第一节 离子晶体、分子晶体
和原子晶体(一)
一、
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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。
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
(一)引入新课
[复习提问]
1.写出NaCl 、CO 2 、H 2 O 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。Ca 2+ 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.CaCl 2 B.Na 2 0 2 C.NaOH D.K 2 S
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CsF 2
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 |
|
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
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 。
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__________ 。
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Fe 2+ 、Fe 3+ ,在Fe 2+ 和
Fe 3+ 的总数中,Fe 2+ 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Fe 2+ (或Fe 3+ )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Fe 2+ 和Fe 3+ 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M n+ 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 XY 2 (或Y 2 X)
(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)YBa 2 Cu 3 O 7
(2)Cu 2+ :Cu 3+ =2:1