高三化學(xué)離子晶體、分子晶體和原子晶體的課程教案

　　一、 學(xué)習目標

　　1.使學(xué)生了解離子晶體、分子晶體和原子晶體的晶體結構模型及其性質(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(lèi)型與性質(zhì)的關(guān)系

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

　　4.常識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構模型；晶體類(lèi)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構模型；氫鍵

　　三、學(xué)習過(guò)程

　　(一)引入新課

　　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。

　　一、離子晶體

　　1、概念：離子間通過(guò)離子鍵形成的晶體

　　2、空間結構

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

　　如圖為NaCl晶體結構圖，圖中直線(xiàn)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)請將其代表Na+的用筆涂黑圓點(diǎn)，以完成 NaCl晶體結構示意圖。并確定晶體的晶胞，分析其構成。

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

　　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(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?chē)?個(gè)晶胞所共有，所以該晶胞獨占的是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：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，所以該晶胞中獨占的Cl-數為6×1/2=3。

　　不難推出，n(Na+):n(Cl-)=4:4:1:1�；瘜W(xué)式為NaCl.

　　(3)以中心Na+為依據，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)。

　　(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)數比為1:1.

　　(3)12個(gè)

　　3、離子晶體結構對其性質(zhì)的影響

　�。�1）離子晶體熔、沸點(diǎn)的高低取決于離子鍵的強弱，而離子晶體的穩定性又取決于什么?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(yáng)離子。離子晶體發(fā)生三態(tài)變化，破壞的是離子鍵。也就是離子鍵強弱即決定了晶體熔、沸點(diǎn)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(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(huà))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(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(lèi)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根據導電性：固態(tài)時(shí)不導電而熔化或溶解時(shí)能導電的一般為離子晶體。

　�、诟鶕�機械性能：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?

　　構成晶體的結構粒子是按著(zhù)一定的排列方式所形成的固態(tài)群體。在晶體結構中具有代表性的最小重復單位叫晶胞。

　　根據離子晶體的晶胞，求陰、陽(yáng)離子個(gè)數比的方法？

　�、偬幱陧旤c(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。

　�、谔幱诶馍系碾x子：同時(shí)為4個(gè)晶胞共有，每個(gè)離子有1/4屬于晶胞。

　�、厶幱诿嫔系碾x子；同時(shí)為2個(gè)晶胞共有，每個(gè)離子有1/2屬于晶胞。

　�、芴幱隗w心的離子：則完全屬于該晶胞。

　　題目：在高溫超導領(lǐng)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(gè)鈦離子周?chē)�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)數化是多少?

　　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(zhù)完全相同的鈦離子，共有晶胞邊長(cháng)的6個(gè)鈦離子。

　　至于同一晶胞中獨占三元素粒子個(gè)數比，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)而上下中相同重復共8個(gè))，而每個(gè)晶胞獨占有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)晶胞獨占12×1/4=3個(gè)。故氧、鈣、鈦的粒子數之比為 3:1:1

　　5、總結

　　1．離子間通過(guò)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(yáng)離子和陰離子。離子晶體中，陽(yáng)離子和陰離子間存在著(zhù)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(diǎn)較高。

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

　　離子晶體針對性訓練

　　一、選擇題

　　1.下列性質(zhì)中，可以證明某化合物內一定存在離子鍵的是 ( )

　　A.可溶于水 B.有較高的熔點(diǎn)

　　C.水溶液能導電 D.熔融狀態(tài)能導電

　　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(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，根據下列數據，這三種化合物的熔點(diǎn)高低順序是 ( )

　　物質(zhì)

　�、貼aF

　�、贜aI

　�、跰gO

　　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(gè)Na+距離等同且最近的幾個(gè)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(晶體中最小的重復單元)，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，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)數據回答：

　　物質(zhì)

　　NaF

　　NaCl

　　NaBr

　　NaI

　　熔點(diǎn)℃

　　995

　　801

　　755

　　651

　　物質(zhì)

　　NaCl

　　KCl

　　RbCl

　　CsCl

　　熔點(diǎn)℃

　　801

　　776

　　715

　　646

　　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.某離子晶體晶胞結構如下圖所示，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(zhù)__________個(gè)X，每個(gè)x同時(shí)吸引著(zhù)__________個(gè)Y，該晶體的化學(xué)式為_(kāi)_________ 。

　　(2)晶體中在每個(gè)X周?chē)�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的度數為_(kāi)_________。

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

　　10.晶體具有規則的幾何外型、晶體中最基本的重復單位稱(chēng)為晶胞。NaCl晶體結構如圖所示。已知FexO晶體晶胞結構為NaCl型，由于晶體缺陷，x值小于1

　　測知FexO晶體密度為ρ=5.71 g·cm-3，晶胞邊長(cháng)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+所占分數(用小數表示，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_(kāi)____________cm

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

　　(1)根據晶體結構特點(diǎn)，推出其化學(xué)式(用最簡(jiǎn)單整數表示)__________________________。

　　(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構中的什么位置。

　　答：

　　12.1986年，瑞士?jì)晌豢茖W(xué)家發(fā)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(jìn)展，為此兩位科學(xué)家獲得了1987年的Nobel物理學(xué)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(gè)數比，確定其化學(xué)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(jià)(該化合物中各元素的化合價(jià)為Y+3，Ba+2，Cu+2和Cu+3)試計算化合物中這兩種價(jià)態(tài)Cu原子個(gè)數比

　　離子晶體針對性練習答案

　　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

　　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(gè)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(gè)立方體的體心上。

　　12.(1)YBa2Cu3O7

　　(2)Cu2+:Cu3+=2:1

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