第三章 第四节

第四节离子晶体[明确学习目标] 1.能说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。

2.了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。

学生自主学习一、离子晶体1．定义：由□01阳离子和□02阴离子通过□03离子键结合而成的晶体。

2．晶体结构的决定因素3．离子晶体的性质4．三种常见离子晶体的结构(1)NaCl型①如右图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－是□086个(上、下、左、右、前、后各□091个，即配位数是□106)，构成正八面体；每个Cl－周围距离最近的Na＋也是□116个(即配位数是□126)，构成正八面体。

由此可推知该晶体的化学式为□13 NaCl。

②每个Na＋周围距离最近的Na＋是□1412个(上层□154个，同层□164个，下层□174个)，每个Cl－周围距离最近的Cl－也是□1812个。

③每个晶胞中实际拥有的Na＋数是□194，Cl－数是□204。

由此也可推知该晶体的化学式为□21NaCl。

(2)CsCl型①如下图，每个Cs＋周围距离最近的Cl－是□228个(即配位数是□238)，构成正六面体；每个Cl－周围距离最近的Cs＋也是□248个(即配位数是□258)，构成□26正六面体。

由此可推知该晶体的化学式为□27CsCl。

②每个Cs＋周围距离最近的Cs＋是□286个(上、下、左、右、前、后各□291个)，构成□30正八面体；每个Cl－周围距离最近的Cl－也是□316个，构成□32正八面体。

③每个晶胞中实际拥有的Cs＋数是□331____，Cl－数是□341。

由此也可推知该晶体的化学式为□35CsCl。

(3)CaF2晶体(如图所示)每个Ca2＋周围最邻近的F－有□368个，即Ca2＋的配位数为□378；每个F－周围最邻近的Ca2＋有□384个，即F－□394。

在CaF2晶体中，Ca2＋和F－个数比是□401∶2，刚好与Ca2＋和F－的电荷数之比相反。

Ca2＋在大立方体的□41顶角和□42面心，□438个F－在大立方体内构成一个小立方体。

二、晶格能1．晶格能的概念是□01气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值。

单位：□02 kJ·mol－1。

2．晶格能的意义(1)晶格能是最能反映离子晶体□03稳定性的数据，晶格能越大，离子键越□04牢固，晶体越□05稳定，而且熔点□06越高，硬度□07越大。

(2)晶格能□08大的矿物先晶出，晶格能□09小的矿物后晶出，即晶格能越□10大，岩浆中的矿物越□11易结晶析出。

1．表示离子晶体的化学式就是组成离子晶体的分子式吗？提示：不是。

离子晶体中不存在小分子，化学式仅表示晶体中阴、阳离子个数比的最简式。

如在NaCl、CsCl和ZnS晶体中，都不存在单个的NaCl、CsCl 和ZnS分子。

在这种晶体中，阴、阳离子的个数比都是1∶1，NaCl和CsCl只是表示离子晶体中阴、阳离子个数比的化学式，而不是表示分子组成的分子式。

2．晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系？提示：晶格能的数据可以用来说明许多典型离子晶体的性质变化规律，晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，晶体的熔点越高，硬度越大。

课堂互动探究一、离子晶体1．离子晶体的结构特点(1)构成粒子：阳离子和阴离子。

(2)作用力：离子键。

(3)配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。

2．常见的离子晶体[即时练]1．如下图所示是从NaCl或CsCl的晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是()A．图(1)和(3) B．图(2)和(3)C．图(1)和(4) D．只有图(4)答案 C解析NaCl晶体中，每个Na＋周围最邻近的Cl－有6个，构成正八面体，同理，每个Cl－周围最邻近的6个Na＋也构成正八面体，由此可知图(1)和(4)是从NaCl晶体中分割出来的结构图。

2．同类晶体物质熔点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：A组物质是________晶体，晶体中微粒之间通过________相连。

B组物质是________晶体，价电子数由少到多的顺序是________，粒子半径由大到小的顺序是________________。

答案离子离子键金属Na＜Mg＜Al Na＞Mg＞Al解析A组物质为离子晶体，离子之间通过离子键相结合，由于NaCl、KCl、CsCl中的阴、阳离子所带电荷数相等，而r(Na＋)<r(K＋)<r(Cs＋)，所以离子键的强度由大到小的顺序为NaCl>KCl>CsCl，故熔点是逐渐降低的。

B组物质为金属晶体，是由金属键结合而成的，因为价电子数Na<Mg<Al，而粒子半径Na＋>Mg ＋>Al＋，所以金属键强度由小到大的顺序为Na<Mg<Al，故其熔点是逐渐升高的。

二、晶格能的影响因素离子带电荷数多，核间距越小，晶格能越大，而离子的核间距与离子半径的大小有关，阳离子或阴离子半径越小，离子的核间距就越小，则晶格能越大。

[即时练]3．碱金属卤化物是典型的离子晶体，它们的晶格能与1d0成正比(d0是晶体中最邻近的导电性离子的核间距)。

下面说法错误的是()A．晶格能的大小与离子半径成反比B．阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离子半径越大，晶格能越小C．阳离子不同阴离子相同的离子晶体，阳离子半径越小，晶格能越大D．金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强答案 D解析由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，A正确；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定C正确；表中晶格能最小的为碘化物，因还原性F－<Cl－<Br－<I－，可知D错误。

4．铜单质及其化合物在很多领域有重要用途，如金属铜用来制造电线电缆，五水硫酸铜可用作杀菌剂。

(1)Cu位于元素周期表中ⅠB族。

Cu2＋的核外电子排布式为________。

(2)如图所示是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图，可确定该晶胞中阴离子的个数为________。

(3)Cu 2O 的熔点比Cu 2S 的________(填“高”或“低”)，请解释原因：____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。

答案 (1)1s 22s 22p 63s 23p 63d 9(或[Ar]3d 9)(2)4(3)高 Cu 2O 与Cu 2S 相比，阳离子相同，阴离子所带电荷数也相同，但O 2－的半径比S 2－的小，所以Cu 2O 的晶格能更大，熔点更高解析 (1)Cu 为29号元素，其价电子排布式为3d 104s 1，则Cu 2＋的核外电子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 63d 9或[Ar]3d 9。

(2)由铜的氧化物的晶胞结构可知，氧离子有8个位于顶角位置，4个位于棱上，2个位于面上，1个位于体心，故1个晶胞中实际拥有的氧离子个数为8×18＋4×14＋2×12＋1＝4。

(3)Cu 2O 与Cu 2S 均为离子晶体，离子晶体的熔点与其晶格能有关，而晶格能与离子所带电荷数及离子核间距有关。

本课归纳总结学习效果检测1．下列有关离子晶体的叙述不正确的是()A．1 mol氯化钠晶体中有N A个NaCl分子B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离最近且相等的Cl－共有6个C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－D．平均每个NaCl晶胞中有4个Na＋、4个Cl－答案 A解析NaCl是离子化合物，其晶体中并不存在单独的“NaCl分子”，“NaCl”只表示阴、阳离子的个数比，表示晶体的组成。

2．有下列离子晶体的空间结构示意图(如下图所示)。

图中“●”和化学式中M分别代表阳离子，图中“○”和化学式中N分别代表阴离子，则化学式为MN3的晶体结构为()答案 B解析 观察晶体的结构，应用均摊法计算可知A 中M 的数目为8×18＝1，N的数目为1，故其化学式为MN ；B 中M 的数目为8×18＝1，N 的数目为12×14＝3，故其化学式为MN 3；C 中M 的数目为4×18＝12，N 的数目为4×18＝12，故其化学式为MN ；D 中M 的数目为8×18＋6×12＝4，N 的数目为12×14＋1＝4，故其化学式为MN 。

3．根据下表的数据，判断下列说法正确的是( )A ．晶格能的大小与正负离子电荷数和距离成正比B ．晶格能越大，即正负离子间的静电引力越强，晶体的熔点就越高，硬度就越大C ．NaF 晶体比NaCl 晶体稳定D ．表中物质CaO 晶体最稳定答案 C解析 A 项，根据表中的数据可知，晶格能的大小与正负离子之间的距离成反比；B项，离子键本质是阴、阳离子间的静电作用，不只是引力，还有斥力等，晶格能越大，即正负离子间的静电作用力越强，晶体的熔点就越高，硬度就越大；C项，晶格能：NaF>NaCl，故NaF晶体比NaCl晶体稳定；D项，晶格能越大，晶体越稳定，表中所列物质中MgO晶体最稳定。

4．原子序数逐渐增大的A、B、C、D、E五种短周期主族元素的部分信息如下表：请根据以上信息回答问题。

(1)C的氧化物的化学式为________，A原子结构示意图为________。

(2)B、C、D单质的熔点从低到高的顺序为____________(填元素符号)。

(3)A、C所形成的化合物的晶体结构与氯化钠晶体结构相似，则晶胞中每个阳离子周围等距且紧邻的阴离子数目为________，晶体中阴、阳离子个数比为________。

(4)A、D所形成晶体的熔点比C、E所形成晶体的熔点________(填“高”或“低”)，原因是_______________________________________________________ ____________________________________________________________________。

答案(1)MgO(2)Na<Mg<Al(3)61∶1(4)高离子半径：Al3＋<Mg2＋、O2－<Cl－，且Al2O3中离子所带电荷比MgCl2中多，故离子键更强，晶格能更大解析由题意可推知：A为O，B为Na，C为Mg，D为Al，E为Cl。