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(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—通過 形成的晶體。
一、離子晶體
1、概念：離子間通過離子鍵形成的晶體
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)
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)?
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(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。
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?
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
5、總結(jié)
1．離子間通過離子鍵結(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
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 ( )
物質(zhì)
①NaF
②NaI
③MgO
離子電荷數(shù)
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(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：
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(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__________ 。
(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__________。
(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NA則晶體中兩個(gè)距離最近的X中心間的距離為__________ 。
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(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
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(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
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