| 离子晶体 |
主编：黄冈中学化学集体备课组
思考：
（1）我们已经学习过分子晶体、原子晶体和金属晶体，它们的结构粒子和粒子间的相互作用分别是什么？
|
结构粒子 |
粒子间的相互作用 |
分子晶体 |
分子 |
分子间作用力（范德华力、氢键） |
原子晶体 |
原子 |
共价键 |
金属晶体 |
金属阳离子和自由电子 |
金属键 |
（2）下列物质中哪些是分子晶体？哪些是原子晶体？哪些是金属晶体？
P2O5、 SiC、 Kr、蔗糖、 Ge、Na2O、 Li
NH4Cl、O2、Na2SO4、NaCl、Bi、 CsF
分子晶体：P2O5、Kr、蔗糖、O2
原子晶体：SiC、Ge
金属晶体：Li、Bi
注意：Na2O、NH4Cl、Na2SO4、NaCl、CsF是由阴阳离子构成的离子化合物，它们的晶体是离子晶体。
思考：
构成NaCl、CsCl晶体的粒子分别是什么？粒子间的相互作用是什么？
构成NaCl晶体的粒子是Na+和Cl-，构成CsCl晶体的粒子是Cs+和Cl-，NaCl、CsCl晶体中粒子间的相互作用均为离子键。
1、定义：由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体称为离子晶体。
要从以下几个方面理解离子晶体：
（1）结构粒子：阴、阳离子。
（2）粒子间相互作用：离子键。
（3）种类：强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐。
思考：
请同学们结合氯化钠晶体模型思考以下问题，氯化钠晶体中：
①每个Na＋周围最邻近的Cl－有多少个？每个Cl－周围最邻近的Na＋有多少个？
每个Na＋周围最邻近的Cl－有6个，每个Cl－周围最邻近的Na＋有6个。
②一个NaCl晶胞中Na＋、Cl－离子数目分别为多少个？Na＋和Cl－的数目之比为多少？
氯化钠晶体的一个晶胞中：
Na＋数：1+12×
=4；Cl－数：8×
+6×
=4
显然，N(Na+)∶N(Cl-)=1∶1。
③整个晶体中是否存在单个的NaCl分子。
NaCl晶体是由Na+和Cl-构成的离子晶体，整个晶体中不存在单个的NaCl分子，但在气态NaCl中存在NaCl分子（称为离子分子）。
注意：“NaCl”是表示离子晶体中离子个数比的化学式，而不是表示分子组成的分子式。
思考：
CsCl晶体中：
①每个Cs＋周围最邻近的Cl－有_________个？每个Cl－周围最邻近的Cs＋有_________个？Cs－和Cl－的数目比为_________。是否存在单个CsCl分子_________。
8；8；1∶1；否
②一个CsCl晶胞中Cs＋、Cl－离子数目分别为多少个？并确定晶体化学式。
CsCl晶体的一个晶胞中：
Cl－数：8×1/8=1；Cs＋数：1×1=1
所以，氯化铯晶体的化学式为CsCl。
2、离子晶体中离子的配位数（C.N.）
（1）定义：是指离子晶体中一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。
思考：
NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子的配位数分别为多少？
离子晶体 |
阴离子的配位数 |
阳离子的配位数 |
NaCl |
6 |
6 |
CsCl |
8 |
8 |
表1 几种离子的离子半径
离子 |
Na+ |
Cs+ |
Cl- |
离子半径/pm |
95 |
169 |
181 |
表2 NaCl、CsCl中正、负离子的半径比和配位数。
NaCl |
CsCl |
r+/r- =0.52 |
r+/r- =0.93 |
C.N.=6 |
C.N.=8 |
思考：
你认为是什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？
NaCl、CsCl晶体中正、负离子的半径比不同，阴、阳离子的配位数不同，因此，晶体中正、负离子的半径比（r+/r-）决定了离子晶体中离子的配位数。
（2）决定离子晶体中离子的配位数的因素：正、负离子的半径比。
（3）决定离子晶体结构的因素：
①正、负离子的半径比（r+/r-）——几何因素。
思考：
NaCl正负离子的配位数均为6，CsCl正负离子的配位数均为8，为什么NaCl、CsCl中正负离子的配位数相同？
NaCl和CsCl正负离子电荷绝对值相同，正负离子个数相同，导致正负离子配位数相同。
思考：
如果正负离子电荷绝对值不同，正负离子个数不同，正负离子配位数是否相同呢？
CaF2晶体中Ca2+的配位数为8，F-的配位数为4，是由于CaF2晶体中Ca2+和F-的电荷比是2∶1，不相同，Ca2+和F-的个数比是1∶2，不相同，导致Ca2+和F-的配位数也不相同，其比为2∶1。
②正、负离子的电荷比——电荷因素。
③离子键的纯粹程度——键性因素。
思考：
在离子晶体中，离子间存在着较强的离子键，那么表现在性质上会有何特点呢？请同学们借此并联系实际对离子晶体的熔沸点、硬度、挥发性、机械加工等一般性质进行推测。
离子晶体中由于离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，难于压缩、不宜进行机械加工，无挥发性；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较强的离子键，因此，离子晶体具有较高的熔、沸点。
|
NaCl |
CsCl |
熔点 |
801℃ |
645℃ |
沸点 |
1413℃ |
1290℃ |
3、离子晶体的物理性质特点：
硬度较大、难于压缩，难于挥发，有较高的熔、沸点。
思考：
同为离子晶体，NaCl却比CsCl的熔、沸点高，为什么？
离子键是存在于阴阳离子之间的一种静电作用。其强弱与阴阳离子的半径和离子电荷数有关。一般来说，离子半径越小，离子电荷数越高，离子键就越强，晶体熔沸点就越高。从库仑定律可直接看出这一关系（F=k
）。
对于NaCl和CsCl，由于阴、阳离子所带电荷数相同，而r（Na+）＜r(Cs－)，所以F(NaCl)＞F(CsCl)，故熔、沸点为：NaCl＞CsCl。
4、影响离子晶体熔沸点的因素：
离子半径越小，离子电荷数越高，离子键就越强，晶体熔沸点就越高。
思考：
我们知道带电粒子的定向移动可形成电流，那么由带电离子构成的离子晶体在外加电场作用下能否导电呢？以NaCl晶体为例说明。
干燥NaCl晶体不导电，熔融NaCl或NaCl溶液可以导电。
NaCl晶体中虽有带电的Na＋、Cl－存在，但由于较强的离子键将阴阳离子紧密结合而不能自由移动，故固态不能导电，而当晶体受热熔化时，由于温度升高，离子运动加快，克服了阴、阳离子间的作用力，产生了自由移动的离子，所以，熔融NaCl能导电。当NaCl晶体溶于水时，受水分子的影响，离子间作用力减弱，电离成能自由移动的水合离子，所以，NaCl水溶液也能导电。
总结：离子晶体导电的条件及过程：
5、四种类型晶体的比较
晶体类型 |
离子晶体 |
分子晶体 |
原子晶体 |
金属晶体 |
构成粒子 |
阴、阳离子 |
分子 |
原子 |
金属阳离子和自由电子 |
粒子间相互作用 |
离子键 |
分子间作用力 |
共价键 |
金属键 |
熔沸点 |
较高 |
较低 |
很高 |
有高(W)、有低(Hg) |
硬度 |
硬而脆 |
小 |
很大 |
有大(Cr)、有小(Na) |
导电性 |
固体不导电，熔化或溶于水导电 |
一般不导电，有的溶于水导电 |
一般不导电（晶体Si为半导体） |
良导体 |
溶解性 |
差别较大，易溶于极性溶剂 |
相似相溶 |
难溶于一般溶剂 |
一般不溶，活泼金属与水反应 |
熔化、汽化及溶解时对化学键的影响 |
离子键遭破坏 |
熔化、汽化时分子间作用力遭破坏，电离或与水反应时分子内共价键遭破坏 |
共价键遭破坏 |
金属键遭破坏 |
典型实例 |
NaCl、CsCl |
冰、干冰 |
金刚石、晶体Si |
金属 |
典型例题：
1、下列各类化合物中，固态时只能形成离子晶体的是（ ）
A．非金属氧化物 B．非金属单质
C．强酸 D．强碱
答案：D。
2、含有共价键的离子晶体是（ ）
A．MgCl2 B．NaOH
C．H2S D．(NH4)2S
答案：BD。
3、离子晶体不可能具有的性质是（ ）
A．较高的熔、沸点 B．良好的导电性
C．溶于极性溶剂 D．坚硬而易粉碎
答案：B。
4、关于晶体的下列说法正确的是（ ）
A．在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子
B．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
C．离子晶体的熔点一定比金属晶体的高
D．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
答案：A。
5、NaF、NaI、MgO晶体均为离子晶体，根据下列数据，这三种晶体的熔点高低顺序是（ ）
A．①＞②＞③ B．③＞①＞②
C．③＞②＞① D．②＞①＞③
答案：B。
6、同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：
A组物质 |
NaCl |
KCl |
CsCl |
熔点（K） |
1074 |
1049 |
918 |
B组物质 |
Na |
Mg |
Al |
熔点（K） |
317 |
923 |
933 |
A组____________________________________________________________；
B组____________________________________________________________。
答案：
A组：一般来说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔沸点越高，故熔点：NaCl＞KCl＞CsCl。
B组：一般来说，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部作用力越强，晶体的熔沸点越高。故熔点：Al＞Mg＞Na。
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