第四节 离子晶体
[目标导航] 1.熟知离子键、离子晶体的概念，知道离子晶体类型与性质的联系。2.认识晶格能的概念和意义，能根据晶格能的大小，分析晶体的性质。
一、离子键和离子晶体 1．离子键
(1)离子键的实质是静电作用，它包括阴、阳离子之间的引力和两种离子的核之间以及它们的电子之间的斥力两个方面，当引力与斥力之间达到平衡时，就形成了稳定的离子化合物，它不显电性。
(2)离子键的特征：没有方向性和饱和性。因此，以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子，从而达到稳定的目的。 2．离子晶体
(1)概念：阴、阳离子通过离子键结合，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体叫离子晶体。如NaCl、CsCl等。 (2)离子晶体的空间构型
离子晶体以紧密堆积的方式，使阴、阳离子尽可能接近，向空间无限延伸，形成晶体。决定离子晶体中离子配位数的因素有几何因素、电荷因素、键性因素。 ①几何因素是指晶体中正负离子的半径比。它是决定离子晶体结构的重要因素。 ②电荷因素是指正负离子的电荷比。如在NaCl晶体中每个Na周围有6个Cl，每个Cl
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＋
－
周围有6个Na。NaCl只是氯化钠晶体的化学式，在晶体中不存在单个氯化钠分子，只
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有Na和Cl。在CsCl晶体中每个Cs周围有8个Cl，每个Cl周围有8个Cs。如果正负离子的电荷不同，正负离子的个数必定不相同，结果，正负离子的配位数就不会相同。如在CaF2晶体中，Ca和F的电荷比是2∶1，个数比是1∶2，Ca的配位数为8，F的配位数为4。
③键性因素是指离子键的纯粹程度。 (3)离子晶体的物理性质
①离子晶体具有较高的熔沸点，难挥发，硬度较大，离子晶体不导电，溶于水或熔融后能导电。
②大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。
1
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－
2＋
③离子晶体不导电，但是在熔融态或水溶液中可导电。 【议一议】
1．结合离子晶体的知识回答：
(1)离子晶体中只存在离子键吗？(2)晶体中只要有阳离子，就一定存在阴离子吗？(3)离子晶体是否全部由金属元素与非金属元素组成？
答案 (1)还可能存在共价键，如Na2SO4、KNO3、NH4Cl、NaOH、Ca(OH)2等晶体中除了离子键之外，还存在共价键。
(2)晶体中有阳离子不一定有阴离子，如金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，但若有阴离子必然有阳离子。
(3)全部由非金属元素形成的晶体，也可能是离子晶体，如铵盐。
2．氯化钠、氟化钙晶体的组成写成NaCl、CaF2，NaCl、CaF2是不是该物质的分子式？ 答案 NaCl、CaF2并不是说该晶体中存在组成为NaCl、CaF2的单独分子，而只是代表晶体中元素原子组成的比例关系，因此NaCl、CaF2是其化学式，而非分子式。 二、晶格能 1．晶格能的概念
离子晶体的晶格能是气态离子形成1__mol离子晶体释放的能量。晶格能通常取正值，单位kJ·mol。 2．晶格能的作用
晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。 3．影响晶格能大小的因素
离子所带电荷数越多，晶格能越大；离子半径越小，晶格能越大。 【议一议】
3．为何Na2O的晶格能大于NaF，而KCl的晶格能大于KI?
答案 晶格能与离子所带的电荷成正比，而与离子半径的大小成反比。在Na2O和NaF中，O所带的电荷比F多，故Na2O的晶格能大于NaF；而KCl和KI中，Cl半径小于I的半径，故KCl的晶格能大于KI。
1．离子晶体
【例1】 下列性质适合于离子晶体的是( )
2－
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－
－1
2
A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 B．熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电 C．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃ D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm 答案 A
解析 离子晶体在液态(即熔融态)导电；CS2是非极性溶剂，根据相似相溶规律，C项也不是离子晶体；由于离子晶体质硬易碎，且固态不导电，所以D项也不是离子晶体。 规律总结
四种晶体结构和性质的比较 类型 离子晶体 项目 构成晶体阴、阳离子 的粒子 粒子间的离子键 作用 共价键 德华力或氢键) 相互作用 分子间作用力(范电子之间的强烈原子 分子 由电子 金属离子和自由金属阳离子和自原子晶体 分子晶体 金属晶体 －3
确定作用 组成结构相似时，力强弱的 离子电荷、半径 一般判断 量 方法 键长(原子半径) 比较相对分子质数 离子半径、价电子差别较大(汞常温熔、沸点 较高 高 低 下为液态，钨熔点为 3 410 ℃) 硬度 略硬而脆 大 较小 差别较大 3
不良导体 不良导体 (熔化后 导电性 或溶于水 半导体) 导电) 一般不溶于水，少溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 数与水反应 机械 不良 加工性 延展性 差 差 差 优良 不良 不良 优良 导电) (个别为 于水发生电离后良导体 不良导体(部分溶变式训练1 以下事实，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是( ) A．具有较高的熔点 B．可溶于水
C．固体不导电，熔融状态能导电 D．水溶液能导电 答案 C
解析 原子晶体通常熔点也比较高，故A选项不正确；某些分子晶体也可溶于水，如SO3等，故B错；分子晶体溶于水，只要能电离也能导电，故D也不正确；C选项是离子晶体独有的性质，能说明晶体是离子晶体。
二、晶格能
【例2】 溴化钠、氯化钠和氧化镁等离子晶体的核间距和晶格能(部分)如下表所示：
离子的核间距/pm 晶格能/kJ·mol －1NaBr 290 NaCl 276 787 MgO 205 3 890 (1)溴化钠晶体比氯化钠晶体晶格能________(填“大”或“小”)，主要原因是__________________________________________________________________。
(2)氧化镁晶体比氯化钠晶体晶格能大，主要原因是_____________________ __________________________________________________________________。 (3)溴化钠、氯化钠和氧化镁晶体中，硬度最大的是________，工业制取单质镁时，往往电解的是氯化镁而不是氧化镁，主要原因是________________。
4
答案 (1)小 NaBr比NaCl的离子的核间距大 (2)氧化镁晶体中阴、阳离子的电荷数大，并且离子的核间距小
(3)氧化镁 氧化镁晶体比氯化镁晶体的晶格能大，熔点高，电解时消耗电能多 解析 利用离子晶体中离子的核间距、离子的电荷数与晶格能的关系，对离子晶体的物理性质进行分析。晶格能越大，离子晶体越稳定，其熔、沸点越高。 规律总结
1．离子晶体结构类型相同时，离子所带电荷越多，离子半径越小，晶格能越大，晶体熔、沸点越高，硬度越大。
2．晶格能的大小影响岩浆晶出的次序，晶格能越大，形成的晶体越稳定，岩浆中的矿物越容易结晶析出。
变式训练2 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 离子电荷数 键长(10A.①>②>③ B．③>①>② C．③>②>① D．②>①>③ 答案 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。
1．离子晶体一般不具有的特征是 A．熔点较高，硬度较大 B．易溶于水而难溶于有机溶剂 C．固体时不能导电
D．离子间距离较大，其密度较大 答案 D
解析 离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括A、B、C；离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积形式等。
( )
－10① 1 2.31 ② 1 3.18 ③ 2 2.10 m) 5
2．离子晶体熔点的高低决定于阴、阳离子之间的核间距离和晶格能的大小，根据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是 ( ) A．KCl>NaCl>BaO>CaO B．NaCl>KCl>CaO>BaO C．CaO>BaO>KCl>NaCl D．CaO>BaO>NaCl>KCl 答案 D
解析 对于离子晶体来说，离子所带电荷数越多，阴、阳离子间的核间距离越小，晶格能越大，离子键越强，熔点越高，阳离子半径大小顺序为Ba>K>Ca>Na；阴离子半径：Cl>O，比较可得只有D项是正确的。 3．下列关于晶格能的叙述中正确的是
( )
－
2－
2＋
＋
2＋
＋
A．晶格能仅与形成晶体中的离子所带电荷有关 B．晶格能仅与形成晶体的离子半径有关 C．晶格能是指相邻的离子间的静电作用 D．晶格能越大的离子晶体，其熔点越高 答案 D
解析 晶格能与离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子半径的大小成反比。晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，硬度也越大，所以A、B错，D项正确。
4．根据表中给出物质的熔点数据(AlCl3沸点为182.7 ℃)，判断下列说法错误的是
MgO 2 800
SiCl4 －70
AlCl3 180
( )
晶体 熔点/℃ NaCl 801 晶体硼 2 500 A.MgO中的离子键比NaCl中的离子键强 B．SiCl4晶体是分子晶体 C．AlCl3晶体是离子晶体 D．晶体硼是原子晶体 答案 C
解析 根据表中各物质的熔点，判断晶体类型。NaCl和MgO是离子化合物，形成离子晶体，故熔、沸点越高，说明晶格能越大，离子键越强，A项正确；SiCl4是共价化合物，
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