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文档介绍
2020学年高中化学 第2章 化学键与分子间作用力 第3节 离子键、配位键与金属键教学案
第3节 离子键、配位键与金属键 [课标要求] 1．能说明离子键的形成。 2．能说明简单配合物的成键情况。 3．知道金属键的涵义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。 1.离子键：阴、阳离子通过静电作用形成的化学键。静电作用包括阴、阳离子间的静电引力和电子之间以及原子核之间的斥力。 2．离子键形成规律：一般来说，电负性差值大于1.7的金属元素与非金属元素易形成离子键。 3．配位键：成键的两原子一方(A)提供孤对电子，一方(B)提供空轨道而形成的化学键。用符号A→B表示。 4．金属键：金属中“自由电子”和金属阳离子之间存在的强的相互作用。 5．金属的通性(金属光泽、导电性、导热性、延展性)均与金属键有关。 1．概念 阴阳离子通过静电作用形成的化学键。 2．形成过程 3．实质 离子键的实质是静电作用，它包括阴、阳离子之间的静电引力和电子与电子及原子核与原子核之间的斥力两个方面。用公式F＝k表示。 4．特征 离子键没有方向性和饱和性。 5．形成条件 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。 14 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)离子键是阴、阳离子间的静电引力。( ) (2)含离子键的化合物一定是离子化合物。( ) (3)离子键与共价键都有方向性和饱和性。( ) (4)离子化合物中一定含有金属元素。( ) (5)共价化合物中可能含有离子键。( ) 答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× 2．以下叙述中，错误的是( ) A．钠原子和氯原子作用生成NaCl后，其结构的稳定性增强 B．在氯化钠中，除氯离子和钠离子的静电吸引作用外，还存在电子与电子、原子核与原子核之间的排斥作用 C．任何离子键在形成的过程中必定有电子的得与失 D．离子键、极性键、非极性键可能同时存在于一种物质中 解析：选C 活泼金属原子和活泼非金属原子之间形成离子化合物，阳离子和阴离子均达到稳定结构，这样体系能量降低，其结构稳定性增强，故A、B正确；离子键的形成只是阴、阳离子间的静电作用，并不一定发生电子的得、失，如Na＋与OH－结合成NaOH，C项错误；在CH3COONa中同时存在Na＋与CH3COO－间的离子键、C—C间的非极性键、C—H及C—O间的极性键，D项正确。 1．配位键 (1)概念：成键的两个原子一方提供孤对电子，一方提供空轨道而形成的化学键。如 (2)表示方法：常用符号A→B表示。A提供孤对电子，B提供空轨道。 如[Ag(NH3)2]OH中配位键可表示为[H3N→Ag←NH3]＋，[Cu(NH3)4]SO4中的配位键可表 示为 14 [特别提醒] (1)配位键实质上是一种特殊的共价键，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。 (2)同共价键一样，配位键可以存在于分子之中[如Ni(CO)4]，也可以存在于离子之中(如NH)。 (3)两种原子间所形成的配位键和普通共价键的性质(键长、键能、键角)完全相同。例如，NH中的N→H配位键和3个N—H共价键性质相同，即NH中4个价键的性质完全相同。 2．配合物 (1)概念：组成中含有配位键的物质。 (2)组成 ①常见的含孤对电子的配位体：分子如CO、NH3、H2O等；离子如Cl－、CN－、NO等。 ②常见的可提供空轨道的中心原子(或离子) 通常是过渡元素的离子或原子(价电子层的部分d轨道和s、p轨道是空轨道)，如Cu2＋、Ag＋、Fe3＋、Fe、Ni等。 (3)配合物的表示方法 配合物由中心原子(提供空轨道)和配位体(提供孤对电子)组成，分为内界和外界，以[Cu(NH3)4]SO4为例表示为 (4)配合物的用途 ①生命体中，许多酶与金属离子的配合物有关； ②科学研究和生产实践：进行溶解、沉淀或萃取等操作来达到分离提纯、分析检测等目的。 1．离子化合物中一定含有离子键，一定不含共价键吗？共价化合物一定含有共价键，一定不含离子键吗？ 提示：离子化合物可能含有共价键；共价化合物一定不含离子键。 2．常见的哪些物质中含有配位键？ 14 提示：铵盐、配位化合物如Ag(NH3)2OH、Cu(NH3)4SO4等。 化学键类型与物质类别的关系 (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，如(NH4)2SO4、NH4NO3、NaOH、Na2O2等。 (2)共价化合物中只有共价键，一定没有离子键。 (3)中学常见物质中的化学键 ①只有非极性键的物质：H2、O2、N2、金刚石、单晶硅、P4、S2、S4等同种非金属元素构成的单质。 ②只有极性键的物质：HX(X＝F、Cl、Br、I)、CO、NO、CS2、BF3等两种不同元素构成的化合物。 ③既有极性键，又有非极性键的物质：H2O2、CH2===CH2、CH≡CH、等。 ④只有离子键的物质：CsCl、NaCl、Na2O、K2O等。 ⑤既有离子键，又有非极性键的物质：Na2O2、FeS2、CaC2等。 ⑥有离子键、共价键、配位键的物质：铵盐。 ⑦无化学键的物质：稀有气体。 1．下列化合物中同时含有离子键、共价键、配位键的是( ) A．Na2O2 B．KOH C．NH4NO3 D．H2O 解析：选C A项，Na2O2中含离子键和非极性共价键；B项，KOH中含离子键和极性共价键；C项，NH4NO3中含离子键、配位键和极性共价键；D项，H2O中含极性共价键。 2．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．[Fe(SCN)6]3－中的Fe3＋提供空轨道，SCN－中的硫原子提供孤电子对形成配位键 D．许多过渡元素的离子(如Cu2＋、Ag＋等)和某些主族元素的离子或分子(如NH3、OH－等)都能形成配合物 解析：选B 配位化合物中一定含有配位键，但也可能含有离子键等其他化学键，A正确，B错误。Fe3＋、Cu2＋、Ag＋等过渡元素的离子有空轨道，对许多配体具有很强的结合力，可形成配合物；NH3中的氮原子、SCN－中的硫原子等有孤电子对，H＋有空轨道，也可以形成配合物，C、D均正确。 14 1．金属键 概 念 金属中金属阳离子和“自由电子”之间存在的强的相互作用 成键微粒 金属阳离子和“自由电子” 实 质 金属键本质是一种电性作用 特 征 (1)金属键无方向性和饱和性 (2)金属键中的电子在整个三维空间里运动，属于整块固态金属 2．金属性质 金属不透明，具有金属光泽及良好的导电性、导热性和延展性，这些性质都与金属键密切相关。 1．与离子键和共价键比较，金属键的成键微粒有什么不同？ 提示：离子键和共价键的成键微粒是离子和离子之间或原子和原子之间，金属键的成键微粒是金属阳离子和自由电子。 2．金属键存在于哪些物质中？有什么特点？ 提示：存在于金属或合金中，金属或合金中的所有金属阳离子与其中的所有自由电子参与成键。 离子键、共价键、金属键的比较 类型 比较 离子键 共价键 金属键 非极性键 极性键 配位键 本质 阴、阳离子间通过静电作用形成 相邻原子间通过共用电子对(电子云重叠)与原子核间的静电作用形成 金属阳离子与自由电子间作用 成键条件(元素种类) 成键原子的得、失电子能力差别很大(活泼金属与活泼非金属之间) 成键原子得、失电子能力相同(同种非金属) 成键原子得、失电子能力差别较小(不同非金属) 成键原子一方有孤对电子(配位体)，另一方有空轨道(中心离子) 同种金属或不同种金属(合金) 特征 有方向性、饱和性 无方向性、和性饱 14 无方向性、饱和性 表示方式(电子式) 存在 离子化合物 单质，共价化合物，离子化合物 共价化合物，离子化合物 离子化合物 金属单质、合金 1．下列有关金属键的叙述错误的是( ) A．金属键没有饱和性和方向性 B．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用 C．金属键中的电子属于整个金属 D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关 解析：选B 金属键是金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用，既有金属阳离子和自由电子间的静电吸引作用，也存在金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用。 2．下列叙述中错误的是( ) A．离子键没有方向性和饱和性，而共价键有方向性和饱和性 B．非金属元素间也可以形成离子化合物 C．配位键在形成时，是由成键双方各提供一个电子形成共用电子对 D．金属键的实质是金属中的自由电子与金属阳离子形成的一种强烈的相互作用 解析：选C 离子的电荷分布通常被看作是球形对称的，因此一种离子对带异性电荷离子的吸引与其所处的方向无关；每个离子也将尽可能多的吸引异性电荷排列在其周围，故离子键无方向性和饱和性，但共价键具有方向性和饱和性；非金属元素间可形成离子化合物，如NH4Cl、NH4NO3等；配位键中一方提供孤对电子而另一方提供空轨道；金属键是化学键，是一种强烈的相互作用。 3．比较大小(用“＞”或“＜”填空)。 (1)金属键强度：Li____Na____K____Rb； (2)金属性：Na____Mg____Al； (3)熔、沸点：Li____Na____K____Rb。 答案：(1)＞ ＞ ＞ (2)＞ ＞ (3)＞ ＞ ＞ [方法技巧] 14 金属键的强弱及对金属性质影响的判断 (1)金属键的强弱比较 金属键的强度主要取决于金属元素的原子半径和价电子数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱。原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。 (2)金属键对金属性质的影响 ①金属键越强，金属熔沸点越高。 ②金属键越强，金属硬度越大。 ③金属键越强，金属原子的电离能越大。 [三级训练·节节过关] 1．下列物质中只含有离子键的是( ) A．H2O B．CaCl2 C．NaOH D．Na2O2 解析：选B H2O中含有共价键，NaOH、Na2O2中既含有离子键又含有共价键，CaCl2中只含有离子键。 2．下列微粒中含配位键的是( ) ①N2H ②CH4 ③OH－ ④NH ⑤Fe(CO)3 ⑥Fe(SCN)3 ⑦H3O＋ ⑧Ag(NH3)2OH A．①②④⑦⑧ B．③④⑤⑥⑦ C．①④⑤⑥⑦⑧ D．全部 解析：选C 形成配位键的条件是一个原子(或离子)有孤电子对，另一个原子(或离子)有空轨道。在②CH4、③OH－中，中心原子碳和氧的价电子已完全成键，没有孤电子对。 3．在金属晶体中，自由电子与金属离子的碰撞中有能量传递，可以由此来解释的金属的物理性质是( ) A．延展性 B．导电性 C．导热性 D．硬度 解析：选C 金属晶体中的自由电子与金属离子的碰撞过程中有能量传递，故热量从晶体温度高的一端传递给温度低的一端。 4．下列说法不正确的是( ) ①全部由非金属元素组成的化合物一定不是离子化合物 14 ②金属原子与非金属原子之间的化学键可能是离子键，也可能是共价键 ③一种物质中有阳离子，则必定有阴离子 ④一种物质中有阴离子，则必定有阳离子 A．①② B．②③ C．①③ D．②④ 解析：选C ①离子化合物可能全部由非金属元素组成，如NH4Cl等铵盐；③一种物质中有阳离子不一定有阴离子，如金属单质。 5．在下列物质中：①CO2、②KCl、③CaBr2、④O2、⑤NH4Cl、⑥Ca(OH)2、⑦N2、⑧HBr、⑨NH3、Na2O2、⑪金属铜，请用序号回答下列问题： (1)只有非极性键的是__________。 (2)只有极性键的是__________。 (3)只有离子键的是__________。 (4)有离子键，也有非极性键的是__________。 (5)既有离子键，又有极性键的是__________。 (6)属于离子化合物的是__________。 (7)属于共价化合物的是__________。 (8)含有配位键的物质是__________，含有金属键的物质是__________。 解析：电负性相差较大的较活泼的金属元素与较活泼的非金属元素易形成离子化合物。铵盐为离子化合物且含有配位键；Na2O2为离子化合物，含O—O非极性键。 答案：(1)④⑦ (2)①⑧⑨ (3)②③ (4) (5)⑤⑥ (6)②③⑤⑥ (7)①⑧⑨ (8)⑤ ⑪ 1．下列物质中，既含有离子键，又含有非极性共价键的是( ) A．CaC2 B．CaCl2 C．H2O2 D．NaClO 解析：选A A项电子式为，其中含离子键、非极性键；B项中只含离子键；C项中含极性键、非极性键；D项中含有离子键和极性共价键。 2．下列物质不是配合物的是( ) A．NaCl B．[Fe(SCN)2]Cl C．[Cu(NH3)4]Cl2 D．[Ag(NH3)2]OH 解析：选A 含有配位键的化合物是配合物(一般铵盐除外)，NaCl中只含有离子键，故不是配合物。 3．下列生活中的问题，不能用金属键理论知识解释的是( ) 14 A．用铁制品做炊具 B．用金属铝制成导线 C．用铂金做首饰 D．铁易生锈 解析：选D 用铁制品做炊具利用金属的导热性；用金属铝制成导线利用金属的导电性；用铂金做首饰利用金属的延展性；三者均是由于金属阳离子与自由电子形成的金属键有关。铁易生锈与原子的还原性以及所处的周围介质的酸碱性有关。 4．氯化钠是日常生活中人们常用的调味品。下列性质可以证明氯化钠中一定存在离子键的是( ) A．具有较高的熔点 B．熔融状态能导电 C．水溶液能导电 D．常温下能溶于水 解析：选B NaCl在熔融状态能导电，说明NaCl在熔融状态产生自由移动的离子，即说明NaCl晶体中存在离子键。 5．下列各组物质中，化学键类型相同的是( ) A．HI和NaI B．NaF和KCl C．Cl2和KCl D．NaCl和NaOH 解析：选B HI、NaI中化学键分别为共价键、离子键；NaF、KCl中均为离子键；Cl2中为共价键，NaCl中为离子键，NaOH中为离子键、共价键。 6．由下列各组的三种元素共同组成的化合物中，既可能有离子化合物，又可能有共价化合物的是( ) A．H、O、C B．Na、S、O C．H、N、O D．H、S、O 解析：选C 要形成离子键，必须形成阴、阳离子。B中三种元素可形成的Na2SO3、Na2SO4、Na2S2O3 等，都是离子化合物；C中三种元素可形成HNO3、HNO2、NH4NO3等，既有离子化合物，又有共价化合物；A、D中三种非金属元素只能形成共价化合物。 7．下列说法正确的是( ) A．只有活泼金属与活泼非金属之间才能存在离子键 B．溶于水能导电的物质中一定含有离子键 C．具有离子键的化合物是离子化合物 D．化学键是分子中多个原子之间强烈的相互作用 解析：选C 非金属之间也可能形成离子键，如NH4Cl等；某些共价化合物溶于水也能导电，如HCl、H2SO4等；分子中两个或多个原子之间都可以形成化学键，化学键不仅仅指多个原子之间强烈的相互作用。 8．下列反应过程中，同时有离子键、极性共价键和非极性共价键的断裂和形成的是( ) A．NH4Cl===NH3↑＋HCl↑ B．NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3 14 C．2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O D．2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2 解析：选D A项，NH4Cl中含离子键和极性共价键，不含非极性共价键，NH3、HCl中不含离子键、非极性键；B项，NH3、CO2、H2O中均不含有离子键和非极性键，NH4HCO3中不含非极性键；C项，NaCl、NaClO、H2O中均不含非极性键。 9．配位键是一种特殊的共价键，即共用电子对由某原子单方面提供和另一缺电子的微粒结合。如NH就是由NH3(氮原子提供电子对)和H＋(缺电子)通过配位键形成的。据此，回答下列问题： (1)下列微粒中可能存在配位键的是______________。 A．CO2 B．H3O＋ C．CH4 D．NH3 (2)硼酸(H3BO3)溶液呈酸性，试写出其电离方程式：______________________________。 (3)科学家对H2O2结构的认识经历了较为漫长的过程，最初，科学家提出了两种观点： 甲：OHHO、乙：H—O—O—H，式中O→O表示配位键，在化学反应中O→O键遇到还原剂时易断裂。化学家Baeyer和Villiyer为研究H2O2的结构，设计并完成了下列实验： a．将C2H5OH与浓H2SO4反应生成(C2H5)2SO4和水； b．将制得的(C2H5)2SO4与H2O2反应，只生成A和H2SO4； c．将生成的A与H2反应(已知该反应中H2作还原剂)。 ①如果H2O2的结构如甲所示，实验c中反应的化学方程式为(A写结构简式)________________________________________________________________________。 ②为了进一步确定H2O2的结构，还需要在实验c后添加一步实验d，请设计d的实验方案：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)配位键形成的条件是一方提供电子对，另一方提供空轨道，在H3O＋中，H2O分子提供电子时，H＋提供空轨道，两者形成配位键[OHHH]＋。 (2)硼原子为缺电子原子，H3BO3的电离是B原子和水中的OH－形成配位键，水产生的H＋表现出酸性。 (3)由题中所含配位键的物质的反应特点分析。 答案：(1)B (2)H3BO3＋H2OH＋＋[B(OH)4]－ (3)①C2H5OOC2H5＋H2―→C2H5OC2H5＋H2O ②用无水硫酸铜检验c的反应产物中有没有水(或其他合理答案) 10．氮化钠(Na3N)是科学家制备的一种重要的化合物，它与水作用可产生NH3 14 。请回答下列问题： (1)Na3N的电子式是________________，该化合物是由__________键形成的。 (2)Na3N与盐酸反应生成__________种盐，其电子式是___________________。 (3)Na3N与水的反应属于__________反应，反应的化学方程式：________________________________________________________________________。 (4)比较Na3N中两种微粒的半径r(Na＋)________r(N3－)。 解析：(1)据N原子最外层有5个电子，非金属性比较强，Na最外层只有1个电子，金属性强，可知形成离子键。 (2)Na3N＋4HCl===3NaCl＋NH4Cl。 (3)Na3N＋3H2O===3NaOH＋NH3↑，属于复分解反应(或水解反应)。 (4)Na＋和N3－核外电子排布相同，核电荷数越多，原子核对外层电子的引力越强，微粒半径越小，则r(Na＋)＜r(N3－)。 答案：(1) 离子 (2)两 (3)复分解(或水解) Na3N＋3H2O===3NaOH＋NH3↑ (4)＜ (对应课时跟踪检测P60) 1．下列关于化学键的叙述中，正确的是( ) A．离子化合物中不能含共价键 B．共价化合物中可能含离子键 C．离子化合物中只含有离子键 D．共价化合物中不含离子键 解析：选D 离子化合物一定含有离子键，可能含有共价键，而共价化合物仅含有共价键。 2．某元素基态原子的价电子排布为ns1，当它跟卤素结合时可形成的化学键是( ) A．一定是共价键 B．一定是离子键 C．可能是共价键，也可能是离子键 D．一定是极性共价键 14 解析：选C 基态原子的价电子排布为ns1的元素属于ⅠA族，即为H、Li、Na、K、Rb、Cs等，卤素为F、Cl、Br、I等，故两主族元素两两结合时形成的化学键可能是共价键(如H—F)，也可能是离子键(如NaF)。 3．下列分子或离子中，能提供孤对电子与某些金属离子形成配位键的是( ) ①H2O ②NH3 ③Cl－ ④SCN－ A．①② B．①②③ C．①②④ D．①②③④ 4．下列物质：①[Cu(H2O)4]2＋；②[Al(OH)4]－； ③CH3COO－；④NH3；⑤CH4。含有配位键的是( ) A．①② B．①③ C．④⑤ D．②④ 解析：选A 水分子中的氧有未成键电子对，Cu2＋有空轨道，由此可以判断该离子有配位键；[Al(OH)4]－离子中，Al只有3个电子可以成键，故还有一个空轨道，故其中一个OH－是通过配位键与Al结合的。 5．下列关于金属键的叙述中，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．金属中的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动 解析：选B 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。 6．向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水，先形成难溶物，继续添加氨水，难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液。下列对此现象说法正确的是( ) A．反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后Cu2＋的浓度不变 14 B．沉淀溶解后，将生成深蓝色的配合离子[Cu(NH3)4]2＋ C．硫酸铜水溶液里加入氨水生成的沉淀是氢氧化铜，继续加氨水沉淀又溶解，说明氢氧化铜是两性氢氧化物 D．在[Cu(NH3)4]2＋离子中，Cu2＋给出孤对电子，NH3提供空轨道 解析：选B 向CuSO4水溶液中逐滴加入氨水时，先后发生反应：Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH，Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O。Cu(OH)2溶于氨水是因为生成的[Cu(NH3)4]2＋比Cu(OH)2更难电离，故C项错误；反应前后Cu2＋的浓度减小，故A项错误；在[Cu(NH3)4]2＋离子中，Cu2＋提供3d空轨道，NH3分子提供孤对电子。 7．已知NH3分子可与Cu2＋形成配合物离子[Cu(NH3)4]2＋，则除去硫酸铜溶液中少量硫酸可选用的试剂是( ) A．NaOH B．NH3 C．BaCl2 D．Cu(OH)2 解析：选D 除杂原则“不增不减易复原”。A项，CuSO4＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋Na2SO4；B项，CuSO4＋4NH3===[Cu(NH3)4]SO4；C项，BaCl2＋H2SO4===BaSO4↓＋2HCl，引入新杂质Cl－；D项，Cu(OH)2＋H2SO4===CuSO4＋H2O。 8．根据物质结构理论判断下列说法错误的是( ) A．镁的硬度大于铝 B．钠的熔、沸点低于镁 C．镁的硬度大于钾 D．钙的熔、沸点高于钾 解析：选A 镁和铝的自由电子数Al>Mg，离子半径Al3＋查看更多