人教版高中化学选修3课件：3.4 离子晶体1.ppt

1、3.4离子晶体 教学目标教学目标 知识与能力：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。 、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：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 、晶格能的定义和应用 教学方法建议：教学方法建议： 分析、归纳、讨论、探究 2Na + Cl2 = 2NaCl +11 +17 +17 +11 Na+ Cl-

2、 - Na Cl Cl- Na+ 一、离子晶体一、离子晶体 1、定义：、定义：由阳离子和阴离子通过离由阳离子和阴离子通过离 子键结合而成的晶体。子键结合而成的晶体。 2、成键粒子：、成键粒子：阴、阳离子阴、阳离子 3、相互作用力：、相互作用力：离子键离子键 4、常见的离子晶体：、常见的离子晶体： 强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。 Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na

3、+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Cl - Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Cl- Cl - Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ 可见：可见：在在NaClNaCl晶体晶体 中，钠离子、氯离中，钠离子、氯离 子按一定的规律在子按一定的规律在 空间排列成立方体。空间排列成立方体。 主页 5、晶胞类型：晶胞类型： （1）氯化钠型晶胞）氯化钠型晶胞 （1）钠离子和氯离子的位置：）钠离子和氯离子的位置： 钠离子和氯离子位于立方体的顶角上，并交错排列。钠离子和氯离子位于立方体的顶角上，并交错排列。 钠离子：体心和棱中点；氯离子：

4、面心和顶点，或者钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点，或者 反之。反之。 5、晶胞类型：晶胞类型： （1）氯化钠型晶胞）氯化钠型晶胞 （3）与）与Na+等距离且最近的等距离且最近的Na+ 、Cl- 各有几个？各有几个？ 计算方法：均摊法计算方法：均摊法 顶点占顶点占1/8；棱占；棱占1/4；面心占；面心占1/2；体心占；体心占1 （2）每个晶胞含钠离子、氯离子的个数）每个晶胞含钠离子、氯离子的个数 与与Na+等距离且最近的等距离且最近的Na+ 有：有：12个个 与与Na+等距离且最近的等距离且最近的Cl- 有：有：6个个 -Cl- - Na+ NaClNaCl的晶体结构模型的晶体结构模型

5、NaClNaCl晶体中阴、阳离子配位数晶体中阴、阳离子配位数 返回原处 （2）氯化铯型晶胞）氯化铯型晶胞 -Cs+ -Cl- CsClCsCl的晶体结构及晶胞构示的晶体结构及晶胞构示 意图意图 CsCl晶胞晶胞 （1）铯离子和氯离子的位置：）铯离子和氯离子的位置： 铯离子：体心铯离子：体心 氯离子：顶点；或者反之。氯离子：顶点；或者反之。 （2）每个晶胞含铯离子、氯）每个晶胞含铯离子、氯 离子的个数离子的个数 铯离子：铯离子：1个个 ；氯离子：；氯离子：1个个 （3）与铯离子等距离且最近）与铯离子等距离且最近 的铯离子、氯离子各有几个？的铯离子、氯离子各有几个？ 铯离子：铯离子：6个个 ；氯离

6、子：；氯离子：8个个 (3)CaF(3)CaF2 2型晶胞型晶胞 Ca2+的配位数：的配位数：8 F- -的配位数：的配位数：4 一个一个CaFCaF2 2晶胞中含：晶胞中含： 4 4个个CaCa2+ 2+和 和8 8个个F F- - (4)ZnS(4)ZnS型晶胞型晶胞 阳离子的配位数：阳离子的配位数：4 阴离子的配位数：阴离子的配位数：4 一个一个ZnS晶胞中含：晶胞中含： 4 4个阳离子和个阳离子和4 4个阴离子个阴离子 科学探究：科学探究： 找出找出CsClCsCl、NaClNaCl两种离子晶体中阳离子和阴两种离子晶体中阳离子和阴 离子的配位数，它们是否相等？离子的配位数，它们是否相等

7、？ 离子晶体离子晶体 阴离子的配位数阴离子的配位数 阳离子的配位数阳离子的配位数 NaClNaCl CsClCsCl 6 6 8 8 科学探究：科学探究： 你认为是什么因素决定了离子晶体中离子你认为是什么因素决定了离子晶体中离子 的配位数？根据表的配位数？根据表3 35 5、表、表3 36 6分析影响分析影响 离子晶体中离子配位数的因素。离子晶体中离子配位数的因素。 配位数配位数 4 4 6 6 8 8 半径比半径比 0.20.2 0.40.4 0.40.4 0.70.7 0.70.7 1.01.0 空间构型空间构型 ZnSZnS NaClNaCl CsClCsCl 决定离子晶体结构的因素决定

8、离子晶体结构的因素 几何因素几何因素 晶体中正负离子的半径比晶体中正负离子的半径比 电荷因素电荷因素 晶体中正负离子的电荷比晶体中正负离子的电荷比 键性因素键性因素 离子键的纯粹因素离子键的纯粹因素 科学视野科学视野 阅读思考阅读思考 碳酸盐热分解的实质是什么？碳酸盐热分解的实质是什么？ 表表3-7的有关数值说明了什么？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。盐的热稳定性越差，反之越好。 二、二、晶格晶格能能 定义：气态离子形成定义：气态离子形成1 1

9、摩离子晶体时释放的摩离子晶体时释放的 能量。能量。 晶格能的大小与阴、阳离子所带电荷的乘积晶格能的大小与阴、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。成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。 简言之简言之,晶格能的大小与离子带电量成正比晶格能的大小与离子带电量成正比,与离子半与离子半 径成反比径成反比. 晶格能越大：晶格能越大： 形成的离子晶体越稳定；（离子键越强）形成的离子晶体越稳定；（离子键越强） 熔点越高；硬度越大。熔点越高；硬度越大。 r qq 21 晶格能 仔细阅读仔细阅读表表3 38 8，分析，分析 晶格能的大小与离子晶晶格能的大小与离子晶 体的熔点有什么关系？体的熔点

10、有什么关系？ 离子晶体的晶格能与哪离子晶体的晶格能与哪 些因素有关？些因素有关？ 总结总结 离子晶体有什么特点？离子晶体有什么特点？ 无单个分子存在；无单个分子存在；NaClNaCl不表示分子式。不表示分子式。 熔沸点较高熔沸点较高，硬度较大硬度较大，难挥发难压缩。，难挥发难压缩。 且随着离子电荷的增加，核间距离的缩短，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。晶格能增大，熔点升高。 一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂。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固态不导电，水溶液或者熔融状态下能导 电。电。 哪些物质属于离子晶体？哪些物质属于离子

11、晶体？ 强碱、部分金属氧化物、部分盐类。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各类型离子晶体晶胞的比较 晶体晶体 类型类型 晶胞晶胞 类型类型 晶胞结构晶胞结构 示意图示意图 配位数配位数 距离最近距离最近 且相等的且相等的 相反离子相反离子 每个晶每个晶 胞含有胞含有 离子数离子数 实例实例 NaCl 型型 AB CsCl 型型 ZnS型型 AB2 2 CaF2 2 型型 NaNa+ +： 6 ClCl- -： ： 6 CsCs+ +： ClCl- -： 8 8 8 8 ZnZn2+ 2+： ： S S2 2- -： 4 4 4 4 CaCa2+ 2+： ： F F- -

12、： 4 4 8 8 NaNa+ +： ClCl- -： ： CsCs+ +： ClCl- -： ZnZn2+ 2+： ： S S2 2- -： CaCa2+ 2+： ： F F- -： NaNa+ +： ClCl- -： ： CsCs+ +： ClCl- -： ZnZn2+ 2+： ： S S2 2- -： CaCa2+ 2+： ： F F- -： 6 6 8 8 8 8 4 4 4 4 4 4 8 8 4 4 1 1 1 1 4 4 4 4 8 8 4 4 KBr AgCl、 MgO、CaS、 BaSe ZnS、AgI、 BeO CsCl、CsBr、 CsI、TlCl 碱土金属卤化碱土金属卤

13、化 物、碱金属氧物、碱金属氧 化物。化物。 【总结归纳总结归纳】物质的熔点与晶体类型的关系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、若晶体类型不同，一般情况下：原子晶体离子晶 体分子晶体。体分子晶体。 2、若晶体类型相同，则有：、若晶体类型相同，则有： 离子晶体中，结构相似时，离子半径越小，离子电荷离子晶体中，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。越高，晶格能越大，离子键就越强，熔点就越高。 原子晶体中，结构相似时，原子半径越小，共价键键原子晶体中，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。长越短

14、，键能越大，熔点越高。 分子晶体中（不含氢键时），分子组成和结构相似时，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。相对分子质量越大，范德华力就越强，熔点就越高。 金属晶体中，离子半径越小，离子电荷越高，金属键金属晶体中，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。熔点低。 练习 1、下表列出了有关晶体的知识，其中错误的是（、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、下列物质的晶体，按其

15、熔点由低到高的排列顺序正确的是 （ ） ANC、SO2、CO2 BNC、CO2、SO2 CNC、MO、SO2 DNC、SO2、MO 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。、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）MOKC （2）MOSS （3）NFNCNB A B C D 晶体晶体 硫化钾硫化钾 干冰干冰 金刚石金刚石 碘碘 组成晶体的微粒组成晶体的微粒 阴阳离子阴阳离子 分子分子 原子原子 分子分子 晶体微粒间存在的晶体微粒间存在的 作用力作用力 离子键离子键 共价键共价键 共价键共价键 范德华力范德华力 B C 1 2 3 4 5 6 8 7 8 中学教材

16、上图示的中学教材上图示的NaClNaCl晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。 NiONiO晶体结构与晶体结构与NaClNaCl相同，相同，NiNi2 2 与邻近的 与邻近的O O2 2- -核间距为核间距为a a1010- -8 8 ，计算，计算 NiONiO晶体密度（已知晶体密度（已知NiONiO摩尔质量为摩尔质量为74.7g74.7g molmol- -1 1) ) 解：解：在该晶体中最小正方体中所含的在该晶体中最小正方体中所含的 NiNi2+ 2+、 、O O2 2 个数均为 个数均为: : 即晶体中每个小正方体中平均含有即晶体中每个小正方体中

17、平均含有1/21/2个个 NiO.NiO.其质量为其质量为: : 而此小正方体体积为而此小正方体体积为(a(a1010- -8 8 ) )3 3 故故NiONiO晶体密度为：晶体密度为： 总结 课 堂 练 习 题 74.7g 6.021023 1 2 （个）（个） 1 2 4 1 8 = 74.7g 6.021023 1 2 (a10-8)3 g. -3 62.0 a3 = 综合应用综合应用 变式变式 (1)(1)NiONiO晶体结构与晶体结构与 NaClNaCl相同，设相同，设NiONiO的摩尔质的摩尔质 量量M g/mol,M g/mol,密度为密度为g/mL,g/mL, 阿伏加德罗常数为

18、阿伏加德罗常数为N NA A, ,求晶求晶 胞中两个距离最近的氧离胞中两个距离最近的氧离 子中心间的距离为多少子中心间的距离为多少cm?cm? 解题思路：解题思路： （1 1）每个晶胞中含）每个晶胞中含NiONiO的个数（的个数（2 2） 一个晶胞的质量（一个晶胞的质量（3 3）一个晶胞的体积（）一个晶胞的体积（4 4）晶胞）晶胞 的边长（的边长（5 5）晶胞中任一个面对角线长度的一半）晶胞中任一个面对角线长度的一半 主页 综合应用综合应用 (2)(2)天然的和大部分人工制备的天然的和大部分人工制备的 晶体都存在各种缺陷，例如在晶体都存在各种缺陷，例如在 某种某种NiONiO晶体中就存在以下缺

19、陷：晶体中就存在以下缺陷： 一个一个NiNi2+ 2+空缺，另有两个 空缺，另有两个NiNi2+ 2+被 被 两个两个NiNi3+ 3+所取代。其结果晶体仍 所取代。其结果晶体仍 呈电中性，但化合物中呈电中性，但化合物中NiNi和和O O的的 比值却发生了变化。某氧化镍比值却发生了变化。某氧化镍 样品组成为样品组成为NiNi0.97 0.97O,O,试计算该晶试计算该晶 体中体中NiNi3+ 3+与 与NiNi2+ 2+的离子数之比。 的离子数之比。 返回主菜单 参考答案：参考答案： NiNi3+ 3+ ： ：NiNi2+ 2+ 6 6 ：9191 本题命题角度较新颖本题命题角度较新颖，实际上

20、难度不大实际上难度不大，第第（2）题所提题所提 供的供的Ni0.97O信息信息，实际上是一种实际上是一种“平均化学式平均化学式”。尽管题尽管题 给示意图及题目叙述中提到了有给示意图及题目叙述中提到了有“Ni2+”空缺空缺，但但 “Ni0.97O”的平均化学式与所述的的平均化学式与所述的“空缺空缺”无关无关，它只是它只是 遵循着电中性原则遵循着电中性原则，即由于掺杂多带一个电荷的即由于掺杂多带一个电荷的Ni3+代替代替 了部分了部分Ni2+ ，才使才使“NiO”变成了变成了“Ni0.97O”。 一题多解：一题多解： （ 1）由题意可得氧化镍中有许多由）由题意可得氧化镍中有许多由4个个Ni2+和和

21、4个个O2-相邻相邻 且占据顶点的小立方体构成，如图所示：此小立方体的每且占据顶点的小立方体构成，如图所示：此小立方体的每 个个Ni2+与与O2-均为均为8个小立方体共用，因此小立方体拥有个小立方体共用，因此小立方体拥有 Ni2+与与O2-均为：均为：44/8=1/2，取，取1 mol晶体，则含有晶体，则含有 6.021023/(1/2)个小立方体。晶体密度个小立方体。晶体密度 = m/V=74.7g (a10-8cm)36.021023/(1/2)=62.0/a3 gcm-3。 （2 2）0 0. .9797 molmol的镍离子的平均带电量为的镍离子的平均带电量为2 2， 那么那么1 1

22、molmol镍离子的平均带电量为镍离子的平均带电量为2 2/ /0 0. .9797， 这是这是+ +2 2和和+ +3 3价的镍离子的共同电量价的镍离子的共同电量，由此由此 可列方程式可列方程式。不同于上解的是不同于上解的是，这种做法这种做法 将将0 0. .9797 molmol镍离子化为镍离子化为1 1 molmol镍离子来计算镍离子来计算。 设设1 1molNimolNi中含中含NiNi2 2+ + x x molmol，则含则含NiNi3 3+ +（1 1- - x x）molmol，根据电荷守恒：根据电荷守恒： 2 2x+x+3 3( (1 1- -x)=x)=2 2/ /0 0.

23、 .9797 x=x=9191/ /9797 n(Nin(Ni3 3+ +)n(Ni)n(Ni2 2+ +)=()=(1 1- - 9191/ /9797)9191/ /9797= =6 69191 法三：因为中法三：因为中NioNio. .9797O O中既有中既有+ +2 2价的离子又有价的离子又有 + +3 3价的镍离子价的镍离子，所以可写成所以可写成xNiOxNiOyNiyNi2 2O O3 3的复的复 合形式合形式，该形式中很容易看出镍离子的总和为该形式中很容易看出镍离子的总和为 x+x+2 2y y，氧离子的总和为氧离子的总和为x+x+3 3y y，因此可列方程如因此可列方程如 下

24、：下： x+x+2 2y=y=0 0. .9797 镍离子个数守恒镍离子个数守恒 x+x+3 3y=y=1 1 氧离子个数守恒氧离子个数守恒 或者列成分式形式：或者列成分式形式：（x+x+2 2y y ）/ /（x+x+3 3y y） = =0 0. .9797/ /1 1 同样可以求出三价镍与二价镍离子同样可以求出三价镍与二价镍离子 数目之比数目之比。 主页 可以整体移动可以整体移动 的晶胞的晶胞 可以整体移动可以整体移动 的晶格的晶格 CaFCaF2 2的晶胞的晶胞 返回原处 NaClNaCl晶体中阴、阳离子配位数晶体中阴、阳离子配位数 返回原处 某些离子晶体的晶格能某些离子晶体的晶格能 F- Cl- Br- I- Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+ 1036 923 821 785 740 853 786 715 689 659 807 747 682 660 631 757 704 649 630 604 返回原处 卤化钠及碱土金属离子晶体卤化钠及碱土金属离子晶体 返回原处