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第三章 晶體結構與性質
第三節 金屬晶體與離子晶體
3.3.2 離子晶體
1、熟知離子鍵、離子晶體的概念，知道離子晶體類型與性質的聯系
2、能利用離子鍵的有關理論解釋離子晶體的物理性質
3、了解晶格能的概念和意義，能根據晶格能的大小，分析晶體的性質
學習目標
1、為什么固體氯化鈉不導電，而熔融的氯化鈉卻能導電？
思考
固體氯化鈉中沒有自由移動的離子，而熔融的氯化鈉中有自由移動的離子
2、為什么固體氯化鈉中的陰陽離子不能自由移動？
一、離子鍵和離子晶體
1、離子鍵
(1)概念
陰、陽離子之間通過靜電作用形成的化學鍵叫做離子鍵。含有離子鍵的化合物稱為離子化合物
(2)成鍵的微粒
陰、陽離子
(3)離子鍵的本質
陰、陽離子之間的靜電作用，它包括陰、陽離子之間的引力和兩種離子的原子核之間以及它們的電子之間的斥力兩個方面，當引力與斥力之間達到平衡時，就形成了穩定的離子化合物，它不顯電性
(4)成鍵原因
活潑金屬原子容易失去電子而形成陽離子，活潑非金屬原子容易得到電子形成陰離子。當活潑金屬遇到活潑非金屬時，電子發生轉移，分別形成陽、陰離子，再通過靜電作用形成離子鍵
(5)成鍵條件①活潑金屬(如：K、Na、Ca、Ba等，主要是ⅠA和ⅡA族元素)和活潑非金屬(如：F、Cl、Br、O等，主要是ⅥA族和ⅦA族元素)相互結合時形成離子鍵②酸根陰離子與金屬陽離子(含NH4+)之間形成離子鍵
(6)存在范圍
離子鍵只存在于離子化合物中，常見的離子化合物：強堿(NaOH)、活潑金屬氧化物(Na2O、Na2O2、K2O、CaO、MgO)、大多數鹽類(NaCl、Na2SO4，但AlCl3、BeCl2例外)
(7)離子鍵的特征
沒有方向性和飽和性。這是因為陰、陽離子在各個方向上都可以與帶相反電荷的離子發生靜電作用(沒有方向性)；在靜電作用下能夠達到的范圍內，只要空間條件允許，一個離子可以同時吸引多個帶相反電荷的離子(沒有飽和性)。因此，以離子鍵結合的化合物傾向于形成緊密堆積，使每個離子周圍盡可能多地排列異性電荷的離子，從而達到穩定的目的
2、離子晶體
(1)概念
由陰、陽離子通過離子鍵結合而成的晶體叫離子晶體
(2)構成的微粒
陰離子和陽離子。離子晶體中含有離子，但離子不能自由移動。若獲得能量而變為熔融態或溶于水中時，則離子鍵被削弱甚至斷裂，電離產生能夠自由移動的離子
(3)微粒間的作用力：離子鍵
(4)氣化或熔化時破壞的作用力：離子鍵
(5)常見的離子晶體：離子化合物都是離子晶體
3、離子晶體的物理性質
(1)離子晶體常溫下都為固態，具有較高的熔點、沸點。離子晶體中有較強的離子鍵，熔化或汽化時需消耗較多的能量。因此離子晶體有較高的熔點、沸點和難揮發性。離子晶體熔、沸點高低一般比較規律：陰、陽離子的電荷數越大，離子半徑越小，離子鍵越強，離子晶體熔、沸點越高
(2)離子晶體硬而脆，難壓縮。離子晶體中，陰、陽離子間有較強的離子鍵，離子鍵表現了較大的硬度，當晶體受到沖擊力作用時，部分離子鍵發生斷裂，導致晶體破碎
(3)離子晶體不導電，但熔化或溶于水后能導電。離子晶體中，離子鍵較強，陰、陽離子不能自由移動，即晶體中無自由移動的離子，因此離子晶體不導電。當升高溫度時，陰、陽離子獲得足夠的能量克服了離子間的相互作用力，成為自由移動的離子，在外加電場的作用下，離子定向移動而導電。離子晶體溶于水時，陰、陽離子受到水分子的作用成了自由移動的離子(或水合離子)，在外加電場的作用下，陰、陽離子定向移動而導電
(4)溶解性：大多數離子晶體易溶于極性溶劑(如水)中，難溶于非極性溶劑(如汽油、煤油)中。當把離子晶體放入水中時，水分子對離子晶體中的離子產生吸引，使離子晶體中的離子克服離子間的相互作用力而離開晶體，變成在水中自由移動的離子，遵循“相似相溶”規律
(5)離子晶體無延展性：離子晶體中陰、陽離子交替出現，層與層之間如果滑動，同性離子相鄰而使斥力增大導致不穩定，所以離子晶體無延展性
1、僅由下列各組元素所構成的化合物，不可能形成離子晶體的是(　　)
A．H、O、S B．Na、H、O
C．K、Cl、O D．H、N、Cl
2、下列關于離子化合物的敘述正確的是(　　)
A．離子化合物中都只含有離子鍵
B．離子化合物中的陽離子只能是金屬離子
C．離子化合物如能溶于水，其所得溶液一定可以導電
D．溶于水可以導電的化合物一定是離子化合物
A
【練一練】
C
二、常見離子晶體的結構特征
離子晶體中，陰離子呈等徑圓球密堆積，陽離子有序地填在陰離子的空隙中，每個離子周圍等距離地排列著異電性離子，被異電性離子包圍。一個離子周圍最鄰近的異電性離子的數目，叫做離子晶體中離子的配位數
1、NaCl晶體
①在一個NaCl晶胞中，有4個Na+，有4個Cl－ ②在NaCl晶體中，每個Na+同時強烈吸引6個Cl－，形成正八面體形； 每個Cl－同時強烈吸引6個Na+③在NaCl晶體中，Na+ 和Cl－的配位數分別為 6，6
④在NaCl晶體中，每個Na+周圍與它最接近且距離相等的Na+共有12個 同理：每個Cl－周圍與它最接近且距離相等的Cl－共有12個
⑤Na+ 在面心和頂點；Cl- 在體心和棱中點
2、CsCl晶體
①在一個CsCl晶胞中，有1個Cs+，有1個Cl－
②在CsCl晶體中，每個Cs+同時強烈吸引8個Cl－，即：Cs+的配位數為8，每個Cl－ 同時強烈吸引 8個Cs+，即：Cl－的配位數為8
③在CsCl晶體中，每個Cs+周圍與它最接近且距離相等的Cs+共有6個，形成正六面體形
同理：在CsCl晶體中，每個Cl－周圍與它最接近且距離相等的Cl－共有6個
3、ZnS晶體
①1個ZnS晶胞中，有4個S2－，有4個Zn2＋
②Zn2＋的配位數為4，S2－的配位數為4
③ZnS型離子晶體中，陰離子和陽離子的排列類似NaCl型，但相互穿插的位置不同，使陰、陽離子的配位數不是6，而是4，常見的ZnS型離子晶體有ZnS、AgI、BeO晶體等
4、CaF2晶體
①1個CaF2的晶胞中，有4個Ca2＋，有4個F－
②CaF2的晶體中，Ca2＋和F－的配位數不同，Ca2＋配位數是8，F－的配位數是4
(1)離子的配位數
晶體晶胞中一個離子周圍最鄰近的異電性離子的數目稱為該離子的配位數
5、離子晶體中離子的配位數
離子晶體 NaCl CsCl ZnS CaF2
陰離子的配位數 6 8 4 4
陽離子的配位數 6 8 4 8
(2)影響配位數的因素
①幾何因素：晶體中正、負離子的半徑比。離子半徑比值越大，配位數就越大 (見下表)
離子晶體 正、負離子半徑比(r＋/r－) 配位數
NaCl r＋/r－＝0.52(0.414～0.732) 6
CsCl r＋/r－＝0.93(0.732～1.00) 8
ZnS r＋/r－＝0.27(0.225～0.414) 4
【注意】
AB型離子晶體中，陰、陽離子的配位數是相等的，但是正、負離子半徑比越大，離子的配位數就越大
②電荷因素：晶體中正、負離子的電荷比
離子晶體 CaF2
Ca2＋離子的配位數 8
F－離子的配位數 4
③鍵性因素：離子鍵的純粹程度
3、如圖為NaCl和CsCl的晶體結構，下列說法錯誤的是(　　)
A．NaCl和CsCl都屬于AB型的離子晶體
B．NaCl和CsCl晶體中陰、陽離子個數比相同
C．NaCl和CsCl晶體中陽離子的配位數分別為6和8
D．NaCl和CsCl都屬于AB型的離子晶體，所以陽離子與陰離子的半徑比相同
D
【練一練】
三、晶格能
氣態離子形成1 mol離子晶體釋放的能量。晶格能通常取正值，單位為kJ·mol－1
1、概念
2、影響晶格能大小的因素
影響晶格能大小的因素主要是離子所帶的電荷和陰、陽離子間的距離。晶格能與陰、陽離子所帶電荷的乘積成正比，與陰、陽離子間的距離成反比
[離子所帶電荷越高，核間距越小，晶格能就越大]
因為晶格能的大小標志著離子晶體裂解成氣態陰、陽離子的難易程度，反映著離子晶體中離子鍵的強度，故它與離子晶體的性質有著密切聯系。
3、晶格能與離子晶體性質的關系
比較項目離子化合物 離子電荷數 核間距/pm 晶格能/kJ·mol－1 熔點/℃ 摩氏硬度
NaBr 1 298 747 747 <2.5
NaCl 1 282 786 801 2.5
MgO 2 210 3791 2852 6.5
(1)晶格能與離子晶體的穩定性：晶格能越大，離子鍵越強，形成的離子晶體越穩定
(2)晶格能與晶體的熔點、硬度的關系：晶格能越大，熔點越高，硬度越大
(3)晶格能與巖漿晶出規則：礦物從巖漿中先后結晶的規律被稱為巖漿晶出規則；巖漿晶出的次序受晶格能的影響，晶格能越大，巖漿中的礦物越易結晶析出
4、離子晶體熔、沸點比較答題模板
答題策略 看離子鍵(或晶格能)的強弱，取決于陰、陽離子半徑的大小和電荷數
答題模板 陰、陽離子電荷數相等，則看陰、陽離子半徑：同為離子晶體，Rn－(或Mn+)半徑小于Xn－(或Nn+)，故×××晶體晶格能大(離子鍵強)，熔沸點高
陰離子(或陽離子)電荷數不相等，陰離子半徑(或陽離子半徑)不相同：同為離子晶體，Rn－(或Mn+)半徑小于Xm－(或Nm+)，Rn－(或Mn+)電荷數大于Xm－(或Nm+)，故×××晶體晶格能大(或離子鍵強)，熔沸點高
1 ZnO和ZnS的晶體結構相似，熔點較高的是ZnO，理由是：同屬于離子晶體，O2－半徑小于S2－，故ZnO晶格能大(或離子鍵強)，熔點高 2 FeO的熔點大于Fe2O3的熔點，原因是：同為離子晶體，Fe2+半徑比Fe3+大，所帶電荷數也小于Fe3+，FeO的晶格能比Fe2O3小 4、MgO、Rb2O、CaO、BaO四種離子晶體熔點的高低順序是(　　)
A．MgO＞Rb2O＞BaO＞CaO
B．MgO＞CaO＞BaO＞Rb2O
C．CaO＞BaO＞MgO＞Rb2O
D．CaO＞BaO＞Rb2O＞MgO
B
【練一練】

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