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第三章晶体结构与性质
第三节金属晶体与离子晶体
3.3.2 离子晶体
年 级：高二 学 科：化学(人教版)
学习目标
课标要求：
1.借助离子晶体等模型认识晶体的结构特点。
2.认识离子晶体的物理性质与晶体结构的关系。
3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普通存在的。
素养要求：
1.结合常见的离子化合物和金属单质的实例，认识这些物质的构成微粒、
微粒间相互作用与物质性质的关系，培养宏观辨识与微观探析的核心素养。 2.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。
3.借助离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点，预测物质的性质， 形成证据推理与模型认知的核心素养。
下列晶体构成微粒有什么共同点
微粒之间存在哪种相同的作用力
离子晶体
明矾
KAl(SO ) ●12H O
胆矾
CuSO ●5H O
重晶石
BaSO
莹石
CaF
【主干知识梳理】
一、离子键和离子晶体
1、离子键(1)概念：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键叫做离子键。 含有离子键的化合物称为离子化合物(2)成键的微粒：阴、阳离子(3)离子键 的本质：阴、阳离子之间的静电作用，它包括阴、阳离子之间的引力和两种 离子的原子核之间以及它们的电子之间的斥力两个方面，当引力与斥力之间 达到平衡时，就形成了稳定的离子化合物，它不显电性(4)成键原因：活 泼 金属原子容易失去电子而形成阳离子，活泼非金属原子容易得到电子形成阴 离子。当活泼金属遇到活泼非金属时，电子发生转移，分别形成阳、阴离子， 再通过静电作用形成离子键
(5)成键条件①活泼金属( 如：K、Na、Ca、Ba 等，主要是IA 和 ⅡA族元素)和
活泼非金属( 如：F 、C1、Br 、0 等，主要是VIA族和VIIA族元素)相互结合时 形成离子键②酸根阴离子与金属阳离子(含NH +)之间形成离子键(6)存在范
围：离子键只存在于离子化合物中，常见的离子化合物：强碱(NaOH)、活
泼金属氧化物(Na O、Na O 、K 0、CaO、Mg0)、大多数盐类(NaCl 、Na SO ,
但A1Cl 、BeCl 例外)( 7)离子键的特征：没有方向性和饱和性。这是因为阴、 阳离子在各个方向上都可以与带相反电荷的离子发生静电作用(没有方向性 );在静电作用下能够达到的范围内，只要空间条件允许，一个离子可以同 时吸引多个带相反电荷的离子(没有饱和性)。因此，以离子键结合的化合
物倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子， 从而达到稳定的目的
2、离子晶体(1)概念：由阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体叫离子晶
体(2)构成的微粒：阴离子和阳离子。离子晶体中含有离子，但离子不能 自由移动。若获得能量而变为熔融态或溶于水中时，则离子键被削弱甚至 断裂，电离产生能够自由移动的离子(3)微粒间的作用力：离子键(4)气化 或熔化时破坏的作用力：离子键(5)常见的离子晶体：离子化合物都是离 子晶体
3、离子晶体的物理性质(1)离子晶体常温下都为固态，具有较高的熔点、
沸点。离子晶体中有较强的离子键，熔化或汽化时需消耗较多的能量。因 此离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。
离子晶体熔、沸点高低一般比较规律：阴、阳离子的电荷数越大，离子半 径越小，离子键越强，离子晶体熔、沸点越高。【练习】比较下列离子晶 体熔、沸点高低：NaCl CsCl,Mg0 MgCl (2)离子晶体硬而脆，难压 缩 。离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，离子键表现了较大的硬 度，当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎
(3)离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强， 阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不 导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作 用力，成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。 离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子(或 水合离子),在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电(4)溶解性： 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如汽油、煤 油)中。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引， 使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自 由移动的离子(5)离子晶体无延展性：离子晶体中阴、阳离子交替出现，层 与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶
体无延展性.
【微点拨】①离子晶体中无分子，物质的化学式只表示物质的阴、阳离子个 数比，不是分子式
②离子晶体中除含有离子键外，还有可能含有共价键、配位键，如：Na O 、
NaOH、Ba(OH) 、Na SO 中均含离子键和共价键，NH C1中含有离子键、共价键、 配位健③离子晶体不一定都含有金属元素，如：NH Cl、NH NO 等铵盐④由金 属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如：AICl 是分子晶体
⑤含金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，也可能是金属晶体；有阴离子的 晶体中一定存在阳离子；有阳离子的晶体中不一定存在阴离子如：金属晶体。
⑥溶于水能导电的不一定是离子晶体，如 ：HC1等；熔化后能导电的晶体不一 定是离子晶体，如：金属等
【对点训练1】
二、常见离子晶体的结构特征 离子晶体中，阴离子呈等径圆球密堆积， 阳离子有序地填在阴离子的空隙中，每个离子周围等距离地排列着异电性 离子，被异电性离子包围。一个离子周围最邻近的异电性离子的数目，叫 做离子晶体中离子的配位数1、NaCl晶体①在一个NaCl晶胞中，有 个
Na+, 有 个C1- ② 在NaCl晶体中，每个Na+同时强烈吸引 ●Na+
形成________形；每个C1-同时强烈吸引____个Na+③在NaC1旨 和C1- 的配位数分别为 、 。 ④在NaCl晶体中， 围与它最接近且距离相等的Na+共
有 个同理：每个C1-周围与它最接近且距离相等的C1-
共 有 个
●Na 0 Cl-
它们所围成的空间几何构
型是正八面体，有几个
它们所围成的空间几何构
型是正八面体，有几个
●Na+ 0 Cl-
—CI
Na
(1)每个晶胞含钠离子、氯离子的个数：
(2)配位数：一种离子周围最邻近的带 相反电荷的离子数目
每个Cl- 周围与之最接近且距离相等 的Na+共有6个；每个Na+ 周围与之最 接近且距离相等的Cl- 共有6个。
每个C1-周围与它最近且等距的C1-有 12个；每个Na+周围与它最近且等距 的Na+有12个。
2、CsCl晶体①在一个CsCl晶胞中，有_____个Cs+,有_____个C1-②在CsCl晶体中，每个 Cs+同时强烈吸引 个C1-, 即 ：Cs+的配位数为 ,每个C1- 同时强烈吸引
个Cs+,即 ：C1- 的配位数为 ③在CsCl晶体中，每个Cs+周围与它最接近且距离相等 的Cs+共有 个，形成 形，同理：在CsCl晶体中，每个C1- 周围与它最接近且 距离相等的C1-共有 个
3、ZnS晶体①1个ZnS晶胞中，有 个S -, 有 个Zn +②Zn +的配位数 为 ,S - 的配位数为 。 ③ZnS型离子晶体中，阴离子和阳离子 的排列类似NaCl 型，但相互穿插的位置不同，使阴、阳离子的配位数不是6, 而是4,常见的ZnS型离子晶体有ZnS 、AgI 、Be0 晶体等
4、CaF 晶体①1个CaF 的晶胞中，有 个Ca +, 有 个F-②CaF 的晶体 中 ，Ca + 和F- 的配位数不同，Ca + 配位数是 ,F- 的配位数是 。
离子晶体 NaCl CsCl ZnS
CaF
阴离子的配位数 6 8 4
4
阳离子的配位数 6 8 4
8
5、离子晶体中离子的配位数(1)离子的配位数：晶体晶胞中一个离子周围 最邻近的异电性离子的数目称为该离子的配位数
●F-
OCa +
●Zn +
离子晶体 正、负离子半径比(r+/r-)
配位数
NaCl r+/r-=0.52(0.414～0.732)
6
CsCl r+/r-=0.93(0.732～1.00)
8
ZnS r+/r-=0.27(0.225～0.414)
4
③键性因素：离子键的纯粹程度
【对点训练2】
离子晶体
CaF
Ca +离子的配位数
8
F-离子的配位数
4
【结论】AB型离子晶体中，阴、阳离子的配位数相等，但正、负离子半径比越 大，离子的配位数越大②电荷因素：晶体中正、负离子的电荷比
(2)影响配位数的因素①几何因素：晶体中正、负离子的半径比。离子半径 比值越大，配位数就越大 (见下表)
F- Cl- Br-
I-
Li+ 1036 853 807
757
Na+ 923 786 747
704
K+ 821 715 682
649
Rb+ 785 689 660
630
Cs+ 740 659 631
604
三、晶格能1、概念：气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量。晶格能通
常取正值，单位为kJ●mol-12、影响晶格能大小的因素(某些离子晶体的 晶格能/kJ ·mol-1)
(1)影响晶格能大小的因素主要是离子所带的电荷和阴、阳离子间的距离。晶 格能与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比，
可用下式表示：晶格能ocr2(q1.q 2)(2)离子所带电荷越高，核间距越小，晶 格能就越大。而离子的核间距与离子的半径大小有关，阳离子或阴离子半径 越小，离子的核间距就越小，则晶格能就越大。如 ：比较Mg0晶体和NaCl晶 体的晶格能大小。Mg +和0 -都是二价离子，而Na+和C1-都是一价离子；Mg +半径小于Na+,O - 半径小于C1-, 故 Mg +和0 -的核间距小于Na+和C1-的 核 间距，所以Mg0晶体的晶格能大于NaCl晶体的晶格能
【微点拨】影响晶格能的因素还有离子晶体的结构型式。如 ：NaCl 晶体中，
每个Na+周围有6个C1-, 稍远一点，又有12个Na+, 再远一点还有8个Cl- … … 而带异性电荷的离子之间存在着相互吸引作用，带同性电荷的离子之间却存 在着相互排斥作用。因而具有不同结构型式的晶体的晶格能也不相同
比较项目离子 化合物 离子电荷数 核间距 /pm 晶格能 /kJ.mol-1 熔点 /℃
摩氏硬 度
NaBr 1 298 747 747
<2.5
NaCl 1 282 786 801
2.5
Mg0 2 210 3791 2852
6.5
(1)晶格能与离子晶体的稳定性：晶格能越大，离子键越强，形成的离子晶体越 稳定(2)晶格能与晶体的熔点、硬度的关系：晶格能越大，熔点越高，硬度越大
(3)晶格能与岩浆晶出规则：矿物从岩浆中先后结晶的规律被称为岩浆晶出规则； 岩浆晶出的次序受晶格能的影响，晶格能越大，岩浆中的矿物越易结晶析出
3、晶格能与离子晶体性质的关系：因为晶格能的大小标志着离子晶体裂 解成气态阴、阳离子的难易程度，反映着离子晶体中离子键的强度，故 它与离子晶体的性质有着密切联系。几种离子晶体的晶格能和熔点、硬 度数据如下表
答题策略
看离子键(或晶格能)的强弱，取决于阴、阳离子半径的大小和电荷数
答题模板
阴、阳离子电荷数相等，则看阴、阳离子半径：同为离子晶体，Rn-( 或Mn+)半径小于Xn-(或Nn+),故×××晶体晶格能大(离子键强),熔
沸点高
阴离子(或阳离子)电荷数不相等，阴离子半径(或阳离子半径)不相同 :同为离子晶体，Rn-(或Mn+)半径小于Xm-(或Nm+),Rn-(或Mn+)电荷数 大于Xm-(或Nm+),故×××晶体晶格能大(或离子键强),熔沸点高
1 Zn0和ZnS的晶体结构相似，熔点较高的是Zn0,理由是：同属于离子晶体 ,O -半径小于S -,故Zn0晶格能大(或离子键强),熔点高 2 Fe0的熔点大于Fe O 的熔点，原因是：同为离子晶体，Fe +半径比Fe +大， 所带电荷数也小于Fe +,FeO的晶格能比Fe O 小
4、离子晶体熔、沸点比较答题模板
【对点训练3】【课后作业】
饲题[ 思考与讨论
CaCO (NH ) SO CuSO .5H O Cu(NH ) SO .H O 观察以上离子晶体中都含有哪些微观粒子
晶体内部存在哪些类型的化学键
阴、阳离子
(单原子或多原子)
电中性分子
离子键
共价键
氢键
范德华力
离 子 晶 体
构成微粒
作用力
NaCl 、CsCl 的熔、沸点比 HCl 的明显高很多，结合晶体类
型，你能推测其原因吗
离子键强度较大，破坏它需要较多的能量
HC1 NaCl
CsCl
熔 点 / ℃ -114.18 801
645
沸点/℃ -85 1413
1290
NaCl 和 CsCl 的晶体硬度较大，难以压缩，熔点和沸点较高
向题2
【思考与交流】
1200
1000
800
600
200
0
-200
NaX为离子晶体
X-半径增大，离子键减弱， 熔点逐渐降低。
SiX 为分子晶体
相对分子质量增大，
分子间作用力增加，熔 点逐渐升高。
钠的卤化物(NaX)和硅的卤化物(SiX )的熔点如图所示。
(1)判断晶体的类型。(2)解释熔点变化的原因。
NaF
NaCl NaBr
NaI
SiI
SiF SiCl
SiBr
【思考与交流】
TiF 熔点高于TiCl 、TiBr 、TiI , 自 TiCl 至TiI 熔点依次升高，请解释原因。
(1)TiF 是离子化合物，熔点较高
(2)TiCl 、TiBr 、TiI 是共价化合物
事实上，大多数离子晶体中的化学键
具有一定的共价键成分。
TiF
TiCl
SiF SiCl
→相同类型的化合物，
为什么有上述情况呢
NaF
NaCl NaBr
NaI
TiI
SiI
1200
1000
800
600
200
0
-200
TiBr
SiBr
Why
化合物 熔 点 / ℃ 化合物
熔 点 / ℃
Ca0 2613 Na SO
884
CuCl 1326 Ca Si0
2130
NH NO 169.6 Na PO
340
BaSO 1580 CH C00Cs
194
LiPF 200分解温度 NaNO
270
我们知道，金属的熔点差异很大，如钨的熔点为3410 ℃。
而常温下，汞却是液体。离子晶体的熔点是不是也差异很大呢 请从 理化手册或互联网查找下列离子晶体的熔点数据，得出结论。
结论：离子晶体的熔点差距也较大
思看P88
离子晶体 共价晶体 分子晶体
金属晶体
存在微粒 阴阳离子 原子 分子
金属离子、 自由电子
微粒间作用 离子键 共价键 分子间作用力
金属键
主要性质 硬而脆，易溶 于极性溶剂， 熔化时能够导 电，溶沸点高 质地硬，不溶 于大多数溶剂， 导电性差，熔 沸点很高 硬度小，水溶 液能够导电， 溶沸点低
金属光泽， 是电和热的 良导体，熔 沸点高或低
实例 食盐晶体 金刚石 NH 、HC1
镁、铝
四类晶体的比较

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