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第四節(jié) 離子晶體
第三章 晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
第二課時(shí)
離子晶體
離子鍵
概念：
成鍵微粒：
成鍵實(shí)質(zhì)：
成鍵元素一般指：
活潑金屬（ⅠA、ⅡA）和活潑非金屬（ⅥA、ⅦA）
離子化
合物
概念：
常見類型
絕大多數(shù)鹽（包括銨鹽）：KCl 、[NH4]2SO4等
所有強(qiáng)堿：NaOH、KOH等
活潑金屬氧化物、過氧化物、氫化物：Na2O、
CaO 、Na2O2、NaH等
【復(fù)習(xí)回顧】
帶相反電荷離子間的相互作用叫～。
陰、陽離子（一般金屬與非金屬電負(fù)性之差>1.7)
靜電作用（吸引、排斥）
含有離子鍵的化合物。
一：離子鍵
離子鍵的實(shí)質(zhì)：
離子鍵的特征：
影響因素：
是靜電作用。
沒有方向性和飽和性。
因此，以離子鍵結(jié)合的化合物傾向于形成緊密堆積，使每個(gè)離子周圍盡可能多地排列異性電荷的離子，從而達(dá)到穩(wěn)定的目的。
一般說來，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，
離子鍵越強(qiáng)。
P87-88
膽礬
螢石
重晶石
燒堿
CuSO4·5H2O
CaF2
BaSO4
NaOH
二、離子晶體
什么是離子晶體呢？
1.離子晶體
強(qiáng)堿、活潑金屬的氧化物和過氧化物、大多數(shù)鹽
→常見的離子晶體
→離子晶體無單個(gè)分子存在；如NaCl不表示分子式
二、離子晶體
:陰、陽離子通過離子鍵結(jié)合、在空間呈現(xiàn)規(guī)則幾何外形的晶體。
均為離子化合物
NaCl晶胞
NaCl晶體
活潑碳化物(CaC2)及氮化物(Mg3N2)等
無分子式，化學(xué)式表示離子最簡(jiǎn)整數(shù)比。
膽礬CuSO4·5H2O
螢石CaF2
重晶石BaSO4
燒堿NaOH
實(shí)際上，大量離子晶體的陰離子或陽離子不是單原子離子，有的還存在電中性分子（如H2O、NH3）。例如CuSO4·5H2O、 Cu（NH3）4SO4·H2O等，在這些晶體中還存在共價(jià)鍵、氫鍵等。
晶體中也存在范德華力，只是當(dāng)能量份額很低時(shí)不提及。
【思考與討論】
CaCO3 、(NH4)2SO4 、CuSO4·5H2O、 Cu(NH3)4SO4·H2O觀察以上離子晶體中都含有哪些微觀粒子？晶體內(nèi)部存在哪些類型的化學(xué)鍵？
離子晶體
陰、陽離子
(單原子或多原子)
電中性分子
構(gòu)成微粒
離子鍵、共價(jià)鍵
氫鍵、范德華力
作用力
注意：貫穿整個(gè)晶體的主要作用力仍是陰、陽離子之間的作用力。
離子晶體
①陰、陽離子
(單原子或多原子)
②電中性分子
構(gòu)成微粒
離子鍵
共價(jià)鍵
氫鍵
范德華力
作用力
小結(jié)概括
板書
離子晶體
定義：
成鍵粒子：
粒子間作用：
常見離子晶體：絕大多數(shù)鹽、所有強(qiáng)堿、活潑金屬氧化物
由陽離子和陰離子相互作用而形成的晶體
陰、陽離子
離子鍵
離子鍵
特征：沒有飽和性、方向性
影響因素
陽離子半徑--越小
離子所帶電荷數(shù)---越多
離子鍵越強(qiáng)
離子晶體的性質(zhì)
1、熔沸點(diǎn)較高，硬度較大。
一般說來，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，離子晶體的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。
離子晶體中，陰、陽離子間有強(qiáng)烈的相互作用（離子鍵），要克服離子間的相互作用使物質(zhì)熔化和沸騰，就需要較多的能量。因此，離子晶體具有較高的熔、沸點(diǎn)和較大的硬度。
2、溶解性
大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑（如H2O），難溶于非極性溶劑（如汽油、苯等），遵循“相似相溶”規(guī)律。
3、難揮發(fā)難壓縮
離子晶體的性質(zhì)
：離子晶體的硬度較大，難于壓縮。
陰陽離子間有較強(qiáng)的離子鍵，使離子晶體的硬度較大，當(dāng)晶體受到?jīng)_擊力作用時(shí)，部分離子鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致晶體破碎。
發(fā)生滑動(dòng)
施加外力
陽離子
陰離子
同種電荷相互排斥，使晶面裂開
4.離子晶體不導(dǎo)電，水溶液或熔融狀態(tài)能導(dǎo)電
熔融或水溶液的NaCl
離子鍵較強(qiáng)
離子不能自由移動(dòng)
離子鍵被破壞
離子能自由移動(dòng)
注：判斷離子晶體，可根據(jù)其熔融狀態(tài)能否導(dǎo)電進(jìn)行
陰、陽離子間有較強(qiáng)的離子鍵，使離子晶體的硬度較大。
當(dāng)晶體受到?jīng)_擊力作用時(shí)，部分離子鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致晶體破碎。
寶石，主要成分Al2O3
堅(jiān)硬，但易碎。
④大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑，難溶于非極性溶劑
當(dāng)把離子晶體放入水中時(shí)，極性水分子對(duì)離子晶體中的離子產(chǎn)生吸引作用，使晶體中的離子克服了離子間的作用而電離，變成在水中自由移動(dòng)的離子。
⑤離子晶體無延展性
離子晶體中陰陽離子交替出現(xiàn)，層與層之間如果出現(xiàn)滑動(dòng)，同性離子相鄰而使斥力增大，導(dǎo)致不穩(wěn)定。
板書
離子晶體
定義：
成鍵粒子：
粒子間作用：
常見離子晶體：絕大多數(shù)鹽、所有強(qiáng)堿、活潑金屬氧化物
由陽離子和陰離子相互作用而形成的晶體
陰、陽離子
離子鍵
物性
熔沸點(diǎn)較高，硬度較大
溶解性：相似相溶
難揮發(fā)難壓縮
晶體不導(dǎo)電，水溶液或熔融狀態(tài)下導(dǎo)電
離子鍵
1.據(jù)所學(xué)知識(shí)判斷KCl、NaCl、CaO、BaO四種離子晶體熔點(diǎn)的高低順序是
A.KCl＞NaCl＞BaO＞CaO
B.NaCl＞KCl＞CaO＞BaO
C.CaO＞BaO＞KCl＞NaCl
D.CaO＞BaO＞NaCl＞KCl
D
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+
→晶胞不是孤立的，還向空間延伸。
晶胞是從無限結(jié)構(gòu)中剝離的一個(gè)重復(fù)單元 !
晶胞
二、離子晶體
3.常見離子晶體的結(jié)構(gòu)
①NaCl晶體
NaCl晶胞
Na+：體心和棱中點(diǎn)
Cl-：面心和頂點(diǎn)
或者反之;交錯(cuò)排列
二、離子晶體
3.常見離子晶體的結(jié)構(gòu)
Cl
Na+
(1)每個(gè)晶胞含Na+、Cl-的個(gè)數(shù)：
Cl-:
8× +6× =4(個(gè))
1
8
1
2
Na+:
1
4
12× +1=4(個(gè))
化學(xué)式：“NaCl”
晶胞中各離子的位置分布？
Cl
Na+
(2)配位數(shù)
→每個(gè)Na＋周圍與之最接近且距離相等的Cl－有____個(gè)。
6
NaCl晶胞
二、離子晶體
3.常見離子晶體的結(jié)構(gòu)
指一個(gè)離子周圍最鄰近的異電性離子的數(shù)目
(2)配位數(shù)
→每個(gè)Na＋周圍與之最接近且距離相等的Cl－有____個(gè)。
NaCl晶胞
二、離子晶體
3.常見離子晶體的結(jié)構(gòu)
指一個(gè)離子周圍最鄰近的異電性離子的數(shù)目
→每個(gè)Cl－周圍與之最接近且距離相等的Na＋有____個(gè)。
6
→6個(gè)Na+連線形成的空間幾何構(gòu)型是__________。
正八面體
Na+的配位數(shù)：
Cl- 的配位數(shù)：
6
6
6
Cl－
Na＋
NaCl晶胞
二、離子晶體
3.常見離子晶體的結(jié)構(gòu)
(3) Na+周圍最近的Na+數(shù)：
Cl-周圍最近的Cl-數(shù)：
12
12
Cl－
Na＋
小結(jié)NaCl的微觀結(jié)構(gòu)特征
(1)每個(gè)NaCl晶胞含4個(gè)Na+、4個(gè)Cl-
(2)Na+的配位數(shù)：
Cl- 的配位數(shù)：
6
6
(3) Na+周圍最近的Na+數(shù)：
Cl-周圍最近的Cl-數(shù)：
12
12
每個(gè)Na＋周圍與之最接近且距離相等的Cl－有6個(gè)，
Na＋有12個(gè)。
每個(gè)Cl－周圍與之最接近且距離相等的Na＋有6個(gè)，
Cl－有12個(gè)。
NaCl型還有LiF、LiCl、NaF、NaBr、CaO、MgO
八面體空隙填入正離子
小結(jié)NaCl的微觀結(jié)構(gòu)特征
面心立方
最密堆積
CsCl晶胞
二、離子晶體
3.常見離子晶體的結(jié)構(gòu)
Cl-
Cs+
(1) 粒子位置
Cl-
Cs+
CsCl晶胞
二、離子晶體
3.常見離子晶體的結(jié)構(gòu)
(1) 粒子位置
Cl-位于頂點(diǎn)
Cs+位于體心
或者反之;交錯(cuò)排列
Cl-
Cs+
Cl-
Cs+
CsCl晶胞
二、離子晶體
3.常見離子晶體的結(jié)構(gòu)
Cl-
Cs+
(1) 粒子位置
Cl-位于頂點(diǎn)
Cs+位于體心
(2)每個(gè)晶胞含Cs+ 、 Cl-的個(gè)數(shù)：
Cl-:
Cs+:
1個(gè)
1
8
8× =1(個(gè))
或者反之;交錯(cuò)排列
“CsCl”僅表示物質(zhì)組成，不表示分子式
Cl-
Cs+
→8個(gè)離子所圍成的的空間幾何構(gòu)型是__________。
CsCl晶胞
二、離子晶體
3.常見離子晶體的結(jié)構(gòu)
Cl-
Cs+
(3)配位數(shù)
每個(gè)Cs+同時(shí)吸引著 個(gè)Cl
每個(gè)Cl 同時(shí)吸引著 個(gè)Cs+
8
8
正六面體
(立方體)
Cl-
Cs+
1
2
4
3
7
6
5
以Cs+在晶胞的頂點(diǎn)為例
8
CsCl晶胞
二、離子晶體
3.常見離子晶體的結(jié)構(gòu)
(4)Cs+周圍最近的Cs+數(shù)：
Cl-周圍最近的Cl-數(shù)：
6
6
→6個(gè)離子連線形成的空間幾何構(gòu)型是__________。
正八面體
小結(jié)CsCl的微觀結(jié)構(gòu)特征
(1)每個(gè)CsCl晶胞含1個(gè)Cs+、1個(gè)Cl-
(2)Cs+的配位數(shù)：
Cl- 的配位數(shù)：
8
8
(3) Cs+周圍最近的Cs+數(shù)：
Cl-周圍最近的Cl-數(shù)：
6
6
Cl-
Cs+
每個(gè)Cs＋周圍與之最接近且距離相等的Cl－有8個(gè)，Cs＋有6個(gè)。
每個(gè)Cl－周圍與之最接近且距離相等的Cs＋有8個(gè)，Cl－有6個(gè)。
Cl-
Cs+
1. 粒子位置：
2. 晶胞中的離子數(shù)：
3. Ca2+、F-離子配位數(shù)比：
CaF2晶胞
Ca2+位于頂點(diǎn)和面心
F-位于立方體內(nèi)
Ca2+
F-
個(gè)Ca2+， 個(gè)F-
Ca2+
F-
F- 配位數(shù)：
配位多面體：
8 : 4
Ca2+配位數(shù)：
配位多面體：
8
立方體
遷移應(yīng)用 認(rèn)識(shí)晶胞
4
8
8× +6× =4(個(gè))
1
8
1
2
Ca2+:
正四面體
4
S2-周圍最近的S2-數(shù)______
(3)晶胞中含有的離子數(shù)：Zn2+___; S2- ___
(4)Zn2+配位數(shù)___ ;S2-配位數(shù)__
(1)粒子位置：Zn2+_____；S2- . 或者反之。
體內(nèi)
頂點(diǎn)、面心
4
4
4
4
(2)晶體堆積方式：可類比金剛石的晶胞
S2-成面心立方密堆積，
內(nèi)部4個(gè)Zn2+交錯(cuò)排列在4個(gè)小立方體的中心。
(5)若晶胞邊長(zhǎng)為a,最近陰陽離子間距為: .
ZnS晶胞
遷移應(yīng)用 認(rèn)識(shí)晶胞
(體對(duì)角線的1/4)
(6)Zn2+周圍最近的Zn2+數(shù)____
12
12
【思考】CaF2晶胞與ZnS晶胞類似，為什么CaF2晶胞Ca2＋的配位數(shù)為8個(gè)，
【提示】F－與Ca2＋電荷比為1：2，而ZnS中，S2－與Zn2＋電荷比為1：1
CaF2型晶胞
晶體中正負(fù)離子的電荷相同，配位數(shù)就相同，
晶體中正負(fù)離子的電荷數(shù)不同，配位數(shù)就不相同。
思考與討論
而ZnS 晶胞中Zn2＋配位數(shù)為4
各類型離子晶體晶胞的比較
晶體類型 晶胞類型 晶胞結(jié)構(gòu)示意圖 配位數(shù) 距離最近且相等的同種離子 每個(gè)晶胞含有離子數(shù)
實(shí)例
NaCl型
AB CsCl型
ZnS型
AB2 CaF2型
Na+：6
Cl-：6
Cs+：8
Cl-：8
Zn2+：4
S2-：4
Ca2+：8
F-：4
Na+：12
Cl-：12
Cs+：6
Cl-：6
Na+：4
Cl-：4
Cs+：1
Cl-：1
Zn2+：4
S2-：4
Ca2+：4
F-：8
堿金屬的鹵化物（除Cs）、銀的鹵化物（除AgI）、堿土金屬（ⅡA)氧化物（除BeO）、硫化物（除ZnS)、硒化物
ZnS、AgI、BeO等
Cs的鹵化物（除氟化物）
ThO2、UO2、CeO2、 BaF2、PbF2、SrF2等
歸納小結(jié)
課堂小結(jié)
離子液體
離子晶體的熔點(diǎn)，有的很高，如CaO的熔點(diǎn)為2613 ℃，
有的較低，如NH4NO3、Ca(H2PO4)2的熔點(diǎn)分別為170℃、109℃。
P88 科學(xué) 技術(shù) 社會(huì)
到20世紀(jì)90年代，隨著室溫或稍高于室溫時(shí)呈液態(tài)的離子化合物的優(yōu)異性質(zhì)不斷被開發(fā)利用，才意識(shí)到它們的巨大價(jià)值，并將它們定義為離子液體。
早在1914年就有人發(fā)現(xiàn)，引入有機(jī)基團(tuán)可降低離子化合物的熔點(diǎn)，
如C2H5NH3NO3的熔點(diǎn)只有12℃，比NH4NO3低了158℃!
應(yīng)用：作溶劑。用作電化學(xué)研究的電解質(zhì)、有機(jī)合成的溶劑和催化劑等
離子液體：室溫或稍高于室溫時(shí)呈液態(tài)的離子化合物
成分：常見的陰離子如四氯鋁酸根（ AlCl4-)、六氟磷酸根（ PF6-)、四氟硼酸根（ BF4- ）等，常見的陽離子如季銨離子( R4N+ ，即 NH4+的 H 被烴基 R 取代）、帶烴基側(cè)鏈的咪唑、嘧啶等有環(huán)狀含氮結(jié)構(gòu)的有機(jī)胺正離子等。
性質(zhì)：難揮發(fā)、有良好的導(dǎo)電性。
離子液體
P88 科學(xué) 技術(shù) 社會(huì)
形成離子液體的陰、陽離子半徑較大，離子間的作用力較弱。
四類晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)比
晶體類型 共價(jià)晶體 分子晶體 金屬晶體 離子晶體
構(gòu)成粒子 原子 分子 金屬陽離子和自由電子 陽離子和陰離子
相互作用 共價(jià)鍵 范德華力 金屬鍵 離子鍵
熔、沸點(diǎn) 高 低 一般較高、部分較低 熔沸點(diǎn)較高
硬度 高硬度 硬度較小 一般較高，部分較低 硬而脆
延展性 不良 不良 良好 不良
導(dǎo)電性 差 差 良好 固態(tài)不導(dǎo)電．熔化狀態(tài)和溶液導(dǎo)電
典型實(shí)例 金剛石 冰、干冰 Nａ、Fｅ等 NaOH、NaCl
【規(guī)律方法】判斷晶體類型的方法
④金屬單質(zhì)或合金在固態(tài)時(shí)大多為金屬晶體。
③有很高的熔、沸點(diǎn)，硬度大，并且難溶于水的物質(zhì)大多為共價(jià)晶體，
如晶體硅、二氧化硅、金剛石等。
②在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的晶體(化合物)是離子晶體。
如：NaCl熔融后電離出Na＋和Cl－，能自由移動(dòng)，所以能導(dǎo)電。
①在常溫下呈氣態(tài)或液態(tài)或易升華的物質(zhì)，
其晶體應(yīng)屬于分子晶體(Hg除外)。如H2O、H2、稀有氣體等。
一般是根據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)：
比較不同晶體熔、沸點(diǎn)的基本思路
首先看物質(zhì)的狀態(tài)，一般情況下是固體>液體>氣體；
再看物質(zhì)所屬類型，一般是共價(jià)晶體>離子晶體>分子晶體
(注意：不是絕對(duì)的，如氧化鋁的熔點(diǎn)大于晶體硅)
金屬晶體→金屬鍵強(qiáng)弱→金屬陽離子所帶電荷、離子半徑。
結(jié)構(gòu)類型相同時(shí)再根據(jù)相應(yīng)規(guī)律進(jìn)行判斷:
共價(jià)晶體→共價(jià)鍵鍵能→鍵長(zhǎng)→原子半徑；
分子晶體→分子間作用力→相對(duì)分子質(zhì)量；
離子晶體→離子鍵強(qiáng)弱→離子所帶電荷數(shù)、離子半徑；
分析下列物質(zhì)的物理性質(zhì)，判斷其晶體類型。
(1)碳化鋁，黃色晶體，熔點(diǎn)2 200 ℃，熔融態(tài)不導(dǎo)電：________。
(2)AlBr3，無色晶體，熔點(diǎn)98 ℃，熔融態(tài)不導(dǎo)電：________。
(3)VF5，無色晶體，熔點(diǎn)19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮等：______。
(4)KBr，無色晶體，熔融時(shí)或溶于水中都能導(dǎo)電：________。
(5)SiI4：熔點(diǎn)120.5 ℃，沸點(diǎn)287.4 ℃，易水解：________。
(6)硼：熔點(diǎn)2 300 ℃，沸點(diǎn)2 550 ℃，硬度大：________。
(7)硒：熔點(diǎn)217 ℃，沸點(diǎn)685 ℃，溶于氯仿：________。
(8)銻：熔點(diǎn)630.74 ℃，沸點(diǎn)1 750 ℃，導(dǎo)電：________。
共價(jià)晶體
分子晶體
分子晶體
離子晶體
分子晶體
共價(jià)晶體
分子晶體
金屬晶體
對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練
1、下列性質(zhì)適合于離子晶體的是 （ ）
A、熔點(diǎn)1070℃，易溶于水，水溶液能導(dǎo)電
B、熔點(diǎn)10.31℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液導(dǎo)電
C、能溶于CS2，熔點(diǎn)112.8℃，沸點(diǎn)444.6℃
D、熔點(diǎn)97.81℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97g/cm3
A
2．下列物質(zhì)中屬于含有非極性鍵的離子晶體的是(　 　)
①氫氧化鉀　②過氧化鈉?、劢饎偸、芤掖肌、萏蓟}
A．①②③⑤　　　 B．②⑤
C．①③④⑤ D．①②⑤
B
3.自然界中的CaF2又稱螢石，是一種難溶于水的固體，屬于典型的離子晶體。下列一定能說明CaF2是離子晶體的實(shí)驗(yàn)是
A.CaF2難溶于水，其水溶液的導(dǎo)電性極弱
B.CaF2的熔、沸點(diǎn)較高，硬度較大
C.CaF2固體不導(dǎo)電，但在熔融狀態(tài)下可以導(dǎo)電
D.CaF2在有機(jī)溶劑(如苯)中的溶解度極小
C
4、下列物質(zhì)中，含有極性共價(jià)鍵的離子晶體是（ ）
A、NaCl　　　　　 B、Na2O
C、Na2O2　　　　　 D、NaOH
5、下列各物質(zhì)的晶體中，晶體類型相同的是（ ）
A、CO2和SiO2 B、NaCl和HCl
C、CO2和CS2 D、CCl4和MgCl2
D
C
6.如圖所示是從NaCl或CsCl的晶胞結(jié)構(gòu)中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從NaCl晶胞中分割出來的結(jié)構(gòu)圖是
A.圖(1)和(3)
B.圖(2)和(3)
C.圖(1)和(4)
D.只有圖(4)
C
解析　NaCl晶體中，每個(gè)Na＋周圍最鄰近的Cl－有6個(gè)，構(gòu)成正八面體，同理，每個(gè)Cl－周圍最鄰近的6個(gè)Na＋也構(gòu)成正八面體
7.北京大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院的化學(xué)工作者已成功研制出堿金屬與C60形成的球碳鹽K3C60，實(shí)驗(yàn)測(cè)知該物質(zhì)屬于離子化合物，具有良好的超導(dǎo)性。下列有關(guān)分析正確的是
A.K3C60中只有離子鍵 B.K3C60中不含共價(jià)鍵
C.該晶體在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電 D.C60與12C互為同素異形體
C
解析：首先判斷球碳鹽K3C60中，在K與C之間有離子鍵。而60個(gè)C之間為共價(jià)鍵。所以該晶體在熔融狀態(tài)下能電離出K＋，所以能導(dǎo)電

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