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第二節(jié) 離子鍵 離子晶體
第三章 微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)
授課人：
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1．能結(jié)合實(shí)例描述離子鍵的成鍵特征及其本質(zhì)，建立物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系。
2．能解釋和預(yù)測(cè)同類型離子化合物的某些性質(zhì)。
3．能描述常見類型的離子化合物的晶體結(jié)構(gòu)，通過對(duì)常見離子晶體模型的認(rèn)識(shí)，理解離子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，預(yù)測(cè)其性質(zhì)。
4．能運(yùn)用模型和有關(guān)理論解釋不同類型離子化合物的晶胞構(gòu)成。
一、離子鍵的形成
一、離子鍵的形成
靜電作用
靜電引力
靜電斥力
一、離子鍵的形成
當(dāng)陰、陽(yáng)離子之間的靜電引力和靜電斥力達(dá)到平衡時(shí)，陰、陽(yáng)離子保持一定的平衡核間距，形成穩(wěn)定的離子鍵，整個(gè)體系達(dá)到能量最低狀態(tài)。
只存在于離子化合物中：大多數(shù)鹽、強(qiáng)堿、活潑金屬氧化物、氫化物等。
成鍵條件：
成鍵元素的原子得、失電子的能力差別很大，電負(fù)性差值大于1.7。
存在：
一、離子鍵的形成
離子化合物中的化學(xué)鍵
有的離子化合物中只含有離子鍵，如MgO、NaF、MgCl2等；
有的離子化合物中既含有離子鍵又含有共價(jià)鍵，如NaOH等。
表示方法：電子式
一、離子鍵的形成
離子鍵有方向性和飽和性嗎？
思考
②只要空間允許，一個(gè)陰(陽(yáng))離子將盡可能多地吸引陽(yáng)(陰)離子排列在其周圍，并不受離子本身所帶電荷數(shù)的限制，因此，離子鍵沒有飽和性。
①離子可看作是一個(gè)帶電的球體，它在空間各個(gè)方向上的靜電作用是相同的。由于靜電引力(或斥力)沒有方向性，陰、陽(yáng)離子可以在空間任何方向與帶相反(或相同)電荷的離子相互吸引(或排斥)，所以離子鍵沒有方向性。
典例解析
例1．下列關(guān)于離子鍵的描述中正確的是(　　)A．離子鍵是由陰、陽(yáng)離子通過靜電吸引形成的B．含有離子鍵的化合物一定含有金屬元素C．非金屬元素之間不可能形成離子化合物D．離子化合物中一定含有離子鍵
D
二、離子晶體
1、定義：由陰、陽(yáng)離子按一定方式有規(guī)則地排列形成的晶體。
2、成鍵粒子：
陰、陽(yáng)離子
3、相互作用力：
離子鍵
強(qiáng)堿、活潑金屬氧化物、大部分的鹽類。
4、常見的離子晶體：
離子晶體的化學(xué)式只表示晶體中陰、陽(yáng)離子的個(gè)數(shù)比，而不表示其分子組成。
二、離子晶體
注意：
離子晶體中不一定都含有金屬元素，如NH4Cl是離子晶體。
離子晶體中除離子鍵外還可能含其他化學(xué)鍵，如NaOH晶體中還含有O—H共價(jià)鍵，Na2O2晶體中還含有O—O共價(jià)鍵。
由金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體，如AlCl3是由金屬元素Al和非金屬元素Cl組成的分子晶體。
含有金屬離子的晶體不一定是離子晶體，如金屬晶體中含有金屬離子。
二、離子晶體
NaCl晶體
用手揉捏食鹽
硬度大
生活經(jīng)驗(yàn)
NaCl的物理性質(zhì)
燒烤、爆炒等加入食鹽，未見其熔融
熔點(diǎn)較高（801 oC）
Cl
Na+
離子晶體中，陰、陽(yáng)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。
二、離子晶體
是指拆開1 mol離子晶體使之形成氣態(tài)陰離子和氣態(tài)陽(yáng)離子時(shí)所吸收的能量。
NaCl(s)→ Na+(g)＋Cl－(g) U=786 kJ·mol－1
晶格能
符號(hào)為：U
——衡量離子晶體中陰、陽(yáng)離子間相互作用力的大小。
二、離子晶體
影響晶格能的因素有哪些？
思考
陰、陽(yáng)離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，晶格能越大。
二、離子晶體
離子晶體的性質(zhì)
1
具有較高的熔、沸點(diǎn)，難揮發(fā)
離子晶體的熔、沸點(diǎn)取決于構(gòu)成晶體的陰、陽(yáng)離子間離子鍵的強(qiáng)弱，而離子鍵的強(qiáng)弱，可用晶格能的大小來衡量。
晶格能越大，離子鍵越牢固，離子晶體的熔點(diǎn)越高、硬度越大。而對(duì)于同種類型的離子晶體，離子所帶的電荷數(shù)越多，半徑越小，晶格能越大。
如MgO＞Na2O；NaCl＞CsCl等
二、離子晶體
離子晶體的性質(zhì)
2
硬而脆，無延展性
離子晶體中，陰、陽(yáng)離子間有較強(qiáng)的離子鍵，離子晶體表現(xiàn)出較高的硬度。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
施加外力
發(fā)生滑動(dòng)
陽(yáng)離子
陰離子
同種電荷相互排斥，使晶面裂開
二、離子晶體
離子晶體的性質(zhì)
3
導(dǎo)電性
離子晶體不導(dǎo)電，熔化或溶于水后能導(dǎo)電。
離子晶體中，離子鍵較強(qiáng)，離子不能自由移動(dòng)，即晶體中無自由移動(dòng)的離子，離子晶體不導(dǎo)電。
當(dāng)升高溫度時(shí)，陰、陽(yáng)離子獲得足夠能量克服離子間的相互作用，成為自由移動(dòng)的離子，在外電場(chǎng)作用下，離子定向運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電。離子化合物溶于水時(shí)，陰、陽(yáng)離子受到水分子作用變成了自由移動(dòng)的離子(或水合離子)，在外電場(chǎng)作用下，陰、陽(yáng)離子定向運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電.
二、離子晶體
離子晶體的結(jié)構(gòu)
1、氯化鈉型
屬于氯化鈉型離子晶體的還有KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO、CaS等。
Cl
Na+
NaCl晶胞的模型
二、離子晶體
每個(gè)NaCl晶胞中含有4個(gè)Na+和4個(gè)Cl－， 個(gè)數(shù)比1：1。
每個(gè)NaCl晶胞中微粒數(shù)是多少？
思考
Cl
Na+
Cl
Na+


8
1
2
1
4
1
離子晶體中不存在單個(gè)分子，其化學(xué)式表示離子的個(gè)數(shù)比。
二、離子晶體
Na+
Cl-
3
1
5
6
2
4
1
5
4
2
3
6
每個(gè)Cl- 周圍與之最接近且距離相等的Na+共有6個(gè)，每個(gè)Cl- 周圍與它最近且等距的Cl- 有12個(gè)。
這幾個(gè)Na+在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為正八面體
配位數(shù)
配位數(shù)：一個(gè)離子周圍最鄰近的異電性離子的數(shù)目
1、氯化鈉型
二、離子晶體
Cl
Cs+
2、氯化銫型
CsCl、CsBr、CsI、NH4Cl等晶體都屬于氯化銫型離子晶體。
Cl
Cs+
1
8
1
每個(gè)CsCl晶胞中含有1個(gè)Cs+和1個(gè)Cl－， 個(gè)數(shù)比1：1。
8× =1
二、離子晶體
Cs+和Cl-
配位數(shù)均為8
二、離子晶體
NaCl、CsCl都是AB型離子化合物，其中一種離子周圍緊鄰的帶相反電荷的離子數(shù)目卻不同。原因是什么？
思考
兩者的數(shù)目之所以不同，主要在于離子半徑的差異。Cs+的半徑要大于Na+，因而可以吸引更多的Cl－。
在NaCl晶體中，每個(gè)Na+的周圍有6個(gè)Cl－，
而在CsCl晶體中，每個(gè)Cs+的周圍有8個(gè)Cl－。
可見，離子晶體中不同離子周圍異電性離子數(shù)目的多少主要取決于陰、陽(yáng)離子的相對(duì)大小。
二、離子晶體
3、CaF2型
（螢石）
①Ca2＋的配位數(shù)為8，F(xiàn)－的配位數(shù)為4，二者的配位數(shù)之比等于二者電荷(絕對(duì)值)之比；
二、離子晶體
3、CaF2型
（螢石）
④Ca2＋與F－之間的最短距離為晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)的
②每個(gè)F－周圍緊鄰的4個(gè)Ca2＋構(gòu)成正四面體，每個(gè)Ca2＋周圍緊鄰的8個(gè)F－構(gòu)成立方體；
③每個(gè)晶胞中有4個(gè)Ca2＋、8個(gè)F－；
二、離子晶體
4、ZnS型
（閃鋅礦）
④Zn2＋與S2－之間的最短距離為晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)的
①Zn2＋、S2－的配位數(shù)均為4；
②每個(gè)Zn2＋(S2－)周圍緊鄰的S2－(Zn2＋)構(gòu)成正四面體；
③每個(gè)晶胞中有4個(gè)S2－、4個(gè)Zn2＋；
二、離子晶體
硫酸銨晶體的結(jié)構(gòu)
硫酸銨晶體的結(jié)構(gòu)
實(shí)驗(yàn)測(cè)得，圖中“H…O”原子間的距離為199 pm，小于H與O的范德華半徑之和272 pm，大于H—O共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)96 pm，說明二者之間的作用力大小在范德華力和共價(jià)鍵之間，且N—H與H…O之間的角度為156°，也符合形成氫鍵的條件。
由此，可以判斷SO42-與NH4+之間形成的是氫鍵（N—H…O），而非離子鍵。
二、離子晶體
晶體相關(guān)計(jì)算
晶體的化學(xué)式表示的是晶體（也可以說是晶胞）中各類原子或離子數(shù)目的最簡(jiǎn)整數(shù)比
A
B
化學(xué)式：
AB
（A表示陽(yáng)離子）
1、晶體化學(xué)式的確定
二、離子晶體
（A表示陽(yáng)離子）
A
B
化學(xué)式：
A2B
二、離子晶體
A
B
化學(xué)式：
AB
（A表示陽(yáng)離子）
二、離子晶體
B
化學(xué)式：
A
C
ABC3
（A表示陽(yáng)離子）
二、離子晶體
晶體相關(guān)計(jì)算
2、晶體密度
ρ= m/V
根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)確定各種粒子的數(shù)目
根據(jù)晶胞的邊長(zhǎng)或微粒間的距離
晶胞質(zhì)量
晶胞體積
求
求
單位：g·cm-3
二、離子晶體
若氯化鈉晶胞參數(shù)（晶胞正方形的邊長(zhǎng)）為a pm，請(qǐng)計(jì)算其密度。
NA×a3×10-30
4×58.5
a pm
=
Cl
Na+


8
1
2
1
4
1
a pm=a×10-10cm
NA×a3×10-30
234
=
g·cm-3
二、離子晶體
若氯化銫晶胞參數(shù)（晶胞正方形的邊長(zhǎng)）為a pm，請(qǐng)計(jì)算其密度。
NA×a3×10-30
168.5
a pm
=
g·cm-3
典例解析
例2 如圖為NaCl和CsCl的晶體結(jié)構(gòu)，下列說法錯(cuò)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(yáng)離子個(gè)數(shù)比相同，所以二者的陰、陽(yáng)離子的配位數(shù)也相同C．CsCl晶體中陰、陽(yáng)離子的配位數(shù)均為8D．NaCl和CsCl都屬于AB型的離子晶體，但陰、陽(yáng)離子的半徑比不同
B
課堂小結(jié)
離子鍵
離子晶體
不良反應(yīng)
定義
性質(zhì)
離子晶體
晶格能
晶體結(jié)構(gòu)類型
隨堂練習(xí)
1、下列有關(guān)離子晶體的數(shù)據(jù)大小比較不正確的是(　　)
A．熔點(diǎn)：NaF＞MgF2＞AlF3B．晶格能：NaF＞NaCl＞NaBrC．陰離子的配位數(shù)：CsCl＞NaCl＞CaF2D．硬度：MgO＞CaO＞BaO
A
隨堂練習(xí)
2．如圖是從NaCl或CaF2晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從CaF2晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)圖是(　　)
A．圖(1)和圖(3)
B．圖(2)和圖(4)
C．只有圖(1)
D．只有圖(4)
A
謝謝觀看
THANKS

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