【化学】：34《离子晶体》课件（新人教版-选修3）.ppt

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1、高中化学新人教版选修3系列课件物质结构与性质3.4离子晶体教学目标教学目标 v知识与能力：知识与能力：v1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。v2学会离子晶体的性质与晶胞结构的关系。v3通过探究知道离子晶体的配位数与离子半径比的关系。v4、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。v、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。v教学重点难点：教学重点难点：v1、离子晶体的物理性质的特点v2、离子晶体配位数及其影响因素v、晶格能的定义和应用 v教学方法建议：教学方法建议：v分析、归纳、讨论、探究2Na+Cl2=2NaCl +11+17+17

2、+11Na+Cl-NaClCl-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+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-N

3、a+Na+Na+Cl-Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+可见：可见：在在NaClNaCl晶晶体中，钠离子、体中，钠离子、氯离子按一定的氯离子按一定的规律在空间排列规律在空间排列成立方体。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：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

4、）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

5、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铯离子：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？铯铯离子：离子：6个个 ；氯离子：；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：8F-的配位数：的配位数：4一个一个CaFCaF2 2晶胞中晶胞中含：含：4个个Ca2+和和8个个F-(4)Zn

6、S(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：v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？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NaClNaClCsClCsCl6688科学探究：科学探究：v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3535、表、表3

7、636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 46 68 8半径比半径比0.20.2 0.40.40.40.4 0.70.70.70.7 1.01.0空间构型空间构型ZnSZnSNaClNaClCsClCsCl决定离子晶体结构的因素决定离子晶体结构的因素v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v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v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

8、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v定义：气态离子形成定义：气态离子形成1 1摩离子晶体时释放的摩离子晶体时释放的能量。能量。v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

9、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。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v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

10、，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。v哪些物质属于离子晶体？哪些物质属于离子晶体？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 ABCsCl型型ZnS型型AB2CaF2型型Na+：6Cl-：6Cs+：Cl-：88Zn2+：S2-：4

11、4Ca2+：F-：48Na+：Cl-：Cs+：Cl-：Zn2+：S2-：Ca2+：F-：Na+：Cl-：Cs+：Cl-：Zn2+：S2-：Ca2+：F-：6688444844114484KBr AgCl、MgO、CaS、BaSeZnS、AgI、BeOCsCl、CsBr、CsI、TlCl碱土金属卤化碱土金属卤化物、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

12、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，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

13、点就越高。合金的熔点比它的各成分金属的熔就越强，熔点就越高。合金的熔点比它的各成分金属的熔点低。点低。练习 v1、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（）v2、下列物质的晶体，按其熔点由低到高的排列顺序正确的、下列物质的晶体，按其熔点由低到高的排列顺序正确的是（）是（）ANC、SO2、CO2BNC、CO2、SO2CNC、MO、SO2DNC、SO2、MOv3、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）NFNCNBABCD晶体晶体硫化钾硫化钾干冰干冰金刚石金刚

14、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BC 中学教材上图示的中学教材上图示的NaClNaCl晶体结构，它向三维空间延伸晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。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摩摩尔质量为尔质量为74.7g74.7gmolmol-1-1)解：解：在该晶体中最小正方体中

15、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平均含有1/21/2个个NiONiO.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74.7g6.02102312（个）（个）124 18=74.7g6.02102312(a10-8)3g.-362.0a3=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

16、/mol,密度为密度为g/mLg/mL,阿伏加德罗常数为阿伏加德罗常数为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

17、NiONiO晶体中就存在以下缺陷：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+所所取代。其结果晶体仍取代。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NiNi0.970.97O,O,试计算该晶试计算该晶体中体中NiNi3+3+与与NiNi2+2+的的离子数之比。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 本本题题命命题题角角度度较较新新颖颖，实实际际上上难难度度不不大大，

18、第第（2）题题所所提提供供的的Ni0.97O信信息息，实实际际上上是是一一种种“平平均均化化学学式式”。尽尽管管题题给给示示意意图图及及题题目目叙叙述述中中提提到到了了有有“Ni2+”空空缺缺，但但“Ni0.97O”的的平平均均化化学学式式与与所所述述的的“空空缺缺”无无关关，它它只只是是遵遵循循着着电电中中性性原原则则，即即由由于于掺掺杂杂多多带带一一个个电电荷荷的的Ni3+代代替替了了部部分分Ni2+，才才使使“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4个个O2-相邻且占据顶点的小立方体构成，

19、如图所示：相邻且占据顶点的小立方体构成，如图所示：此小立方体的每个此小立方体的每个Ni2+与与O2-均为均为8个小立方体共用，个小立方体共用，因此小立方体拥有因此小立方体拥有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。晶个小立方体。晶体密度体密度=m/V=74.7g(a10-8cm)36.021023/(1/2)=62.0/a3 gcm-3。（2 2）0.97 0.97 molmol的的镍镍离离子子的的平平均均带带电电量量为为2 2，那那么么1 1 molmol镍镍离离子子的的平平均均带带电电量量为为2/0.9

20、72/0.97，这这是是+2+2和和+3+3价价的的镍镍离离子子的的共共同同电电量量，由由此此可可列列方方程程式式。不不同同于于上上解解的的是是，这这种种做做法法将将0.97 0.97 molmol镍镍离离子子化化为为1 1 molmol镍镍离离子子来来计计算。算。设设1molNi1molNi中中含含NiNi2+2+x x molmol，则则含含NiNi3+3+（1-1-x x）molmol，根据电荷守恒：根据电荷守恒：2x+3(1-x)=2/0.972x+3(1-x)=2/0.97 x=91/97 x=91/97 n(Nin(Ni3+3+)n(Ni)n(Ni2+2+)=(1-)=(1-91/

21、97)91/97=69191/97)91/97=691 法法三三：因因为为中中Nio.97ONio.97O中中既既有有+2+2价价的的离离子子又又有有+3+3价价的的镍镍离离子子，所所以以可可写写成成xNiOxNiOyNi2O3yNi2O3的的复复合合形形式式，该该形形式式中中很很容容易易看看出出镍镍离离子子的的总总和和为为x+2yx+2y，氧氧离离子子的的总总和和为为x+3yx+3y，因因此此可可列列方方程程如如下：下：x+2y=0.97x+2y=0.97镍镍离子个数守恒离子个数守恒x+3y=1x+3y=1氧离子个数守恒氧离子个数守恒或或 者者 列列 成成 分分 式式 形形 式式：（x+2y

22、 x+2y）/（x+3yx+3y）=0.97/1=0.97/1 同同样样可可以以求求出出三三价价镍镍与与二二价价镍镍离子数目之比。离子数目之比。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+1036923821785740853786715689659807747682660631757704649630604 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