化學(xué)教案－離子晶體、分子晶體和原子晶體

第一節(jié) 離子晶體、分子晶體

和原子晶體(一)

一、 學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.使學(xué)生了解離子晶體、分子晶體和原子晶體的晶體結(jié)構(gòu)模型及其性質(zhì)的一般特點(diǎn)。

2.使學(xué)生理解離子晶體、分子晶體和原子晶體的晶體類型與性質(zhì)的關(guān)系

3.使學(xué)生了解分子間作用力對(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)的影響

4.常識(shí)性介紹氫鍵及其物質(zhì)物理性質(zhì)的影響。

二、重點(diǎn)難點(diǎn)

重點(diǎn)：離子晶體、分子晶體和原子晶體的結(jié)構(gòu)模型；晶體類型與性質(zhì)的關(guān)系

難點(diǎn)：離子晶體、分子晶體和原子晶體的結(jié)構(gòu)模型；氫鍵

三、學(xué)習(xí)過(guò)程

(一)引入新課

[復(fù)習(xí)提問(wèn)]

1.寫(xiě)出NaCl 、CO₂ 、H₂O 的電子式

                                        。

2.NaCl晶體是由Na⁺和Cl^—通過(guò)           形成的晶體。

 [課題板書(shū)]  第一節(jié) 離子晶體、分子晶體和分子晶體（有課件）

一、離子晶體

1、概念：離子間通過(guò)離子鍵形成的晶體

2、空間結(jié)構(gòu)

以NaCl 、CsCl為例來(lái)，以媒體為手段，攻克離子晶體空間結(jié)構(gòu)這一難點(diǎn)

[針對(duì)性練習(xí)]

[例1]如圖為NaCl晶體結(jié)構(gòu)圖，圖中直線交點(diǎn)處為NaCl晶體中Na⁺與Cl^-所處的位置(不考慮體積的大小)。

    (1)請(qǐng)將其代表Na⁺的用筆涂黑圓點(diǎn)，以完成 NaCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖。并確定晶體的晶胞，分析其構(gòu)成。

    (2)從晶胞中分Na+周圍與它最近時(shí)且距離相等的 Na⁺共有多少個(gè)?

    [解析]下圖中心圓甲涂黑為Na⁺，與之相隔均要涂黑

    (1)分析圖為8個(gè)小立方體構(gòu)成，為晶體的晶胞，

    (2)計(jì)算在該晶胞中含有Na⁺的數(shù)目。在晶胞中心有1個(gè)Na⁺外，在棱上共有4個(gè)Na⁺，一個(gè)晶胞有6個(gè)面，與這6個(gè)面相接的其他晶胞還有6個(gè)面，共12個(gè)面。又因棱上每個(gè)Na+又為周圍4個(gè)晶胞所共有，所以該晶胞獨(dú)占的是12×1/4=3個(gè).該晶胞共有的Na+為4個(gè)。

    晶胞中含有的Cl^-數(shù)：Cl^-位于頂點(diǎn)及面心處，每.個(gè)平面上有4個(gè)頂點(diǎn)與1個(gè)面心，而每個(gè)頂點(diǎn)上的氯離于又為8個(gè)晶胞(本層4個(gè)，上層4個(gè))所共有。該晶胞獨(dú)占8×1/8=1個(gè)。一個(gè)晶胞有6個(gè)面，每面有一個(gè)面心氯離子，又為兩個(gè)晶胞共有，所以該晶胞中獨(dú)占的Cl^-數(shù)為6×1/2=3。

不難推出，n(Na⁺):n(Cl^-)=4:4:1:1。化學(xué)式為NaCl.

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

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

    [答案]

(1)含8個(gè)小立方體的NaCl晶體示意圖為一個(gè)晶胞

    (2)在晶胞中Na⁺與Cl^-個(gè)數(shù)比為1:1.

 (3)12個(gè)

3、離子晶體結(jié)構(gòu)對(duì)其性質(zhì)的影響

 （1）離子晶體熔、沸點(diǎn)的高低取決于離子鍵的強(qiáng)弱，而離子晶體的穩(wěn)定性又取決于什么?在離子晶體中，構(gòu)成晶體的粒子和構(gòu)成離子鍵的粒子是相同的，即都是陰、陽(yáng)離子。離子晶體發(fā)生三態(tài)變化，破壞的是離子鍵。也就是離子鍵強(qiáng)弱即決定了晶體熔、沸點(diǎn)的高低，又決定了晶體穩(wěn)定性的強(qiáng)弱。

（2）離子晶體中為何不存在單個(gè)的小分子?

在離子晶體中，陰、陽(yáng)離子既可以看作是帶電的質(zhì)點(diǎn)，又要以看作是帶電的球體，其中，陽(yáng)離子總是盡可能的多吸引陰離子、陰離子又總是盡可能多的吸引陰離子(只要空間條件允許的話)這種結(jié)構(gòu)向空間延伸，即晶體多大，分子就有多大，晶體內(nèi)根本不存在單個(gè)的小分子，整個(gè)晶體就是一個(gè)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(zhì)點(diǎn)種類分：離子化合物一定為離子晶體。

    方法二：由晶體的性質(zhì)來(lái)分：①根據(jù)導(dǎo)電性：固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電而熔化或溶解時(shí)能導(dǎo)電的一般為離子晶體。

    ②根據(jù)機(jī)械性能：具有較高硬度，且脆的為離子晶體。

 （2）什么是晶胞?如何由晶胞來(lái)求算晶體的化學(xué)式?

    構(gòu)成晶體的結(jié)構(gòu)粒子是按著一定的排列方式所形成的固態(tài)群體。在晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單位叫晶胞。

    根據(jù)離子晶體的晶胞，求陰、陽(yáng)離子個(gè)數(shù)比的方法？

    ①處于頂點(diǎn)上的離子：同時(shí)為8個(gè)晶胞共有，每個(gè)離子有1/8屬于晶胞。

    ②處于棱上的離子：同時(shí)為4個(gè)晶胞共有，每個(gè)離子有1/4屬于晶胞。

    ③處于面上的離子；同時(shí)為2個(gè)晶胞共有，每個(gè)離子有1/2屬于晶胞。 

    ④處于體心的離子：則完全屬于該晶胞。

[學(xué)生練習(xí)]

題目：在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域中，有一種化合物叫鈣鈦礦，其晶體結(jié)構(gòu)中有代表性的最小單位結(jié)構(gòu)如圖所示試回答：

    (1)在該晶體中每個(gè)鈦離子周圍與它最近且相等距離的鈦離子有多少個(gè)?

    (2)在該晶體中氧、鈣、鈦的粒子個(gè)數(shù)化是多少?

    [解析]由圖看出，在每個(gè)鈦離于的同層左、右與前后、上下各層中都緊密排列著完全相同的鈦離子，共有晶胞邊長(zhǎng)的6個(gè)鈦離子。

    至于同一晶胞中獨(dú)占三元素粒子個(gè)數(shù)比，則從每種元素粒子是晶胞中的位置考慮。Ca²⁺位于立方體的中央為一個(gè)晶胞所獨(dú)占；鈦離子位于晶胞的頂點(diǎn)上，為相鄰兩層8個(gè)晶胞所共有(左右、前后、上中下、左右前后4個(gè)而上下中相同重復(fù)共8個(gè))，而每個(gè)晶胞獨(dú)占有8×1/8=1個(gè)。氧離子位于棱上，在同一晶胞中，每個(gè)氧離子為同層的4個(gè)晶胞所共有，一個(gè)晶胞獨(dú)占12×1/4=3個(gè)。故氧、鈣、鈦的粒子數(shù)之比為 3:1:1

    [答案]6  3:1:1

5、總結(jié)

1.離子間通過(guò)離子鍵結(jié)合而成的晶體叫離子晶體。構(gòu)成離子晶體的微粒是陽(yáng)離子和陰離子。離子晶體中，陽(yáng)離子和陰離子間存在著較強(qiáng)的離子鍵，因此，離子晶體一般硬度較高，密度較大，熔、沸點(diǎn)較高。

2.一般地講，化學(xué)式與結(jié)構(gòu)相似的離子晶體，陰、陽(yáng)離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高。如：KCI<NaCI<NaF。

離子晶體針對(duì)性訓(xùn)練

一、選擇題

1.下列性質(zhì)中，可以證明某化合物內(nèi)一定存在離子鍵

  的是    (    )

  A.可溶于水     B.有較高的熔點(diǎn)

  C.水溶液能導(dǎo)電  D.熔融狀態(tài)能導(dǎo)電

2.下列物質(zhì)中，含有極性鍵的離子化合是。

  A.CaCl₂    B.Na₂0₂    C.NaOH    D.K₂S

3.Cs是IA族元素，F(xiàn)是VIIA族元素，估計(jì)Cs和F形成

  的化合物可能是

  A.離子化合物    B.化學(xué)式為CsF₂

  C. 室溫為固體    D.室溫為氣體

4.某物質(zhì)的晶體中含A、B、C三種元素，其排列方式

  如圖所示(其中前后兩面心上的B原子未能畫(huà)

  出)，晶體中A、B、C的中原子個(gè)數(shù)之比依次為

    A.1:3:1    B.2:3:1

    C.2:2:1    D.1:3:3   

5.NaF，Nal，MgO均為離子化合物，根據(jù)下列數(shù)據(jù)，這

  三種化合物的熔點(diǎn)高低順序是    (    )

  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(gè)Na⁺距離等同且最近的幾個(gè)Cl^-所圍成的空間幾何構(gòu)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(晶體中最小的重復(fù)單元)，已知晶體中2個(gè)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(shù)，則氯化銫晶體的密度為

    B.   C.   D.

二、填空題

8.參考下列熔點(diǎn)數(shù)據(jù)回答：

  鈉的鹵化物從NaF到NaI及堿金屬的氯化物從NaCl到CsCl的熔點(diǎn)逐漸____________這與__________有關(guān)。隨__________增大__________減小，故熔點(diǎn)__________逐漸    。

9.某離子晶體晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示，x位于立方體的

  頂點(diǎn)，Y位于立方體中心。試分析：

  (1)晶體中每個(gè)Y同時(shí)吸引著__________個(gè)X，每

  個(gè)x同時(shí)吸引著__________個(gè)Y，該晶體的化學(xué)式

  為_(kāi)_________ 。

  (2)晶體中在每個(gè)X周圍與它最接近且距離相等

  的X共有__________個(gè)。

  (3)晶體中距離最近的2個(gè)X與1個(gè)Y形成的夾角

  ∠XYX的度數(shù)為_(kāi)_________。

  (4)設(shè)該晶體的摩爾質(zhì)量為M g·mol^-1，晶體密度為ρ·cm^-3，阿伏加德羅常數(shù)為N_A則晶體中兩個(gè)距離最近的X中心間的距離為_(kāi)_________ 。

10.晶體具有規(guī)則的幾何外型、晶體中最基本的重復(fù)單

  位稱為晶胞。NaCl晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。已知FexO

  晶體晶胞結(jié)構(gòu)為NaCl型，由于晶體缺陷，x值小于1

  測(cè)知FexO晶體密度為ρ=5.71 g·cm^-3，晶胞邊長(zhǎng)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(shù)中，F(xiàn)e²⁺所占分?jǐn)?shù)(用小數(shù)表示，精確至0.001)為 ______________。

  (3)此晶體的化學(xué)式為 _____________。

  (4)與某個(gè)Fe²⁺(或Fe³⁺)距離最近且等距離的O^2-圍成的空間幾何形狀是_____________。

  (5)在晶體中，鐵元素間最短距離為_(kāi)____________cm

11.有一種藍(lán)色晶體，它的結(jié)構(gòu)特征是Fe²⁺和Fe³⁺分別占據(jù)立方體互不相鄰的頂點(diǎn)，而CN-離子位于立方體的棱上。

  (1)根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推出其化學(xué)式(用最簡(jiǎn)單整數(shù)表示)__________________________。

   (2)此化學(xué)式帶何種電荷?用什么樣的離子(用Mⁿ⁺表示)與其結(jié)合成中性的化學(xué)式?寫(xiě)出此電中性的化學(xué)式。

  答：

  (3)指出(2)中添加離子在晶體結(jié)構(gòu)中的什么位置。

  答：

12.1986年，瑞士?jī)晌豢茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)一種性能良好的金屬氧化物超導(dǎo)體，使超導(dǎo)工作取得突破性進(jìn)展，為此兩位科學(xué)家獲得了1987年的Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)。其晶胞結(jié)構(gòu)如圖。

(1)根據(jù)圖示晶胞結(jié)構(gòu)，推算晶體中Y，Cu，Ba和O原子個(gè)數(shù)比，確定其化學(xué)式

(2)根據(jù)(1)所推出的化合物的組成，計(jì)算其中Cu原子的平均化合價(jià)(該化合物中各元素的化合價(jià)為Y⁺³，Ba⁺²，Cu⁺²和Cu⁺³)試計(jì)算化合物中這兩種價(jià)態(tài)Cu原子個(gè)數(shù)比

離子晶體針對(duì)性練習(xí)答案

一、選擇題

    1.D  2.C  3.AC  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(yáng)離子相互吸引  降低

    9.(1)4  8 XY₂(或Y₂X)

    (2)12  (3)109°28

(4)

    10.(1)0.92    (2)0.826

    (3)

    (4)正八面體  (5)3.03×10^-10

    11.(1)FeFe(CN)₆^-

    (2)帶一個(gè)單位負(fù)電荷，可用Na⁺，K⁺，Rb⁺ (用M⁺表示)與之結(jié)合MFeFe(CN)₆

    (3)M⁺在每隔一個(gè)立方體的體心上。

    12.(1)YBa₂Cu₃O₇

    (2)Cu²⁺:Cu³⁺=2:1