【化学】离子晶体同步课件 2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2.pptx

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1、高中化学选必2年年 级：高二级：高二 学学 科：化学（人教版）科：化学（人教版）3.离子晶体第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体 1.1.借助离子晶体等模型认识晶体的结构特点。借助离子晶体等模型认识晶体的结构特点。2.2.认识离子晶体的物理性质与晶体结构的关系。认识离子晶体的物理性质与晶体结构的关系。3.3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普通存在的。知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普通存在的。学习目标学习目标1.1.结合常见的离子化合物和金属单质的实例结合常见的离子化合物和金属单质的实例,认识这些物质的构成微粒、认识这些物质的构成微粒、微粒间相互作用与物质

2、性质的关系微粒间相互作用与物质性质的关系,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。2.2.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。3.3.借助离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点借助离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点,预测物质的性质预测物质的性质,形成证据推理与模型认知的核心素养。形成证据推理与模型认知的核心素养。重晶石重晶石BaSOBaSO4 4莹石莹石 CaFCaF2 2 胆矾胆矾 CuSOCuSO4 45H5H2 2O O明矾明矾 KAl(SOKAl(SO4 4)2 212H

3、12H2 2O O下列晶体构成微粒有什么共同点？下列晶体构成微粒有什么共同点？微粒之间存在哪种相同微粒之间存在哪种相同的作用力的作用力？【主干知识梳理【主干知识梳理】一、离子键和离子晶体1、离子键(1)(1)概念：概念：阴、阳离子之间通过静电作用静电作用形成的化学键叫做离子键离子键。含有离子键的化合物称为离子化合物离子化合物(2)(2)成键的微粒：成键的微粒：阴、阳离子阴、阳离子(3)(3)离子键离子键的本质：的本质：阴、阳离子之间的静电作用静电作用，它包括阴、阳离子之间的引力引力和两种离子的原子核之间以及它们的电子之间的斥力斥力两个方面，当引力引力与斥力斥力之间达到平衡时，就形成了稳定的离子

4、化合物，它不显电性不显电性(4)(4)成键原因：成键原因：活泼金属原子容易失去电子而形成阳离子，活泼非金属原子容易得到电子形成阴离子。当活泼金属遇到活泼非金属时，电子发生转移，分别形成阳、阴离子，再通过静电作用形成离子键(5)(5)成键条件成键条件活泼金属活泼金属(如如：K、Na、Ca、Ba等，主要是A和A族元素)和活泼非金属活泼非金属(如如：F、Cl、Br、O等，主要是A族和A族元素)相互结合时形成离子键酸根阴离子酸根阴离子与金属阳离子金属阳离子(含NH4+)之间形成离子键(6)(6)存在范存在范围：围：离子键只存在于离子化合物离子化合物中，常见的离子化合物：强碱强碱(NaOH)、活活泼金属

5、氧化物泼金属氧化物(Na2O、Na2O2、K2O、CaO、MgO)、大多数盐类大多数盐类(NaCl、Na2SO4，但AlCl3、BeCl2例外)(7)(7)离子键的特征：离子键的特征：没有方向性没有方向性和饱和性饱和性。这是因为阴、阳离子在各个方向上都可以与带相反电荷的离子发生静电作用(没有方向性)；在静电作用下能够达到的范围内，只要空间条件空间条件允许，一个离子可以同时吸引多个带相反电荷的离子(没有饱和性)。因此，以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷异性电荷的离子，从而达到稳定的目的2、离子晶体(1)(1)概念：概念：由阴、阳离子阴、阳离子通过

6、离子键离子键结合而成的晶体叫离子晶体(2)(2)构成的微粒：构成的微粒：阴离子阴离子和阳离子阳离子。离子晶体中含有离子，但离子不能自由移动。若获得能量而变为熔融态或溶于水中时，则离子键被削弱甚至断裂，电离产生能够自由移动的离子(3)(3)微粒间的作用力：微粒间的作用力：离子键(4)(4)气化气化或熔化时破坏的作用力：或熔化时破坏的作用力：离子键(5)(5)常见的离子晶体：常见的离子晶体：离子化合物都是离子晶体3、离子晶体的物理性质(1)(1)离子晶体常温下都为固态，具有离子晶体常温下都为固态，具有较高较高的的熔点熔点、沸点沸点。离子晶体中有较强的离子键，熔化或汽化时需消耗较多的能量。因此离子晶

7、体有较高的熔点、沸点和难挥发性。离子晶体熔、沸点高低一般比较规律：离子晶体熔、沸点高低一般比较规律：阴、阳离子的电荷数越大，离子半阴、阳离子的电荷数越大，离子半径越小，离子键越强，离子晶体熔、沸点越高。径越小，离子键越强，离子晶体熔、沸点越高。【练习】【练习】比较下列离子晶体熔、沸点高低：NaCl CsCl，MgO MgCl2(2)(2)离子晶体硬而脆，难压离子晶体硬而脆，难压缩。缩。离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，离子键表现了较大的硬度，当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎(3)(3)离子晶体不导电，但离子晶体不导电，但熔化熔化或或溶于水溶于水后能导电。后能导电。

8、离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不离子晶体不导电导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力，成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电(4)(4)溶解性：溶解性：大多数离子晶体易溶易溶于极性溶剂极性溶剂(如水)中，难溶难溶于非极性非极性溶剂(如汽油、煤油)中。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中

9、自由移动的离子(5)(5)离子晶体无延展性：离子晶体无延展性：离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶离子晶体无延展性体无延展性.【微点拨】【微点拨】离子晶体中无分子无分子，物质的化学式只表示物质的阴、阳离子个阴、阳离子个数比数比，不是分子式不是分子式离子晶体中除含有离子键离子键外，还有可能含有共价键共价键、配位键配位键，如：如：Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键，NH4Cl中含有离子键、共价键、配位健离子晶体不一定都含有金属元素，如：如：NH4Cl、NH4NO3等铵盐由金属元素和非金属元素组成的晶体不

10、一定是离子晶体，如：如：AlClAlCl3 3是分子晶体含金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，也可能是金属晶体；有阴离子的晶体中一定存在阳离子;有阳离子的晶体中不一定存在阴离子如：如：金属晶体。溶于水能导电的不一定是离子晶体，如：如：HCl等；熔化后能导电的晶体不一定是离子晶体，如：如：金属等【对点训练对点训练1】二、常见离子晶体的结构特征二、常见离子晶体的结构特征离子晶体中，阴离子呈等径圆球密堆积密堆积，阳离子有序地填在阴离子的空隙中，每个离子周围等距离地排列着异电性离子，被异电性离子包围。一个离子周围最邻近的异电性离子的数目，叫一个离子周围最邻近的异电性离子的数目，叫做离子晶体中离子的做离子

11、晶体中离子的配位数配位数1 1、NaClNaCl晶体晶体在一个NaCl晶胞中，有 个Na+，有 个Cl 在NaCl晶体中，每个Na+同时强烈吸引 个Cl，形成 形；每个Cl同时强烈吸引 个Na+在NaCl晶体中，Na+和Cl的配位数分别为 、。在NaCl晶体中，每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+共有 个 同理：每个Cl周围与它最接近且距离相等的Cl共有 个它们所围成的空间几何构它们所围成的空间几何构型型是是正正八面体，有几个？八面体，有几个？它们所围成的空间几何构它们所围成的空间几何构型型是是正正八面体，有几个？八面体，有几个？ClNa+NaCl晶胞（1 1）每个晶胞含钠离子、氯离子的

12、个数：）每个晶胞含钠离子、氯离子的个数：（2 2）配位数：）配位数：一种离子周围最邻近一种离子周围最邻近的带的带相反电荷的离子数目相反电荷的离子数目每个每个每个每个ClClClCl-周围与之周围与之周围与之周围与之最接近最接近最接近最接近且距离相等且距离相等且距离相等且距离相等的的的的NaNaNaNa+共有共有共有共有6 6个个个个；每个每个每个每个NaNaNaNa+周围与之周围与之周围与之周围与之最最最最接近接近接近接近且距离相等且距离相等且距离相等且距离相等的的的的ClClClCl-共有共有共有共有6 6个个个个。ClCl-:8 +6 =4(:8 +6 =4(个个),),NaNa+:12

13、+1=4(:12 +1=4(个个)。每个每个每个每个ClClClCl-周围与它最近且等距的周围与它最近且等距的周围与它最近且等距的周围与它最近且等距的ClClClCl-有有有有12121212个；每个个；每个个；每个个；每个NaNaNaNa+周围与它最近且等距周围与它最近且等距周围与它最近且等距周围与它最近且等距的的的的NaNaNaNa+有有有有12121212个。个。个。个。2 2、CsClCsCl晶体晶体在一个CsCl晶胞中，有 个Cs+，有 个Cl在CsCl晶体中，每个Cs+同时强烈吸引 个Cl，即：即：Cs+的配位数为 ，每个Cl 同时强烈吸引 个Cs+，即：即：Cl的配位数为 在Cs

14、Cl晶体中，每个Cs+周围与它最接近且距离相等的Cs+共有 个，形成 形，同理：在CsCl晶体中，每个Cl周围与它最接近且距离相等的Cl共有 个3 3、ZnSZnS晶体晶体1个ZnS晶胞中，有 个S2，有 个Zn2Zn2的配位数为 ，S2的配位数为。ZnS型离子晶体中，阴离子和阳离子的排列类似NaCl型，但相互穿插的位置不同，使阴、阳离子的配位数不是6，而是4，常见的ZnS型离子晶体有ZnS、AgI、BeO晶体等4 4、CaFCaF2 2晶体晶体1个CaF2的晶胞中，有 个Ca2，有 个FCaF2的晶体中，Ca2和F的配位数不同，Ca2配位数是 ，F的配位数是。5 5、离子晶体中离子的配位数、

15、离子晶体中离子的配位数(1)(1)离子的配位数：离子的配位数：晶体晶胞中一个离子周围最邻近的异电性离子的数目称为该离子的配位数离子晶体NaClCsClZnSCaF2阴离子的配位数阳离子的配位数68446848(2)(2)影响配位数的因素影响配位数的因素几何因素：晶体中正、负离子的几何因素：晶体中正、负离子的半径比半径比。离子半径比离子半径比值越大，配位数就越大值越大，配位数就越大 (见下表)离子晶体正、负离子半径比(r/r)配位数NaClr/r0.52(0.4140.732)6CsClr/r0.93(0.7321.00)8ZnSr/r0.27(0.2250.414)4【结论】【结论】ABAB型

16、离子晶体中，阴、阳离子的配位数相等，但正、负离子半径比越型离子晶体中，阴、阳离子的配位数相等，但正、负离子半径比越大，离子的配位数越大大，离子的配位数越大电荷因素：晶体中正、负离子的电荷因素：晶体中正、负离子的电荷比电荷比离子晶体CaF2Ca2离子的配位数8F离子的配位数4键性因素：键性因素：离子键离子键的纯粹程度的纯粹程度【对点训练对点训练2】三、晶格能三、晶格能1 1、概念：、概念：气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量。晶格能通常取正值，单位为kJmol12 2、影响晶格能大小的因素、影响晶格能大小的因素(某些离子晶体的某些离子晶体的晶格能晶格能/kJ/kJmolmol1 1)FClB

17、rILi1036853807757Na923786747704K821715682649Rb785689660630Cs740659631604(1)(1)影响晶格能大小的因素主要是影响晶格能大小的因素主要是离子所带的电荷离子所带的电荷和和阴、阳离子间的距离阴、阳离子间的距离。晶格能与阴、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，可用下式表示：晶格能r2(q1q2)(2)离子所带电荷越高，核间距越小，晶格能就越大。而离子的核间距与离子的半径大小有关，阳离子或阴离子半径越小，离子的核间距就越小，则晶格能就越大。如：如：比较MgO晶体和NaCl晶体的晶格能大小。Mg2和O2都是二价离

18、子，而Na和Cl都是一价离子；Mg2半径小于Na，O2半径小于Cl，故Mg2和O2的核间距小于Na和Cl的核间距，所以MgO晶体的晶格能大于NaCl晶体的晶格能【微点拨】【微点拨】影响晶格能的因素还有离子晶体的结构型式。如：如：NaCl晶体中，每个Na周围有6个Cl，稍远一点，又有12个Na，再远一点还有8个Cl而带异性电荷的离子之间存在着相互吸引作用，带同性电荷的离子之间却存在着相互排斥作用。因而具有不同结构型式的晶体的晶格能也不相同3 3、晶格能与离子晶体性质的关系：、晶格能与离子晶体性质的关系：因为晶格能的大小标志着离子晶体裂解成气态阴、阳离子的难易程度，反映着离子晶体中离子键的强度，故

19、它与离子晶体的性质有着密切联系。几种离子晶体的晶格能和熔点、硬几种离子晶体的晶格能和熔点、硬度数据如下表度数据如下表比较项目离子比较项目离子化合物化合物离子电荷数核间距/pm晶格能/kJmol1熔点/摩氏硬度NaBr12987477472.5NaCl12827868012.5MgO2210379128526.5(1)(1)晶格能与离子晶体的稳定性：晶格能与离子晶体的稳定性：晶格能越大，离子键越强，形成的离子晶体越稳定(2)(2)晶格能与晶体的熔点、硬度的关系：晶格能与晶体的熔点、硬度的关系：晶格能越大，熔点越高，硬度越大(3)(3)晶格能与岩浆晶出规则：晶格能与岩浆晶出规则：矿物从岩浆中先后结

20、晶的规律被称为岩浆晶出规则；岩浆晶出的次序受晶格能的影响，晶格能越大，岩浆中的矿物越易结晶析出4、离子晶体熔、沸点比较答题模板答题策略看离子键(或晶格能)的强弱，取决于阴、阳离子半径的大小和电荷数答题模板阴、阳离子电荷数相等，则看阴、阳离子半径：同为离子晶体，Rn(或Mn+)半径小于Xn(或Nn+)，故晶体晶格能大(离子键强)，熔沸点高阴离子(或阳离子)电荷数不相等，阴离子半径(或阳离子半径)不相同：同为离子晶体，Rn(或Mn+)半径小于Xm(或Nm+)，Rn(或Mn+)电荷数大于Xm(或Nm+)，故晶体晶格能大(或离子键强)，熔沸点高1ZnO和ZnS的晶体结构相似，熔点较高的是ZnO，理由是

21、：同属于离子晶体，同属于离子晶体，O O2 2半径小于半径小于S S2 2，故，故ZnOZnO晶格能大晶格能大(或离子键强或离子键强)，熔点高，熔点高2FeO的熔点大于Fe2O3的熔点，原因是：同为离子晶体，同为离子晶体，FeFe2+2+半径比半径比FeFe3+3+大，大，所带电荷数也小于所带电荷数也小于FeFe3+3+，FeOFeO的晶格能比的晶格能比FeFe2 2O O3 3小小【对点训练对点训练3】【课后作业】【课后作业】CaCOCaCO3 3 (NHNH4 4)2 2SOSO4 4 CuSO CuSO4 45H5H2 2O O Cu(NHCu(NH3 3)4 4SOSO4 4H H2

22、2O O离离子子晶晶体体阴、阳离子阴、阳离子(单原子或多原子单原子或多原子)电中性分子电中性分子构成微粒构成微粒离子键离子键共价键共价键氢键氢键范德华力范德华力作用力作用力问题问题 1 1观察以上离子晶体中都含有哪些微观粒子？观察以上离子晶体中都含有哪些微观粒子？晶体内部存在哪些类型的化学键？晶体内部存在哪些类型的化学键？思考与讨论思考与讨论 NaCl NaCl、CsCl CsCl 的熔、沸点比的熔、沸点比 HCl HCl 的明显高很多，结合晶体类型，的明显高很多，结合晶体类型，你能推测其原因吗？你能推测其原因吗？HClHClNaClNaClCsClCsCl熔点熔点 /114.18114.18

23、801801645645沸点沸点 /85851413141312901290问题问题 2 2离子键强度较大，破坏它需要较多的能量离子键强度较大，破坏它需要较多的能量NaCl NaCl 和和 CsCl CsCl 的晶体硬度较大，难以压缩，熔点和沸点较高的晶体硬度较大，难以压缩，熔点和沸点较高钠的卤化物钠的卤化物(NaX)(NaX)和硅的卤化物和硅的卤化物(SiX(SiX4 4)的熔点如图所示。的熔点如图所示。X X-半径增大，离子键减弱，半径增大，离子键减弱，熔点逐渐降低。熔点逐渐降低。020040060080010001200-200NaFNaFNaClNaClNaBrNaBrNaINaISi

24、FSiF4 4SiClSiCl4 4SiBrSiBr4 4SiISiI4 4相对分子质量增大，相对分子质量增大，分子间作用力增加，熔分子间作用力增加，熔点逐渐升高。点逐渐升高。NaXNaX为为离子晶体离子晶体SiXSiX4 4为分子晶体为分子晶体(1)(1)判断晶体的类型。判断晶体的类型。(2)(2)解释熔点变化的原因。解释熔点变化的原因。020040060080010001200-200NaFNaFNaClNaClNaBrNaBrNaINaISiFSiF4 4SiClSiCl4 4SiBrSiBr4 4SiISiI4 4TiFTiF4 4TiClTiCl4 4TiBrTiBr4 4TiITi

25、I4 4TiFTiF4 4熔点高于熔点高于TiClTiCl4 4、TiBrTiBr4 4、TiITiI4 4，自，自TiClTiCl4 4至至TiITiI4 4熔点依次升高，熔点依次升高，请解释原因。请解释原因。(1)TiF(1)TiF4 4是离子化合物，熔点较高是离子化合物，熔点较高(2)TiCl(2)TiCl4 4、TiBrTiBr4 4、TiITiI4 4是共价化合物是共价化合物Why?Why?事实上，大多数离子晶体中的化学键事实上，大多数离子晶体中的化学键具有一定的共价键成分具有一定的共价键成分。相同类型的化合物，相同类型的化合物，为什么有上述情况呢？为什么有上述情况呢？结论：结论：离

26、子晶体的熔点差距也较大离子晶体的熔点差距也较大思考思考 P88P88化合物化合物熔点熔点 /化合物化合物熔点熔点 /CaOCaO26132613NaNa2 2SOSO4 4884884CuClCuCl2 213261326CaCa2 2SiOSiO4 421302130NHNH4 4NONO3 3169.6169.6NaNa3 3POPO4 4340340BaSOBaSO4 415801580CHCH3 3COOCsCOOCs194194LiPFLiPF6 6200200分解温度分解温度NaNONaNO2 2270270 我们我们知道，金属的熔点差异很大，如钨的熔点为知道，金属的熔点差异很大，

27、如钨的熔点为 3410 3410。而常温下，汞却是液体。离子晶体的熔点是不是也差异很大呢？请从而常温下，汞却是液体。离子晶体的熔点是不是也差异很大呢？请从理化手册或互联网查找下列离子晶体的熔点数据，得出结论。理化手册或互联网查找下列离子晶体的熔点数据，得出结论。离子晶体离子晶体共价晶体共价晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体存在微粒存在微粒阴阳离子阴阳离子原子原子分子分子金属离子、金属离子、自由电子自由电子微粒间作用微粒间作用离子键离子键共价键共价键分子间作用力分子间作用力金属键金属键主要性质主要性质硬而脆，易溶硬而脆，易溶于极性溶剂，于极性溶剂，熔化时能够导熔化时能够导电，溶沸点高电，溶沸点高质地硬，不溶质地硬，不溶于大多数溶剂，于大多数溶剂，导电性差，熔导电性差，熔沸点很高沸点很高硬度小，水溶硬度小，水溶液能够导电，液能够导电，溶沸点低溶沸点低金属光泽，金属光泽，是电和热的是电和热的良导体，熔良导体，熔沸点高或低沸点高或低实例实例食盐晶体食盐晶体金刚石金刚石NHNH3 3、HClHCl镁、铝镁、铝四类晶体的比较