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第二单元　离子键　离子晶体
1.能结合实例描述离子键的成键特征及其本质。2.能解释和预测同类型离子化合物的某些性质。3.会描述常见类型的离子化合物的晶体结构。4.能运用模型和有关理论解释不同类型离子化合物的晶胞构成。
离子键的形成
学习任务一
1.离子键和离子化合物
(1)概念:阴、阳离子之间存在的强烈的相互作用叫离子键,由阴、阳离子构成的化合物叫离子化合物。
(2)离子键的成键微粒是 和 。
阳离子
阴离子
2.离子键的形成及特征
(1)离子键的形成。
在离子化合物中,阴、阳离子之间的 使阴、阳离子相互吸引,阴、阳离子的核外电子之间、原子核之间的静电斥力使阴、阳离子相互排斥。当阴、阳离子之间的静电引力和静电斥力达到平衡时,阴、阳离子保持一定的平衡间距,形成稳定的离子键,整个体系达到能量最低状态。
静电引力
(2)离子键的特征。
离子键没有 性和 性。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,即没有方向性;在静电作用能够达到的范围内,只要空间允许,一个离子可以同时吸引多个带相反电荷的离子,即没有饱和性。
方向
饱和
归纳拓展
1.常见的离子化合物的组成
2.离子化合物中存在的化学键
(1)离子键只存在于离子化合物中,即离子化合物中一定存在离子键。
(2)离子化合物中可能只有离子键(由单核阴离子和阳离子构成,如NaCl、K2O等),也可能既含有离子键又含有共价键(阴离子或阳离子是多核离子,如NH4Cl、Na2SO4等)。
归纳拓展
3.离子及离子化合物电子式的书写
(1)阳离子。
①单核阳离子的电子式就是离子符号,如Mg2+。
归纳拓展
(2)阴离子。
归纳拓展
1.判断正误。
(1)钠原子和氯原子作用生成NaCl后,其结构的稳定性增强。(　　)
(2)在氯化钠晶体中,除Cl-和Na+的静电吸引作用外,还存在电子与电子、原子核与原子核之间的排斥作用。(　　)
(3)Na+和Cl-形成的离子键具有方向性。(　　)
√　
√　
×
【解析】 (3)Na+和Cl-形成的离子键不具有方向性。
(4)钠与氯反应生成氯化钠后,体系能量降低。(　　)
(5)在水溶液中能电离出阴、阳离子的化合物属于离子化合物。(　　)
√　
×
【解析】 (5)由阴、阳离子构成的化合物才属于离子化合物。
(6)非金属元素间不可能形成离子键。(　　)
×
【解析】 (6)氯化铵中存在离子键。
2.下列说法中正确的是(　　)
A.PCl3和BF3两种分子中,每个原子的最外层都具有8电子稳定结构
B.NaOH是离子化合物,该物质中只含有离子键
C.某化合物在熔融状态下能导电,该化合物一定含有离子键
D.NaHSO4在熔融状态下不仅破坏了离子键,还破坏了共价键
C
【解析】 BF3中硼原子最外层有6个电子,不满足8电子稳定结构,故A错误;
NaOH是离子化合物,存在钠离子和氢氧根离子间的离子键,氢氧根离子中氧、氢原子间还存在极性共价键,故B错误;在熔融状态下能导电的化合物一定存在离子键,属于离子化合物,故C正确;NaHSO4在熔融状态下,电离出钠离子和硫酸氢根离子,破坏了离子键,没有破坏共价键,故D错误。
3.下列说法正确的是(　　)
A
离子晶体
学习任务二
1.概念及结构特点
(1)概念:由阴、阳离子按一定方式有规则地排列形成的晶体。
(2)结构特点。
①构成微粒:阴离子和阳离子。离子晶体中不存在单个分子,其化学式表示的是离子的个数比。
②微粒间的作用力:离子键。
③离子晶体中不同离子周围异电性离子数目的多少主要取决于阴、阳离子的相对大小。
2.晶格能
气态阴离子
气态阳离子
(2)影响因素:离子晶体中离子半径 ,离子所带电荷数 ,晶格能越大。
(3)晶格能与离子晶体物理性质的关系:一般而言,晶格能越大,离子晶体的熔点 ,硬度 。
越小
越多
越高
越大
3.常见离子晶体的结构
(1)氯化钠型。
6
6
6
12
4
4
4
12
②属于氯化钠型离子晶体的还有 、NaBr、 、MgO等。
(2)氯化铯型。
KCl
CaO
①CsCl晶体中,每个Cs+周围同时吸引着 个Cl-,每个Cl-周围同时吸引着
个Cs+。在每个Cs+周围最近且等距离的Cs+有 个(上、下、左、右、前、后),在每个Cl-周围最近且等距离的Cl-也有 个。在CsCl晶体的最小结构单元(晶胞)中,含Cs+个数为1,含Cl-个数为 ,故Cs+与Cl-个数之比为 。化学式CsCl仅表示这种晶体中阴、阳离子的个数之比。同样在氯化铯晶体中不存在单个的氯化铯分子。
②属于氯化铯型离子晶体的还有 、CsI、NH4Cl等。
8
8
6
6
1
1∶1
CsBr
4.离子晶体的物理性质
(1)熔、沸点:离子晶体一般具有较高的熔、沸点,难挥发。
(2)硬度:离子晶体硬度较大。
(3)导电性:离子晶体不导电,熔融态或溶于水后能导电。
(4)溶解性:大多数离子晶体能溶于水,难溶于非极性溶剂(如苯、汽油、CCl4等)。
离子化合物在我们周围比比皆是。常温下,许多离子化合物都是以晶体形态存在的,如MgO、NaCl、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、[Cu(NH3)4]SO4·H2O等均为离子晶体。
探究　离子晶体的组成、结构、性质特点
问题1:含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗
提示:不一定,也可能是金属晶体。
问题2:离子晶体中一定含有金属元素吗 由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗
提示:不一定,如NH4Cl、NH4NO3等铵盐是离子晶体。不一定,如AlCl3是分子晶体。
问题3:离子晶体中可以有分子存在吗 离子晶体中是否可能含有共价键、氢键
提示:离子晶体是由阴、阳离子通过离子键按一定的方式排列组合而成,阴、阳离子是其构成的基本微粒,但是对于一些带结晶水的离子晶体如CuSO4·5H2O、[Cu(NH3)4]SO4·H2O等同时还存在小分子。离子晶体中可能含有共价键、氢键,如信息中提及的(NH4)2SO4晶体和含有结晶水的一些化合物等。
问题4:如何比较MgO、NaCl的熔、沸点高低
提示:一般构成离子晶体的阴、阳离子半径越小,含有的电荷数越多,晶格能越大,晶体熔、沸点越高,硬度越大。因此MgO的熔、沸点比NaCl的高。
1.离子晶体的组成、结构特点
(1)离子晶体中一定含有阴、阳离子,可能含有小分子,晶体的化学式只表示物质的构成微粒个数之比,不是分子式。
(2)离子晶体中含有离子键,也可能含有共价键、氢键等其他作用力。
(3)离子晶体中离子键没有方向性和饱和性,但每个阴(阳)离子周围排列的最邻近的带相反电荷的离子数目都是固定的(配位数一定)。
归纳拓展
2.离子晶体的判断
(1)根据物质的分类。
大多数盐、强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2)、活泼金属的氢化物(如NaH)、活泼金属的硫化物等都是离子晶体。
(2)根据元素的性质和种类。
如成键元素的电负性差值大于1.7的物质、金属元素(特别是活泼的金属元素,ⅠA、ⅡA 族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素,ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。
归纳拓展
(3)根据物质的性质。
离子晶体一般具有较高的熔、沸点,难挥发,硬而脆;固体不导电,但熔融或溶于水时能导电;大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。
归纳拓展
题点一　离子晶体的性质与判断
1.萤石(主要成分为CaF2)是一种难溶于水的固体。下列实验事实能说明CaF2是离子晶体的是(　　)
A.CaF2难溶于水,其水溶液的导电性极弱
B.CaF2的熔点较高,硬度较大
C.CaF2固体不导电,但在熔融状态下可以导电
D.CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小
C
【解析】 难溶于水,其水溶液的导电性极弱,不能说明CaF2是离子晶体,故A不符合题意;熔点较高,硬度较大,也可能是共价晶体,不能说明CaF2是离子晶体,故B不符合题意;固体不导电但熔融状态下可以导电,熔融状态下一定有自由移动的离子,说明CaF2是离子晶体,故C符合题意;CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小,不能说明CaF2是离子晶体,故D不符合题意。
2.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是(　　)
A.熔点:NaF>MgF2>AlF3
B.离子半径: O2->Na+>Mg2+
C.阴离子的配位数:CsCl>NaCl=CaO
D.硬度:MgO>CaO>BaO
A
【解析】 由于r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+),且Na+、Mg2+、Al3+所带电荷数依次增多,所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强,故熔点依次升高,A错误;O2-、Na+、Mg2+的电子层结构相同,则核电荷数越大,半径越小,B正确;在CsCl、NaCl、CaO晶体中,阴离子的配位数分别为8、6、6,C正确;
r(Mg2+)题点二　离子晶体结构的分析
3.如图所示是从NaCl或CsCl的晶体结构中分割出来的部分结构图,其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是(　　)
A.图(1)和(3) B.图(2)和(3)
C.图(1)和(4) D.只有图(4)
C
【解析】 本题考查了离子晶体的代表物质NaCl、CsCl的晶体结构。NaCl晶体中,每个Na+周围最邻近的Cl-有6个,构成正八面体,同理,每个Cl-周围最邻近的6个Na+也构成正八面体,由此可知图(1)和(4)是从NaCl晶体中分割出来的结构图,C项正确。
4.下图是氯化钠与氯化铯的晶胞结构示意图,下列有关叙述不正确的是(　　)
A.每个Na+周围距离相等的Cl-形成正八面体
B.氯化钠晶体中,每个Na+周围距离最近且相等的Cl-共有8个
C.氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-
D.平均每个NaCl晶胞中有4个Na+、4个Cl-
B
(1)每个晶胞中含A的数目为　　　　,含B的数目为　　　　。
4　
8
(2)若A的核外电子排布与Ar的相同,B的核外电子排布与Ne的相同,则该离子化合物的化学式为　　　　。
CaF2
【解析】 (2)通过(1)知,该物质的化学式为AB2,A是金属阳离子,则A的化合价是+2价,若A的核外电子排布与Ar的相同,则A是Ca2+,B的化合价是 -1价,且B的核外电子排布与Ne的相同,则B是F-,则该离子化合物的化学式是CaF2。
(3)该离子晶体中阳离子的配位数为　　　,阴离子的配位数为　　。
8
【解析】 (3)阳离子的配位数为8,阴离子的配位数是4。
4
知识整合
铜单质及其化合物在很多领域有重要用途,如金属铜用来制造电线、电缆,五水硫酸铜可用作杀菌剂等。
(1)Cu位于元素周期表中的ⅠB族。Cu2+的核外电子排布式为
　　　 　　　　　　　　　。
1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9)
(2)下图是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图,可确定该晶胞中阴离子的个数为　　　　。
4
(3)Cu2O的熔点比Cu2S的　　 　(填“高”或“低”), 原因是
　 。
高
Cu2O与Cu2S相比,阳离子相同、阴离子所带电荷数也相同,但O2-的半径比S2-的小,所以Cu2O的晶格能更大,熔点更高
命题解密与解题指导
情境解读:铜及其化合物的结构、性质和用途。
素养立意:通过计算晶胞中阴离子的数目及利用晶格能比较离子晶体的熔点高低,强化模型认知素养。
思维建模:判断离子晶体熔、沸点的高低。

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