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1、物质构造与性质物质构造与性质专题专题3微粒间作用力与物质性质微粒间作用力与物质性质第二单元离子键离子晶体第二单元离子键离子晶体上课课件上课课件化学选修31 、构成、构成过程程 以以 NaCl 为例例 。 第一步第一步 电子子转移构成离子：移构成离子： Na e Na+ ， Cl + e Cl 第二步第二步 靠静靠静电作用，作用， 构成化学构成化学键 。 相相应的的电子构型子构型变化：化： 2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6 ， 3s 2 3p 5 3s 2 3p 6 构成构成 Ne 和和 Ar 的稀有气体原子的构造，构成的稀有气体原子的构造，构成稳定离子。定离子。离离 子子 键键
2、回想回想:化学化学2 使带相反电荷的阴、阳离子结合的使带相反电荷的阴、阳离子结合的相互作用，称为离子键。相互作用，称为离子键。 一一 、离子键的构成、离子键的构成2Na + Cl2 = 2NaCl +11+17+17+11Na+ Cl-NaClCl-Na+ 2 、离子、离子键的构成条件的构成条件 1元素的元素的电负性差比性差比较大大 X 1.7，发生生电子子转移，构成离子移，构成离子键； X 1.7 ，实践上是指离子践上是指离子键的成分大于的成分大于 50 %。 2 易构成易构成稳定离子定离子 Na + 2s 2 2p 6，Cl 3s 2 3p 6 ，到达稀有气体式，到达稀有气体式稳定构定构造
3、。造。 Ag + 4d10 ， Zn 2 + 3d10 ， d 轨道全充溢的道全充溢的稳定构造。定构造。 只只转移少数的移少数的电子，就到达子，就到达稳定构造。定构造。 而而 C 和和 Si 原子的原子的电子构造子构造为 s 2 p 2 ，要失去或得到，要失去或得到 4 e，才干构成才干构成稳定离子，比定离子，比较困困难。所以普通不构成离子。所以普通不构成离子键。如。如3构成离子构成离子键时释放能量多放能量多 Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s ) H = 410.9 kJmol1 在构成离子在构成离子键时，以放，以放热的方式，的方式，释放放较多的能量。多
4、的能量。 CCl 4 、SiF4 等，均为共价化合物等，均为共价化合物 。离子键的特征离子键的特征离子键无方向性和饱和性离子键无方向性和饱和性 通常情况下，阴、阳离子可以看成是球形对称通常情况下，阴、阳离子可以看成是球形对称的。阴、阳离子的电荷分布也是球形对称的，它们的。阴、阳离子的电荷分布也是球形对称的，它们在空间各个方向上的静电作用一样，所以在各个方在空间各个方向上的静电作用一样，所以在各个方向上都可以与带相反电荷的离子发生静电作用，且向上都可以与带相反电荷的离子发生静电作用，且在静电作用能到达的范围内，只需空间允许，一个在静电作用能到达的范围内，只需空间允许，一个离子可以同时吸引多个带相
5、反电荷的离子。思索离子可以同时吸引多个带相反电荷的离子。思索P35的交流与讨论的交流与讨论特征：无方向性，无饱和性特征：无方向性，无饱和性Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+氯化钠晶体的构造氯化钠晶体的构造用电子式表示离子化合物及其构成过程Na+Cl Na+ Cl - 回想回想:留意点：留意点：阳离子的表示阳离子的表示 Na+ Mg2+1.离子的电子式离子的电子式阴离子的表示阴离子的表示 Cl - 2- O 化合物的电子式化合物的电子式如如NaCl的的电子式子式 Na+
6、 Cl - 如如MgO电子式子式 2- O Mg2+二、离子晶体二、离子晶体1、离子晶体：由阴、阳离子构成的晶体。、离子晶体：由阴、阳离子构成的晶体。2、离子晶体中离子之间的作用力是离子键。、离子晶体中离子之间的作用力是离子键。3、离子键的强度：、离子键的强度： 晶格能晶格能 ：是指拆开：是指拆开1mol离子晶体使之构成离子晶体使之构成气态阴离子和阳离子所吸收的能量。气态阴离子和阳离子所吸收的能量。 用用 U 表示，单位是表示，单位是kj/mol. 晶格能晶格能 U 越大，那么构成离子键得到离子晶体越大，那么构成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离子键越强。晶体的熔沸点就时放出的能量越多，离
7、子键越强。晶体的熔沸点就比较高，硬度就比较大。比较高，硬度就比较大。讨论并完成P36的交流与讨论4、影响离子键强度的要素 离子电荷数的影响，电荷高，离子键强 。 离子半径的影响，半径小，离子键强。5、离子晶体的特点：、离子晶体的特点： 无确定的相对分子质量无确定的相对分子质量 NaCl 晶体是个大分子，晶体中无单独的晶体是个大分子，晶体中无单独的 NaCl 分子存在。分子存在。NaCl 是化学式，因此是化学式，因此 58.5 可以以为是式量，不是相对分子质量可以以为是式量，不是相对分子质量 。 导电性导电性 ：水溶液或熔融态导电，是经过离子：水溶液或熔融态导电，是经过离子的定向迁移完成的，而不
8、是经过电子流动导电的定向迁移完成的，而不是经过电子流动导电 。 熔点沸点较高熔点沸点较高 硬度高硬度高 延展性差延展性差三、离子晶体构造模型三、离子晶体构造模型 1、 NaCl型离子晶体的构造型离子晶体的构造KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO、CaS等均属于此类等均属于此类晶体。晶体。晶体构造特点：在氯化钠晶体中，晶体构造特点：在氯化钠晶体中，Na+ 或或Cl-周围各陈列着周围各陈列着6个带相反电荷的离子，即每个个带相反电荷的离子，即每个Na+ 周围有周围有6个个Cl-，每个，每个Cl-周围有周围有6个个Na+。每个每个NaCl晶胞中含有晶胞中含有4个个Na+和和4个个Cl-。
9、配位数配位数 最近层的异号离子有最近层的异号离子有 6 个，那么配位数为个，那么配位数为 6 。 晶胞晶胞类型型 察看同一种点，如察看空心察看同一种点，如察看空心圆点点 Cl，正六面体，正六面体的的 8 个个顶点和各面的中心，均有一个。所以点和各面的中心，均有一个。所以为面心立方晶胞。面心立方晶胞。-Cl- Na+NaClNaCl的晶体构造模型的晶体构造模型1 1、每个、每个Na+Na+同时吸引同时吸引 个个Cl-Cl-，每个，每个Cl-Cl-同时吸同时吸引引 个个Na+Na+，而，而Na+Na+数目与数目与Cl-Cl-数目之比为数目之比为 ，化学式为化学式为 。2 2、根据氯化钠的构造模型确
10、定晶胞，并分析其构成。、根据氯化钠的构造模型确定晶胞，并分析其构成。每个晶胞中有每个晶胞中有 个个Na+Na+，有，有 个个Cl-Cl-。3 3、在每个、在每个Na+Na+周围与它最近的且间隔相等的周围与它最近的且间隔相等的Na+Na+有有 个。个。6 661 1：1 1 NaCl44 412124 4、在每个、在每个Na+Na+周围与它最近的且间隔相等的周围与它最近的且间隔相等的Cl-Cl-所围成所围成的空间构造为的空间构造为 体。体。正八面正八面氯化钠晶体构造氯化钠晶体构造氯化钠晶胞氯化钠晶胞提问提问2、CsCl型离子晶体的构造CsBr、CsI、NH4Cl等均属于此类晶体。晶体构造特点：在
11、氯化铯晶体中，Cs+ 或Cl-周围各陈列着8个带相反电荷的离子，即每个Cs+ 周围有8个Cl-，每个Cl-周围有8个Cs+。每个CsCl晶胞中含有1个Cs+和1个Cl-。 右图是一个右图是一个 CsCl 的晶胞的晶胞 察看空心察看空心圆点，只存在于立方体点，只存在于立方体顶点的点的 8 个位置上，无其它个位置上，无其它位置。位置。( 1/8 ) 8 = 1 1 1 = 1 组成和成和对称性均有代表性称性均有代表性 。配位数配位数为 8 。CsClCsCl型型1 1、每个、每个Cs+Cs+同时吸引同时吸引 个个 Cl- Cl-，每个，每个Cl-Cl-同时吸引同时吸引 个个Cs+Cs+，而，而Cs
12、+Cs+数目与数目与Cl-Cl-数目之数目之比为比为 ，化学式为，化学式为 。 2 2、根据氯化铯的构造模型确定晶胞，并分析、根据氯化铯的构造模型确定晶胞，并分析其构成。每个晶胞中有其构成。每个晶胞中有 Cs+ Cs+，有，有 个个Cl- Cl- 。3 3、在每个、在每个Cs+Cs+周围与它最近的且间隔相等的周围与它最近的且间隔相等的Cs+Cs+有有 个。个。8 88 81 1：1 1CsClCsCl1 11 16氯化铯晶体构造氯化铯晶体构造氯化铯晶胞氯化铯晶胞提问提问？问题：？问题：NaCl 、CsCl都是都是AB型离子化合物，型离子化合物，两者的配位数却不同，两者的配位数却不同，他以为呵斥
13、这一差别的他以为呵斥这一差别的能够缘由是什么？能够缘由是什么？P37 拓展视野离子晶体中离子的配位数：与它们的相对大小有关，与其所带的电荷数的多少无关。在离子晶体中，阴、阳离子总是尽能够严密地陈列，且一种离子周围紧邻的带相反电荷的离子越多，体系能量越低，所构成的离子晶体越稳定。离子中离子的配位数与r +/ r 有关。 ABCD+ADCB+r + / r 与配位数与配位数 结论结论 时时 ，配位数为，配位数为 6 。 此时，为介稳形状，见下面左图。此时，为介稳形状，见下面左图。 假设假设 r + 再大些再大些 ：+ 那么出现那么出现 b) 种情况，见下面右图，即离子同号相离，异号种情况，见下面右
14、图，即离子同号相离，异号相切的稳定形状。相切的稳定形状。+ 从八配位的介从八配位的介稳形状出形状出发，讨论半径比与配位数之半径比与配位数之间的关系。的关系。ABCDABCD 以下图所示，八配位的介稳形状的对角面图。以下图所示，八配位的介稳形状的对角面图。ABCD 是矩形。是矩形。 当当 r + 继续添加，到达并超越继续添加，到达并超越 时，即阳离子周时，即阳离子周围可包容更多阴离子时，为围可包容更多阴离子时，为 8 配位。配位。可以求得可以求得 结论 为 0.414 0.732，6 配位配位 NaCl 式晶体构造。式晶体构造。 总之，配位数与之，配位数与 r +/ r 之比相关：之比相关： 0
15、.225 0.414 4 配位配位 ZnS 式晶体构造式晶体构造 0.414 0.732 6 配位配位 NaCl 式晶体构造式晶体构造 0.732 1.000 8 配位配位 CsCl 式晶体构造式晶体构造 留意留意 讨论中将离子中将离子视为刚性球体，性球体，这与与实践情况有出入。践情况有出入。但但这些些计算算结果仍不失果仍不失为一一组重要的参考数据。因此，我重要的参考数据。因此，我们可以可以用离子用离子间的半径比的半径比值作作为判判别配位数的参考。配位数的参考。 假假设 r + 再增大，可到达再增大，可到达 12 配位；配位；r + 再减小，那么构成再减小，那么构成 3 配配位。位。 假设假设
16、 r + 变小，当变小，当 ， 那么出现那么出现 a ) 种情况，如右图。阴种情况，如右图。阴离子相切，阴离子阳离子相离的不离子相切，阴离子阳离子相离的不稳定形状。配位数将变成稳定形状。配位数将变成 4 。+阴、阳离子半径必欲配位数的关系r + / r配位数配位数实例实例0.2550.4144ZnS0.4140.3726NaCl0.3721.08CsCl1.012CsF 石墨晶体的层状构石墨晶体的层状构造，层内为平面正六边形构造，层内为平面正六边形构造如图，试回答以下问造如图，试回答以下问题：题：1 1图中平均每个正六边图中平均每个正六边形占有形占有C C原子数为原子数为_个、个、占有的碳碳键
17、数为占有的碳碳键数为_个。个。碳原子数目与碳碳化学键数碳原子数目与碳碳化学键数目之比为目之比为_._.练习一：练习一：2:32:32 23 3 在在氯化化铯晶体中，每个晶体中，每个Cl-(或或Cs+)周周围与之最接与之最接近且近且间隔相等的隔相等的Cs+(或或Cl-)共有共有 ；这几个几个Cs+(或或Cl-)在空在空间构成的几何构型构成的几何构型为 ；在每个；在每个Cs+周周围间隔相等且最近的隔相等且最近的Cs+共有共有 ；这几几个个Cs+(或或Cl-)在空在空间构成的几何构型构成的几何构型为 ；CsCl晶体晶体8个个立方体立方体6 个个正八面体正八面体练习练习2 1987年年2月，朱月，朱经
18、武武Paul Chu教授等教授等发现钇钡铜氧氧化合物在化合物在90K温度下即具有温度下即具有超超导性，假性，假设该化合物的构化合物的构造如右造如右图所示，那么所示，那么该化合化合物的化学式能物的化学式能够是是 A. YBa2CuO7-X B. YBa2Cu2O7-X C. YBa2Cu3O7-X D. YBa2Cu4O7-XCu 8(1/8) + 8(1/4) = 3 1/81/81/41/4Ba 2Y 1C练习3白磷的白磷的键角角为多少？多少？Wg白磷中磷磷白磷中磷磷单键的数的数目目为多少？多少？60 (W/124) 6 NA 练习4晶体中晶体中Na+和和Cl-间最最小小间隔隔为a cm，
19、计算算NaCl晶体的密度晶体的密度练习5晶体熔沸点高低的判晶体熔沸点高低的判别 不同晶体不同晶体不同晶体不同晶体类类型的熔沸点比型的熔沸点比型的熔沸点比型的熔沸点比较较 普通：原子晶体普通：原子晶体离子晶体离子晶体分子晶体有例外分子晶体有例外 同种晶体同种晶体同种晶体同种晶体类类型物型物型物型物质质的熔沸点比的熔沸点比的熔沸点比的熔沸点比较较 离子晶体：离子晶体： 阴、阳离子阴、阳离子电荷数越大，半径越小荷数越大，半径越小熔沸点越高熔沸点越高 原子晶体：原子晶体： 原子半径越小原子半径越小键长越短越短键能越大能越大熔沸点越高熔沸点越高 分子晶体：分子晶体： 相相相相对对分子分子分子分子质质量越大，分子的极性越大量越大，分子的极性越大量越大，分子的极性越大量越大，分子的极性越大熔沸点越高熔沸点越高 组成和构造成和构造类似的分子晶体似的分子晶体 金属晶体：金属晶体： 金属阳离子金属阳离子电荷数越高，半径越小荷数越高，半径越小熔沸点越高熔沸点越高
