离子晶体

普通高中课程标准实验教科书—化学选修3[人教版]教案
第三章 第四节 离子晶体
内容分析：
学生具备了离子键、离子半径、离子化合物等基础知识，本节直接给出氯化钠、氯化铯晶胞，然后在科学探究的基础上介绍影响离子晶体结构的因素，通过制作典型的离子晶体模型来进一步理解离子晶体结构特点，为学习晶格能作好知识的铺垫。
课时划分：
一课时。
目标：
1.了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。
2.知道离子化合物的热稳定性与阴、阳离子的半径和电荷有关。
3.能说出分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构基元以及物理性质方面的主要区别。
重点、难点：
了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。
教学方法：
分析、归纳、讨论、探究、应用
探究建议：
①制作典型的离子晶体结构模型。②比较氯化钠、氯化铯等离子晶体的结构特征。③实验探究：熔融盐的导电性。④实验探究：明矾或铬钾矾晶体的生长条件。⑤设计探究碱土金属碳酸盐的热稳定性实验方案。⑥查阅资料：晶格能与岩浆晶出规则。
教学过程：
[复习]
1、什么是离子键？什么是离子化合物？
2、下列物质中哪些是离子化合物？哪些是只含离子键的离子化合物？
Na2O NH4Cl O2 Na2SO4 NaCl CsCl CaF2
3、我们已经学习过几种晶体？它们的结构微粒和微粒间的相互作用分别是什么？
[过渡]
在晶体中，若微粒为离子，通过离子键形成的晶体为离子晶体，今天我们来研究离子晶体。
[板书]
第三章 第四节 离子晶体
一、离子晶体定义：由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体
[解析]
（1）结构微粒：阴、阳离子
（2）相互作用：离子键
（3）种类繁多：含离子键的化合物晶体：强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐
（4）理论上，结构粒子可向空间无限扩展
[讨论]
下列物质的晶体，哪些属离子晶体？离子晶体与离子化合物之间的关系是什么？干冰、NaOH、H2SO4 、K2SO4 、NH4Cl、CsCl
[板书]
二、离子晶体的物理性质及解释
[讲述]
在离子晶体中，离子间存在着较强的离子键，使离子晶体的硬度较大、难于压缩；而且，要使离子晶体由固态变成液态或气态，需要较多的能量破坏这些较强的离子键。因此，一般地说，离子晶体具有较高的熔点和沸点，如NaCl的熔点为801℃，沸点为l 413℃；CsCl的熔点为645℃，沸点为l290℃。离子晶体的溶解性有较大差异：如NaCl、 KNO3、(NH4)2SO4易溶，BaSO4 、CaCO3难溶。
[板书]
硬度较大、难于压缩、较高的熔点和沸点。
[讲述]
离子晶体种类繁多，结构多样，图3—27给出了两种典型的离子晶体的晶胞。我们来研究晶体中的配位数（在离子晶体中离子的配位数(缩写为C N)是指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目）。
[板书]
三、离子晶体中离子键的配位数（C.N.）
1、定义：是指一个离子周围邻近的异电性离子的数目
[投影]NaCl和CsCl的晶胞：

[板书]
2、决定离子晶体结构的主要因素：
[科学探究]
（1）CsCl、NaCl的阳离子和阴离子的比例都是l：l，同属AE型离子晶体。参考图3—27、图3-28，数一数这两种离子晶体中阳离子和阴离子的配位数，它们是否相等?并填表。
离子晶体阴离子的配位数阳离子的配位数
NaCl
CsCl
（2）你认为什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？利用相关数据计算，并填表：
NaClCsCl
r＋／r－=r＋／r－=
C.N=6C.N=8
[投影]科学探究参考资料:
离子 Na＋ Cs＋ Cl－
离子半径／pm 95 169 18l

[讲述]
显而易见，NaCl和CsCl是两种不同类型的晶体结构。晶体中正负离子的半径比(r＋／r－)是决定离子晶体结构的重要因素，简称几何因素。
[板书]
（1）几何因素：晶体中正负离子的半径比(r＋／r－)。
[讲解]
上面两例中每种晶体的正负离子的配位数相同，是由于正负离子电荷(绝对值)相同，于是正负离子的个数相同，结果导致正负离子配位数相等，如在NaCl中，Na＋扩和C1－的配位数均为6。如果正负离子的电荷不同，正负离子的个数必定不相同，结果，正负离子的配位数就不会相同。这种正负离子的电荷比也是决定离子晶体结构的重要因素，简称电荷因素。例如，在CaF2晶体中，Ca2＋和F－的电荷比(绝对值)是2：l，Ca2＋和F－的个数比是l：2，如图3—29所示。Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4。此外，离子晶体的结构类型还取决于离子键的纯粹程度(简称键性因素)。

[板书]
（2）电荷因素：正负离子的电荷比。
（3）键性因素：离子键的纯粹程度。
[自学]
科学视野—复杂的离子晶体
碳酸盐在一定温度下会发生分解，如大家熟悉的碳酸钙煅烧得到石灰(CaO)，这是由于碳酸钙受热，晶体中的碳酸根离子会发生分解，放出二氧化碳。实验证明，碳酸盐的阳离子不同，热分解的温度不同。
碳酸盐 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3
热分解温度／℃ 402 900 1 172 1 360
阳离子半径／pm 66 99 112 135

[板书]
四、晶格能
1、定义：气态离子形成l摩离子晶体释放的能量，通常取正值。
[讲解]
最能反映离子晶体稳定性的数据是它们的晶格能。离子晶体的晶格能的定义是气态离子形成l摩离子晶体释放的能量，通常取正值。
[投影]
F— C1一 Br— I—
Li＋
Na＋
K＋
Cs＋
Rb＋ 1036
923
821
785
740 853
786
715
689
659 807
747
682
660
63l 757
704
649
630
604

AB型离子晶体离子电荷晶格能（KJ/mol熔点摩氏硬度
NaF19239933.2
NaCl17868012.5
NaBr1747747<2.5
NaI1704661<2.5
MgO2379128526.5
CaO2340126144.5
SrO2322324303.5
BaO2305419183.3

[讨论]
分析晶格能大小与晶体稳定性关系。
[板书]
2、规律：
（1）离子电荷越大，离子半径越小的离子晶体的晶格能越大。
（2）晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
[自学]
科学视野—岩浆晶出规则与晶格能
[投影]
岩浆：

[思考]
（1）什么是岩浆晶出？
（2）岩浆晶出顺序与晶格能的关系？
[解析]
晶格能高的晶体，熔点较高，更容易在岩浆冷却过程中先结晶析出。（美国矿物学家鲍文）
[小结]
四种类型晶体的比较
晶体类型离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体
构成粒子
粒子间相互作用
硬度
熔沸点
导电性
溶解性
典型实例
[检测]
1、下列含有极性键的离子晶体是（ B ）
①醋酸钠 ②氢氧化钾 ③金刚石 ④乙醇 ⑤氯化钙
A、①②⑤ B、①② C、①④⑤ D、①⑤
2下列说法正确的是（ B ）
A、一种金属元素和一种非金属元素一定能形成离子化合物
B、离子键只存在于离子化合物中
C、共价键只存在于共价化合物中
D、离子化合物中必定含有金属元素
3、CsCl晶体中Cs+的 C.N.是 __8__ Cl-的C.N.是___8__.
CaF2晶体中Ca2+的 C.N.是 __8__ F-的C.N.是___4__.
已知KCl的晶体结构与NaCl的相似，则KCl晶体中K+的 C.N.是 __6__
Cl-的C.N.是__6___.
4、下列大小关系正确的是（ B ）
A、晶格能：NaClCaO
C、熔点：NaI>NaBr D、熔沸点：CO2>NaCl
5、已知：三种氟化物的晶格能如下表：
晶格能（KJ/mol）
Na+923
Mg2+2957
Al3+5492
三种氟化物的晶格能的递变原因是 离子电荷越大，离子晶体的晶格能越大 。
6、已知：硅酸盐和石英的晶格能如下表：
硅酸盐矿物和石英晶格能（KJ/mol）
橄榄石4400
辉石4100
角闪石3800
云母3800
长石2400
石英2600
回答下列问题：
（1）橄榄石和云母晶出的顺序是 先 橄榄石 后 云母 。
（2）石英总是在各种硅酸盐析出后才晶出的原因是 晶格能最小 。
（3）推测云母和的熔点顺序为 橄榄石 >云母 ，硬度大小为 橄榄石 >云母 。
7、下表列出了钠的卤化物和硅的卤化物的熔点：
NaXNaFNaClNaBrNaI
熔点995801775651
SiX4SiF4SiCl4SiBr4SiI4
熔点—90.2—70.45.2120.5
回答下列问题：
（1）钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高很多，其原因是：钠的卤化物为离子晶体，硅的卤化物为分子晶体。
（2）NaF 的熔点比NaBr的熔点高的原因是F-比Br-半径小，NaF 比NaBr的晶格能大，故NaF 的熔点比NaBr的熔点高。SiF4 的熔点比SiBr4的熔点低的原因是SiF4 比SiBr4的相对分子量小，分子间作用力小，熔点低。
（3）NaF和NaBr的晶格能的高低顺序为NaF>NaBr，硬度大小为NaF>NaBr。
[作业]
P85 4、5、6、7、8
[板书设计]
第三章 第四节 离子晶体
一、离子晶体定义
由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体
二、离子晶体的物理性质及解释
硬度较大、难于压缩、较高的熔点和沸点。
三、离子晶体中离子键的配位数（C.N.）
1、定义：是指一个离子周围邻近的异电性离子的数目
2、决定离子晶体结构的主要因素：
（1）几何因素：晶体中正负离子的半径比(r＋／r－)。
（2）电荷因素：正负离子的电荷比。
（3）键性因素：离子键的纯粹程度。
四、晶格能
1、定义：气态离子形成l摩离子晶体释放的能量，通常取正值。
2、规律：
（1）离子电荷越大，离子半径越小的离子晶体的晶格能越大。

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