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第4节 离子晶体
(建议用时：35分钟)
知识点
基础训练
能力提升
1.离子晶体构成微粒及其作用力
1,4
10,11,12，13,14,15
2.离子晶体的结构及其性质
2,3,5,8
3.晶格能及其大小的影响因素
6,7,9
[基础训练]
1．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
B 解析 离子晶体在固态时，阴、阳离子受到彼此的束缚不能自由移动，因而不导电。只有在溶于水或熔融后，电离成可以自由移动的阴、阳离子，才可以导电。
2．下列不属于影响离子晶体结构的因素的是( )
A．晶体中阴、阳离子的半径比
B．离子晶体的晶格能
C．晶体中阴、阳离子的电荷比
D．离子键的纯粹程度
B 解析 影响离子晶体结构的因素是几何因素(即晶体中阴、阳离子的半径比)、电荷因素、键性因素(即离子键的纯粹程度)，晶格能的大小是最能反映离子晶体稳定性的数据，而不是影响离子晶体结构的因素。B项符合题意。
3．CaO晶胞如图所示，其中Ca2＋的配位数为( )
A．4 B．6
C．8 D．12
B 解析 根据CaO晶胞图示可知与Ca2＋邻近的O2－为2×3＝6(个)。
4．下列物质，属于含有共价键的离子晶体是( )
A．CsCl B．KOH
C．H2O D．H2
B 解析 水和氢气属于分子晶体，而CsCl只含离子键，只有KOH属于含有共价键的离子晶体。
5．如图所示是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是( )
A．(1)和(3) B．(2)和(3)
C．(1)和(4) D．只有(4)
C 解析 根据NaCl和CsCl两种典型离子晶体的结构特点分析图示。图(1)中黑球的配位数为6，图(4)应为简单立方结构，故(1)和(4)应表示NaCl的晶体结构。图(2)中黑球的配位数为8，图(3)为体心立方结构，故(2)和(3)应表示CsCl的晶体结构。
6．氧化钙在2 973 K时熔化，而氯化钠在1 074 K时熔化。已知两者的离子间距离和晶体结构都类似，有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是( )
A．氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多
B．氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大
C．氧化钙晶体的结构类型和氯化钠晶体的结构类型不同
D．氧化钙与氯化钠的离子间距类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷多少决定
C 解析 离子晶体的熔、沸点主要取决于晶体的晶格能，晶格能与离子半径成反比，而与离子所带的电荷成正比。在离子间距类似的前提下因离子所带电荷Ca2＋>Na＋，O2－>Cl－，故晶格能CaO>NaCl，熔点CaO高。
7．下列关于晶格能的说法中正确的是( )
A．晶格能指形成1 mol离子键所放出的能量
B．晶格能指破坏1 mol离子键所吸收的能量
C．晶格能指1 mol离子化合物中的阴、阳离子由相互远离的气态离子结合成离子晶体时所放出的能量
D．晶格能的大小与晶体的熔点、硬度无关
C 解析 晶格能是气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，离子晶体的晶格能越大，其晶体的熔点越高，硬度越大，C项正确。
8．根据图示推测，CsCl晶体中两距离最近的Cs＋间距离为a，则每个Cs＋周围与其距离为a的Cs＋数目为________，每个Cs＋周围距离相等且次近的Cs＋数目为__________，距离为__________；每个Cs＋周围距离相等且第三近的Cs＋数目为________，距离为________；每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为________。
解析 以图中大立方体中心的Cs＋为基准，与其最近(距离为a)的Cs＋分别位于其上、下、前、后、左、右的六个方位，即6个；与其次近(距离为a)的Cs＋分别位于通过中心Cs＋的3个切面的大正方形的顶点，个数为4×3＝12；与其第三近(距离为a)的Cs＋分别位于大立方体的8个顶点上。
答案 6 12 a 8 a 8
9．分析下列热化学方程式。
A．Na＋(g)＋Cl－(g)===NaCl(s) ΔH
B．Na(s)＋Cl2(g)===NaCl(s) ΔH1
C．Na(s)===Na(g) ΔH2
D．Na(g)－e－===Na＋(g) ΔH3
E．Cl2(g)===Cl(g) ΔH4
F．Cl(g)＋e－===Cl－(g) ΔH5
(1)能直接表示出氯化钠晶格能的是________。
(2)写出ΔH1与ΔH、ΔH2、ΔH3、ΔH4、ΔH5之间的关系式：_________________________。
解析 (1)1 mol 气态钠离子和1 mol 气态氯离子结合生成1 mol氯化钠晶体时所释放的能量为氯化钠晶体的晶格能，按此定义，A项符合。B项表示由固体金属钠和氯气生成氯化钠晶体的热效应，其反应过程可分解为Na(s)―→Na(g)―→Na＋(g)；Cl2(g)―→Cl(g)―→Cl－(g)；Na＋(g)＋Cl－(g)―→NaCl(s)；各步的反应热和等于总反应的反应热，即ΔH1＝ΔH＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。
答案 (1)A (2)ΔH1＝ΔH＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5
[能力提升]
10．自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列实验一定能说明CaF2是离子晶体的是( )
A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱
B．CaF2的熔、沸点较高，硬度较大
C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电
D．CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小
C 解析 熔、沸点较高，硬度较大，也是原子晶体的性质，B项不能说明；熔融状态下可以导电，一定有自由移动的离子生成，C项能说明；CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小，只能说明CaF2是极性分子，不能说明一定是离子晶体。
11．在下列离子晶体空间结构示意图中，“”代表阳离子，“”代表阴离子。若M代表阳离子，N代表阴离子，则化学式为MN2的晶体结构是( )
B 解析 A项，晶胞中平均含有阳离子的数目为8×＋6×＝4，阴离子位于体心，晶胞中含有的阴离子数目为1，故该晶胞中阳离子和阴离子的个数比为4∶1，化学式为M4N，错误；B项，晶胞中平均含有阳离子的数目为4×＝，阴离子数目为1，故该晶胞中阳离子和阴离子的个数比为∶1＝1∶2，化学式为MN2，正确；C项，晶胞中平均含有阳离子的数目为3×＝，阴离子数目为1，故该晶胞中阳离子和阴离子的个数比为∶1＝3∶8，化学式为M3N8，错误；D项，晶胞中平均含有阳离子的数目为8×＝1，阴离子数目为1，故该晶胞中阳离子和阴离子的个数比为1∶1，化学式为MN，错误。
12．①NaF、②NaI、③MgO均为离子化合物，根据表中数据，推知这三种化合物的熔点高低顺序是( )
物质
①
②
③
离子电荷数
1
1
2
键长(10－10m)
2.31
3.18
2.10
A．①>②>③ B．③>①>②
C．③>②>① D．②>①>③
B 解析 离子化合物的熔点高低主要取决于离子键的强弱(或晶格能的大小)，而离子键的强弱(或晶格能的大小)与离子所带的电荷的乘积成正比，与离子间距离成反比。
13．有X、Y、Z、W、M五种短周期元素，其中X、Y、Z、W同周期，Z、M同主族；X＋与M2－具有相同的电子层结构；离子半径：Z2－>W－；Y的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料。下列说法正确的是( )
A．X、M两种元素只能形成X2M型化合物
B．由于W、Z、M元素的氢化物相对分子质量依次减小，所以其沸点依次降低
C．元素Z、W的单质晶体属于不同种类型的晶体
D．元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂
D 解析 由Y的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料，可知Y为Si元素，由X、Y、Z、W同周期，X＋与M2－具有相同的能层结构，可知X为Na元素，M为O元素，Z为S元素，再结合离子半径：Z2－>W－，W为Cl元素。Na和O可形成Na2O和Na2O2，A项错误；氢化物为HCl、H2S、H2O，由于水分子之间存在氢键，故水的沸点最高，B项错误；S和Cl2都是分子晶体，C项错误；Cl2和O3常用作水处理中的消毒剂，是因为这两种物质均具有强氧化性，D项正确。
14．如图，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na＋或Cl－所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。
(1)请将其中代表Na＋的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体结构示意图。
(2)晶体中，在每个Na＋的周围与它最接近的且距离相等的Na＋共有________个。
(3)在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl－的个数等于________，即________________(填计算式)；Na＋的个数等于________，即____________(填计算式)。
(4)设NaCl的摩尔质量为Mr g·mol－1，NaCl晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA。NaCl晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为____________cm。
解析 (2)从体心Na＋看，与它最接近的且距离相等的Na＋共有12个。(3)采用均摊法。含Na＋：8×＋6×＝4个；含Cl－：12×＋1＝4个。(4)设Cl－与Na＋的最近距离为a cm,4＝ρ·(2a)3，即a＝。所以Na＋间的最近距离为 ·。
答案 (1)(答案不唯一，合理即可)
(2)12
(3)4 12×＋1＝4 4 8×＋6×＝4(答案不唯一，只要与第1问对应即可)
(4)·
15．在元素周期表前四周期中原子序数依次增大的六种元素A、B、C、D、E、F中，A与其余五种元素既不同周期也不同主族，B的一种核素在考古时常用来鉴定一些文物的年代，C的氧化物是导致酸雨的主要物质之一，D原子核外电子有8种不同的运动状态，E的基态原子在前四周期元素的基态原子中未成对电子数最多，F元素的基态原子最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子。
(1)写出基态E原子的价电子排布式：________________________________。
(2)B、C、D三元素第一电离能由小到大的顺序为________________(用元素符号表示)；A与C形成CA3型分子，分子中C原子的杂化类型为________，分子的立体结构为________；C的单质与BD化合物互为等电子体，据等电子体的原理，写出BD化合物的电子式：________；A2D由液态形成晶体时密度__________(填“增大”“不变”或“减小”)，分析主要原因：______________________________________(用文字叙述)。
(3)已知D、F能形成一种化合物，其晶胞的结构如图所示，则该化合物的化学式为________(用元素符号表示)；若相邻D原子和F原子间的距离为a cm，阿伏加德罗常数为NA，则该晶体的密度为______________g/cm3(用含a、NA的式子表示)。
解析 (1)根据14C在考古时常用来鉴定一些文物的年代，可知B是C元素；D原子核外电子有8种不同的运动状态，即D原子核外有8个电子，D为O元素；C的氧化物是导致酸雨的主要物质之一，结合原子序数关系可知C为N元素；E的基态原子在前四周期元素的基态原子中未成对电子数最多，可知E为Cr元素；F元素的基态原子最外能层只有一个电子，其他能层均已充满电子，则外围电子排布式为3d104s1，可知F为Cu元素。
(2)B、C、D分别为C、N、O，同周期元素的第一电离能呈增大趋势，但由于氮原子的2p轨道上有3个电子，为半充满状态，所以第一电离能由小到大的顺序为C<O<N；A与C形成NH3，分子中N原子的杂化类型为sp3杂化，分子的立体结构为三角锥形；C的单质是N2，与BD化合物互为等电子体，BD是CO，电子式为C⋮⋮O。
(3)D、F分别是O、Cu；根据晶胞结构图，每个晶胞中铜原子个数为4，氧原子个数为8×＋1＝2，铜、氧原子个数比为2∶1，所以化学式为Cu2O；晶胞的质量为(144×2)/NA g，晶胞的体积为3 cm3＝a3 cm3，晶胞的密度ρ＝＝ g/cm3。
答案 (1)3d54s1 (2)C<O<N sp3杂化 三角锥形 C⋮⋮O 减小 水形成晶体时，每个水分子与4个水分子形成氢键，构成空间正四面体网状结构，水分子空间利用率低，密度减小 (3)Cu2O
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