版高中化学第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学案鲁科版选修3.docx

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版高中化学第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学案鲁科版选修3

第3节　离子键、配位键与金属键

[学习目标定位]　1.知道离子键的形成、概念、实质及特征。

2.知道配位键、配合物的概念，学会配位键的判断方法，会分析配合物的组成与应用。

3.知道金属键的概念及其实质，能够用金属键理论解释金属的物理特性。

一、离子键

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

阴、阳离子之间的静电作用。

当静电作用中同时存在的静电引力和静电斥力达到平衡时，体系的能量最低，形成稳定的离子化合物。

（1）静电引力是指阴、阳离子之间的异性电荷吸引力。

（2）静电斥力包括阴、阳离子的原子核、核外电子之间的斥力。

（3）影响静电作用的因素

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。

F＝k

（k为比例系数）

4．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。

5．特征

（1）没有方向性：

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，因此一种离子对带异性电荷离子的吸引作用与其所处的方向无关。

（2）没有饱和性：

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。

（1）离子键的存在

只存在于离子化合物中：

大多数盐、强碱、活泼金属氧化物（过氧化物如Na2O2、氢化物如NaH）和NH4H等。

（2）离子键的实质是“静电作用”。

这种静电作用不仅是静电引力，而是指阴、阳离子之间静电吸引力与电子与电子之间、原子核与原子核之间的排斥力处于平衡时的总效应。

（3）离子电荷、离子半径是影响离子键强弱的重要因素。

阴、阳离子所带的电荷越多，离子半径越小（核间距越小），静电作用越强，离子键越强。

例1　具有下列电子排布的原子中最难形成离子键的是（　　）

A．1s22s22p2B．1s22s22p5

C．1s22s22p63s2D．1s22s22p63s1

答案　A

解析　形成离子键的元素为活泼金属元素与活泼非金属元素，A为C元素，B为F元素，C为Mg元素，D为Na元素，则只有A项碳元素既难失电子，又难得电子，不易形成离子键。

例2　下列物质中的离子键最强的是（　　）

A．KClB．CaCl2

C．MgOD．Na2O

答案　C

解析　离子键的强弱与离子本身所带电荷数的多少及半径有关，半径越小，离子键越强，离子所带电荷数越多，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中的离子键最强。

例3　下列关于离子键的说法中错误的是（　　）

A．离子键没有方向性和饱和性

B．非金属元素组成的物质也可以含离子键

C．形成离子键时离子间的静电作用包括静电吸引和静电斥力

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

答案　D

解析　活泼金属和活泼非金属元素原子间易形成离子键，但由非金属元素组成的物质也可含离子键，如铵盐，B项正确；离子键无饱和性，体现在一种离子周围可以尽可能多地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（即空间条件是否允许）和个数比的影响，D项错误。

易错警示

（1）金属与非金属形成的化学键有可能是共价键，如AlCl3。

（2）完全由非金属元素形成的化合物中有可能含离子键，如NH4Cl、NH4H，一定有共价键。

（3）离子键不具有饱和性是相对的，每种离子化合物的组成和结构是一定的，而不是任意的。

二、配位键和配合物

1．配位键

（1）用电子式表示NH3、NH

的形成

①N原子与H原子以共价键结合成NH3分子：

；

②NH3分子与H＋结合成NH

：

。

（2）②中共价键的形成与①相比较的不同点：

②中形成共价键时，N原子一方提供孤对电子，H＋提供空轨道。

（3）配位键的概念及表示方法

①概念：

成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的共价键。

②表示方法：

配位键常用A―→B表示，其中A是提供孤电子对的原子，B是接受孤电子对或提供空轨道的原子。

2．配合物

（1）配合物的形成

在盛有2mL0.1mol·L－1的CuSO4溶液中，逐滴加入过量的浓氨水，观察到的现象是先生成蓝色沉淀，继续加氨水，沉淀溶解，最后变为蓝色透明溶液。

反应的离子方程式是

①Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu（OH）2↓＋2NH

；

②Cu（OH）2＋4NH3·H2O===[Cu（NH3）4]2＋＋2OH－＋4H2O。

（2）[Cu（NH3）4]2＋（配离子）的形成：

氨分子中氮原子的孤对电子进入Cu2＋的空轨道，Cu2＋与NH3分子中的氮原子通过共用氮原子提供的孤对电子形成配位键。

配离子[Cu（NH3）4]2＋可表示为（如图所示）。

（3）配合物的概念：

由提供孤对电子的配位体与接受孤对电子的中心原子以配位键结合形成的化合物。

如[Cu（NH3）4]SO4、[Ag（NH3）2]OH等均为配合物。

（1）配合物的组成

配合物[Cu（NH3）4]SO4的组成如下图所示：

①中心原子或离子：

提供空轨道，常见的是过渡金属的原子或离子，如Fe、Ni、Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。

②配位体：

提供孤对电子的阴离子或分子，如H2O、NH3、CO；X－（F－、Cl－、Br－、I－）、OH－、SCN－、CN－等。

③配位数：

直接与中心原子配位的原子或离子数目。

如[Fe（CN）6]4－中Fe2＋的配位数为6。

④内界和外界：

配合物分为内界和外界，其中配离子称为内界，与内界发生电性匹配的阳离子或阴离子称为外界，外界和内界以离子键相结合。

（2）配合物溶于水的电离情况

配合物中外界离子能电离出来，而内界离子不能电离出来，通过实验及其数据可以确定内界和外界离子的个数，从而可以确定其配离子、中心离子和配位体。

例4　下列不能形成配位键的组合是（　　）

A．Ag＋、NH3B．H2O、H＋

C．Co3＋、COD．Ag＋、H＋

答案　D

解析　配位键的形成条件必须是一方能提供孤电子对，另一方能提供空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空轨道，NH3、H2O、CO能提供孤电子对，所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能提供空轨道，而无法提供孤电子对，所以不能形成配位键。

例5　回答下列问题：

（1）配合物[Ag（NH3）2]OH的中心离子是__________，配位原子是__________，配位数是__________，它的电离方程式是__________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）向盛有少量NaCl溶液的试管中滴入少量AgNO3溶液，再加入氨水，观察到的现象是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）解释加入氨水后，现象发生变化的原因____________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）Ag＋　N　2　[Ag（NH3）2]OH===[Ag（NH3）2]＋＋OH－

（2）产生白色沉淀，加入氨水后，白色沉淀溶解

（3）AgCl存在微弱的溶解平衡：

AgCl（s）Ag＋（aq）＋Cl－（aq），向其中滴加氨水，Ag＋与NH3能发生如下反应：

Ag＋＋2NH3===[Ag（NH3）2]＋，会使沉淀溶解平衡向右移动，最终因生成[Ag（NH3）2]Cl而溶解

解析　在配合物[Ag（NH3）2]OH中，中心离子是Ag＋，配位原子是NH3分子中的N原子，配位数是2。

三、金属键

1．金属键的概念及其实质

（1）概念：

金属中金属阳离子和自由电子之间存在的强烈相互作用。

（2）成键微粒：

金属阳离子和自由电子。

（3）本质：

金属阳离子和自由电子之间的电性作用。

2．金属键的特征

（1）金属键没有共价键所具有的饱和性和方向性。

（2）金属键中的电子在整个三维空间运动，属于整块固态金属。

3．用金属键理论解释金属的下列物理性质

（1）金属不透明，具有金属光泽。

答案　当可见光照射到金属表面上时，固态金属中的“自由电子”能够吸收所有频率的光并很快放出，使得金属不透明并具有金属光泽。

（2）金属具有良好的延展性。

答案　金属键没有方向性，当金属受到外力作用时，金属原子间发生相对滑动而不会破坏金属键，金属发生形变但不会断裂，故金属具有良好的延展性。

（3）金属具有良好的导电性。

答案　金属内部自由电子的运动不具有方向性，在外加电场的作用下，金属晶体中的“自由电子”发生定向移动而形成电流，使金属表现出导电性。

（4）金属具有良好的导热性。

答案　当金属中有温度差时，通过不停运动着的“自由电子”与金属阳离子间的碰撞，把能量由高温处传向低温处，使整块金属表现出导热性。

例6　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．构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动

答案　B

解析　从基本构成微粒的性质看，金属键与离子键的实质，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。

例7　金属键的强弱与金属的价电子数多少有关，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。

据此判断下列金属熔点逐渐升高的是（　　）

A．Li、Na、KB．Na、Mg、Al

C．Li、Be、MgD．Li、Na、Mg

答案　B

解析　金属键越强，金属的熔点越高。

A项，阳离子半径顺序为LiNa>K，熔点依次降低；B项，价电子数的关系为NaMg>Al，故金属键依次增强，熔点依次升高；C项，Be的熔点高于Mg；D项，Li的熔点高于Na。

规律总结

对于主族元素，一般同周期从左到右金属的熔、沸点逐渐升高，同主族从上到下金属的熔、沸点逐渐降低。

化学键的比较

键型

离子键

共价键（含配位键）

金属键

概念

阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键

原子间通过共用电子对形成的化学键

自由电子和金属阳离子之间的强的相互作用

成键方式

通过得失电子达到稳定结构

通过形成共用电子对达到稳定结构

许多原子共用许多电子

成键粒子

阴、阳离子

原子

自由电子、金属阳离子

成键性质

静电作用

静电作用

静电作用

形成条件

活泼金属元素与活泼非金属元素化合时形成离子键

同种或不同种非金属元素化合时形成共价键（稀有气体元素除外）

固态金属或合金

成键特征

无方向性和饱和性

有方向性和饱和性

无方向性和饱和性

存在

离子化合物

绝大多数非金属单质、共价化合物、某些离子化合物

金属单质、合金

1．下列叙述正确的是（　　）

A．带相反电荷离子之间的相互吸引称为离子键

B．金属元素和非金属元素化合时不一定形成离子键

C．原子最外层只有1个电子的主族元素与卤素所形成的化学键一定是离子键

D．非金属元素形成的化合物中不可能含有离子键

答案　B

解析　离子键的本质是阴、阳离子之间的静电作用，静电作用包括静电引力和静电斥力，A项不正确；活泼金属与活泼非金属容易形成离子键，一般当成键原子所属元素的电负性差值小于1.7时，原子间不易形成离子键，如AlCl3和BeCl2中金属与非金属原子形成共价键，B项正确；原子最外层只有1个电子的主族元素包括H元素和碱金属元素，H元素与卤素形成共价键，碱金属元素与卤素形成离子键，C项不正确；由非金属元素形成的化合物中可能含有离子键，如铵盐中NH

与阴离子形成离子键。

2．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是（　　）

A．X、Y只能均是分子

B．X、Y只能均是离子

C．若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对

D．若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y

答案　C

解析　形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必须是一种微粒提供空轨道、一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确；配位键中箭头应该指向提供空轨道的X，D项错误。

3．下列关于金属及金属键的说法正确的是（　　）

A．金属键具有方向性和饱和性

B．金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用

C．金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子

D．金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光

答案　B

解析　金属键没有方向性和饱和性，A不正确；金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用，B正确；金属导电是因为自由电子在外加电场作用下发生定向移动，C不正确；金属具有光泽是因为自由电子能够吸收并放出可见光，D不正确。

4．下列叙述错误的是（　　）

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．金属键的实质是在整块固态金属中不停运动的“自由电子”与金属阳离子相互作用，使得体系的能量大大降低

C．配位键在形成时，由成键双方各提供一个电子形成共用电子对

D．三种不同的非金属元素可以形成离子化合物

答案　C

解析　A项为离子键和共价键的特征，正确；C项，配位键在形成时，由成键原子的一方提供孤对电子，另一方提供空轨道，错误；NH4Cl是不含金属元素的离子化合物且是由三种不同的非金属元素组成的，D正确。

5．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）4]2＋中的Cu2＋提供空轨道，H2O中的O原子提供孤电子对，两者结合形成配位键

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广泛的应用

答案　B

解析　配位化合物中一定含有配位键，但也含有其他化学键；Cu2＋提供空轨道，H2O中的O原子提供孤电子对，两者结合形成配位键。

6．回答下列问题：

（1）下列金属的金属键最强的是____________（填字母）。

a．Nab．Mgc．Kd．Ca

（2）有下列物质：

A．NaOHB．Na2O

C．NH4ClD．Na2O2

E．Ni（CO）4F．CH4

①只含离子键的化合物________（填字母，下同）。

②含有极性键的离子化合物________。

③含有非极性键的离子化合物________。

④存在着配位键的化合物是________。

⑤含键的类型最多的是________________。

（3）在配离子[Fe（CN）6]3－中，中心离子的配位数为______________，提供空轨道的是______________，与其配位体互为等电子体的一种微粒是______________。

答案　

（1）b　

（2）①B　②AC　③D　④CE　⑤C　（3）6　Fe3＋　CO（或N2、C

等写出一种即可）

解析　

（1）金属阳离子半径越小，金属价电子数越多，金属键越强，四种金属中阳离子电荷数最多而半径最小的是Mg2＋，故金属镁的金属键最强。

（2）离子键是阴、阳离子间强烈的静电作用，存在于离子化合物中。

一般共价键的成键微粒是原子，主要存在于非金属单质（稀有气体除外）、共价化合物、某些离子化合物中；配位键也属于共价键，是由具有空轨道的原子或离子和具有孤对电子的分子或离子组成的，主要存在于配合物中。

同种非金属元素的原子之间形成非极性共价键，不同种非金属元素的原子之间形成极性键。

（3）[Fe（CN）6]3－中的配位数为6，Fe3＋提供空轨道。

配位体为CN－，其等电子体有N2、CO、C

等。

[对点训练]

题组1　离子键及其存在

1．下列说法中正确的是（　　）

A．共价化合物中不可能含有离子键

B．含有金属阳离子的物质都是离子化合物

C．仅由非金属元素组成的化合物中不可能含有离子键

D．由金属元素和非金属元素组成的化合物一定是离子化合物

答案　A

解析　金属单质都含有金属阳离子，它们不是化合物，更不是离子化合物，B错误；NH4Cl等铵盐是仅由非金属元素组成的化合物，其中含有离子键，C错误；AlCl3是由金属元素和非金属元素组成的，是共价化合物，D错误。

2．下列有关离子键的特征的叙述中正确的是（　　）

A．因为氯化钠的化学式是NaCl，故每个Na＋周围吸引一个Cl－

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

D．一种离子对带异性电荷离子的吸引作用与其所处的方向无关，故离子键无方向性

答案　D

解析　因为离子键无方向性，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；离子键无饱和性，体现在一种离子周围可以尽可能多地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（即空间条件是否允许）和个数比的影响。

3．下列各组化合物中，化学键类型都相同的是（　　）

A．CaCl2和Na2SB．Na2O和Na2O2

C．CH4和NaHD．HCl和NaOH

答案　A

解析　CaCl2和Na2S是典型的离子化合物，只含有离子键；Na2O只含有离子键，Na2O2中既含有离子键又含有非极性共价键；CH4是共价化合物，只含有共价键，NaH是离子化合物，只含有离子键；HCl中只含有共价键，NaOH是离子化合物，既含有离子键又含有极性共价键。

4．NaF、NaI、MgO均为离子化合物，根据下列数据，判断这三种化合物熔点的高低顺序是（　　）

物质

①NaF

②NaI

③MgO

离子所带电荷数

1

1

2

键长（10－10m）

2.31

3.18

2.10

A.①>②>③B．③>①>②

C．③>②>①D．②>①>③

答案　B

解析　一般来说，离子半径越小，离子所带电荷数越多，则离子键越强，离子化合物的熔点也越高；同时，所含化学键的键长越短，键能往往越大，破坏化学键所需的能量就越高，离子化合物的熔点也越高。

根据表中信息，题给三种化合物的熔点按③①②的顺序逐渐降低。

题组2　金属键与金属的物理性质

5．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．金属键中的自由电子属于整块金属

C．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关

D．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

答案　D

解析　金属键没有方向性和饱和性；金属键中的自由电子属于整块金属；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也包括金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用；金属的性质及固体的形成都与金属键强弱有关。

6．物质结构理论推出：

金属键越强，其金属的硬度越大，熔点越高。

且研究表明，一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是（　　）

A．硬度：

Mg＞AlB．熔点：

Mg＞Ca

C．硬度：

Mg＞KD．熔点：

Ca＞K

答案　A

解析　根据题目所给信息，镁原子和铝原子的电子层数相同，价电子数：

Al＞Mg，离子半径：

Al3＋＜Mg2＋，金属键：

Mg＜Al，铝的硬度大于镁，A项错误；镁、钙原子价电子数相同，离子半径：

Ca2＋＞Mg2＋，金属键：

Mg＞Ca，镁的熔点高于钙，B项正确；价电子数：

Mg＞K，离子半径：

Mg2＋＜Na＋＜K＋，金属键：

Mg＞K，镁的硬度大于钾，C项正确；钙和钾元素位于同一周期，价电子数：

Ca＞K，离子半径：

K＋＞Ca2＋，金属键：

Ca＞K，钙的熔点高于钾，D项正确。

题组3　配位键与配合物

7．下列各种说法中错误的是（　　）

A．配位键是一种特殊的共价键

B．NH4NO3、H2SO4都含有配位键

C．共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子

D．形成配位键的条件是一方有空轨道，一方有孤对电子

答案　C

解析　配位键是一种特殊的共价键，A正确；NH4NO3、H2SO4中的NH

、SO

含有配位键，B正确；配位键是成键的两个原子一方提供孤对电子，另一方提供空轨道，D正确。

8．既有离子键又有共价键和配位键的化合物是（　　）

A．NH4NO3B．NaOHC．H2SO4D．H2O

答案　A

9．[Co（NH3）5Cl]Cl2是一种紫红色的晶体，下列说法中正确的是（　　）

A．配体是Cl－和NH3，配位数是8

B．中心离子是Co2＋，配离子是Cl－

C．内界和外界中Cl－的数目比是1∶2

D．加入足量AgNO3溶液，所有Cl－一定被完全沉淀

答案　C

解析　配位数不包括外界离子，故[Co（NH3）5Cl]Cl2中配体是Cl－和NH3，配位数是6，A错误；Co3＋为中心离子，配离子是[Co（NH3）5Cl]2＋，B错误；[Co（NH3）5Cl]Cl2内界是[Co（NH3）5Cl]2＋，外界是Cl－，内界和外界中Cl－的数目比是1∶2，C正确；加入足量的AgNO3溶液，内界Cl－不沉淀，D错误。

10．已知Co（Ⅲ）的八面体配合物的化学式为CoClm·nNH3，若1mol配合物与AgNO3溶液反应生成1molAgCl沉淀，则m、n的值是（　　）

A．m＝1，n＝5B．m＝3，n＝4

C．m＝5，n＝1D．m＝4，n＝5

答案　B

解析　由1mol配合物与AgNO3反应生成1molAgCl可知，1mol配合物电离出1molCl－，即配离子显＋1价、外界有一个Cl－；因为钴显＋3价，所以内界中有两个Cl－；因为其空间构型为八面体，所以n＝6－2＝4。

配合物为[Co（NH3）4Cl2]Cl。

题组4　关于化学键的综合考查

11．下列叙述中错误的是（　　）

A．形成配位键时，成键双方各提供一个电子形成共用电子对

B．离子键没有方向性和饱和性，共价键有方向性和饱和性

C．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

D．金属键中的“自由电子”为金属阳离子共用

答案　A

解析　形成配位键时，成键双方一方提供空轨道，一方提供孤对电子，故A错误；共价键具有方向性和饱和性，但离子键、金属键都无方向性和饱和性，故B