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。
教学目标:
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。
教学重点、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
8
[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:
8
[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:
NaCl
CsCl
r+/r-=
r+/r-=
C.N=6
C.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)。
8
[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—
8
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
NaF
1
923
993
3.2
NaCl
1
786
801
2.5
NaBr
1
747
747
NaCl
5、已知:三种氟化物的晶格能如下表:
8
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:
NaX
NaF
NaCl
NaBr
NaI
熔点
995
801
775
651
SiX4
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
熔点
—90.2
—70.4
5.2
120.5
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。
8
[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。
(2)晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高,硬度越大。
8