高中化學(xué)人教版 (2019)選擇性必修2第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第三節(jié) 金屬晶體與離子晶體第二課時(shí)導(dǎo)學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

?第二課時(shí)　離子晶體、過渡晶體與混合型晶體
[明確學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.借助NaCl、CsCl的晶胞模型認(rèn)識(shí)離子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2.能說明離子鍵的形成，并運(yùn)用離子鍵模型解釋離子化合物的某些典型性質(zhì)。3.知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。

1．離子晶體
(1)定義：由陽離子和陰離子相互作用而形成的晶體。
(2)離子晶體的性質(zhì)

熔沸點(diǎn)
熔、沸點(diǎn)較高，難揮發(fā)
硬度
硬度較大，難以壓縮

2．過渡晶體與混合型晶體
(1)過渡晶體
典型晶體包括分子晶體、共價(jià)晶體、金屬晶體和離子晶體。事實(shí)上，純粹的典型晶體是不多的，大多數(shù)晶體是它們之間的過渡晶體；如離子晶體和共價(jià)晶體中微粒之間的作用既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價(jià)鍵。當(dāng)某晶體中的離子鍵成分大于共價(jià)鍵成分時(shí)，通常當(dāng)作離子晶體來處理，當(dāng)離子鍵成分小于共價(jià)鍵成分時(shí)，通常當(dāng)共價(jià)晶體來處理，當(dāng)離子鍵成分接近于共價(jià)鍵成分時(shí)我們稱之為過渡晶體；四類晶體都有過渡型。

(2)混合型晶體——石墨
石墨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及晶體類型

石墨晶體中，既有共價(jià)鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于混合型晶體。

1．判斷正誤，正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”。
(1)離子晶體中一定含金屬陽離子。(　　)
(2)只要含有金屬陽離子的晶體就一定是離子晶體。(　　)
(3)石墨為混合型晶體，層與層之間存在分子間作用力，故熔點(diǎn)低于金剛石。(　　)
(4)離子晶體中，只存在離子鍵，不可能存在其他化學(xué)鍵。(　　)
(5)離子晶體中肯定不含非極性共價(jià)鍵。(　　)
(6)某晶體溶于水后，可電離出自由移動(dòng)的離子，該晶體一定是離子晶體。(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
解析　(1)離子晶體中不一定含金屬陽離子，如NH4Cl。
(2)含有金屬陽離子的晶體不一定是離子晶體，如金屬晶體。
(3)石墨和金剛石熔化時(shí)破壞的是共價(jià)鍵，石墨晶體中共價(jià)鍵的鍵能比金剛石中的要大，故石墨的熔點(diǎn)大于金剛石。
(4)離子晶體中，一定存在離子鍵，可能會(huì)含共價(jià)鍵，如氯化銨晶體中既有離子鍵又有共價(jià)鍵。
(5)離子晶體中可以含有非極性共價(jià)鍵，例如過氧化鈉。
(6)某些分子晶體溶于水也可電離出自由移動(dòng)的離子，如HCl，熔融狀態(tài)能電離產(chǎn)生離子的化合物一定是離子晶體。
2．下列各類物質(zhì)中，在固態(tài)時(shí)只能形成離子晶體的是(　　)
A．非金屬氧化物 B．非金屬單質(zhì)
C．強(qiáng)酸 D．強(qiáng)堿
答案　D
解析　金屬單質(zhì)形成的晶體一定是金屬晶體，離子化合物形成的晶體一定是離子晶體，非金屬單質(zhì)、共價(jià)化合物形成的晶體可能為分子晶體，也可能是共價(jià)晶體。非金屬氧化物、強(qiáng)酸都屬于共價(jià)化合物，強(qiáng)堿屬于離子化合物。故選D。
3．下列關(guān)于氯化銫晶體的敘述不正確的是 (　　)
A．1 mol氯化銫中有6.02×1023個(gè)CsCl分子
B．氯化銫晶體中，每個(gè)Cs＋周圍與它最近且等距離的Cs＋有6個(gè)
C．氯化銫晶體中，Cs＋和Cl－的配位數(shù)都是8
D．每個(gè)晶胞中平均含有1個(gè)Cs＋和1個(gè)Cl－
答案　A
解析　在氯化銫晶體中不存在CsCl分子，只存在Cs＋和Cl－，化學(xué)式CsCl表示氯化銫晶體中Cs＋和Cl－的個(gè)數(shù)比為1∶1。
4．金剛石和石墨是碳元素的兩種常見單質(zhì)，下列敘述正確的是(　　)
A．金剛石和石墨中的碳原子的雜化類型均為sp3雜化
B．晶體中共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)：金剛石中C—C鍵CaO>BaO>Rb2O
B．MgO>Rb2O>BaO>CaO
C．CaO>BaO>MgO>Rb2O
D．CaO>BaO>Rb2O>MgO
答案　A
解析　四種離子晶體所含陰離子相同，所含陽離子不同。對(duì)Mg2＋、Rb＋、Ca2＋、Ba2＋進(jìn)行比較，Rb＋所帶電荷最少，其與O2－形成的離子鍵最弱，故Rb2O的熔點(diǎn)最低。對(duì)Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋進(jìn)行比較，它們所帶電荷一樣多，半徑Mg2＋BaO，相應(yīng)離子晶體的熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)镸gO>CaO>BaO。綜上所述，四種離子晶體熔點(diǎn)的高低順序是MgO>CaO>BaO>Rb2O。
5．如圖所示，在氯化鈉晶體中，與每個(gè)Na＋等距離且最近的幾個(gè)Cl－所圍成的空間結(jié)構(gòu)為(　　)

A．十二面體 B．正八面體
C．正六面體 D．正四面體
答案　B
解析　首先要清楚離Na＋最近的Cl－在什么位置，處在中心位置上的Na＋被六個(gè)面上的Cl－所包圍，這6個(gè)Cl－離中心Na＋最近，將六個(gè)面心的Cl－連成一個(gè)圖形，即正八面體。
6．根據(jù)下圖推測(cè)，CsCl晶體中兩距離最近的Cs＋間距離為a，則每個(gè)Cs＋周圍與其距離為a的Cs＋數(shù)目為________，每個(gè)Cs＋周圍距離相等且次近的Cs＋數(shù)目為________，距離為________，每個(gè)Cs＋周圍距離相等且第三近的Cs＋數(shù)目為________，距離為________，每個(gè)Cs＋周圍緊鄰且等距的Cl－數(shù)目為________。

答案　6　12　a　8　a　8
解析　以圖中大立方體中心的Cs＋為基準(zhǔn)，與其最近的Cs＋分別位于其上、下、前、后、左、右六個(gè)方位；與其次近的Cs＋分別位于通過中心Cs＋的三個(gè)切面的大正方形的頂點(diǎn)，個(gè)數(shù)為4×3＝12；與其第三近的Cs＋分別位于大立方體的8個(gè)頂點(diǎn)上；每個(gè)Cs＋周圍緊鄰且等距的Cl－數(shù)目為8。

課時(shí)作業(yè)
一、選擇題(本題共7小題，每小題只有1個(gè)選項(xiàng)符合題意)
1．下列說法中正確的是(　　)
A．固態(tài)時(shí)能導(dǎo)電的物質(zhì)一定是金屬晶體
B．熔融狀態(tài)能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體
C．水溶液能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體
D．固態(tài)不導(dǎo)電而熔融態(tài)導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體
答案　D
解析　四種晶體在不同狀態(tài)下的導(dǎo)電性區(qū)別如下：

分子晶體
共價(jià)晶體
金屬晶體
離子晶體
固態(tài)
不導(dǎo)電
不導(dǎo)電(晶體硅導(dǎo)電)
導(dǎo)電
不導(dǎo)電
熔融狀態(tài)
不導(dǎo)電
不導(dǎo)電
導(dǎo)電
可導(dǎo)電
水溶液
有的可導(dǎo)電
—
—
可導(dǎo)電

2．石墨烯是從石墨材料中剝離出來的由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。其結(jié)構(gòu)如圖：

下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A．石墨烯中碳原子的雜化方式為sp3雜化
B．石墨烯中平均每個(gè)六元碳環(huán)含有3個(gè)碳原子
C．從石墨中剝離石墨烯需要破壞化學(xué)鍵
D．石墨烯具有導(dǎo)電性
答案　D
解析　石墨烯是平面結(jié)構(gòu)，碳原子的雜化方式為sp2雜化，故A錯(cuò)誤；石墨烯中平均每個(gè)六元碳環(huán)含有2個(gè)碳原子，故B錯(cuò)誤；從石墨中剝離石墨烯需要破壞分子間作用力，不破壞化學(xué)鍵，故C錯(cuò)誤；石墨烯具有導(dǎo)電性，故D正確。
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
答案　C
解析　離子晶體中含有離子鍵，離子鍵在熔融狀態(tài)下被破壞，電離出自由移動(dòng)的陰、陽離子，所以離子晶體在熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ?，這是判斷某晶體是否為離子晶體的依據(jù)。
4．下列說法中正確的是(　　)
A．形成離子鍵的陰、陽離子間只存在靜電吸引力
B．第ⅠA族元素與第ⅦA族元素形成的化合物一定是離子化合物
C．離子化合物的熔點(diǎn)一定比共價(jià)化合物的熔點(diǎn)高
D．離子化合物中可能只含有非金屬元素
答案　D
解析　形成離子鍵的陰、陽離子之間不但存在陰、陽離子之間的相互吸引，也存在著電子之間的相互排斥和原子核之間的相互排斥，A錯(cuò)誤；氫是ⅠA族元素，與ⅦA族元素形成的化合物HX都是共價(jià)化合物，B錯(cuò)誤；NaCl是離子化合物，SiO2是共價(jià)化合物，但前者的熔點(diǎn)較低，C錯(cuò)誤；NH4Cl、(NH4)2SO4等都是只含有非金屬元素的離子化合物，D正確。
5. 一種離子晶體的晶胞如圖所示。其中陽離子A以表示，陰離子B以表示。關(guān)于該離子晶體的說法正確的是(　　)

A．陽離子的配位數(shù)為8，化學(xué)式為AB
B．陰離子的配位數(shù)為4，化學(xué)式為A2B
C．每個(gè)晶胞中含4個(gè)A
D．每個(gè)A周圍有4個(gè)與它等距且最近的A
答案　C
解析　用均攤法可知，晶胞中含有陽離子數(shù)為8×＋6×＝4，陰離子顯然是8個(gè)，故化學(xué)式為AB2，A、B錯(cuò)誤；每個(gè)A周圍最近且等距離的A有12個(gè)(類似于干冰晶體)，D錯(cuò)誤。
6．下表給出幾種氯化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)：

NaCl
AlCl3
SiCl4
熔點(diǎn)/℃
801
190
－70
沸點(diǎn)/℃
1413
180
57.57

有關(guān)表中所列三種氯化物的性質(zhì)，以下敘述正確的是(　　)
①氯化鋁在加熱時(shí)能升華
②四氯化硅在晶態(tài)時(shí)屬于分子晶體
③氯化鈉晶體中粒子之間以范德華力結(jié)合
④氯化鋁晶體屬于離子晶體
A．②③ B．③④
C．①② D．①②③④
答案　C
解析　由表格中的數(shù)據(jù)可知，AlCl3的沸點(diǎn)低于熔點(diǎn)，加熱時(shí)能升華，故①正確；SiCl4的熔、沸點(diǎn)較低，在晶態(tài)時(shí)屬于分子晶體，故②正確；NaCl的熔、沸點(diǎn)較高，屬于離子晶體，粒子之間以離子鍵結(jié)合，故③錯(cuò)誤；AlCl3的熔、沸點(diǎn)都較低，屬于分子晶體，故④錯(cuò)誤。
7. 氯化鈉晶胞的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。已知氯化鈉的密度為ρ g·cm－3，摩爾質(zhì)量為M g·mol－1，阿伏加德羅常數(shù)為NA mol－1，則在氯化鈉晶胞中Na＋和Cl－的最小間距大約是(　　)

A. cm B. cm
C. cm D. cm
答案　B
解析　1個(gè)氯化鈉晶胞中含有4個(gè)Na＋和4個(gè)Cl－，每個(gè)晶胞的體積為×4 cm3，設(shè)氯化鈉晶體里Na＋和Cl－的最小間距為x cm，所以可得(2x)3＝×4，解得x＝，即在氯化鈉晶胞中Na＋和Cl－的最小間距大約是 cm。
二、選擇題(本題共4小題，每小題有1個(gè)或2個(gè)選項(xiàng)符合題意)
8．經(jīng)X射線研究證明，PCl5在固體時(shí)，由空間結(jié)構(gòu)分別是正四面體和正八面體的兩種離子構(gòu)成，下列關(guān)于PCl5的推斷正確的是(　　)
A．PCl5固體是分子晶體
B．PCl5晶體由PCl和PCl構(gòu)成，且離子數(shù)目之比為1∶1
C．PCl5晶體具有良好的導(dǎo)電性
D．PCl5晶體由PCl和PCl構(gòu)成，且離子數(shù)目之比為1∶1
答案　D
解析　PCl5在固體時(shí)，由空間結(jié)構(gòu)分別是正四面體和正八面體的兩種離子構(gòu)成，說明PCl5是離子晶體，A錯(cuò)誤；正四面體為四配位、正八面體為六配位，B錯(cuò)誤、D正確；固體中離子不能自由移動(dòng)，沒有導(dǎo)電性，C錯(cuò)誤。
9．某些物質(zhì)的熔點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表，據(jù)此做出的下列判斷中錯(cuò)誤的是(　　)

Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
920 ℃
801 ℃
1291 ℃
190 ℃
BCl3
SO2
CO2
SiO2
－107 ℃
44.8 ℃
－57 ℃
1723 ℃

A．表中BCl3和CO2均是分子晶體
B．同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體
C．只要由金屬元素和非金屬元素形成的晶體就一定是離子晶體
D．不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體
答案　C
解析　BCl3和CO2熔點(diǎn)較低，應(yīng)屬于分子晶體，A正確；C和Si屬于同族元素，二者的氧化物分別屬于分子晶體、共價(jià)晶體，B正確；AlCl3是由金屬元素和非金屬元素形成的分子晶體，C錯(cuò)誤；C和S屬于不同族元素，二者的氧化物均可形成分子晶體，D正確。
10．下列圖像是從某些離子晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，試判斷下列圖像屬于NaCl晶體結(jié)構(gòu)的是(　　)

答案　AD
解析　由于在氯化鈉晶體中，每個(gè)鈉離子周圍同時(shí)吸引著最近的等距離的6個(gè)氯離子，同樣每個(gè)氯離子周圍同時(shí)吸引著最近的等距離的6個(gè)鈉離子，圖A符合條件，圖D中選取其中一個(gè)離子，然后沿x、y、z三軸切割得到6個(gè)等距離的且最近的帶相反電荷的離子，所以其配位數(shù)也是6，符合條件。
11．如圖所示分別為四種物質(zhì)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖，NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法錯(cuò)誤的是(　　)

A．18 g冰中含O—H鍵數(shù)目為2NA
B．28 g晶體硅中含有Si—Si鍵數(shù)目為2NA
C．44 g干冰中含有NA個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)單元
D．石墨烯是碳原子單層片狀新材料，12 g石墨烯中含C—C鍵數(shù)目為1.5NA
答案　C
解析　1個(gè)水分子中含有2個(gè)O—H鍵，18 g冰的物質(zhì)的量為1 mol，含O—H鍵數(shù)目為2NA，故A正確；28 g硅晶體中含有1 mol硅原子，1個(gè)硅原子與另外4個(gè)硅原子形成4個(gè)Si—Si鍵，每個(gè)Si—Si鍵被2個(gè)Si原子共用，則每個(gè)硅原子占有的共價(jià)鍵數(shù)目為×4＝2，則1 mol單質(zhì)硅含有2NA個(gè)Si—Si鍵，故B正確；1個(gè)干冰晶胞結(jié)構(gòu)單元含有4個(gè)二氧化碳分子，44 g干冰中含有晶胞結(jié)構(gòu)單元個(gè)數(shù)為，故C錯(cuò)誤；在石墨烯中，每個(gè)碳原子用sp2雜化軌道與鄰近的3個(gè)碳原子形成3個(gè)C—C鍵，每個(gè)C—C鍵被2個(gè)C原子共用，因此石墨烯中碳原子數(shù)與C—C鍵鍵數(shù)之比為2∶3，所以每個(gè)碳原子實(shí)際占有的化學(xué)鍵數(shù)目為1.5，12 g石墨烯所含C—C鍵數(shù)目為1.5NA，故D正確。
三、非選擇題(本題共3小題)
12．碳元素的單質(zhì)有多種形式，如圖所示，依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖：

回答下列問題：
(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為__________。
(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為________、________。
(3)C60屬于________晶體，石墨屬于________晶體。
(4)石墨晶體中，層內(nèi)C—C鍵的鍵長(zhǎng)為142 pm，而金剛石中C—C鍵的鍵長(zhǎng)為154 pm。其原因是金剛石中只存在C—C間的________共價(jià)鍵，而石墨層內(nèi)的C—C間不僅存在________共價(jià)鍵，還有________鍵。
答案　(1)同素異形體　(2)sp3　sp2　(3)分子　混合型　(4)σ　σ　π
解析　(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管都是由同種元素形成的不同單質(zhì)，故它們互為同素異形體。
(2)在金剛石中，每個(gè)碳原子都形成四個(gè)共價(jià)單鍵，故碳原子的雜化方式為sp3；石墨烯中碳原子采用sp2雜化。
(3)一個(gè)“C60”就是一個(gè)分子，故C60屬于分子晶體；石墨層與層之間是范德華力，而同一層中碳原子之間是共價(jià)鍵，故形成的晶體為混合型晶體。
(4)在金剛石晶體中，碳原子之間只形成共價(jià)單鍵，全部為σ鍵；在石墨層內(nèi)的碳原子之間既有σ鍵又有π鍵。
13. 如圖所示為NaCl晶胞的結(jié)構(gòu)示意圖。它向三維空間延伸得到完美晶體。試回答：

(1)一個(gè)NaCl晶胞中有________個(gè)Na＋，有________個(gè)Cl－。
(2)一定溫度下，用X射線衍射法測(cè)得晶胞的邊長(zhǎng)為a cm，該溫度下NaCl晶體的密度是______________。
(3)若NaCl晶體的密度為d g·cm－3，則NaCl晶體中Na＋與Na＋之間的最短距離是______________。
答案　(1)4　4 (2) g·cm－3
(3) cm
解析　(1)根據(jù)切割法可計(jì)算出每個(gè)氯化鈉晶胞中含有4個(gè)Na＋、4個(gè)Cl－。
(2)根據(jù)密度計(jì)算公式可知ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3。
(3)當(dāng)密度為d g·cm－3時(shí)，晶胞的邊長(zhǎng)為 cm，Na＋與Na＋之間的最短距離為晶胞面對(duì)角線長(zhǎng)的，即 cm。
14．現(xiàn)有原子序數(shù)依次遞增且都小于36的X、Y、Z、Q、W五種元素，其中X是原子半徑最小的元素，Y原子在基態(tài)時(shí)其最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子數(shù)的2倍，Q原子在基態(tài)時(shí)其2p能級(jí)上有2個(gè)未成對(duì)電子，W元素的原子中3d能級(jí)上有4個(gè)未成對(duì)電子?；卮鹣铝袉栴}：
(1)化合物ZX3的沸點(diǎn)比化合物YX4的高，其主要原因是________________________。
(2)元素W能形成多種配合物，如：W(CO)5等。
①基態(tài)W3＋的M層電子排布式為__________。
②W(CO)5在常溫下呈液態(tài)，熔點(diǎn)為－20.5 ℃，沸點(diǎn)為103 ℃，易溶于非極性溶劑，據(jù)此可判斷W(CO)5晶體屬于________(填晶體類型)晶體，該晶體中W的化合價(jià)為________。

(3)Q和Na形成的一種只含有離子鍵的離子化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，與一個(gè)陰離子距離最近且相等的所有陽離子為頂點(diǎn)構(gòu)成的幾何體為________。已知該晶胞的密度為
ρ g·cm－3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則晶胞邊長(zhǎng)為________cm。(用含ρ、NA的代數(shù)式表示)
答案　(1)NH3分子間存在氫鍵　
(2)3s23p63d5　分子　0　
(3)立方體　
解析　原子序數(shù)依次遞增且都小于36的X、Y、Z、Q、W五種元素，其中X是原子半徑最小的元素，則X是H元素；Y原子在基態(tài)時(shí)其最外層電子數(shù)是其內(nèi)層電子數(shù)的2倍，則Y是C元素；Q原子在基態(tài)時(shí)其2p能級(jí)上有2個(gè)未成對(duì)電子，原子序數(shù)大于碳，則Q為O元素；Z的原子序數(shù)介于碳、氧之間，則Z為N元素；W元素的原子中3d能級(jí)上有4個(gè)未成對(duì)電子，價(jià)電子排布為3d64s2，則W為Fe元素。
(1)化合物ZX3是NH3，在氨分子之間除了存在范德華力外還存在氫鍵，使其沸點(diǎn)比分子間只有范德華力的化合物CH4高。
(2)①Fe原子的核外電子排布式為
1s22s22p63s23p63d64s2，失去4s能級(jí)上2個(gè)電子、3d能級(jí)上1個(gè)電子形成Fe3＋，基態(tài)Fe3＋的M層電子排布式為3s23p63d5。②W(CO)5在常溫下呈液態(tài)，熔、沸點(diǎn)較低，易溶于非極性溶劑，所以據(jù)此可判斷W(CO)5晶體屬于分子晶體，在化合物中所有元素正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0。
(3)晶胞中白色球數(shù)目為8，灰色球數(shù)目為8×＋6×＝4，則白色球?yàn)殁c離子、灰色球?yàn)檠蹼x子，與一個(gè)氧離子距離最近且相等的鈉離子有8個(gè)，形成立方體結(jié)構(gòu)；根據(jù)均攤法可知，在一個(gè)晶胞中含Na＋的個(gè)數(shù)是8，含有O2－的個(gè)數(shù)是4，設(shè)晶胞邊長(zhǎng)為a cm，則＝ρ，整理可得a＝。

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