离子晶体、分子晶体和原子晶体(一)

离子晶体、分子晶体和原子晶体(一)

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

                                        。

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N_A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⁺和

  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O^2-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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