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离子晶体、分子晶体和原子晶体(一)

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一、 <?<?学习目标

1.使学生了解离子晶体、分子晶体和原子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点。

2.使学生理解离子晶体、分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质的关系

3.使学生了解分子间作用力对物质物理性质的影响

4.常识性介绍氢键及其物质物理性质的影响。

二、重点难点

重点:离子晶体、分子晶体和原子晶体的结构模型;晶体类型与性质的关系

难点:离子晶体、分子晶体和原子晶体的结构模型;氢键

三、学习过程

(一)引入新课

[复习提问]

1.写出NaCl 、CO2 、H2O 的电子式

                                        


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www.170yx.com 2.NaCl晶体是由Na+和Cl通过           形成的晶体。

 

 [课题板书]  第一节 离子晶体、分子晶体和分子晶体(有课件)

一、离子晶体

1、概念:离子间通过离子键形成的晶体

2、空间结构

以NaCl 、CsCl为例来,以媒体为手段,攻克离子晶体空间结构这一难点

[针对性练习]

[例1]如图为NaCl晶体结构图,图中直线交点处为NaCl晶体中Na+与Cl-所处的位置(不考虑体积的大小)。

    (1)请将其代表Na+的用笔涂黑圆点,以完成 NaCl晶体结构示意图。并确定晶体的晶胞,分析其构成。

    (2)从晶胞中分Na+周围与它最近时且距离相等的 Na+共有多少个?

    [解析]下图中心圆甲涂黑为Na+,与之相隔均要涂黑

<?
 

    (1)分析图为8个小立方体构成,为晶体的晶胞,

    (2)计算在该晶胞中含有Na+的数目。在晶胞中心有1个Na+外,在棱上共有4个Na+,一个晶胞有6个面,与这6个面相接的其他晶胞还有6个面,共12个面。又因棱上每个Na+又为周围4个晶胞所共有,所以该晶胞独占的是12×1/4=3个.该晶胞共有的Na+为4个。

    晶胞中含有的Cl-数:Cl-位于顶点及面心处,每.个平面上有4个顶点与1个面心,而每个顶点上的氯离于又为8个晶胞(本层4个,上层4个)所共有。该晶胞独占8×1/8=1个。一个晶胞有6个面,每面有一个面心氯离子,又为两个晶胞共有,所以该晶胞中独占的Cl-数为6×1/2=3。

不难推出,n(Na+):n(Cl-)=4:4:1:1。化学式为NaCl.

    (3)以中心Na+为依据,画上或找出三个平面(主个平面互相垂直)。在每个平面上的Na+都与中心 Na+最近且为等距离。

    每个平面上又都有4个Na+,所以与Na+最近相邻且等距的Na+为3×4=12个。

    [答案]

(1)含8个小立方体的NaCl晶体示意图为一个晶胞

    (2)在晶胞中Na+与Cl-个数比为1:1.

 (3)12个

3、离子晶体结构对其性质的影响

 (1)离子晶体熔、沸点的高低取决于离子键的强弱,而离子晶体的稳定性又取决于什么?在离子晶体中,构成晶体的粒子和构成离子键的粒子是相同的,即都是阴、阳离子。离子晶体发生三态变化,破坏的是离子键。也就是离子键强弱即决定了晶体熔、沸点的高低,又决定了晶体稳定性的强弱。

(2)离子晶体中为何不存在单个的小分子?

在离子晶体中,阴、阳离子既可以看作是带电的质点,又要以看作是带电的球体,其中,阳离子总是尽可能的多吸引阴离子、阴离子又总是尽可能多的吸引阴离子(只要空间条件允许的话)这种结构向空间延伸,即晶体多大,分子就有多大,晶体内根本不存在单个的小分子,整个晶体就是一个大分子。

4、离子晶体的判断及晶胞折算

(1)如何判断一种晶体是离子晶体

    方法一:由组成晶体的晶格质点种类分:离子化合物一定为离子晶体。

    方法二:由晶体的性质来分:①根据导电性:固态时不导电而熔化或溶解时能导电的一般为离子晶体。

    ②根据机械性能:具有较高硬度,且脆的为离子晶体。

 (2)什么是晶胞?如何由晶胞来求算晶体的化学式?

    构成晶体的结构粒子是按着一定的排列方式所形成的固态群体。在晶体结构中具有代表性的最小重复单位叫晶胞。

    根据离子晶体的晶胞,求阴、阳离子个数比的方法?

    ①处于顶点上的离子:同时为8个晶胞共有,每个离子有1/8属于晶胞。

    ②处于棱上的离子:同时为4个晶胞共有,每个离子有1/4属于晶胞。

    ③处于面上的离子;同时为2个晶胞共有,每个离子有1/2属于晶胞。 

    ④处于体心的离子:则完全属于该晶胞。

[学生练习]

题目:在高温超导领域中,有一种化合物叫钙钛矿,其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示试回答:

    (1)在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子有多少个?

    (2)在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数化是多少?

    [解析]由图看出,在每个钛离于的同层左、右与前后、上下各层中都紧密排列着完全相同的钛离子,共有晶胞边长的6个钛离子。

    至于同一晶胞中独占三元素粒子个数比,则从每种元素粒子是晶胞中的位置考虑。Ca2+位于立方体的中央为一个晶胞所独占;钛离子位于晶胞的顶点上,为相邻两层8个晶胞所共有(左右、前后、上中下、左右前后4个而上下中相同重复共8个),而每个晶胞独占有8×1/8=1个。氧离子位于棱上,在同一晶胞中,每个氧离子为同层的4个晶胞所共有,一个晶胞独占12×1/4=3个。故氧、钙、钛的粒子数之比为 3:1:1

    [答案]6  3:1:1

5总结

1.离子间通过离子键结合而成的晶体叫离子晶体。构成离子晶体的微粒是阳离子和阴离子。离子晶体中,阳离子和阴离子间存在着较强的离子键,因此,离子晶体一般硬度较高,密度较大,熔、沸点较高。

2.一般地讲,化学式与结构相似的离子晶体,阴、阳离子半径越小,离子键越强,熔、沸点越高。如:KCI<NaCI<NaF。


离子晶体针对性训练

一、选择题

1.下列性质中,可以证明某化合物内一定存在离子键

  的是    (    )

  A.可溶于水     B.有较高的熔点

  C.水溶液能导电  D.熔融状态能导电

2.下列物质中,含有极性键的离子化合是。

  A.CaCl2    B.Na202    C.NaOH    D.K2S

3.Cs是IA族元素,F是VIIA族元素,估计Cs和F形成

  的化合物可能是

  A.离子化合物    B.化学式为CsF2

  C. 室温为固体    D.室温为气体

4.某物质的晶体中含A、B、C三种元素,其排列方式

  如图所示(其中前后两面心上的B原子未能画

  出),晶体中A、B、C的中原子个数之比依次为

    A.1:3:1    B.2:3:1

    C.2:2:1    D.1:3:3   

5.NaF,Nal,MgO均为离子化合物,根据下列数据,这

  三种化合物的熔点高低顺序是    (    )

物质

①NaF

②NaI

③MgO

离子电荷数

1

1

3

 m

2.31

3.18

2.10

 

  A.①>②>③    B.③>①>②  

  C.③>②>①    D.②>①>③

6.在NaCl晶体中与每个Na+距离等同且最近的几个Cl-所围成的空间几何构型为    (    )

  A.正四面体    B.正六面体

  C.正八面体    D.正十二面体   

7.如图是氯化铯晶体的晶胞(晶体中最小的重复单元),已知晶体中2个最近的Cs+离子核间距为a cm,氯化铯的式量为M,NA为阿伏加德罗常数,则氯化铯晶体的密度为

    B.   C.   D.

 

二、填空题

8.参考下列熔点数据回答:

物质

NaF

NaCl

NaBr

NaI

熔点℃

995

801

755

651

物质

NaCl

KCl

RbCl

CsCl

熔点℃

801

776

715

646

  钠的卤化物从NaF到NaI及碱金属的氯化物从NaCl到CsCl的熔点逐渐____________这与__________有关。随__________增大__________减小,故熔点__________逐渐   

9.某离子晶体晶胞结构如下图所示,x位于立方体的

  顶点,Y位于立方体中心。试分析:

  (1)晶体中每个Y同时吸引着__________个X,每

  个x同时吸引着__________个Y,该晶体的化学式

  为__________ 。

  (2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等

  的X共有__________个。

  (3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角

  ∠XYX的度数为__________。

  (4)设该晶体的摩尔质量为M g·mol-1,晶体密度为ρ·cm-3,阿伏加德罗常数为NA则晶体中两个距离最近的X中心间的距离为__________ 。

10.晶体具有规则的几何外型、晶体中最基本的重复单

  位称为晶胞。NaCl晶体结构如图所示。已知FexO

  晶体晶胞结构为NaCl型,由于晶体缺陷,x值小于1

  测知FexO晶体密度为ρ=5.71 g·cm-3,晶胞边长为

  4.28×10-10 m。

  (1)FexO中x值(精确至O.01)为

  (2)晶体中的Fe分别为Fe2+、Fe3+,在Fe2+

  Fe3+的总数中,Fe2+所占分数(用小数表示,精确至0.001)为 ______________。

  (3)此晶体的化学式为 _____________。

  (4)与某个Fe2+(或Fe3+)距离最近且等距离的O2-围成的空间几何形状是_____________。

  (5)在晶体中,铁元素间最短距离为_____________cm

11.有一种蓝色晶体,它的结构特征是Fe2+和Fe3+分别占据立方体互不相邻的顶点,而CN-离子位于立方体的棱上。

  (1)根据晶体结构特点,推出其化学式(用最简单整数表示)__________________________。

   (2)此化学式带何种电荷?用什么样的离子(用Mn+表示)与其结合成中性的化学式?写出此电中性的化学式。

  答:

 

 

  (3)指出(2)中添加离子在晶体结构中的什么位置。

  答:

 

 

12.1986年,瑞士两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体,使超导工作取得突破性进展,为此两位科学家获得了1987年的Nobel物理学奖。其晶胞结构如图。

 

 

 

 

 

(1)根据图示晶胞结构,推算晶体中Y,Cu,Ba和O原子个数比,确定其化学式

 

 

 

 

(2)根据(1)所推出的化合物的组成,计算其中Cu原子的平均化合价(该化合物中各元素的化合价为Y+3,Ba+2,Cu+2和Cu+3)试计算化合物中这两种价态Cu原子个数比

 


离子晶体针对性练习答案

一、选择题

    1.D  2.C  3.AC  4.A  5.B  6.C  7.C

    二、填空题

    8.降低  阴离子半径由F-到I-逐渐增大离半径  阴、阳离子相互吸引  降低

    9.(1)4  8 XY2(或Y2X)

    (2)12  (3)109°28'

(4)

    10.(1)0.92    (2)0.826

    (3)

    (4)正八面体  (5)3.03×10-10

    11.(1)FeFe(CN)6-

    (2)带一个单位负电荷,可用Na+,K+,Rb+ (用M+表示)与之结合MFeFe(CN)6

    (3)M+在每隔一个立方体的体心上。

    12.(1)YBa2Cu3O7

    (2)Cu2+:Cu3+=2:1




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