶体在工业上用途广泛，其晶胞结构如图所示，则该晶胞结构与 (填一种常见的离子晶体的化学式)的晶胞结构一样；氮化铬晶体的熔点与MgO晶体的熔点的大小关系为 。 (4)已知氮化铬晶胞的边长为acm，阿伏加德罗常数值为NA，则该晶体的密度为 (用含a、NA的式子表示)。 【答案】(1) 3d54s1 球形 (2) 分子晶体 直线形 (3) NaCl CrN>MgO (4)g·cm-3 【详解】（1）铬是24号元素，基态铬原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，外围电子排布式为3d54s1，电子占据的最高能级是4s，轨道形状为球形。 （2）常温下，氯化酰铬(CrO2Cl2)为暗红色液体，熔点低，说明氯化酰铬的晶体类型为分子晶体，CS2中C原子的价电子对数是2，杂化方式为sp，其分子形状为直线形； （3）该晶胞结构与NaCl的晶胞结构一样；氮化铬、MgO都是离子晶体，N3-、Cr3+所带电荷比Mg2+、O2-多，所以氮化铬晶体的熔点比MgO晶体的熔点高。 （4）根据均摊原则，1个氮化铬晶胞中含有N原子数、Cr原子数，晶胞的边长为acm，晶胞体积为，则该晶体的密度为g·cm-3。 某石化企业的一种废催化剂中含、及少量的和。通过下列流程，回收和。 题型04 离子晶体的综合应用 工业生产领域： 金属冶炼：电解熔融离子晶体制备活泼金属（如电解熔融 NaCl 制金属 Na，电解熔融 Al₂O₃制金属 Al），利用离子晶体熔融态的导电性提供离子迁移通道。 化工原料制备：通过离子反应制备离子晶体类化工产品（如纯碱 Na₂CO₃、烧碱 NaOH、钾肥 KCl 等），利用离子晶体的溶解性差异实现产品分离提纯。 材料科学领域： 耐高温材料：高晶格能的离子晶体（如 Al₂O₃、MgO）熔点极高，可用作耐高温陶瓷、耐火材料（如炉膛内衬、高温传感器外壳）。 光学材料：部分离子晶体（如 CaF₂、BaF₂）具有良好的透光性（紫外至红外波段），可用于制造光学透镜、棱镜及激光窗口材料。 电解质材料：离子晶体（如 LiCoO₂、LiFePO₄）作为锂离子电池的正极材料，利用其离子导电性实现锂离子的嵌入与脱嵌，完成电荷存储与释放。 日常生活与鉴别分离： 日常应用：食盐（NaCl）作为调味品及食品防腐剂，纯碱（Na₂CO₃）用于洗涤剂、食品加工，小苏打 （NaHCO₃）用于烘焙及抗酸剂，均利用离子晶体的化学性质与溶解性。 物质鉴别：利用离子晶体的熔点差异（如通过加热判断熔点高低区分离子晶体与分子晶体）、溶解性差异（如通过溶解实验区分易溶与难溶离子晶体）、离子特征反应（如通过沉淀反应鉴别特定离子）。 分离提纯：利用离子晶体溶解度随温度的变化差异（如蒸发结晶分离 NaCl 与 KNO₃，重结晶提可溶性离子晶体），或利用离子交换树脂吸附特定离子（如硬水软化中去除 Ca²⁺、Mg²⁺）。 【典例4】工业上可用电解熔融制备La。实际生产中还需加入作助熔剂，研究发现电解池中含。 1．推断属于___________。 A．分子晶体 B．共价晶体 C．离子晶体 D．金属晶体 2．在电解装置的___________极得到产品La。 A．正 B．负 C．阴 D．阳 【答案】1．C 2．C 【分析】 1．因可用电解熔融La2O3制备La，故La2O3为离子晶体，故选C。 2．电解熔融La2O3制备La，La的化合价下降，发生得电子的还原反应，故在阴极得到产品La，故选C。 【变式4-1】铈的某种氧化物是汽车尾气净化催化剂的关键成分，其晶体结构如图1所示，下列说法正确的是 A．该晶胞中的配位数为4 B．若沿轴向平面投影，则其投影图如图2所示 C．晶胞中甲的原子分数坐标为，则乙的原子分数坐标为 D．该氧化物中铈元素的化合价为+4 【答案】D 【详解】A．配位数是指离子周围最近邻的异号离子数目。该晶胞中Cen+（白球）周围最近邻的O2-（黑球）数目为8，A错误； B．沿z轴向xy平面投影时，图2未正确反映所有O的投影位置（图2中心处应还有O的投影），应该为，则B错误； C．原子分数坐标以晶胞参数为单位1，甲为(0，0，0)（顶点），乙为四面体空隙中的O原子，其坐标应为(3/4，3/4，1/4)，C错误； D．通过均摊法计算，一个晶胞中Ce（白球）数目为，O（黑球）个数为8，个数比为1：2，所以氧化物化学式为CeO2，Ce元素化合价为+4，D正确； 答案选D。 【变式4-2】X、Y、Z、W 是原子序数依次增大的四种短周期元素。基态X、Z原子的电子均填充了3个能级，且均有2个未成对电子，W的核外电子数是X原子最外层电子数的3倍。下列说法正确的是 A．与Y同周期且第一电离能比Y小的元素有四种 B．元素X的氢化物的沸点一定比元素Y的氢化物低 C．Z与W形成WZ，属于离子晶体可作耐高温材料 D．简单离子半径：r(W)>r(Z)>r(Y) 【答案】C 【分析】X、Y、Z、W 是原子序数依次增大的四种短周期元素。基态X、Z原子的电子均填充了3个能级，且均有2个未成对电子，则X为C、Z为O，那么Y为N；W的核外电子数是X原子最外层电子数的3倍，W为12号元素Mg；据此分析解答。 【详解】A．同一周期随着原子序数变大，第一电离能变大，N的2p轨道为半充满稳定状态，第一电离能大于同周期相邻元素，则与Y同周期且第一电离能比Y小的元素有Li、Be、B、C、O共五种，A错误； B．碳可以形成相对分子质量很大的烃，其沸点可能很高，故元素X的氢化物的沸点不一定比元素Y的氢化物低，B错误； C．Z与W组成的化合物氧化镁熔点为2800℃，可作耐高温材，C正确； D．电子层数越多半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小；简单离子半径：r(Y)＞r(Z)＞r(W)，D错误； 故选C。 【变式4-3】氟氢化钾，晶体结构与类似，工业上可用于制氟气，下列说法不正确的是 A．晶体中每个紧邻的有6个 B．中阴阳离子个数比是 C．电解熔融制： D．中的作用力有离子键、氢键、共价键 【答案】A 【详解】A．KHF2晶体结构与NaCl类似，每个K+周围紧邻的同种离子（K+）数目应为12个（面心立方结构），而非6个，A错误； B．KHF2由K+和以1∶1比例组成，阴阳离子个数比为1∶1，B正确； C．电解熔融KHF2制F2，阳极生成F2，阴极生成H2，电解方程式正确，C正确； D．KHF2中K+与间为离子键，内部含共价键和氢键，D正确； 答案选A。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $