§3-2-2 离子晶体 张家港市崇真中学 韩竹海
仔细观察并描述你看到的实验现象
资料1:原子吸收光谱 在通常情况下,原子核外电子的排布总是使整个原子处于能量最低的状态。当处于能量最低状态的原子吸收能量后,电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上,如从3s跃迁到3p、4s、3d……,相反,电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,将释放出能量。 光是电子跃迁释放能量的重要形式之一。钠蒸气在火花或电流的激发下可发出使人感到宁静的黄光,若用棱镜分光可产生光谱,其中有两条明显的黄线。
基于钠原子和氯原子对稀有气体稳定结构的追求 不稳定 稳定 得到e- 失去e-
基于从胶体分散质直径大小的认识角度,我们将每个固体小颗粒约定为10-9g 我们可以作如下估算: 58.5g 2×6.02×1023 1g 约2×1022 10-9g 约2×1013
我们可以作如下推理: Na+吸引Cl-,在球形电场中,Cl-形成对Na+的包围(只要空间允许,尽可能吸引更多的异号离子),由此将产生剩余的负电荷,负电荷电场继续吸引Na+,进而有正电荷的剩余,再吸引Cl-,如此在三维空间不断向外推进,就形成了大量“离子”的聚集体,也就是我们看到的白烟。
资料2:人类对晶体结构的微观探析 18世纪中叶法国科学家阿羽依研究晶体外观形态提出了构造理论:晶体是由一个个的相同的几何体在空间平行的无间隙的堆砌而成的。 20世纪劳厄、布拉格等物理学家通过晶体的X-射线衍射实验验证了晶体的空间点阵假说,使人们得以观察到氯化钠晶体中Na+和Cl-在空间的排列方式。
2.数一数,NaCl晶胞中有Na+13个,Cl-14个,能说明晶体中两者的数目比是13:14吗? 1.每个Na+同时与 个Cl-,通过离子键相结合;每个Cl-又同时与 个Na+相结合? 2.数一数,NaCl晶胞中有Na+13个,Cl-14个,能说明晶体中两者的数目比是13:14吗? 3.每个Na+周围等距离且最近Na+的有 个?每个Cl-周围等距离且最近Cl-的有 个?
Cl- Na+
顶点 棱心 面心 体心 Na+ - 12 1 Cl- 8 6 分摊比例 1/8 1 1/4 1/2
与一个Na+相邻最近且距离相等的Na+有 个? 12
用类似思维方法分析CsCl晶体结构,在CsCl晶体中: 1.每个Cs+同时吸引 个Cl-,每个Cl-同时吸引 个Cs+。 2.Cs+和Cl-的数目比为 。 3.右图为CsCl晶体的一个晶胞,试计算属于该晶胞的离子数,并确定晶体化学式。
资料3:钠在氯气中燃烧过程中的能量变化循环图(玻恩-哈伯循环)单位:kJ·mol-1 1/2Cl2(g) Na(g) Cl(g) Na(s) + NaCl(g) Na+(g) Cl-(g) 升华热(S)107.3 电离能(I)495.8 键能(1/2D)126.7 电子亲合能(A)-348.7 晶格能(U)-786 反应热(ΔH)-411.2
晶格能(符号为U,单位为kJ·mol-1) ----衡量离子键的强弱 化学上将相互远离的气态阳离子和阴离子形成1mol离子晶体的过程中释放的能量或拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量叫做晶格能。
分析表中的各项数据,说说你的看法 AB型离子晶体 Z1 Z2 r+/pm r-/pm U/kJ·mol-1 熔点/℃ 硬度(Mohs) NaF 1 95 136 920 992 3.2 NaCl 181 770 801 2.5 NaBr 195 733 747 <2.5 NaI 216 683 662 MgO 2 65 140 4147 2800 5.5 CaO 99 3557 2576 4.5 SrO 113 3360 2430 3.5 BaO 135 3091 1923 3.3
熔点NaCl(801℃)>CsCl(646℃), 沸点NaCl(1413℃)>CsCl(1290℃)。 一般而言,U的绝对值越大,正负离子间的结合力越强,离子键越强,相应晶体的熔点越高,硬度越大。 晶体类型相同时,电荷数越高,离子核间距越短,晶格能越大。 例如: 对于NaCl和CsCl,由于阴、阳离子所带的电荷数相同,而r(Na+)<r(Cs+),所以U(NaCl)>U(CsCl),故 熔点NaCl(801℃)>CsCl(646℃), 沸点NaCl(1413℃)>CsCl(1290℃)。
表象 本质 模型 证据1、2… 转化1、2… 宏观 微观 符号
1.NaCl晶体中阴、阳离子配位数
2.某离子晶体的晶胞结构如下图所示:则该离子晶体的化学式为 ( ) 2.某离子晶体的晶胞结构如下图所示:则该离子晶体的化学式为 ( ) A.abc B.abc3 C.ab2c3 D.ab3c D 3.在NaCl晶体中,与每个Na+距离相等且距离最近的Cl-所围成的空间构型为( ) A.正四面体 B.正六面体 C.正八面体 D.正十二面体 C
它们所围成的空间几何构型是________。 正八面体
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