第二章第3节离子键配位键和金属键选修3鲁科版.docx
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第二章第3节离子键配位键和金属键选修3鲁科版
第3节离子键、配位键和金属键
银光闪闪的精美银器会令居室内熠熤生辉，玲珑晶莹的银制饰物也会让你变的光彩照人。
你当然应清楚：
之所以有这么多不同的银制品来装点人类的生活，原因是金属银是可以被改变形状的，可以被压成薄片，也可以被拉成细丝。
构成金属银的微粒能发生相对滑动但又不容易被分开而断使银断裂。
说明微粒之间存在着较强的相互作用力，这就是金属键。
金属键是化学键的一种。
这一节我们主要来学习几种重要的化学键。
一、离子键：
1、定义：
阴、阳离子间通过静电作用而形成的化学键
2、离子键的形成条件：
成键原子所属元素的电负性差值越大，原子间越容易发生电子得失。
一般认为，当成键原子所属元素的电负性差值大于1.7时，原子间才有可能形成离子键。
如：
电负性较小的金属元素的原子容易失去价电子形成阳离子，电负性较大的非金属元素的原子容易得电子形成阴离子。
当这两种原子相互接近到一定程度时，容易发生电子得失而形成阴、阳离子。
镁与氧气在通电情况下生成氧化镁，同时发出强光。
在这一反应过程中，镁原子失去两个电子成为Mg2+，氧分子中的每个原子得到两个电子成为O2-，带正电的Mg2+和带负电的O2-通过静电作用形成稳定的离子化合物----氧化镁。
以NaCl为例说明离子键的形成过程：
【例1】现有七种元素的原子,其结构特点见下表：
原子
a
b
c
d
e
f
g
M层电子数
1
2
3
4
5
6
7
元素的原子可以形成离子键的是（）（双选）
A.a和bB.a和fC.d和gD.b和g
总结：
电负性小的金属元素和电负性大的非金属元素之间易形成离子键。
一般来说，活泼的金属元素（ⅠA、ⅡA）和活泼的非金属元素（ⅥA、ⅦA）易形成离子键。
3、离子键的实质
（1）实质：
离子键的实质阴阳离子之间的静电作用。
（2）静电引力：
根据库仑定律，阴、阳离子间的静电引力（F）与阳离子所带电荷（q+）和阴离子所带电荷（q-）的乘积成正比，与阴、阳离子的核间距离（r）的平方成反比。
（k为比例系数）
（3）静电斥力：
阴、阳离子中都有带负电荷的电子和带正电荷的原子核，除了异性电荷间的吸引力外，还存在电子与电子、原子核与原子核之间同性电荷所产生的排斥力。
总结：
静电作用力，是由原子得失电子后形成的阴阳离子间的静电作用而形成的。
包括静电引力（阴阳离子之间的异性电荷吸引）和静电斥力（阴阳离子的原子核、核外电子之间的斥力）。
当静电作用中同时存在的引力和斥力达到平衡时，体系的能量最低，形成稳定的离子化合物。
【例2】下列说法中正确的是（）
A.两个原子或多个原子之间的相互作用叫做化学键B.阴、阳离子通过静电引力而形成的化学键叫做离子键
C.只有金属原子和非金属原子化合时才能形成离子键D.大多数的盐、碱和低价金属氧化物中含有离子键
4、离子键的特征
（1）特征：
离子键没有方向性和饱合性。
（2）没有方向性的原因：
离子键的实质是静电作用，离子的电荷分布通常被看成是球形对称的，因此一种离了对带异性电荷离子的吸引作用与其所处的方向无关。
例如，在氯化钠晶体Na+可从不同方向吸引六个Cl-；同样，Cl-也可从不同方向吸引六个带正电荷的Na+。
因此，相对于共价键而言，离子键是没有方向性的。
（3）没有饱合性的原因：
在离子化合物中，每个离子周围最邻近的带异性电荷离子数目的多少，取决于阴阳离子的相对大小。
只要空间条件允许，阳离子将吸引尽可能多的阴离子排列在其周围，阴离子也将吸引尽可能多的阳离子排列在其周围，以达到降低体系能量的目的。
所以离子键是没有饱和性的。
总结：
在氯化钠晶体中，每个离子周围可吸引六个带异性电荷的离子，而在氯化铯晶体中，每个离子周围可吸引八个带异性电荷的离子。
所以离子键不具有饱和性只是相对的。
【例3】列关于离子键的特征的叙述中,正确的是（）
A.一种离子对带异性电荷离子的吸引作用也其所处的方向无关，故离子键无方向性
B.因为离子键无方向性，故阴、阳离子的排列是没有规律的、随意的
C.因为氯化钠的化学式是NaCl，故每个Na+周围吸引一个Cl-
D.因为离子键无饱和性，故一种离子周围可以吸引任意多个带异性电荷的离子
5、离子键的影响因素：
离子键强弱的影响因素有离子半径的大小的离子所带电荷的多少，既离子半径越小，所带电荷越多，离子键就越强。
【例4】下列物质中的离子键最强的是（）
A、KClB、CaCl2C、MgOD、Na2O
总结：
含离子键的化合物都是离子化合物。
离子化合物中一定含有离子键，可能含有共价键。
如：
MgO、NaF只含离子键；NaOH、NH4Cl既含有离子键，又含有共价键。
共价化合物中只有共价键。
【例5】下列各组化合物中，化学键类型都相同的是（）（双选）
A、CaCl2和Na2SB、Na2O和Na2O2C、CO2和CS2D、HCl和NaOH
二、配位键
1、配位键的定义：
由一方提供孤对电子，，另一方提供具有接受孤对电子的空轨道而形成的特殊的共价键叫配位键。
如：
氨分子中，氮原子的三个未成对电子，分别与一个氢原子的电子配对形成一个共价键。
氮原子上还有一对没有与其他原子共用的电子----孤对电子，而H+是氢原子失去一个电子所形成的，它的ls轨道是空的。
当氨分子与H+相互接近到一定程度时，氨分子中的孤对电子所在的轨道将与H+的ls空轨道重叠，使得孤对电子主要在重叠区域中运动，即这一对电子为氮原子和氢原子共用，从而形成了一种新的化学键，这种化学键叫做配位键。
氨分子与H+之间是以配位键结合成铵离子（NH4+）的，在形成NH4+后，其中的四个氮氢键的性质变得完全相同了。
2、配位键的实质：
配位键的实质是一种特殊的共价键。
但形成配位键的共用电子是由一方提供，不是由双方共同提供的。
3、形成条件：
形成配位键的一方（如A）是能够提供孤对电子电子的原子，另一方（如B）是具有能够接受孤对电子的空轨道的原子。
表示方法：
配位键常用符号A→B表示。
总结：
成键条件比较：
共价键中成键的双方是电负性相同或电负性相差较小的非金属元素，离子键电负性相差较大的金属元素和非金属元素，在配位键中成键原子一方能提供孤对电子，另一方具有能够接受孤对电子的空轨道，形成配位键的共用电子由一方提供而不是双方共同提供。
【例6】以下微粒含配位键的是：
①N2H5+②CH4③OH-④NH4+⑤Fe（CO）3⑥Fe（SCN）3⑦H3O+⑧Ag（NH3）2OH
A、①②④⑦⑧ B、③④⑤⑥⑦C、①④⑤⑥⑦⑧D、全部
三、金属键与金属特性
1.金属键及其实质
（1）定义：
金属离子与自由电子之间的强烈的相互作用。
（2）实质：
金属原子的部分或全部外围电子受原子核的束缚比较弱，外围电子容易脱离原子核束缚形成自由电子,与金属阳离子形成强烈的相互作用,本质上也是一种静电作用。
（3）特点：
金属键没有方向性和饱和性。
总结：
金属键是在多个电子和多个金属离子之间形成，而电子是可以在三维空间自由移动的，所以金属键既没有饱和性也没有方向性。
金属键中的电子在整个三维空间运动，属于整个金属。
这一点不同于共价键中的电子对。
【例7】下列关于金属的叙述中，不正确的是（）
A、金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用，其实质与离子键类似，也是一种电性作用。
B、金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性。
C、金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用，故金属键无饱和性和方向性。
D、构成金属的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动。
2、影响金属键的强弱的因素：
主要因素是金属元素的原子半径和单位体积内自由电子的数目等。
一般而言，金属元素的原子半径越大，金属键逐渐减弱。
单位体积内自由电子的数目越多，金属键就强，
【例8】下列物质的金属键最强的是（）
A、NaB、MgC、KD、Ca
总结：
金属键的强弱与金属价电子数多少有关，价电子数越多金属键越强，与金属阳离子的半径大小也有关，金属阳离子半径越大，金属键越弱。
3、金属特性
（1）金属具有导电性：
金属内部自由电子的运动不具有方向性，在外电场的作用下，自由电子在金属内部会发生定向移动，从而形成电流。
（2）金属具有导热性：
通过自由电子的运动与金属离子的碰撞把能量从温度高的区域传到温度低的区域，从而使整块金属达到同样温度。
（3）延展性：
在金属内部，金属离子与自由电子之间的作用没有方向性。
当金属受到外力作用时，金属原子之间能发生相对滑动，而各层原子之间仍然保持金属键的作用。
总结：
可以用金属导热性、导电性与金属阳离子的碰撞来解释金属导热性及升温导电性降低的原理。
二综合探究
一、离子键成键的主要原因是什么？
什么微粒可以形成离子键？
推断离子键成键的主要原因，先要分析各种物质最外层电子数的特点，知道哪类物质容易失去最外层电子而使次外层达8个电子稳定结构，哪类物质易获得电子而使最外层达8电子稳定结构。
这两类物质化合时，电子如何转移，分别形成阴离子还是阳离子，阴、阳离子如何作用形成离子键。
活泼金属最外层电子数少于4个，容易失去最外层电子而使次外层达8个电子稳定结构；活泼非金属最外层电子数多于4个，易获得电子而使最外层达8电子稳定结构。
两者化合时，通过电子的转移形成结构相对稳定、电性相反的阴、阳离子，阴、阳离子因电性相反之间有强烈的静电作用，形成离子键。
阴、阳离子是形成离子键必不可少的微粒，缺一不可。
如MgCl2中含Mg2+、Cl-，KAl（SO4）2·12H2O中含K+、Al3+、SO42-及H2O分子，可见，离子化合物中含阴、阳离子至少各1种，且不一定不含分子。
二、配位键和配位化合物的结构是怎样的？
1、配合物是由提供孤电子对的配体与接受孤电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物。
2、配合物的结构：
配合物一般由内界和外界两部分组成，内界与外界之间通过离子键结合，完全电离。
结构如下图：
中心原子：
提供空轨道，接受孤电子对。
通常是过渡金属的原子或离子。
配位体：
在配离子或配分子内与中心离子或原子结合的负离子或中性分子叫配位体，如NH3等。
配位原子：
配位体中具有孤对电子的直接与中心离子结合的原子叫配位原子。
常见的配位原子有N、O、S。
配位数：
与中心离子或原子直接结合的配位原子的个数叫中心离子的配位数。
3、常见配合物的空间结构
配位数
配合单元的空间结构
实例
2
直线型
[Ag（NH3）2]+
3
平面三角形
[CuCl3]2-
4
四面体
[Zn（NH3）4]2+
平面正方形
[Ni（CN）4]2-
注意：
明矾KAl（SO4）2·12H2O、铬钾矾KCr（SO4）2·12H2O的晶体和水溶液都不含复杂离子，是复盐。
三典题例析
【例1】下列离子化合物的电子式中，正确的是（）
【例2】下列关于金属的叙述中，不正确的是（）
A、金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用，其实质也是一种静电作用。
B、金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似也有方向性和饱和性。
C、金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用，故金属键无饱和性和方向性。
D、构成金属的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动。
【例3】下列物质中，存在的化学键的种类最多的是（）
A、NaOHB、HClOC、MgCl2D、NH4Cl
【例4】已知元素的某种性质“X”是元素的一种基本性质。
下面给出13种元素的X的数值：
元素
A1
B
Be
C
Cl
F
Li
Mg
X的数值
1.5
2.0
1.5
2.5
2.8
4.0
1.0
1.2
元素
Na
O
P
S
Si
X的数值
0.9
3.5
2.1
2.5
1.7
试结合元素周期表知识完成下列问题。
（1）经验规律告诉我们，当形成化学键的两个原子对应元素的X相差数值大于1.7时，形成的一般是离子键，小于1.7时，一般为共价键。
试推测AlBr3中化学键的类型。
（2）某有机物分子中含有S——N键，你认为共用电子对应该偏向于原子（填元素符号）。
四思考发现
1、离子键、配位健与金属键的比较
化学键类型
离子键
配位键
金属键
定义
阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键
配位键由单方提供电子对，另一方提供空规道
金属阳离子与自由电子通过相互作用而形成的化学键
特点
无方向性和饱合性
有方向性和饱合性
无方向性和饱合性
成键微粒
阴、阳离子
某些强极性键氢化物的分子间（HF、H2O、NH3）
金属阳离子和自由电子
成键性质
静电作用
共用电子对
电性作用
形成条件
电负性相差较大的活泼金属元素的阳离子和活泼非金属元素的阴离子
一方有孤对电子，一方有空规道
金属阳离子和自由电子
影响因素
离子带电荷的多少、离子半径大小
键长、键能
金属阳离子半径、自由电子数目
实例
NaCl、MgO
NH4Cl
Fe、Mg
2、物质中化学键的存在规律：
（1）离子化合物中一定有离子键，可能还有共价键。
简单离子组成的离子化合物中只有离子键，如MgO、NaCl等，复杂离子（原子团）组成的离子化合物中既有离子键又有共价键，既有极性共价键，又有非极性共价键。
如：
只含有离子键：
MgO、NaCl、MgCl2
含有极性共价键和离子键：
NaOH、NH4Cl、Na2SO4
含有非极性共价键和离子键：
Na2O2、CaC2、Al2C3等
（2）共价化合物中只有共价键，一定没有离子键。
（3）在非金属单质中只有共价键：
（4）构成稀有气体的单质分子，由于原子已达到稳定结构，在这些原子分子中不存在化学键。
（5）非金属元素的原子之间也可以形成离子键，如NH4Cl
3、离子化合物与共价化合物的区别：
离子化合物
共价化合物
化学键
离子键或离子键与共价键
共价键
概念
由离子键构成的化合物叫离子化合物
原子间以共用电子对形成的化合物叫共价化合物
达到稳定结构的途径
通过电子得失达到稳定结构
通过形成共用电子对达到稳定结构
构成微粒
阴、阳离子
原子
构成元素
活泼金属与活泼非金属
不同种非金属
表示方法
电子式：
（以NaCl为例）离子化合物的结构：
以HCl为例：
结构式：
H—Cl
五体验成功
基础强化：
1、下列关于离子键的叙述中，正确的是（）
A、离子键比共价价的极性强
B、在氯化钠中，每个Na+周围有六个Cl-，每个Cl-周围有六个Na+，故离子键是有饱和性的。
C、在氯化钠中，Na+和Cl-的相对位置都是有方向性的。
D、只有含有活泼金属阳离子的化合物中才存在离子键
2、下列物质中，不含离子键的是（）
①NH4HCO3②NH3③BaSO4④CuSO4·5H2O⑤Ba（OH）2⑥H2SO4
A、①④⑥ B、②③⑤ C、④⑤ D、②⑥
3、下列元素间，能以离子键结合生成A2B型离子化合物的是（）（双选）
A、原子序数为11和17B、原子序数为20和9
C、原子序数为13和17D、原子序数为19和16
4、能证明NaCl为离子化合物的方法是（）
A、NaCl溶液容易导电B、食盐水溶液呈中性
C、熔融NaCl可以导电D、NaCl溶于水可以电离出Na+和Cl-
5、下列元素的原子在形成不同物质时，既能形成离子键，又能形成极性键和非极性键的是（）
A、NaB、MgC、ClD、Ne
6、氢化钠（NaH）是离子化合物，其中钠显+1价。
氢化钠与水反应放出氢气。
下列叙述中正确的是（）（双选）
A、氢化钠的水溶液显酸性
B、氢化钠中氢离子的电子层排布与氦原子相同
C、氢化钠中氢离子半径比锂离子半径大
D、氢化钠中氢离子可被还原成氢气。
7、下列关于配位化合物的叙述中，不正确的是（）
A、配位化合物中必定存在配位键
B、配位化合物中只有配位键
C、[Cu（H2O）6]2+中的Cu2+提供空轨道，H2O中的氧原子提供孤对电子形成配位键
D、配位化合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有着广泛的应用。
8、按要求写出下列物质的化学式：
（1）写出两种由两个原子核和20个电子构成的离子化合物的化学式。
（2）写出由三个原子核和14个电子构成的离子化合物的化学式。
综合应用：
9、已知氮化钠（Na3N）在熔时能导电，与水作用时有NH3产生。
试回答下列问题：
（1）Na3N中存在的离子为，Na3N属于化合物；
（2）比较微粒的半径Na+N3-（填“＜”、“＞”或“＝”）；
（3）Na3N与水作用时的化学反应方程式是。
10、某校化学课外活动小组的同学对BF3的结构和性质进行了一定的研究。
（1）通过测定发现BF3中，B—F键键长、键能、键角均分别相等，属于非极性分子，试用杂化轨道理论解释BF3的构型及成键情况。
（2）把BF3和乙醚放在一起，一段时间后分离出一种新物质，经测定该物质中B——F键键长从130pm增加到141pm，且相对分子质量比BF3大46，试说明所形成新化合物的成键情况。
BF3的分子结构发生什么变化？
11、0.5molA元素的最高价离子被还原成中性原子时，得到6.02×1023个电子，它的单质同盐酸充分反应时，放出0.02g氢气，用去0.4g单质A。
B元素的原子核外电子层数与A相同，且B元素形成的单质是深红棕色液体。
（1）写出两种元素的名称：
A；B；
（2）用结构示意图表示两种元素的常见离子。
（3）指出A与B形成化合物的化学键的类型。
12、ClO-、ClO2-、ClO3-、ClO4中Cl都是以sp3杂化轨道与氧形成共价键，则ClO-的立体构型是形、ClO2-是型、ClO3-是型，ClO4是形。
13、铝与氯气反应可以生成AlCl3，实验测定AlCl3只是一个化学式，它实际是以Al2Cl6分子的形式存在，结构式是
，试用共价键和配位键理论来解释其中的结构。
14、20世纪60年代美国化学家鲍林提出了一个经验规则：
设含氧酸的化学式为HnROm，其中（m-n）为非羟基氧原子数，则含氧酸的强弱与非羟基氧原子数（m-n）有如下关系：
（m-n）
0
1
2
3
含氧酸强度
弱酸
中强
强
很强
实例
HClO
H3PO4
HNO3
HClO4
（1）按此规律判断：
H3AsO4、H2CrO4、HMnO4酸性由强到弱的顺序为。
（2）H3PO3和H3AsO3的分子组成相似，但酸性强弱相差很大，已知H3PO3为中强酸，H3AsO3为弱酸，试推断有关酸的结构式（或结构简式）：
H3PO3H3AsO3
创新拓展：
1、我国已经成功研制出了碱金属的球碳盐K3C60。
实验测知该物质在熔融状态下可以导电，而且在超临界温度18K时具有超导性。
你猜测一下K3C60中含有什么样的化学键？
1molK3C60含有的离子数目为多少？
K3C60中的C60俗称足球烯，分子结构酷似足球，由12个正五边形与20个正六边形构成，碳碳键长介于碳碳单键与双键之间，你能推测一下其中碳的杂化方式吗？
细品教材参考答案：
【例1】解析：
较活泼的金属因素的原子与较活泼的非金属因素的原子可以形成离子键。
答案：
BD
【例2】解析：
化学键必须是原子之间强烈的相互作用，A错。
离子键中阴、阳离子之间的静电作用包括引力和斥力，B错。
非金属原子间也可以形成离子键，如NH4Cl。
故C错。
大多数的盐、碱和低价金属氧化物都属于离子化合物，离子化合物中一定有离子键，D正确。
答案：
D
【例3】解析：
离子键的特征是没有饱和性和方向性。
因为离子键没有方向性，故带异性电荷的离子间的相互作用与其所处的相对位置无关，但是为了使物质的能量最低，体系最稳定，阴阳离子的排列也是有规律的，不是随意的；离子键是无饱和性，体现在一种离子周围可以尽可能多的吸引带异性电荷的离子，但也不是任意的，因为这个数目还要受两种离子的半径比和个数比的影响，如NaCl晶体中每个Na＋周期吸引6个Cl－，每个Cl－周围也只能吸引6个Na＋，故Cl－和Na＋的个数比为1:
1，“NaCl”仅仅表示阴阳离子个数比的一个比例式，而不是表示物质确定组成的“分子式”。
答案：
A
【例4】解析：
离子键的强弱与离子本身所带电荷的多少各半径有关，半径越小，离子键越强，离子所带电荷越多，离子键越强，在所给阳离子中，Mg2＋带两个正电荷，且半径最小，在阴离子中，O2－带两个单位的负电荷，且半径比Cl－小。
故MgO中离子键最强。
答案：
C
【例5】解析：
CaCl2和Na2S是典型的离子化合物，只有离子键，CO2和CS2是共价化合物，只有共价键；Na2O只有离子键，Na2O2中既有离子键又有非极性共价键。
HCl中只有共价键，NaOH是离子化合物，既有离子键又有氧氢极性共价键。
答案：
A、C
【例6】解析：
形成配位键的条件是一个原子（或离子）有孤对电子，另一个原子（或离子）有空轨道。
在②CH4③OH-中中心原子碳和氧价电子已完全成键，没有孤对电子。
答案：
C
【例7】解析：
从基本构成微粒的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，特征都是无方向性和饱和性，自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。
答案：
B
【例8】解析：
四种物质中，阳离子电荷最多而半径最小的是Mg2＋故在金属镁中所形成的金属键是最强的，在金属钾中形成的金属键是最弱的。
答案：
B
典题例析参考答案：
【例1】解析：
离子化合物的电子式由阴阳离子的电子式按连接顺序组合在一起，简单的阳离子用离子符号，复杂的阳离子和阴离子都要用〔〕且要表示出最外层电子，一般达到8e－（或2e－）稳定结构，最后标上所带电荷。
所以A、D中Cl－的电子式不对，B中NH4＋的电子式不正确。
答案：
C
【例2】解析：
考查金属键的定义、特征。
从基本构成微粒的性质看，金属键属于静电作用，特征都是无方向性和饱和性，自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。
答案：
B
【例3】解析：
NaOH中存在离子键和极性共价键，HCl中只存在极性共价键，MgCl2中只存在离子键，NH4Cl中存在离子键，极性共价键和配位键三种。
答案：
D
【例4】解析：
（1）根据元素周期律，可知与F、Cl同主族的Br元素的X值应小于2.8，而Al的X值为1.5，故Br与Al的X值之差应小于1.7，所以AlBr3中的化学键为共价键。
（2）比较同主族元素的X值的大小，可知同主族元素中元素的X值越大，元素的非金属性越强，元素的X值越小，元素的金属性越强。
比较第二周期元素的X值可知，从左到右，X值逐渐增大。
答案：
（1）共价键
（2）N
基础强化参考答案：
1、解析：
电负性
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