高三化學離子晶體、分子晶體和原子晶體的課程教案

高三化學離子晶體、分子晶體和原子晶體的課程教案

　　一、 學習目標

　　1.使學生了解離子晶體、分子晶體和原子晶體的晶體結構模型及其性質的一般特點

　　2.使學生理解離子晶體、分子晶體和原子晶體的晶體型別與性質的關係

　　3.使學生了解分子間作用力對物質物理性質的影響

　　4.常識性介紹氫鍵及其物質物理性質的影響

　　二、重點難點

　　重點：離子晶體、分子晶體和原子晶體的結構模型；晶體型別與性質的關係

　　難點：離子晶體、分子晶體和原子晶體的結構模型；氫鍵

　　三、學習過程

　　(一)引入新課

　　1.寫出NaCl 、CO2 、H2O 的電子式。

　　2．NaCl晶體是由Na+和Cl—透過 形成的晶體。

　　一、離子晶體

　　1、概念：離子間透過離子鍵形成的晶體

　　2、空間結構

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

　　如圖為NaCl晶體結構圖，圖中直線交點處為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+的用筆塗黑圓點，以完成 NaCl晶體結構示意圖。並確定晶體的晶胞，分析其構成。

　　(2)從晶胞中分Na+周圍與它最近時且距離相等的 Na+共有多少個?

　　下圖中心圓甲塗黑為Na+，與之相隔均要塗黑

　　(1)分析圖為8個小立方體構成，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Na+外，在稜上共有4個Na+，一個晶胞有6個面，與這6個面相接的其他晶胞還有6個面，共12個面。又因稜上每個Na+又為周圍4個晶胞所共有，所以該晶胞獨佔的是12×1/4=3個.該晶胞共有的Na+為4個。

　　晶胞中含有的Cl-數：Cl-位於頂點及面心處，每.個平面上有4個頂點與1個面心，而每個頂點上的氯離於又為8個晶胞(本層4個，上層4個)所共有。該晶胞獨佔8×1/8=1個。一個晶胞有6個面，每面有一個面心氯離子，又為兩個晶胞共有，所以該晶胞中獨佔的Cl-數為6×1/2=3。

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

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

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

　　(1)含8個小立方體的NaCl晶體示意圖為一個晶胞

　　(2)在晶胞中Na+與Cl-個數比為1:1.

　　(3)12個

　　3、離子晶體結構對其性質的影響

　　（1）離子晶體熔、沸點的高低取決於離子鍵的強弱，而離子晶體的穩定性又取決於什麼?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、陽離子。離子晶體發生三態變化，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的小分子?

　　在離子晶體中，陰、陽離子既可以看作是帶電的質點，又要以看作是帶電的球體，其中，陽離子總是儘可能的多吸引陰離子、陰離子又總是儘可能多的吸引陰離子(只要空間條件允許的話)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的小分子，整個晶體就是一個大分子。

　　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點種類分：離子化合物一定為離子晶體。

　　方法二：由晶體的性質來分：①根據導電性：固態時不導電而熔化或溶解時能導電的一般為離子晶體。

　　②根據機械效能：具有較高硬度，且脆的為離子晶體。

　　（2）什麼是晶胞?如何由晶胞來求算晶體的化學式?

　　構成晶體的結構粒子是按著一定的排列方式所形成的固態群體。在晶體結構中具有代表性的最小重複單位叫晶胞。

　　根據離子晶體的晶胞，求陰、陽離子個數比的方法？

　　①處於頂點上的離子：同時為8個晶胞共有，每個離子有1/8屬於晶胞。

　　②處於稜上的離子：同時為4個晶胞共有，每個離子有1/4屬於晶胞。

　　③處於面上的離子；同時為2個晶胞共有，每個離子有1/2屬於晶胞。

　　④處於體心的離子：則完全屬於該晶胞。

　　題目：在高溫超導領域中，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)在該晶體中每個鈦離子周圍與它最近且相等距離的鈦離子有多少個?

　　(2)在該晶體中氧、鈣、鈦的粒子個數化是多少?

　　由圖看出，在每個鈦離於的同層左、右與前後、上下各層中都緊密排列著完全相同的鈦離子，共有晶胞邊長的6個鈦離子。

　　至於同一晶胞中獨佔三元素粒子個數比，則從每種元素粒子是晶胞中的位置考慮。Ca2+位於立方體的中央為一個晶胞所獨佔；鈦離子位於晶胞的'頂點上，為相鄰兩層8個晶胞所共有(左右、前後、上中下、左右前後4個而上下中相同重複共8個)，而每個晶胞獨佔有8×1/8=1個。氧離子位於稜上，在同一晶胞中，每個氧離子為同層的4個晶胞所共有，一個晶胞獨佔12×1/4=3個。故氧、鈣、鈦的粒子數之比為 3:1:1

　　5、總結

　　1．離子間透過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離子和陰離子。離子晶體中，陽離子和陰離子間存在著較強的離子鍵，因此，離子晶體一般硬度較高，密度較大，熔、沸點較高。

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

　　離子晶體針對性訓練

　　一、選擇題

　　1.下列性質中，可以證明某化合物內一定存在離子鍵的是 ( )

　　A.可溶於水 B.有較高的熔點

　　C.水溶液能導電 D.熔融狀態能導電

　　2.下列物質中，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.化學式為CsF2

　　C. 室溫為固體 D.室溫為氣體

　　4.某物質的晶體中含A、B、C三種元素，其排列方式如圖所示(其中前後兩面心上的B原子未能畫

　　出)，晶體中A、B、C的中原子個數之比依次為

　　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，根據下列資料，這三種化合物的熔點高低順序是 ( )

　　物質

　　①NaF

　　②NaI

　　③MgO

　　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Na+距離等同且最近的幾個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(晶體中最小的重複單元)，已知晶體中2個最近的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

　　8.參考下列熔點資料回答：

　　物質

　　NaF

　　NaCl

　　NaBr

　　NaI

　　熔點℃

　　995

　　801

　　755

　　651

　　物質

　　NaCl

　　KCl

　　RbCl

　　CsCl

　　熔點℃

　　801

　　776

　　715

　　646

　　鈉的鹵化物從NaF到NaI及鹼金屬的氯化物從NaCl到CsCl的熔點逐漸____________這與__________有關。隨__________增大__________減小，故熔點__________逐漸 。

　　9.某離子晶體晶胞結構如下圖所示，x位於立方體的頂點，Y位於立方體中心。試分析：

　　(1)晶體中每個Y同時吸引著__________個X，每個x同時吸引著__________個Y，該晶體的化學式為__________ 。

　　(2)晶體中在每個X周圍與它最接近且距離相等的X共有__________個。

　　(3)晶體中距離最近的2個X與1個Y形成的夾角∠XYX的度數為__________。

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

　　10.晶體具有規則的幾何外型、晶體中最基本的重複單位稱為晶胞。NaCl晶體結構如圖所示。已知FexO晶體晶胞結構為NaCl型，由於晶體缺陷，x值小於1

　　測知FexO晶體密度為ρ=5.71 g·cm-3，晶胞邊長為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+所佔分數(用小數表示，精確至0.001)為 ______________。

　　(3)此晶體的化學式為 _____________。

　　(4)與某個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_____________cm

　　11.有一種藍色晶體，它的結構特徵是Fe2+和Fe3+分別佔據立方體互不相鄰的頂點，而CN-離子位於立方體的稜上。

　　(1)根據晶體結構特點，推出其化學式(用最簡單整數表示)__________________________。

　　(2)此化學式帶何種電荷?用什麼樣的離子(用Mn+表示)與其結合成中性的化學式?寫出此電中性的化學式。

　　答：

　　(3)指出(2)中新增離子在晶體結構中的什麼位置。

　　答：

　　12.1986年，瑞士兩位科學家發現一種效能良好的金屬氧化物超導體，使超導工作取得突破性進展，為此兩位科學家獲得了1987年的Nobel物理學獎。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原子個數比，確定其化學式

　　(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(該化合物中各元素的化合價為Y+3，Ba+2，Cu+2和Cu+3)試計算化合物中這兩種價態Cu原子個數比

　　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+在每隔一個立方體的體心上。

　　12.(1)YBa2Cu3O7

　　(2)Cu2+:Cu3+=2:1