第三章 第四節(jié) 離子晶體
內(nèi)容分析：
學(xué)生具備了離子鍵、離子半徑、離子化合物等基礎(chǔ)知識，本節(jié)直接給出氯化鈉、氯化銫晶胞，然后在科學(xué)探究的基礎(chǔ)上介紹影響離子晶體結(jié)構(gòu)的因素，通過制作典型的離子晶體模型來進(jìn)一步理解離子晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為學(xué)習(xí)晶格能作好知識的鋪墊。
課時(shí)劃分：
一課時(shí)。
目標(biāo)：
1.了解晶格能的應(yīng)用，知道晶格能的大小可以衡量離子晶體中離子鍵的強(qiáng)弱。
2.知道離子化合物的熱穩(wěn)定性與陰、陽離子的半徑和電荷有關(guān)。
3.能說出分子晶體與原子晶體、離子晶體、金屬晶體的結(jié)構(gòu)基元以及物理性質(zhì)方面的主要區(qū)別。
重點(diǎn)、難點(diǎn)：
了解晶格能的應(yīng)用，知道晶格能的大小可以衡量離子晶體中離子鍵的強(qiáng)弱。
教學(xué)方法：
分析、歸納、討論、探究、應(yīng)用
探究建議：
①制作典型的離子晶體結(jié)構(gòu)模型。②比較氯化鈉、氯化銫等離子晶體的結(jié)構(gòu)特征。③實(shí)驗(yàn)探究：熔融鹽的導(dǎo)電性。④實(shí)驗(yàn)探究：明礬或鉻鉀礬晶體的生長條件。⑤設(shè)計(jì)探究堿土金屬碳酸鹽的熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)方案。⑥查閱資料：晶格能與巖漿晶出規(guī)則。
教學(xué)過程：
[復(fù)習(xí)]
1、什么是離子鍵？什么是離子化合物？
2、下列物質(zhì)中哪些是離子化合物？哪些是只含離子鍵的離子化合物？
Na2O NH4Cl O2 Na2SO4 NaCl CsCl CaF2
3、我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過幾種晶體？它們的結(jié)構(gòu)微粒和微粒間的相互作用分別是什么？
[過渡]
在晶體中，若微粒為離子，通過離子鍵形成的晶體為離子晶體，今天我們來研究離子晶體。
[板書]
第三章 第四節(jié) 離子晶體
一、離子晶體定義：由陽離子和陰離子通過離子鍵結(jié)合而成的晶體
[解析]
（1）結(jié)構(gòu)微粒：陰、陽離子
（2）相互作用：離子鍵
（3）種類繁多：含離子鍵的化合物晶體：強(qiáng)堿、活潑金屬氧化物、絕大多數(shù)鹽
（4）理論上，結(jié)構(gòu)粒子可向空間無限擴(kuò)展
[討論]
下列物質(zhì)的晶體，哪些屬離子晶體？離子晶體與離子化合物之間的關(guān)系是什么？干冰、NaOH、H2SO4 、K2SO4 、NH4Cl、CsCl
[板書]
二、離子晶體的物理性質(zhì)及解釋
[講述]
在離子晶體中，離子間存在著較強(qiáng)的離子鍵，使離子晶體的硬度較大、難于壓縮；而且，要使離子晶體由固態(tài)變成液態(tài)或氣態(tài)，需要較多的能量破壞這些較強(qiáng)的離子鍵。因此，一般地說，離子晶體具有較高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，如NaCl的熔點(diǎn)為801℃，沸點(diǎn)為l 413℃；CsCl的熔點(diǎn)為645℃，沸點(diǎn)為l290℃。離子晶體的溶解性有較大差異：如NaCl、 KNO3、(NH4)2SO4易溶，BaSO4 、CaCO3難溶。
[板書]
硬度較大、難于壓縮、較高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。
[講述]
離子晶體種類繁多，結(jié)構(gòu)多樣，圖3—27給出了兩種典型的離子晶體的晶胞。我們來研究晶體中的配位數(shù)（在離子晶體中離子的配位數(shù)(縮寫為C N)是指一個(gè)離子周圍最鄰近的異電性離子的數(shù)目）。
[板書]
三、離子晶體中離子鍵的配位數(shù)（C.N.）
1、定義：是指一個(gè)離子周圍鄰近的異電性離子的數(shù)目
[投影]NaCl和CsCl的晶胞：
[板書]
2、決定離子晶體結(jié)構(gòu)的主要因素：
[科學(xué)探究]
（1）CsCl、NaCl的陽離子和陰離子的比例都是l：l，同屬AE型離子晶體。參考圖3—27、圖3-28，數(shù)一數(shù)這兩種離子晶體中陽離子和陰離子的配位數(shù)，它們是否相等?并填表。
離子晶體陰離子的配位數(shù)陽離子的配位數(shù)
NaCl
CsCl
（2）你認(rèn)為什么因素決定了離子晶體中離子的配位數(shù)？利用相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，并填表：
NaClCsCl
r＋／r－=r＋／r－=
C.N=6C.N=8
[投影]科學(xué)探究參考資料:
離子 Na＋ Cs＋ Cl－
離子半徑／pm 95 169 18l
[講述]
顯而易見，NaCl和CsCl是兩種不同類型的晶體結(jié)構(gòu)。晶體中正負(fù)離子的半徑比(r＋／r－)是決定離子晶體結(jié)構(gòu)的重要因素，簡稱幾何因素。
[板書]
（1）幾何因素：晶體中正負(fù)離子的半徑比(r＋／r－)。
[講解]
上面兩例中每種晶體的正負(fù)離子的配位數(shù)相同，是由于正負(fù)離子電荷(絕對值)相同，于是正負(fù)離子的個(gè)數(shù)相同，結(jié)果導(dǎo)致正負(fù)離子配位數(shù)相等，如在NaCl中，Na＋擴(kuò)和C1－的配位數(shù)均為6。如果正負(fù)離子的電荷不同，正負(fù)離子的個(gè)數(shù)必定不相同，結(jié)果，正負(fù)離子的配位數(shù)就不會相同。這種正負(fù)離子的電荷比也是決定離子晶體結(jié)構(gòu)的重要因素，簡稱電荷因素。例如，在CaF2晶體中，Ca2＋和F－的電荷比(絕對值)是2：l，Ca2＋和F－的個(gè)數(shù)比是l：2，如圖3—29所示。Ca2＋的配位數(shù)為8，F(xiàn)－的配位數(shù)為4。此外，離子晶體的結(jié)構(gòu)類型還取決于離子鍵的純粹程度(簡稱鍵性因素)。
[板書]
（2）電荷因素：正負(fù)離子的電荷比。
（3）鍵性因素：離子鍵的純粹程度。
[自學(xué)]
科學(xué)視野—復(fù)雜的離子晶體
碳酸鹽在一定溫度下會發(fā)生分解，如大家熟悉的碳酸鈣煅燒得到石灰(CaO)，這是由于碳酸鈣受熱，晶體中的碳酸根離子會發(fā)生分解，放出二氧化碳。實(shí)驗(yàn)證明，碳酸鹽的陽離子不同，熱分解的溫度不同。
碳酸鹽 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3
熱分解溫度／℃ 402 900 1 172 1 360
陽離子半徑／pm 66 99 112 135
[板書]
四、晶格能
1、定義：氣態(tài)離子形成l摩離子晶體釋放的能量，通常取正值。
[講解]
最能反映離子晶體穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)是它們的晶格能。離子晶體的晶格能的定義是氣態(tài)離子形成l摩離子晶體釋放的能量，通常取正值。
[投影]
F— C1一 Br— I—
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型離子晶體離子電荷晶格能（KJ/mol熔點(diǎn)摩氏硬度
NaF19239933.2
NaCl17868012.5
NaBr1747747<2.5
NaI1704661<2.5
MgO2379128526.5
CaO2340126144.5
SrO2322324303.5
BaO2305419183.3
[討論]
分析晶格能大小與晶體穩(wěn)定性關(guān)系。
[板書]
2、規(guī)律：
（1）離子電荷越大，離子半徑越小的離子晶體的晶格能越大。
（2）晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，熔點(diǎn)越高，硬度越大。
[自學(xué)]
科學(xué)視野—巖漿晶出規(guī)則與晶格能
[投影]
巖漿：
[思考]
（1）什么是巖漿晶出？
（2）巖漿晶出順序與晶格能的關(guān)系？
[解析]
晶格能高的晶體，熔點(diǎn)較高，更容易在巖漿冷卻過程中先結(jié)晶析出。（美國礦物學(xué)家鮑文）
[小結(jié)]
四種類型晶體的比較
晶體類型離子晶體分子晶體原子晶體金屬晶體
構(gòu)成粒子
粒子間相互作用
硬度
熔沸點(diǎn)
導(dǎo)電性
溶解性
典型實(shí)例
[檢測]
1、下列含有極性鍵的離子晶體是（ B ）
①醋酸鈉 ②氫氧化鉀 ③金剛石 ④乙醇 ⑤氯化鈣
A、①②⑤ B、①② C、①④⑤ D、①⑤
2下列說法正確的是（ B ）
A、一種金屬元素和一種非金屬元素一定能形成離子化合物
B、離子鍵只存在于離子化合物中
C、共價(jià)鍵只存在于共價(jià)化合物中
D、離子化合物中必定含有金屬元素
3、CsCl晶體中Cs+的 C.N.是 __8__ Cl-的C.N.是___8__.
CaF2晶體中Ca2+的 C.N.是 __8__ F-的C.N.是___4__.
已知KCl的晶體結(jié)構(gòu)與NaCl的相似，則KCl晶體中K+的 C.N.是 __6__
Cl-的C.N.是__6___.
4、下列大小關(guān)系正確的是（ B ）
A、晶格能：NaCl
C、熔點(diǎn)：NaI>NaBr D、熔沸點(diǎn)：CO2>NaCl
5、已知：三種氟化物的晶格能如下表：
晶格能（KJ/mol）
Na+923
Mg2+2957
Al3+5492
三種氟化物的晶格能的遞變原因是 離子電荷越大，離子晶體的晶格能越大 。
6、已知：硅酸鹽和石英的晶格能如下表：
硅酸鹽礦物和石英晶格能（KJ/mol）
橄欖石4400
輝石4100
角閃石3800
云母3800
長石2400
石英2600
回答下列問題：
（1）橄欖石和云母晶出的順序是 先 橄欖石 后 云母 。
（2）石英總是在各種硅酸鹽析出后才晶出的原因是 晶格能最小 。
（3）推測云母和的熔點(diǎn)順序?yàn)?橄欖石 >云母 ，硬度大小為 橄欖石 >云母 。
7、下表列出了鈉的鹵化物和硅的鹵化物的熔點(diǎn)：
NaXNaFNaClNaBrNaI
熔點(diǎn)995801775651
SiX4SiF4SiCl4SiBr4SiI4
熔點(diǎn)—90.2—70.45.2120.5
回答下列問題：
（1）鈉的鹵化物的熔點(diǎn)比相應(yīng)的硅的鹵化物的熔點(diǎn)高很多，其原因是：鈉的鹵化物為離子晶體，硅的鹵化物為分子晶體。
（2）NaF 的熔點(diǎn)比NaBr的熔點(diǎn)高的原因是F-比Br-半徑小，NaF 比NaBr的晶格能大，故NaF 的熔點(diǎn)比NaBr的熔點(diǎn)高。SiF4 的熔點(diǎn)比SiBr4的熔點(diǎn)低的原因是SiF4 比SiBr4的相對分子量小，分子間作用力小，熔點(diǎn)低。
（3）NaF和NaBr的晶格能的高低順序?yàn)镹aF>NaBr，硬度大小為NaF>NaBr。
[作業(yè)]
P85 4、5、6、7、8
[板書設(shè)計(jì)]
第三章 第四節(jié) 離子晶體
一、離子晶體定義
由陽離子和陰離子通過離子鍵結(jié)合而成的晶體
二、離子晶體的物理性質(zhì)及解釋
硬度較大、難于壓縮、較高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。
三、離子晶體中離子鍵的配位數(shù)（C.N.）
1、定義：是指一個(gè)離子周圍鄰近的異電性離子的數(shù)目
2、決定離子晶體結(jié)構(gòu)的主要因素：
（1）幾何因素：晶體中正負(fù)離子的半徑比(r＋／r－)。
（2）電荷因素：正負(fù)離子的電荷比。
（3）鍵性因素：離子鍵的純粹程度。
四、晶格能
1、定義：氣態(tài)離子形成l摩離子晶體釋放的能量，通常取正值。
2、規(guī)律：
（1）離子電荷越大，離子半徑越小的離子晶體的晶格能越大。
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相關(guān)閱讀：[教學(xué)設(shè)計(jì)]第三章 水溶液中的離子平衡