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高三化學離子晶體、分子晶體和原子晶體的課程教案

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一、 學習目標

高三化學離子晶體、分子晶體和原子晶體的課程教案

1.使學生瞭解離子晶體、分子晶體和原子晶體的晶體結構模型及其性質的一般特點

2.使學生理解離子晶體、分子晶體和原子晶體的晶體類型與性質的關係

3.使學生了解分子間作用力對物質物理性質的影響

4.常識性介紹氫鍵及其物質物理性質的影響

二、重點難點

重點:離子晶體、分子晶體和原子晶體的結構模型;晶體類型與性質的關係

難點:離子晶體、分子晶體和原子晶體的結構模型;氫鍵

三、學習過程

(一)引入新課

1.寫出NaCl 、CO2 、H2O 的電子式。

2.NaCl晶體是由Na+和Cl—通過 形成的晶體。

一、離子晶體

1、概念:離子間通過離子鍵形成的晶體

2、空間結構

以NaCl 、CsCl為例來,以媒體為手段,攻克離子晶體空間結構這一難點

如圖為NaCl晶體結構圖,圖中直線交點處為NaCl晶體中Na+與Cl-所處的位置(不考慮體積的大小)。

(1)請將其代表Na+的用筆塗黑圓點,以完成 NaCl晶體結構示意圖。並確定晶體的晶胞,分析其構成。

(2)從晶胞中分Na+周圍與它最近時且距離相等的 Na+共有多少個?

下圖中心圓甲塗黑為Na+,與之相隔均要塗黑

(1)分析圖為8個小立方體構成,為晶體的晶胞,

(2)計算在該晶胞中含有Na+的數目。在晶胞中心有1個Na+外,在稜上共有4個Na+,一個晶胞有6個面,與這6個面相接的其他晶胞還有6個面,共12個面。又因稜上每個Na+又為周圍4個晶胞所共有,所以該晶胞獨佔的是12×1/4=3個.該晶胞共有的Na+為4個。

晶胞中含有的Cl-數:Cl-位於頂點及面心處,每.個平面上有4個頂點與1個面心,而每個頂點上的氯離於又為8個晶胞(本層4個,上層4個)所共有。該晶胞獨佔8×1/8=1個。一個晶胞有6個面,每面有一個面心氯離子,又為兩個晶胞共有,所以該晶胞中獨佔的Cl-數為6×1/2=3。

不難推出,n(Na+):n(Cl-)=4:4:1:1。化學式為NaCl.

(3)以中心Na+為依據,畫上或找出三個平面(主個平面互相垂直)。在每個平面上的Na+都與中心 Na+最近且為等距離。

每個平面上又都有4個Na+,所以與Na+最近相鄰且等距的Na+為3×4=12個。

(1)含8個小立方體的NaCl晶體示意圖為一個晶胞

(2)在晶胞中Na+與Cl-個數比為1:1.

(3)12個

3、離子晶體結構對其性質的影響

(1)離子晶體熔、沸點的高低取決於離子鍵的強弱,而離子晶體的穩定性又取決於什麼?在離子晶體中,構成晶體的粒子和構成離子鍵的`粒子是相同的,即都是陰、陽離子。離子晶體發生三態變化,破壞的是離子鍵。也就是離子鍵強弱即決定了晶體熔、沸點的高低,又決定了晶體穩定性的強弱。

(2)離子晶體中為何不存在單個的小分子?

在離子晶體中,陰、陽離子既可以看作是帶電的質點,又要以看作是帶電的球體,其中,陽離子總是儘可能的多吸引陰離子、陰離子又總是儘可能多的吸引陰離子(只要空間條件允許的話)這種結構向空間延伸,即晶體多大,分子就有多大,晶體內根本不存在單個的小分子,整個晶體就是一個大分子。

4、離子晶體的判斷及晶胞折算

(1)如何判斷一種晶體是離子晶體

方法一:由組成晶體的晶格質點種類分:離子化合物一定為離子晶體。

方法二:由晶體的性質來分:①根據導電性:固態時不導電而熔化或溶解時能導電的一般為離子晶體。

②根據機械性能:具有較高硬度,且脆的為離子晶體。

(2)什麼是晶胞?如何由晶胞來求算晶體的化學式?

構成晶體的結構粒子是按着一定的排列方式所形成的固態羣體。在晶體結構中具有代表性的最小重複單位叫晶胞。

根據離子晶體的晶胞,求陰、陽離子個數比的方法?

①處於頂點上的離子:同時為8個晶胞共有,每個離子有1/8屬於晶胞。

②處於稜上的離子:同時為4個晶胞共有,每個離子有1/4屬於晶胞。

③處於面上的離子;同時為2個晶胞共有,每個離子有1/2屬於晶胞。

④處於體心的離子:則完全屬於該晶胞。

題目:在高温超導領域中,有一種化合物叫鈣鈦礦,其晶體結構中有代表性的最小單位結構如圖所示試回答:

(1)在該晶體中每個鈦離子周圍與它最近且相等距離的鈦離子有多少個?

(2)在該晶體中氧、鈣、鈦的粒子個數化是多少?

由圖看出,在每個鈦離於的同層左、右與前後、上下各層中都緊密排列着完全相同的鈦離子,共有晶胞邊長的6個鈦離子。

至於同一晶胞中獨佔三元素粒子個數比,則從每種元素粒子是晶胞中的位置考慮。Ca2+位於立方體的中央為一個晶胞所獨佔;鈦離子位於晶胞的頂點上,為相鄰兩層8個晶胞所共有(左右、前後、上中下、左右前後4個而上下中相同重複共8個),而每個晶胞獨佔有8×1/8=1個。氧離子位於稜上,在同一晶胞中,每個氧離子為同層的4個晶胞所共有,一個晶胞獨佔12×1/4=3個。故氧、鈣、鈦的粒子數之比為 3:1:1

5總結

1.離子間通過離子鍵結合而成的晶體叫離子晶體。構成離子晶體的微粒是陽離子和陰離子。離子晶體中,陽離子和陰離子間存在着較強的離子鍵,因此,離子晶體一般硬度較高,密度較大,熔、沸點較高。

2.一般地講,化學式與結構相似的離子晶體,陰、陽離子半徑越小,離子鍵越強,熔、沸點越高。如:KCI<NaCI<NaF。

離子晶體針對性訓練

一、選擇題

1.下列性質中,可以證明某化合物內一定存在離子鍵的是 ( )

A.可溶於水 B.有較高的熔點

C.水溶液能導電 D.熔融狀態能導電

2.下列物質中,含有極性鍵的離子化合是。

2 202 D.K2S

是IA族元素,F是VIIA族元素,估計Cs和F形成

的化合物可能是

A.離子化合物 B.化學式為CsF2

C. 室温為固體 D.室温為氣體

4.某物質的晶體中含A、B、C三種元素,其排列方式如圖所示(其中前後兩面心上的B原子未能畫

出),晶體中A、B、C的中原子個數之比依次為

A.1:3:1 B.2:3:1

C.2:2:1 D.1:3:3

,Nal,MgO均為離子化合物,根據下列數據,這三種化合物的熔點高低順序是 ( )

物質

①NaF

②NaI

③MgO

離子電荷數

1

1

3

m

2.31

3.18

2.10

A.①>②>③ B.③>①>②

C.③>②>① D.②>①>③

6.在NaCl晶體中與每個Na+距離等同且最近的幾個Cl-所圍成的空間幾何構型為 ( )

A.正四面體 B.正六面體

C.正八面體 D.正十二面體

7.如圖是氯化銫晶體的晶胞(晶體中最小的重複單元),已知晶體中2個最近的Cs+離子核間距為a cm,氯化銫的式量為M,NA為阿伏加德羅常數,則氯化銫晶體的密度為

B. C. D.

二、填空題

8.參考下列熔點數據回答:

物質

NaF

NaCl

NaBr

NaI

熔點℃

995

801

755

651

物質

NaCl

KCl

RbCl

CsCl

熔點℃

801

776

715

646

鈉的鹵化物從NaF到NaI及鹼金屬的氯化物從NaCl到CsCl的熔點逐漸____________這與__________有關。隨__________增大__________減小,故熔點__________逐漸 。

9.某離子晶體晶胞結構如下圖所示,x位於立方體的頂點,Y位於立方體中心。試分析:

(1)晶體中每個Y同時吸引着__________個X,每個x同時吸引着__________個Y,該晶體的化學式為__________ 。

(2)晶體中在每個X周圍與它最接近且距離相等的X共有__________個。

(3)晶體中距離最近的2個X與1個Y形成的夾角∠XYX的度數為__________。

(4)設該晶體的摩爾質量為M g·mol-1,晶體密度為ρ·cm-3,阿伏加德羅常數為NA則晶體中兩個距離最近的X中心間的距離為__________ 。

10.晶體具有規則的幾何外型、晶體中最基本的重複單位稱為晶胞。NaCl晶體結構如圖所示。已知FexO晶體晶胞結構為NaCl型,由於晶體缺陷,x值小於1

測知FexO晶體密度為ρ=5.71 g·cm-3,晶胞邊長為4.28×10-10 m。

(1)FexO中x值(精確至O.01)為

(2)晶體中的Fe分別為Fe2+、Fe3+,在Fe2+和Fe3+的總數中,Fe2+所佔分數(用小數表示,精確至0.001)為 ______________。

(3)此晶體的化學式為 _____________。

(4)與某個Fe2+(或Fe3+)距離最近且等距離的O2-圍成的空間幾何形狀是_____________。

(5)在晶體中,鐵元素間最短距離為_____________cm

11.有一種藍色晶體,它的結構特徵是Fe2+和Fe3+分別佔據立方體互不相鄰的頂點,而CN-離子位於立方體的稜上。

(1)根據晶體結構特點,推出其化學式(用最簡單整數表示)__________________________。

(2)此化學式帶何種電荷?用什麼樣的離子(用Mn+表示)與其結合成中性的化學式?寫出此電中性的化學式。

答:

(3)指出(2)中添加離子在晶體結構中的什麼位置。

答:

12.1986年,瑞士兩位科學家發現一種性能良好的金屬氧化物超導體,使超導工作取得突破性進展,為此兩位科學家獲得了1987年的Nobel物理學獎。其晶胞結構如圖。

(1)根據圖示晶胞結構,推算晶體中Y,Cu,Ba和O原子個數比,確定其化學式

(2)根據(1)所推出的化合物的組成,計算其中Cu原子的平均化合價(該化合物中各元素的化合價為Y+3,Ba+2,Cu+2和Cu+3)試計算化合物中這兩種價態Cu原子個數比

離子晶體針對性練習答案

一、選擇題

1.D 2.C 4.A 5.B 6.C 7.C

二、填空題

8.降低 陰離子半徑由F-到I-逐漸增大離半徑 陰、陽離子相互吸引 降低

9.(1)4 8 XY2(或Y2X)

(2)12 (3)109°28

10.(1)0.92 (2)0.826

(4)正八面體 (5)3.03×10-10

11.(1)FeFe(CN)6-(2)帶一個單位負電荷,可用Na+,K+,Rb+ (用M+表示)與之結合MFeFe(CN)6

(3)M+在每隔一個立方體的體心上。

12.(1)YBa2Cu3O7

(2)Cu2+:Cu3+=2:1

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