第2課時　離子晶體　過渡晶體與混合型晶體必備知識·自主學習一、離子晶體1．概念：由陽離子和陰離子通過離子鍵結合而成的晶體。2．結構特點：(1)構成微粒：陽離子和陰離子。(2)微粒間的作用力：離子鍵。3．常見離子晶體的結構類型晶體類型NaClCsCl晶胞結構特點1個Na＋周圍距離相等且最近的Cl－有6個；1個Cl－周圍距離相等且最近的Na＋有6個1個Cs＋周圍距離相等且最近的Cl－有8個；1個Cl－周圍距離相等且最近的Cs＋有8個4.離子晶體的性質(zhì) 熔點硬度導電性較高較大不導電，但在熔融狀態(tài)或溶于水時導電(1)含金屬陽離子的晶體一定是離子晶體嗎？提示：不一定，也可能是金屬晶體。(2)離子晶體中除含離子鍵外，是否含有共價鍵？離子晶體中一定含金屬元素嗎？由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體嗎？提示：離子晶體中含有離子鍵外，還可能存在共價鍵，如NaOH；離子晶體中不一定含金屬元素，如NH4Cl等銨鹽；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是分子晶體。(3)在下列物質(zhì)中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、(NH4)2S、CO2、CCl4、C2H2、SiO2、SiC、晶體硅、金剛石、晶體氬。①其中只含有離子鍵的離子晶體是NaCl、Na2S。②其中既含有離子鍵又含有極性共價鍵的離子晶體是NaOH、(NH4)2S。二、過渡晶體與混合型晶體1．過渡晶體(1)四種典型的晶體是指分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體。(2)過渡晶體：介于典型晶體之間的晶體。2．混合型晶體(石墨晶體)(1)晶體模型(2)結構特點①同層內(nèi)，碳原子采用sp2雜化，以共價鍵相結合形成正六邊形平面網(wǎng)狀結構。所有碳原子的p軌道平行且相互重疊，p電子可在整個平面中運動。②層與層之間以范德華力相結合。(3)晶體類型石墨晶體中，既有共價鍵，又有范德華力，屬于混合型晶體。(1)石墨晶體中所含有的作用力是什么？為什么石墨晶體能作潤滑劑？提示：石墨晶體中含有共價鍵(同層內(nèi))、范德華力(層與層之間)。由于范德華力較弱，層與層之間能發(fā)生相對滑動，故石墨具有潤滑性，可作潤滑劑。(2)石墨晶體為什么能導電？提示：石墨晶體中的碳原子采用sp2雜化，每個碳原子有一個未參與雜化的2p電子，該p軌道相互平行且相互重疊，使p軌道中的電子在整個碳原子平面上運動，相當于金屬晶體中的自由電子，故石墨晶體能導電。關鍵能力·合作學習知識點一　離子晶體的結構1．離子晶體的結構特點：(1)離子晶體是由陽離子和陰離子通過離子鍵結合而成的晶體。(2)離子晶體微粒之間的作用力是離子鍵。由于靜電作用沒有方向性，故離子鍵沒有方向性。只要條件允許，陽離子周圍可以盡可能多地吸引陰離子，同樣，陰離子周圍可以盡可能多地吸引陽離子，故離子鍵也沒有飽和性。根據(jù)靜電作用大小的影響因素可知，在離子晶體中陰、陽離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，離子鍵越強。(3)離子晶體的化學式只表示晶體中陰、陽離子的個數(shù)比，而不是表示其分子組成。2．常見離子晶體的晶胞結構：晶體晶胞晶胞詳解NaCl①在NaCl晶體中， Na＋的配位數(shù)為6，Cl－的配位數(shù)為6②與Na＋ (Cl－)等距離且最近的Na＋(Cl－)有12個③每個晶胞中有4個Na＋和4個Cl－④每個Cl－周圍的Na＋構成正八面體圖形CsCl①在CsCl晶體中， Cs＋的配位數(shù)為8，Cl－的配位數(shù)為8②每個Cs＋與6個Cs＋等距離相鄰，每個Cs＋與8個Cl－等距離相鄰　 離子晶體組成的認識誤區(qū)(1)離子晶體中不一定都含有金屬元素，如NH4Cl是離子晶體。(2)離子晶體中除離子鍵外不一定不含其他化學鍵，如NaOH晶體中還含有極性共價鍵，Na2O2晶體中還含有非極性共價鍵。(3)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。(4)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陽離子。(1)設NaCl的摩爾質(zhì)量為M g·mol－1，晶胞中最近的Na＋和Cl－間的距離為a pm，則NaCl晶體的密度是多少？提示：ρ＝×4 g÷(2a×10－10cm)3＝ g·cm－3。(2)MgO具有NaCl型結構，其中陰離子采用面心立方最密堆積方式，X射線衍射實驗測得MgO的晶胞參數(shù)為a＝0.420 nm，則r(O2－)為______nm。MnO也屬于NaCl型結構，晶胞參數(shù)為a′ ＝0.448 nm，則r(Mn2＋)為________nm。提示：MgO的晶胞中O2－采用面心立方最密堆積方式，即O2－相互接觸，面對角線是O2－半徑的4倍，即4r＝a，解得r(O2－)＝×0.420 nm≈0.148 nm；MnO也屬于NaCl型結構，2r(O2－)＋2r(Mn2＋)＝a′ ＝0.448 nm，所以，r(Mn2＋)＝0.448 nm/2－0.148 nm＝0.076 nm。【典例】有關晶體的結構如圖所示，下列說法中不正確的是(　　)A．在NaCl晶體中，距Na＋最近的Cl－有6個B．在CaF2晶體中，每個晶胞平均占有4個Ca2＋C．在金剛石晶體中，碳原子與碳碳鍵個數(shù)的比為1∶2D．該氣態(tài)團簇分子的分子式為EF或FE【思維建?！?/span>解答有關離子晶體的結構問題的思維流程如下：【解析】選D。在NaCl晶體中，距Na＋最近的Cl－有6個，所以鈉離子的配位數(shù)是6，故A正確；在CaF2晶體中，Ca2＋位于晶胞的頂點和面心，晶胞中含有Ca2＋的個數(shù)為8×＋6×＝4，故B正確；在金剛石晶體中，每個碳原子形成4個共價鍵，每兩個碳原子形成一個共價鍵，則每個碳原子形成的共價鍵平均為4×＝2，所以在金剛石晶體中，碳原子與碳碳鍵數(shù)之比為1∶2，故C正確；氣態(tài)團簇分子不同于晶胞，氣態(tài)團簇分子中含有4個E原子，4個F原子，則分子式為E4F4或F4E4，故D錯誤。【母題追問】(1)在CaF2晶體中，距Ca2＋最近的F－有多少個？距F－最近的Ca2＋有多少個？提示：8　4(2)在CaF2晶體中，距Ca2＋最近的Ca2＋有多少個？距F－最近的F－有多少個？提示：12　6(2021·濰坊高二檢測)某離子晶體的晶體結構示意圖如圖，晶體中氧的化合價可看作部分為0價，部分為－2價。則下列說法錯誤的是(　　)A.晶體中與每個A＋距離最近的A＋有12個B．晶體中，陰離子與陽離子個數(shù)之比為1∶1C.該離子晶體化學式為A2O2D．晶體中，0價氧原子與－2價氧原子的數(shù)目比為3∶1【解析】選C。選取一個A＋為研究對象，結合圖片知，每個A＋周圍距離最近的A＋有12個，故A正確；根據(jù)圖片知，每個A＋周圍有6個O，每個O周圍有6個A＋，所以該晶體中，陰離子與陽離子個數(shù)之比為1∶1，故B正確；根據(jù)圖片知，每個A＋周圍有6個O，每個O周圍有6個A＋，所以該晶體中，陰離子與陽離子個數(shù)之比為1∶1，該離子晶體的化學式為AO2，故C錯誤；該晶體中0價氧原子和－2價氧原子的個數(shù)比為，所以是3∶1，故D正確。【補償訓練】隨著科學的發(fā)展和大型實驗裝置(如同步輻射和中子源)的建成，高壓技術在物質(zhì)研究中發(fā)揮越來越重要的作用。高壓不僅會引發(fā)物質(zhì)的相變，也會導致新類型化學鍵的形成。近年來就有多個關于超高壓下新型晶體的形成與結構的研究報道。NaCl晶體在50～300 GPa的高壓下和Na或Cl2反應，可以形成不同組成、不同結構的晶體。下圖給出其中三種晶體的晶胞(大球為Cl－，小球為Na＋)。(1)寫出A 、B 、C 的化學式。提示：A：NaCl3　B：Na3Cl　 C：Na2Cl(2)A晶體中1個Na＋周圍最近的Cl－有多少個？1個Cl－周圍最近的Na＋有多少個？提示：12　4(3)C晶體中1個Na＋周圍最近的Cl－有多少個？1個Cl－周圍最近的Na＋有多少個？提示：8　4 知識點二　離子晶體的性質(zhì) 性質(zhì)原　因熔沸點離子晶體中有較強的離子鍵，熔化或升華時需消耗較多的能量。所以離子晶體有較高的熔點、沸點和難揮發(fā)性。通常情況下，同種類型的離子晶體，離子半徑越小，離子鍵越強，熔、沸點越高硬度硬而脆。離子晶體表現(xiàn)出較高的硬度。當晶體受到?jīng)_擊力作用時，部分離子鍵發(fā)生斷裂，導致晶體破碎導電性不導電，但熔融或溶于水后能導電。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溶解性大多數(shù)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、苯、CCl4)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(chǎn)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延展性離子晶體中陰、陽離子交替出現(xiàn)，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(wěn)定，所以離子晶體無延展性【方法導引】離子晶體的判斷(1)利用物質(zhì)的分類金屬離子和酸根離子、OH－形成的大多數(shù)鹽、強堿，活潑金屬的氧化物和過氧化物(如Na2O和Na2O2)，活潑金屬的氫化物(如NaH)，活潑金屬的硫化物等都是離子晶體。(2)利用元素的性質(zhì)和種類如成鍵元素的電負性差值大于1.7的物質(zhì)，金屬元素(特別是活潑的金屬元素，ⅠA、ⅡA族元素)與非金屬元素(特別是活潑的非金屬元素，ⅥA、ⅦA族元素)組成的化合物。(3)利用物質(zhì)的性質(zhì)離子晶體一般具有較高的熔、沸點，難揮發(fā)，硬而脆；固體不導電，但熔融或溶于水時能導電，大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑而難溶于非極性溶劑。(1)根據(jù)離子晶體的形成，推測離子晶體具有怎樣的特性？提示：離子晶體是由陰、陽離子間通過較強的離子鍵結合而形成的，所以離子晶體具有較高的熔、沸點，難揮發(fā)，硬度較大，離子晶體不導電，熔化或溶于水后能導電。大多數(shù)離子晶體能溶于水，難溶于有機溶劑。(2)離子晶體的熔點一定低于共價晶體嗎？提示：不一定。離子晶體的熔點不一定低于共價晶體，如MgO為離子晶體，SiO2為共價晶體，但MgO的熔點比SiO2的熔點高。【典例】下列有關離子晶體的數(shù)據(jù)大小比較不正確的是(　　)A．離子鍵：NaF＞NaCl＞NaBrB．硬度：MgO＞CaO＞BaOC．熔點：NaF＞MgF2＞AlF3D．1個陰離子周圍等距離且最近的陽離子數(shù)：CsCl＞NaCl＞CaF2【思維建?！?/span>解答有關離子晶體性質(zhì)比較問題的思維流程如下：【解析】選C。A.離子半徑Br－＞Cl－＞F－，離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越大，離子鍵越強，故A正確；B.原子半徑Ba＞Ca＞Mg，原子半徑越大，鍵能越小，硬度越小，故B正確；C.離子半徑Na＋＞Mg2＋＞Al3＋，離子半徑越小，電荷越多，則熔點越高，故C錯誤；D.CsCl晶胞中1個Cl－周圍有8個Cs＋；CaF2晶胞中1個F－周圍有4個Ca2＋；NaCl晶胞中1個Cl－周圍有6個Na＋，故D正確。【母題追問】(1)怎樣比較離子晶體與其他晶體的熔點？提示：熔點由高到低順序：共價晶體＞離子晶體＞分子晶體。(2)離子晶體有哪些性質(zhì)？提示：①硬度較大，難于壓縮；②熔沸點較高；③固體不導電；④延展性差，受到外力容易破碎；⑤部分離子化合物易溶于水。1．(2021·天水高二檢測)下列數(shù)據(jù)是對應物質(zhì)的熔點，有關的判斷錯誤的是(　　)Na2ONaAlF3AlCl3Al2O3BCl3CO2SiO2920 ℃97.8 ℃1 291 ℃190 ℃2 073 ℃－107 ℃－57 ℃1 723 ℃A.含有金屬陽離子的晶體不一定是離子晶體B．同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體C．活潑金屬元素與活潑非金屬元素一定能形成離子化合物D．金屬晶體的熔點不一定比分子晶體的高【解析】選C。金屬單質(zhì)含有金屬陽離子是金屬晶體，不是離子晶體，所以含有金屬陽離子的晶體不一定是離子晶體，故A正確；C和Si同主族，但氧化物的晶體類型不同，分別屬于分子晶體和共價晶體，故B正確；活潑金屬Al與活潑非金屬Cl形成的AlCl3屬于共價化合物，所以活潑金屬元素與活潑非金屬元素能形成共價化合物，故C錯誤；Na的熔點比AlCl3低，所以金屬晶體的熔點不一定比分子晶體的高，故D正確。2．以下是八種物質(zhì)的熔點：序號①②③④⑤⑥⑦⑧物質(zhì)NaFNaClNaBrNaIMgOCaOSrOBaO熔點/℃9938017476612 8522 6142 4301 918(1)①～④、⑤～⑧中物質(zhì)的熔點為什么會逐漸降低？提示：①～④均為離子晶體且離子所帶電荷相同，從F－→I－隨著離子半徑的增大，離子鍵減弱，熔點逐漸降低。⑤～⑧均為離子晶體且離子所帶電荷相同，從Mg2＋→Ba2＋隨著離子半徑的增大，離子鍵減弱，熔點逐漸降低。(2)⑤～⑧中物質(zhì)的熔點遠高于①～④中物質(zhì)的原因是什么？提示：⑤～⑧中的物質(zhì)均為離子晶體，但⑤～⑧中物質(zhì)離子所帶電荷高于①～④中的物質(zhì)離子所帶的電荷，離子所帶電荷越高，離子鍵越強，熔點越高。(3)通過上述分析，你能得出影響離子晶體熔點高低的因素有哪些？其影響規(guī)律是什么？提示：影響離子晶體熔點高低的因素主要有離子所帶電荷及離子半徑的大小。其規(guī)律是離子所帶電荷越高，離子半徑越小，離子晶體的熔點越高。三言兩語話重點1．離子晶體中一定存在離子鍵，可能含有共價鍵，但含共價鍵的晶體不一定是離子晶體，含離子鍵的晶體一定是離子晶體。2．含金屬元素的化合物形成的晶體不一定是離子晶體，如AlCl3，不含金屬元素化合物形成的晶體也可能是離子晶體，如NH4Cl。3．離子晶體的熔、沸點和硬度一般較大，離子所帶電荷越高，離子半徑越小，離子鍵越強，晶體的熔、沸點越高，硬度越大。課堂檢測·素養(yǎng)達標1．(2021·忻州高二檢測)金屬晶體和離子晶體是重要的晶體類型。下列關于它們的說法中正確的是(　　)A．金屬晶體和離子晶體都能導電B．在鎂晶體中，1個Mg2＋只與2個價電子存在強烈的相互作用C．金屬晶體和離子晶體都可采取緊密堆積方式D．金屬晶體和離子晶體中分別存在金屬鍵和離子鍵等強烈的相互作用，很難斷裂，因而都具有延展性【解析】選C。A.離子晶體固態(tài)時不導電，如氯化鈉固體不導電，故A錯誤；B.金屬晶體中有電子氣，能導電，金屬晶體中的電子氣屬于整個晶體，不屬于哪一個離子，故B錯誤；C.金屬晶體和離子晶體都可采取“緊密堆積”方式，原子晶體都可采取“非緊密堆積”方式，故C正確；D.離子晶體沒有延展性，易斷裂，故D錯誤。【補償訓練】(2021·煙臺高二檢測)下列關于晶體的說法中錯誤的是(　　)A．固態(tài)不導電而熔融狀態(tài)導電的晶體一定是離子晶體B．具有正四面體結構的晶體，可能是共價晶體或分子晶體，其鍵角都是109°28′C．熔點是10.31 ℃，液態(tài)不導電，水溶液能導電的晶體一定是分子晶體D．金屬晶體中一定含有金屬鍵，金屬鍵沒有方向性和飽和性【解析】選B。固態(tài)不導電，熔融時能導電的晶體，其構成微粒為離子，則一定為離子晶體，故A正確；有中心原子的正四面體結構分子中，鍵角為109°28′，如甲烷，無中心原子的正四面體結構分子中，鍵角為60°，如白磷，故B錯誤；熔點10.31 ℃，熔點低，符合分子晶體的熔點特點；液態(tài)不導電，只存在分子，水溶液能導電，溶于水后，分子被水分子離解成自由移動的離子，有自由移動的離子，就能導電，故C正確；金屬中的“自由電子”與金屬陽離子形成的一種強烈的相互作用是金屬鍵，金屬鍵沒有方向性和飽和性，故D正確。2．已知CaF2是離子晶體，如果用“”表示F－；用“”表示Ca2＋，在下圖所示中，符合CaF2晶體結構的是(　　)【解析】選B。在A中F－數(shù)為4×＝，Ca2＋數(shù)為1，不符合CaF2的組成；在B中F－數(shù)為1，Ca2＋數(shù)為4×＝，符合CaF2的組成，正確；在C中F－數(shù)為8×＝1，Ca2＋數(shù)為1，不符合CaF2的組成；在D中N(Ca2＋)∶N(F－)＝1∶1，不符合CaF2的組成，錯誤。3．(2021·玉溪高二檢測)關于離子晶體的下列說法正確的是(　　)①離子晶體中的組成微粒是陰、陽離子②離子晶體中微粒間的作用是離子鍵③離子晶體中微粒間只存在異性電荷的互相吸引④離子晶體中只存在離子鍵A．①②　　　B．①③　　　C．②③　　　D．③④【解析】選A。①離子晶體中的組成微粒只有陰、陽離子，故①正確；②離子晶體中陰、陽離子間的靜電作用稱為離子鍵，故②正確；③離子晶體中微粒間的作用包括吸引力和排斥力，故③錯誤；④離子晶體一定含離子鍵，可能含共價鍵，如NaOH 既有離子鍵，又有共價鍵，故④錯誤。4．為了確定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否為離子化合物，可以進行下列實驗，其中合理、可靠的是(　　)A．觀察常溫下的狀態(tài)，SbCl5與SnCl4均為液體。結論：SbCl5和SnCl4都是離子化合物B．測定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔點依次為73.5 ℃、2.8 ℃、－33 ℃。結論：SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是離子化合物C．將SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中，滴入HNO3酸化的AgNO3溶液，產(chǎn)生白色沉淀。結論：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是離子化合物D．測定SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液的導電性，發(fā)現(xiàn)它們都可以導電。結論：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是離子化合物【解析】選B。離子化合物一般熔、沸點較高，熔化后可導電；分子晶體溶于水后也可發(fā)生電離而導電，如HCl等，同樣也可電離產(chǎn)生Cl－，能與HNO3酸化的AgNO3溶液反應，產(chǎn)生白色沉淀，故A、C、D都不可靠。 素養(yǎng)新思維 5．現(xiàn)有冰晶石(Na3AlF6)的結構單元如圖所示，位于大立方體頂點和面心，位于大立方體的12條棱的中點和8個小立方體的體心，是圖中、中的一種。[問題探究](1)冰晶石屬于哪種晶體類型？提示：冰晶石晶體結構中含有Na＋和AlF，屬于離子晶體。(2)冰晶石晶胞(大立方體)中體心處的“”代表的是哪種微粒？提示：冰晶石的構成微粒是Na＋和AlF，且二者的個數(shù)比為3∶1，圖中的個數(shù)為8×＋6×＝4。的個數(shù)為8＋12×＝11，故代表，即代表Na＋。(3)晶胞中Na＋的配位數(shù)是多少？與Na＋距離相等且最近的Na＋有多少個？提示：晶胞中與Na＋(體心Na＋)相連的AlF分別處于Na＋的上、下、前、后、左、右，故Na＋的配位數(shù)為6。以體心Na＋分析，處于8個小立方體心的Na＋與之最近，故與Na＋距離相等且最近的Na＋有8個。(4)冰晶石晶體的密度是多少？提示：晶胞中含Na＋數(shù)目為8＋1＋12×＝12，含AlF的數(shù)目為8×＋6×＝4，即晶胞中相當于有4個Na3AlF6，晶胞的質(zhì)量＝4× g，晶胞的體積＝(a×10－10)3 cm3則晶體的密度ρ＝＝＝×1030 g·cm－3。(5)晶胞中AlF與AlF最近的距離是多少pm？提示：晶胞中AlF與AlF最近的距離是晶胞中面的對角線，晶胞(小立方體)的棱長是a pm。則AlF與AlF最近的距離是 pm＝a pm。   

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第三節(jié) 金屬晶體與離子晶體

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修2

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