離子晶體、分子晶體和原子晶體(一)

離子晶體、分子晶體和原子晶體(一)

一、 學習目標

1.使學生了解離子晶體、分子晶體和原子晶體的晶體結構模型及其性質的一般特點。

2.使學生理解離子晶體、分子晶體和原子晶體的晶體類型與性質的關系

3.使學生了解分子間作用力對物質物理性質的影響

4.常識性介紹氫鍵及其物質物理性質的影響。

二、重點難點

重點：離子晶體、分子晶體和原子晶體的結構模型；晶體類型與性質的關系

難點：離子晶體、分子晶體和原子晶體的結構模型；氫鍵

三、學習過程

(一)引入新課

[復習提問]

1.寫出NaCl 、CO₂ 、H₂O 的電子式

                                        。

2．NaCl晶體是由Na⁺和Cl^—通過           形成的晶體。

 

 [課題板書]  第一節 離子晶體、分子晶體和分子晶體（有課件）

一、離子晶體

1、概念：離子間通過離子鍵形成的晶體

2、空間結構

以NaCl 、CsCl為例來，以媒體為手段，攻克離子晶體空間結構這一難點

[針對性練習]

[例1]如圖為NaCl晶體結構圖，圖中直線交點處為NaCl晶體中Na⁺與Cl^-所處的位置(不考慮體積的大小)。

    (1)請將其代表Na⁺的用筆涂黑圓點，以完成 NaCl晶體結構示意圖。并確定晶體的晶胞，分析其構成。

    (2)從晶胞中分Na+周圍與它最近時且距離相等的 Na⁺共有多少個?

    [解析]下圖中心圓甲涂黑為Na⁺，與之相隔均要涂黑

 

    (1)分析圖為8個小立方體構成，為晶體的晶胞，

    (2)計算在該晶胞中含有Na⁺的數目。在晶胞中心有1個Na⁺外，在棱上共有4個Na⁺，一個晶胞有6個面，與這6個面相接的其他晶胞還有6個面，共12個面。又因棱上每個Na+又為周圍4個晶胞所共有，所以該晶胞獨占的是12×1/4=3個.該晶胞共有的Na+為4個。

    晶胞中含有的Cl^-數：Cl^-位于頂點及面心處，每.個平面上有4個頂點與1個面心，而每個頂點上的氯離于又為8個晶胞(本層4個，上層4個)所共有。該晶胞獨占8×1/8=1個。一個晶胞有6個面，每面有一個面心氯離子，又為兩個晶胞共有，所以該晶胞中獨占的Cl^-數為6×1/2=3。

不難推出，n(Na⁺):n(Cl^-)=4:4:1:1。化學式為NaCl.

    (3)以中心Na⁺為依據，畫上或找出三個平面(主個平面互相垂直)。在每個平面上的Na⁺都與中心 Na⁺最近且為等距離。

    每個平面上又都有4個Na⁺，所以與Na⁺最近相鄰且等距的Na⁺為3×4=12個。

    [答案]

(1)含8個小立方體的NaCl晶體示意圖為一個晶胞

    (2)在晶胞中Na⁺與Cl^-個數比為1:1.

 (3)12個

3、離子晶體結構對其性質的影響

 （1）離子晶體熔、沸點的高低取決于離子鍵的強弱，而離子晶體的穩定性又取決于什么?在離子晶體中，構成晶體的粒子和構成離子鍵的粒子是相同的，即都是陰、陽離子。離子晶體發生三態變化，破壞的是離子鍵。也就是離子鍵強弱即決定了晶體熔、沸點的高低，又決定了晶體穩定性的強弱。

（2）離子晶體中為何不存在單個的小分子?

在離子晶體中，陰、陽離子既可以看作是帶電的質點，又要以看作是帶電的球體，其中，陽離子總是盡可能的多吸引陰離子、陰離子又總是盡可能多的吸引陰離子(只要空間條件允許的話)這種結構向空間延伸，即晶體多大，分子就有多大，晶體內根本不存在單個的小分子，整個晶體就是一個大分子。

4、離子晶體的判斷及晶胞折算

（1）如何判斷一種晶體是離子晶體

    方法一：由組成晶體的晶格質點種類分：離子化合物一定為離子晶體。

    方法二：由晶體的性質來分：①根據導電性：固態時不導電而熔化或溶解時能導電的一般為離子晶體。

    ②根據機械性能：具有較高硬度，且脆的為離子晶體。

 （2）什么是晶胞?如何由晶胞來求算晶體的化學式?

    構成晶體的結構粒子是按著一定的排列方式所形成的固態群體。在晶體結構中具有代表性的最小重復單位叫晶胞。

    根據離子晶體的晶胞，求陰、陽離子個數比的方法？

    ①處于頂點上的離子：同時為8個晶胞共有，每個離子有1/8屬于晶胞。

    ②處于棱上的離子：同時為4個晶胞共有，每個離子有1/4屬于晶胞。

    ③處于面上的離子；同時為2個晶胞共有，每個離子有1/2屬于晶胞。 

    ④處于體心的離子：則完全屬于該晶胞。

[學生練習]

題目：在高溫超導領域中，有一種化合物叫鈣鈦礦，其晶體結構中有代表性的最小單位結構如圖所示試回答：

    (1)在該晶體中每個鈦離子周圍與它最近且相等距離的鈦離子有多少個?

    (2)在該晶體中氧、鈣、鈦的粒子個數化是多少?

    [解析]由圖看出，在每個鈦離于的同層左、右與前后、上下各層中都緊密排列著完全相同的鈦離子，共有晶胞邊長的6個鈦離子。

    至于同一晶胞中獨占三元素粒子個數比，則從每種元素粒子是晶胞中的位置考慮。Ca²⁺位于立方體的中央為一個晶胞所獨占；鈦離子位于晶胞的頂點上，為相鄰兩層8個晶胞所共有(左右、前后、上中下、左右前后4個而上下中相同重復共8個)，而每個晶胞獨占有8×1/8=1個。氧離子位于棱上，在同一晶胞中，每個氧離子為同層的4個晶胞所共有，一個晶胞獨占12×1/4=3個。故氧、鈣、鈦的粒子數之比為 3:1:1

    [答案]6  3:1:1

5、總結

1．離子間通過離子鍵結合而成的晶體叫離子晶體。構成離子晶體的微粒是陽離子和陰離子。離子晶體中，陽離子和陰離子間存在著較強的離子鍵，因此，離子晶體一般硬度較高，密度較大，熔、沸點較高。

2．一般地講，化學式與結構相似的離子晶體，陰、陽離子半徑越小，離子鍵越強，熔、沸點越高。如：KCI<NaCI<NaF。

離子晶體針對性訓練

一、選擇題

1.下列性質中，可以證明某化合物內一定存在離子鍵

  的是    (    )

  A.可溶于水     B.有較高的熔點

  C.水溶液能導電  D.熔融狀態能導電

2.下列物質中，含有極性鍵的離子化合是。

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

3.Cs是IA族元素，F是VIIA族元素，估計Cs和F形成

  的化合物可能是

  A.離子化合物    B.化學式為CsF₂

  C. 室溫為固體    D.室溫為氣體

4.某物質的晶體中含A、B、C三種元素，其排列方式

  如圖所示(其中前后兩面心上的B原子未能畫

  出)，晶體中A、B、C的中原子個數之比依次為

    A.1:3:1    B.2:3:1

    C.2:2:1    D.1:3:3   

5.NaF，Nal，MgO均為離子化合物，根據下列數據，這

  三種化合物的熔點高低順序是    (    )

物質

①NaF

②NaI

③MgO

離子電荷數

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晶體中與每個Na⁺距離等同且最近的幾個Cl^-所圍成的空間幾何構型為    (    )

  A.正四面體    B.正六面體

  C.正八面體    D.正十二面體   

7.如圖是氯化銫晶體的晶胞(晶體中最小的重復單元)，已知晶體中2個最近的Cs⁺離子核間距為a cm，氯化銫的式量為M，NA為阿伏加德羅常數，則氯化銫晶體的密度為

    B.   C.   D.

 

二、填空題

8.參考下列熔點數據回答：

物質

NaF

NaCl

NaBr

NaI

熔點℃

995

801

755

651

物質

NaCl

KCl

RbCl

CsCl

熔點℃

801

776

715

646

  鈉的鹵化物從NaF到NaI及堿金屬的氯化物從NaCl到CsCl的熔點逐漸____________這與__________有關。隨__________增大__________減小，故熔點__________逐漸    。

9.某離子晶體晶胞結構如下圖所示，x位于立方體的

  頂點，Y位于立方體中心。試分析：

  (1)晶體中每個Y同時吸引著__________個X，每

  個x同時吸引著__________個Y，該晶體的化學式

  為__________ 。

  (2)晶體中在每個X周圍與它最接近且距離相等

  的X共有__________個。

  (3)晶體中距離最近的2個X與1個Y形成的夾角

  ∠XYX的度數為__________。

  (4)設該晶體的摩爾質量為M g·mol^-1，晶體密度為ρ·cm^-3，阿伏加德羅常數為N_A則晶體中兩個距離最近的X中心間的距離為__________ 。

10.晶體具有規則的幾何外型、晶體中最基本的重復單

  位稱為晶胞。NaCl晶體結構如圖所示。已知FexO

  晶體晶胞結構為NaCl型，由于晶體缺陷，x值小于1

  測知FexO晶體密度為ρ=5.71 g·cm^-3，晶胞邊長為

  4.28×10^-10 m。

  (1)FexO中x值(精確至O.01)為

  (2)晶體中的Fe分別為Fe²⁺、Fe³⁺，在Fe²⁺和

  Fe³⁺的總數中，Fe²⁺所占分數(用小數表示，精確至0.001)為 ______________。

  (3)此晶體的化學式為 _____________。

  (4)與某個Fe²⁺(或Fe³⁺)距離最近且等距離的O^2-圍成的空間幾何形狀是_____________。

  (5)在晶體中，鐵元素間最短距離為_____________cm

11.有一種藍色晶體，它的結構特征是Fe²⁺和Fe³⁺分別占據立方體互不相鄰的頂點，而CN-離子位于立方體的棱上。

  (1)根據晶體結構特點，推出其化學式(用最簡單整數表示)__________________________。

   (2)此化學式帶何種電荷?用什么樣的離子(用Mⁿ⁺表示)與其結合成中性的化學式?寫出此電中性的化學式。

  答：

 

 

  (3)指出(2)中添加離子在晶體結構中的什么位置。

  答：

 

 

12.1986年，瑞士兩位科學家發現一種性能良好的金屬氧化物超導體，使超導工作取得突破性進展，為此兩位科學家獲得了1987年的Nobel物理學獎。其晶胞結構如圖。

 

 

 

 

 

(1)根據圖示晶胞結構，推算晶體中Y，Cu，Ba和O原子個數比，確定其化學式

 

 

 

 

(2)根據(1)所推出的化合物的組成，計算其中Cu原子的平均化合價(該化合物中各元素的化合價為Y⁺³，Ba⁺²，Cu⁺²和Cu⁺³)試計算化合物中這兩種價態Cu原子個數比

 

離子晶體針對性練習答案

一、選擇題

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

    二、填空題

    8.降低  陰離子半徑由F^-到I^-逐漸增大離半徑  陰、陽離子相互吸引  降低

    9.(1)4  8 XY₂(或Y₂X)

    (2)12  (3)109°28'

(4)

    10.(1)0.92    (2)0.826

    (3)

    (4)正八面體  (5)3.03×10^-10

    11.(1)FeFe(CN)₆^-

    (2)帶一個單位負電荷，可用Na⁺，K⁺，Rb⁺ (用M⁺表示)與之結合MFeFe(CN)₆

    (3)M⁺在每隔一個立方體的體心上。

    12.(1)YBa₂Cu₃O₇

    (2)Cu²⁺:Cu³⁺=2:1

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