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1、物质结构与性质专题微粒间作用力与物质性质 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1 、形成过程、形成过程 以以 NaCl 为例为例。第一步第一步 电子转移形成离子:电子转移形成离子:Na e Na+,Cl +e Cl 第二步第二步 靠静电作用,靠静电作用,形成化学键形成化学键。相应的电子构型变化:相应的电子构型变化:2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6,3s 2 3p 5 3s 2 3p 6 形成形成 Ne 和和 Ar 的稀有气体原子的结构,形
2、成稳定离子。的稀有气体原子的结构,形成稳定离子。离离 子子 键键回顾回顾: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 、离子键的形成、离子键的形成2Na+Cl2=2NaCl +11+17+17+11Na+Cl-NaClCl-Na+2 、离子键的形成条件、离子键的形成条件 1元素的电负性差比较大元素的电负性差比较大 X 1.7,发生电子转移,形成离子键;,发生电子转移,形成离子键;X 1.7,实际上是指离子键的成分大于,实际上是指离子键的成分大于 50%。2 易形成稳定离子易形成稳定离子 Na+2s 2 2p 6,Cl
3、 3s 2 3p 6,达到稀有气体式稳定结构。,达到稀有气体式稳定结构。Ag+4d10,Zn 2+3d10,d 轨道全充满的稳定结构。轨道全充满的稳定结构。只转移少数的电子,就达到稳定结构。只转移少数的电子,就达到稳定结构。而而 C 和和 Si 原子的电子结构为原子的电子结构为 s 2 p 2,要失去或得到,要失去或得到 4 e,才才能形成稳定离子,比较困难。所以一般不形成离子键。如能形成稳定离子,比较困难。所以一般不形成离子键。如3形成离子键时释放能量多形成离子键时释放能量多 Na(s)+1/2 Cl 2(g)=NaCl(s)H=410.9 kJmol1 在形成离子键时,以放热的形式,释放较
4、多的能量。在形成离子键时,以放热的形式,释放较多的能量。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相同,所以在各个方在空间各个方向上的静电作用相同,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,且在静电作用能达到的范围内,只要空间允许,一个在静电作用能达到的范围内,
5、只要空间允许,一个离子可以同时吸引多个带相反电荷的离子。(思考离子可以同时吸引多个带相反电荷的离子。(思考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+氯化钠晶体的结构氯化钠晶体的结构用电子式表示离子化合物及其形成过程Na+Cl Na+Cl -回顾回顾:注意点:注意点: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
6、电子式如如NaCl的电子式的电子式 Na+Cl -如如MgO电子式电子式 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离子晶体使之形成气离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量。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,则形成离子键得到离子晶体时放越大,则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多,离子键越强。出的
7、能量越多,离子键越强。晶体的熔沸点就比较晶体的熔沸点就比较高,硬度就比较大。高,硬度就比较大。讨论并完成P36的交流与讨论4、影响离子键强度的因素影响离子键强度的因素 离子电荷数的影响,电荷高,离子键强离子电荷数的影响,电荷高,离子键强。离子半径的影响,半径小,离子键强。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,因而是化学式,因而 58.5 可以认为是式量,不是可以认为是式量,不是相对分子质量相对分子质量
8、。导电性导电性 :水溶液或熔融态导电,是通过离子水溶液或熔融态导电,是通过离子的定向迁移完成的,而不是通过电子流动导电的定向迁移完成的,而不是通过电子流动导电。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、离子晶体结构模型三、离子晶体结构模型 1、NaCl型离子晶体的结构(型离子晶体的结构(KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO、CaS等均属于此类等均属于此类晶体。)晶体。)晶体结构特点:在氯化钠晶体中,晶体结构特点:在氯化钠晶体中,Na+或或Cl-周围各排列着周围各排列着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C
9、l-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-。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,则配位数为个,则配位数为 6。晶胞类型晶胞类型 观察同一种点,如观察空心圆点观察同一种点,如观察空心圆点 Cl,正六面体,正六面体的的 8 个顶点和各面的中心,均有一个。所以为面心立方晶胞。个顶点和各面的中心,均有一个。所以为面心立方晶胞。-Cl-Na+NaClNaCl的晶体结构模型的晶体结构模型1 1、每个、每个NaNa+同时吸引同时吸引 个个ClCl-,每个,每个ClCl-同时吸同时吸引引 个个NaNa+,而,而NaNa+数目与数目与C
10、lCl-数目之比为数目之比为 ,化学式为化学式为 。2 2、根据氯化钠的结构模型确定晶胞,并分析其构成。、根据氯化钠的结构模型确定晶胞,并分析其构成。每个晶胞中有每个晶胞中有 个个NaNa+,有,有 个个ClCl-。3 3、在每个、在每个NaNa+周围与它最近的且距离相等的周围与它最近的且距离相等的NaNa+有有 个。个。6 661 1:1 1 NaCl44 412124 4、在每个、在每个NaNa+周围与它最近的且距离相等的周围与它最近的且距离相等的ClCl-所围成所围成的空间结构为的空间结构为 体。体。正八面正八面氯化钠晶体结构氯化钠晶体结构氯化钠晶胞氯化钠晶胞提问提问2、CsCl型离子晶
11、体的结构(型离子晶体的结构(CsBr、CsI、NH4Cl等均属于此类晶体。)等均属于此类晶体。)晶体结构特点:在氯化铯晶体中,晶体结构特点:在氯化铯晶体中,Cs+或或Cl-周围各排列着周围各排列着8个带相反电荷的个带相反电荷的离子,即每个离子,即每个Cs+周围有周围有8个个Cl-,每个,每个Cl-周围有周围有8个个Cs+。每个。每个CsCl晶胞中含晶胞中含有有1个个Cs+和和1个个Cl-。右图是一个右图是一个 CsCl 的晶胞的晶胞 观察空心圆点,只存在于立方体顶点的观察空心圆点,只存在于立方体顶点的 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 组成和对称性均
12、有代表性组成和对称性均有代表性。配位数为配位数为 8。CsClCsCl型型1 1、每个、每个CsCs+同时吸引同时吸引 个个 Cl Cl-,每个,每个ClCl-同时吸引同时吸引 个个CsCs+,而,而CsCs+数目与数目与ClCl-数目之数目之比为比为 ,化学式为,化学式为 。2 2、根据氯化铯的结构模型确定晶胞,并分析、根据氯化铯的结构模型确定晶胞,并分析其构成。每个晶胞中有其构成。每个晶胞中有 CsCs+,有,有 个个ClCl-。3 3、在每个、在每个CsCs+周围与它最近的且距离相等的周围与它最近的且距离相等的CsCs+有有 个。个。8 88 81 1:1 1CsClCsCl1 11 1
13、6氯化铯晶体结构氯化铯晶体结构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,你认为造成这一差异的你认为造成这一差异的可能原因是什么?可能原因是什么?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、阳离子总是尽可能紧密地排列,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,所形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,为介稳状态
14、,见下面左图。此时,为介稳状态,见下面左图。如果如果 r+再大些再大些:+则出现则出现 b)种情况,见下面右图,即离子同号相离,异号相种情况,见下面右图,即离子同号相离,异号相切的稳定状态。切的稳定状态。+从从八配位八配位的介稳状态出发,探讨半径比与配位数之间的关系。的介稳状态出发,探讨半径比与配位数之间的关系。ABCDABCD 下图所示,八配位的介稳状态的对角面图。下图所示,八配位的介稳状态的对角面图。ABCD 是矩形。是矩形。当当 r+继续增加,达到并超过继续增加,达到并超过 时,即阳离子周时,即阳离子周围可容纳更多阴离子时,为围可容纳更多阴离子时,为 8 配位。配位。可以求得可以求得 结
15、论结论 为为 0.414 0.732,6 配位配位 NaCl 式晶体结构。式晶体结构。总之,配位数与总之,配位数与 r+/r 之比相关:之比相关:0.225 0.414 4 配位配位 ZnS 式晶体结构式晶体结构 0.414 0.732 6 配位配位 NaCl 式晶体结构式晶体结构 0.732 1.000 8 配位配位 CsCl 式晶体结构式晶体结构 注意注意 讨论中将离子视为刚性球体,这与实际情况有出入。讨论中将离子视为刚性球体,这与实际情况有出入。但这些计算结果仍不失为一组重要的参考数据。因而,我们可以但这些计算结果仍不失为一组重要的参考数据。因而,我们可以用离子间的半径比值作为判断配位数
16、的参考。用离子间的半径比值作为判断配位数的参考。若若 r+再增大,可达到再增大,可达到 12 配位;配位;r+再减小,则形成再减小,则形成 3 配位。配位。若若 r+变小,当变小,当 ,则出现则出现 a)种情况,如右图。阴离种情况,如右图。阴离子相切,阴离子阳离子相离的不稳子相切,阴离子阳离子相离的不稳定状态。配位数将变成定状态。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 石墨石墨晶体的层状结构,晶体的层状结构,层内为平面正六边形结构层内为平面正六边形结构(如
17、图),试回答下列问题:(如图),试回答下列问题:(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 在氯化铯晶体中,每个在氯化铯晶体中,每个Cl-(或或Cs+)周围与之最接周围与之最接近且距离相等的近且距离相等的Cs+(或或Cl-)共有共有 ;这几个;这几个Cs+(或或Cl-)在空间构成的几何构型为在空间构成的几何构型为 ;在;在每个每个Cs+周围距离相等且最近的周围距离相等且最近的Cs+共有共有 ;
18、这;这几个几个Cs+(或或Cl-)在空间构成的几何构型为在空间构成的几何构型为 ;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,朱经武(月,朱经武(Paul Chu)教授等发现钇钡铜氧)教授等发现钇钡铜氧化合物在化合物在90K温度下即具有温度下即具有超导性,若该化合物的结构超导性,若该化合物的结构如右图所示,则该化合物的如右图所示,则该化合物的化学式可能是(化学式可能是()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
19、1C练习3白磷的键角为多少?白磷的键角为多少?Wg白磷中磷磷单键的数白磷中磷磷单键的数目为多少?目为多少?60(W/124)6 NA 练习4晶体中晶体中Na+和和Cl-间最间最小距离为小距离为a cm,计计算算NaCl晶体的密度晶体的密度练习5晶体熔沸点高低的判断晶体熔沸点高低的判断 不同晶体类型的熔沸点比较不同晶体类型的熔沸点比较不同晶体类型的熔沸点比较不同晶体类型的熔沸点比较 一般:原子晶体一般: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)同种晶体类型物质的熔沸点比较同种晶体类型物质的熔沸点比较同种晶体类型物质的熔沸点比较同种晶体类型物质的熔沸点比较 离子晶体:离子晶体:阴、阳离子阴、阳离子电荷数越大,半径越小电荷数越大,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键长越短键能越大键能越大熔沸点越高熔沸点越高 分子晶体:分子晶体:相对分子质量越大,相对分子质量越大,相对分子质量越大,相对分子质量越大,分子的极性越大分子的极性越大熔沸点越高熔沸点越高 组成和结构相似的分子晶体组成和结构相似的分子晶体 金属晶体:金属晶体:金属阳离子电荷数越高,半径越小金属阳离子电荷数越高,半径越小熔沸点越高熔沸点越高
限制150内