新课标人教版课件系列 《高中化学》 选修 3

3.4 《离子晶体》

教学目标 知识与能力： 1 ．掌握离子晶体的概念，能识别氯化钠、氯化铯、 氟化钙的晶胞结构。 2 ．学会离子晶体的性质与晶胞结构的关系。 3 ．通过探究知道离子晶体的配位数与离子半径比 的关系。 4 、通过碳酸盐的热分解温度与阳离子半径的自学， 拓展学生视野。 ５、通过分析数据和信息，能说明晶格能的大小 与离子晶体性质的关系。

教学重点难点： 1 、离子晶体的物理性质的特点 2 、离子晶体配位数及其影响因素 ３、晶格能的定义和应用 教学方法建议： 分析、归纳、讨论、探究

2Na + Cl 2 == 2NaCl Na + Cl - NaCl Cl - Na +

一、离子晶体 1 、定义：由阳离子和阴离子通过离 子键结合而成的晶体。 2 、成键粒子：阴、阳离子 3 、相互作用力：离子键 4 、常见的离子晶体： 强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。

Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + Cl - Na + 可见：在 NaCl 晶 体中，钠离子、 氯离子按一定的 规律在空间排列 成立方体。 主页 5 、晶胞类型： （ 1 ）氯化钠型晶胞

（ 1 ）钠离子和氯离子的位置： ①钠离子和氯离子位于立方体的顶角上，并交错排列。 ②钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点，或者 反之。 5 、晶胞类型： （ 1 ）氯化钠型晶胞

（ 3 ）与 Na + 等距离且最近的 Na + 、 Cl - 各有几个？ 计算方法：均摊法 顶点占 1/8 ；棱占 1/4 ；面心占 1/2 ；体心占 1 （ 2 ）每个晶胞含钠离子、氯离子的个数 与 Na + 等距离且最近的 Na + 有： 12 个 与 Na + 等距离且最近的 Cl - 有： 6 个

---Cl Na + NaCl 的晶体结构模 型

NaCl 晶体中阴、阳离子配位数 返回原处

（ 2 ）氯化铯型晶胞

---Cs + ---Cl - CsCl 的晶体结构及晶胞构示 意图

CsCl 晶胞 （ 1 ）铯离子和氯离子的位置： 铯离子：体心 氯离子：顶点；或者反之。 （ 2 ）每个晶胞含铯离子、氯 离子的个数 铯离子： 1 个 ；氯离子： 1 个 （ 3 ）与铯离子等距离且最近 的铯离子、氯离子各有几个？ 铯离子： 6 个 ；氯离子： 8 个

(3)CaF 2 型晶胞 ① Ca 2+ 的配位数： 8 ② F - 的配位数： 4 ③一个 CaF 2 晶胞中 含： 4 个 Ca 2+ 和 8 个 F -

(4)ZnS 型晶胞 ①阳离子的配位数： 4 ②阴离子的配位数： 4 ③一个 ZnS 晶胞中含： 4 个阳离子和 4 个阴离子

科学探究： 找出 CsCl 、 NaCl 两种离子晶体中阳离子和 阴离子的配位数，它们是否相等？ CsCl NaCl 离子晶体阴离子的配位数阳离子的配位数 NaCl CsCl

科学探究： 你认为是什么因素决定了离子晶体中离子 的配位数？根据表 3—5 、表 3—6 分析影响 离子晶体中离子配位数的因素。 配位数 468 半径比 0.2~0.40.4~0.70.7~1.0 空间构型 ZnSNaClCsCl

决定离子晶体结构的因素 几何因素 – 晶体中正负离子的半径比 电荷因素 – 晶体中正负离子的电荷比 键性因素 – 离子键的纯粹因素

科学视野 [ 阅读思考 ] 碳酸盐热分解的实质是什么？ 表 3-7 的有关数值说明了什么？ 组成碳酸盐中阳离子的金属的金属 性越弱，金属阳离子的半径越小，碳酸 盐的热稳定性越差，反之越好。

二、晶格能晶格 定义：气态离子形成 1 摩离子晶体时释放的 能量。 晶格能的大小与阴、阳离子所带电荷的乘积 成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。 简言之, 晶格能的大小与离子带电量成正比, 与离子半 径成反比. 晶格能越大： – 形成的离子晶体越稳定；（离子键越强） – 熔点越高；硬度越大。 仔细阅读表 3 — 8 ，分析 晶格能的大小与离子晶 体的熔点有什么关系？ 离子晶体的晶格能与哪 些因素有关？ 表 3 — 8表 3 — 8

总结 离子晶体有什么特点？ – 无单个分子存在； NaCl 不表示分子式。 – 熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩。 且随着离子电荷的增加，核间距离的缩短， 晶格能增大，熔点升高。 熔沸点较高硬度较大 – 一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂。 – 固态不导电，水溶液或者熔融状态下能导 电。 哪些物质属于离子晶体？ – 强碱、部分金属氧化物、部分盐类。

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 相反离子 每个晶 胞含有 离子数 实例 NaCl 型 ABCsCl 型 ZnS 型 AB 2 CaF 2 型 Na + ： 6 Cl - ： 6 Cs + ： Cl - ： 8 8 Zn 2+ ： S 2- ： 4 4 Ca 2+ ： F-：F-： 4 8 Na + ： Cl - ： Cs + ： Cl - ： Zn 2+ ： S 2- ： Ca 2+ ： F-：F-： Na + ： Cl - ： Cs + ： Cl - ： Zn 2+ ： S 2- ： Ca 2+ ： F-：F-： KBr AgCl 、 MgO 、 CaS 、 BaSe ZnS 、 AgI 、 BeO CsCl 、 CsBr 、 CsI 、 TlCl 碱土金属卤化 物、碱金属氧 化物。

【总结归纳】物质的熔点与晶体类型的关系 1 、若晶体类型不同，一般情况下：原子晶体＞离子晶 体＞分子晶体。 2 、若晶体类型相同，则有： ⑴离子晶体中，结构相似时，离子半径越小，离子电荷 越高，晶格能越大，离子键就越强，熔点就越高。 ⑵原子晶体中，结构相似时，原子半径越小，共价键键 长越短，键能越大，熔点越高。 ⑶分子晶体中（不含氢键时），分子组成和结构相似时， 相对分子质量越大，范德华力就越强，熔点就越高。 ⑷金属晶体中，离子半径越小，离子电荷越高，金属键 就越强，熔点就越高。合金的熔点比它的各成分金属的熔 点低。

练习 1 、下表列出了有关晶体的知识，其中错误的是（ ） 2 、下列物质的晶体，按其熔点由低到高的排列顺序正确的 是（ ） A ． N ａ C ｌ、 S ｉ O 2 、 CO 2 B ． N ａ C ｌ、 CO 2 、 S ｉ O 2 C ． N ａ C ｌ、 M ｇ O 、 S ｉ O 2 D ． N ａ C ｌ、 S ｉ O 2 、 M ｇ O 3 、用离子的电荷和半径解释下列离子晶体熔点高低的顺序。 （ 1 ） M ｇ O ＞ KC ｌ （ 2 ） M ｇ O ＞ S ｒ S （ 3 ） N ａ F ＞ N ａ C ｌ＞ N ａ B ｒ ABCD 晶体硫化钾干冰金刚石碘 组成晶体的微粒阴阳离子分子原子分子 晶体微粒间存在的 作用力 离子键共价键 范德华力 B C

中学教材上图示的 NaCl 晶体结构，它向三维空间延伸 得到完美晶体。 NiO 晶体结构与 NaCl 相同， Ni 2 ＋ 与邻近 的 O 2- 核间距为 a×10 -8 ㎝，计算 NiO 晶体密度（已知 NiO 摩尔质量为 74.7g · mol -1 ) 解：在该晶体中最小正方体中所含的 Ni 2+ 、 O 2 － 个数均为 : 即晶体中每个小正方体中平均含有 1/2 个 NiO. 其质量为 : 而此小正方体体积为 (a×10 -8 ㎝ ) 3 故 NiO 晶体密度为： 总结 课 堂 练 习 题课 堂 练 习 题 74.7g 6.02×10 23 × 1 2 （个） 1 2 4×4× 1 8 = 74.7g 6.02×10 23 × 1 2 (a×10 -8 ㎝ ) 3 g. ㎝ a3a3 =

综合应用 变式 (1)NiO 晶体结构与 NaCl 相同，设 NiO 的摩尔 质量 M g/mol, 密度为 ρg/mL, 阿伏加德罗常数为 N A, 求晶 胞中两个距离最近的氧离 子中心间的距离为多少 cm? 解题思路： （ 1 ）每个晶胞中含 NiO 的个数（ 2 ） 一个晶胞的质量（ 3 ）一个晶胞的体积（ 4 ）晶胞 的边长（ 5 ）晶胞中任一个面对角线长度的一半 主页

综合应用 (2) 天然的和大部分人工制备的 晶体都存在各种缺陷，例如在 某种 NiO 晶体中就存在以下缺陷： 一个 Ni 2+ 空缺，另有两个 Ni 2+ 被 两个 Ni 3+ 所取代。其结果晶体仍 呈电中性，但化合物中 Ni 和 O 的 比值却发生了变化。某氧化镍 样品组成为 Ni 0.97 O, 试计算该晶 体中 Ni 3+ 与 Ni 2+ 的离子数之比。 返回主菜单 参考答案： Ni 3+ ： Ni 2+ ＝ 6 ： 91

本题命题角度较新颖，实际上难度不大，第（ 2 ） 题所提供的 Ni 0.97 O 信息，实际上是一种 “ 平均化学 式 ” 。尽管题给示意图及题目叙述中提到了有 “ Ni 2+ ” 空缺，但 “ Ni 0.97 O ” 的平均化学式与所述的 “ 空缺 ” 无 关，它只是遵循着电中性原则，即由于掺杂多带一 个电荷的 Ni 3+ 代替了部分 Ni 2+ ，才使 “ NiO ” 变成了 “ Ni 0.97 O ” 。 一题多解： （ 1 ）由题意可得氧化镍中有许多由 4 个 Ni 2+ 和 4 个 O 2- 相邻且占据顶点的小立方体构成，如图所示： 此小立方体的每个 Ni 2+ 与 O 2- 均为 8 个小立方体共用 ，因此小立方体拥有 Ni 2+ 与 O 2- 均为： 4×4/8=1/2 ， 取 1 mol 晶体，则含有 6.02×10 23 /(1/2) 个小立方体。 晶体密度 = m/V=74.7g÷ ［ (a× cm) 3 ×6.02×10 23 /(1/2) ］ =62.0/a 3 g · cm -3 。

（ 2 ） 0.97 mol 的镍离子的平均带电量为 2 ， 那么 1 mol 镍离子的平均带电量为 2/0.97 ， 这是 +2 和 +3 价的镍离子的共同电量，由此 可列方程式。不同于上解的是，这种做法 将 0.97 mol 镍离子化为 1 mol 镍离子来计算。 设 1molNi 中含 Ni 2+ x mol ，则含 Ni 3+ （ 1-x ） mol ，根据电荷守恒： 2x+3(1-x)=2/0.97 x=91/97 n(Ni 3+ ) ∶ n(Ni 2+ )=(1-91/97) ∶ 91/97=6 ∶ 91

法三：因为中 Nio.97O 中既有 +2 价的离子又有 +3 价的镍离子，所以可写成 xNiO · yNi2O3 的 复合形式，该形式中很容易看出镍离子的总和 为 x+2y ，氧离子的总和为 x+3y ，因此可列方 程如下： x+2y=0.97 镍离子个数守恒 x+3y=1 氧离子个数守恒 或者列成分式形式：（ x+2y ） / （ x+3y ） =0.97/1 同样可以求出三价镍与二价镍离子数 目之比。 主页

可以整体移动 的晶胞 可以整体移动 的晶格

CaF 2 的晶胞 返回原处

NaCl 晶体中阴、阳离子配位数 返回原处

某些离子晶体的晶格能 F-F- Cl - Br - I-I- Li + Na + K + Rb + Cs 返回原处

卤化钠及碱土金属离子晶体 返回原处