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第四章 物质结构 元素周期律
第三节 化学键
一、离子键
问题:为数不多的元素的原子是通过什么作用形成种类繁多的物质的呢?
现象:
反应式:
剧烈燃烧,产生大量白烟、黄色火焰
2Na+Cl2 == 2NaCl
△
思考
1.画出钠和氯的原子结构示意图。
2.从原子结构的角度分析氯化钠是怎样形成的?
实验:钠在氯气中燃烧
Na+
Cl-
电子转移
1
1、氯化钠的形成过程:
不稳定
较稳定
在Na+和Cl- 为什么可以结合在一起?
静电作用:
1、静电吸引
2、静电排斥
(1)定义:带相反电荷的离子之间的相互作用称为离子键。
(2)成键粒子:
带相反电荷的离子(阴、阳离子)
静电作用(静电吸引和静电排斥)
(3)成键本质:
2.离子键
阴离子:
阳离子:
活泼的金属(IA IIA)阳离子、NH4+
活泼非金属(VIA VIIA)阴离子、酸根阴离子、OH-
阴、阳离子
静电作用
使阴、阳离子结合成化合物的静电作用叫做离子键。
(4)成键原因:
1、原子相互得失电子,形成稳定结构;
2、离子间相互吸引与排斥,达到平衡状态;
3、体系的总能量比成键前降低了。
(5)离子键存在的范围:
强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐、金属过氧化物、金属氢化物
1.下列说法正确的是 ( ) A.离子键就是阴阳离子间的静电引力 B.所有金属元素与所有非金属元素间都能形成离子键 C.钠原子与氯原子结合成氯化钠后体系能量降低 D.在离子化合物CaCl2中,两个氯离子间也存在离子键
2.下列各数值表示有关元素的原子序数,能以离子键相互结合成稳定化合物的是 ( )
A.10与19 B.6与16 C. 11与17 D.14与8
活泼金属
失电子
被氧化
阳离子
ne-
活泼非金属
得电子
被还原
阴离子
离子化合物
离子键
3.离子化合物:由离子键构成的化合物。
(含有离子键的化合物。)
离子化合物:包括强碱、活泼金属氧化物、绝大部分盐 、活泼金属过氧化物、活泼金属氢化物等。
离子化合物与离子键的关系:
离子化合物
离子键
一定含有
含离子键的一定是
4、下列物质中含有离子键的是( )
是离子化合物的是( )
1、H2O 2、CaCl2
3、NaOH 4、H2SO4
5、Na2O 6、CO2
7、Na2O2 8、NH4Cl
9、NH3 10、BF3
2、3、5、7、8
2、3、5、7、8
3.下列不是离子化合物的是( ) A.H 2 O B.CaI 2 C.KOH D.NaNO 3
***离子化合物的物理性质:
1、离子化合物的熔点一般较高,常温下为固态;
2、离子化合物熔融时(部分离子化合物溶于水),离子键被破坏,
形成自由移动的阴、阳离子,能够导电。
故离子化合物均是电解质(反之不成立)。
离子化合物
熔融状态能导电
一定
的化合物一定是
离子化合物
电解质
一定
不一定是
⑴、原子的电子式:均匀、对称分布。
H
O
Cl
Mg
Na
4.电子式
电子式:在元素符号周围用小黑点 .(或×)来表示原子的最外层电子的式子。
注意:排布的形式一般在元素符号的上、下、左、右四个方位,每个方位一般不超过两个。
注:同种原子不能同时用小黑点.和×
如:H、O、Cl、Mg、Na
如Mg
2
Na
①简单阳离子的电子式:
即离子符号
如 NH4+:
N
H
+
H
H
H
.
H+
②复杂阳离子电子式:
在原子周围标出电子,并使每个原子达到稳定结构,用[ ]括上,并在[ ]的右上角标明电性和电量。
⑵离子的电子式:
Cl
O
2-
③简单阴离子的电子式:
④复杂阴离子的电子式:
O
H
-
一般用 表示
R
n-
S
2-
在元素符号周围标出电子,用[ ]括上,并在[ ]的右上角标明电性和电量。
如:Cl-、O2-、S2-
在原子周围标出电子,并使每个原子达到稳定结构,用[ ]括上,并在[ ]的右上角标明电性和电量。
如:OH-
1、 写出下列微粒的电子式:
硫原子、 溴原子、 硫离子、溴离子、铝离子
AB型
AB2型
A2B型
(3)离子化合物的电子式:
由阴、阳离子的电子式组合而成,但相同离子不能合并,一般对称排列。
NaCl
MgCl2
Na2S
[ 练习] 写出下列化合物的电子式:
KBr,Na2O,CaCl2 ,CaO
注意:相同的离子不能写在一起,一般对称排列.
如:
Mg
2
Br
Br
Mg
2
Br
2
×
MgBr2
Mg
2
Br
Br
Br
Mg
Br
S
2-
K
K
S
K
K
例:
⑷用电子式表示离子化合物的形成过程
左侧写原子的电子式、并用弧形箭头标明电子转移,右侧写离子化合物的电子式,中间用 连接.如:K2S、MgBr2形成。
注意:1、用弧形箭头表示电子转移的方向.2、 箭头左方相同的原子可以合并,箭头右方相同的离子不可以合并。
练习:用电子式表示KBr、MgO、CaBr2的形成过程
⑴.溴化钾的形成过程
⑵.氧化镁的形成过程
⑶.溴化钙的形成过程
Ca
2
Br
Br
Br
Ca
Br
(1)原子:最外层电子数用“.”或“x”表示。
(2)阴离子:画出最外层电子数,加“[ ]”,括号内应达稳定结构,右上角标出所带电荷 ;
(3)简单阳离子:仍用离子符号表示。
(4)离子化合物:由阴阳离子电子式组成,相同离子单独写,不能合并。
(5)离子键的形成过程:左边写出形成物质的所有原子的电子式,右边写出离子化合物的电子式,左右用箭头连接。 只用“→”表示形成过程,而不用“=”;
电子式书写小结
二、共价键
为什么2个氢原子结合成氢分子,2个氯原子结合成氯分子,而不是3个、4个呢?为什么1个氢原子和1个氯原子结合成氯化氢分子,而不是以其他的个数相比结合呢?
从原子结构的角度分析H 2、Cl2 、 HCl的形成过程?
1、氯气分子的形成过程:
+17
+1
+1
+17
H Cl
H
Cl
HCl
氯化氢分子的形成过程:
··
· Cl
··
:
H ·
+
→
Cl
··
··
H
··
··
共用电子对
2、共价键
(1)定义:原子之间通过共用电子对所形成的相互作用,叫做共价键。
(2)成键粒子:
非金属原子之间、金属原子与非金属原子
共用电子对
(3)成键本质:
(4)共价键存在于哪些物质中?
①同种非金属原子构成的单质中。
③某些金属原子与非金属原子构成的化合物中。如AlCl3
②不同种非金属原子构成的化合物中。
④某些离子化合物中。如NaOH
不同原子之间通过共用电子对形成分子的化合物。
例:HCl H2O CO2 CH4 NH3
3、共价化合物
(只含有共价键的化合物。)
(3)含氧酸
(5)少数盐(如AlCl3)
(4)大多数有机物
常见的共价化合物:
含有共价键的物质:
(1)非金属单质(稀有气体除外)
(1)非金属氢化物
(2)非金属氧化物
(2)共价化合物
(3)部分离子化合物
共价化合物与共价键的关系:
共价化合物
共价键
只含有
含共价键的不一定是
1、共价化合物中 含有共价键, 含离子键;
2、含有共价键的化合物 是共价化合物,
离子化合物中 含有共价键,如 。
3、只含有共价键的物质 是共价化合物,如 。
4、稀有气体单质是单原子分子,既 离子键也不含共价键。
只含有共价键的化合物一定是
共价化合物的物理性质:
1、共价化合物的熔点一般较低,常温下为液态或气态;
(部分共价化合物的熔点很高,如SiO2 SiC等)
2、共价化合物熔融时均不导电。
部分共价化合物溶于水可导电(如HCl 、AlCl3等)。
含有共价键的化合物一定是共价化合物
全部由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物
在气态单质分子里一定有共价键
错,如 NH4Cl 等铵盐
错,如:NaOH Na2SO4
错,He、Ne等稀有气体
判断
(双选)关于化学键的下列叙述中,正确的是 ( )
(A)离子化合物可以含共价键
(B)共价化合物可能含离子键
(C)离子化合物中只含离子键
(D)共价化合物中不含离子键
正确。如离子化合物NaOH含极性共价键。
含离子键的化合物就是离子化合物
多元素离子化合物除含离子键外,可能含共价键,如NaOH。
正确。若含离子键,应属离子化合物。
A D
巩固练习:
1、共价键不仅存在于非金属单质和共价化合物中,也存在于某些离子化合物中。
2、共价化合物中只存在共价键。
3、离子键只存在于离子化合物中。
4、离子化合物中一定含有离子键,可能含有共价键。
(1)电子式:
4、共价化合物的表示方法
①非金属单质和共价化合物的电子式:
把共用电子对写在两原子之间,使原子都形成稳定结构。(共用电子对数目等于原子的未成对电子数目)。
如:H2、HCl、H2O、CH4、NH3、CCl4、HClO、O2、N2、CO2
注:没有括号[ ]和所带的电荷。
②复杂阳离子的电子式:
③复杂阴离子的电子式:
如 NH4+:
N
H
+
H
H
H
.
在原子周围标出电子,并使每个原子达到稳定结构,用[ ]括上,并在[ ]的右上角标明电性和电量。
O
H
-
在原子周围标出电子,并使每个原子达到稳定结构,用[ ]括上,并在[ ]的右上角标明电性和电量。
如:OH- O22-
④电子式表示含有共价键物质的形成过程:
左侧写原子的电子式,右侧写单质或化合物的电子式,中间用 连接.没有弧形箭头,没有括号[ ]和所带电荷。如:Cl2、HCl、CO2的形成。
··
· Cl
··
:
··
· Cl
··
:
+
Cl Cl
:
:
:
:
:
:
:
··
· Cl
··
:
H ·
+
→
Cl
··
··
H
··
··
(2)结构式 :
H-H O=O N N
在化学上常用一根短线来表示一对共用电子,这样得到的式子叫做结构式。
(未成键电子/孤对电子省略不写。)
如:H2、O2、N2、HCl
(单键)
(三键)
(双键)
氯气
写出下列物质的电子式和结构式
溴化氢
过氧化氢
甲烷
﹕
H Br
﹕
﹕
﹕
氮气
﹕
H C H
﹕
﹕
﹕
H
H
Cl Cl
:
:
:
:
:
:
:
…
N N
··
…
··
﹕
H O O H
﹕
﹕
﹕
·
·
·
·
·
·
Cl-Cl
H-Br
N≡N
H-C -H
H
H
-
-
H-O-O-H
(3)分子的空间结构 :
H2O、CH4、NH3、CO2的空间结构
共价单质和共价化合物都含有共价键,但通常说像单质分子H2 、 N2 中,成键原子不显电性,而像HF、H2O、CO2 分子中原子显电性,为什么呢?
思考?
5、共价键的分类
(1)非极性共价键
(2)极性共价键
由同种原子形成的共价键,两个原子吸引电子的能力相同,共用电子对不偏向任何一个原子,成键原子因此不显电性,这样的共价键叫做非极性共价键,简称非极性键。
由不同种原子形成的共价键,两个原子吸引电子的能力不相同,共用电子对偏向吸引电子能力强的原子而偏离吸引电子能力弱的原子,因此吸引电子能力强的原子显负电性而吸引电子能力弱的原子显正电性,这样的共价键叫做极性共价键,简称极性键。
极性键 非极性键
成键原子
不同
不同
相同
相同
发生偏移
不发生偏移
NH3 H2O
HCl
O2 H2 N2
H2O2 Na2O2
原子吸引
电子的能力
共用电子对是
否偏移
举例
类型
项目
小 结:
共价键与离子键的比较
共价键 离子键
成键元素
成键粒子
成键本质
化合物电子式
两种相同或不同的非金属化合
活泼金属与活泼非金属化合
原 子
阴、阳离子
形成共用电子对
静电作用
Na [ Cl ]
+
-
X
练习 下列说法中正确的是 ( )
(A)含有共价键的分子一定是共价分子
(B)只含有共价键的物质一定是共价化合物
(C)离子化合物中可能含有极性共价键或非极性共价键
(D)氦分子中含有共价键
也可能是单质分子,如氯气,氮气。
正确
氦气是单原子分子,不存在化学健。
C
也可能是离子化合物,如 NaOH, Na2O2 。
练习2:下列物质中,1.含离子键的物质是( );2.含非极性共价键的物质是( );3.含极性共价键的物质是( );4.是离子化合物的是( );5、是共价化合物的是( )
A、KF B、H2O C、 N2
D、 F2 E、CS2 F、CaCl2、
G、CH4 H、CCl4 I、 Br2
J、 PH3
A、F
B、E、G、H、J、
C、D、I
A、F
B、E、G、H、J
三、化学键
1、定义:离子相结合或原子相结合的作用力通称为化学键,即相邻原子间强烈的相互作用称为化学键。
2、分类:
离子键
共价键
金属键
非极性共价键
极性共价键
请你用化学键的观点来概略地分析化学反应的过程。
(以H2与Cl2反应为例)
化学反应的实质:
旧化学键断裂和新化学键形成的过程
··
··
Cl2 Cl· + Cl·
··
··
··
··
H2 H + H
×
×
H + Cl· H Cl
·
··
··
··
··
··
··
×
×
化学反应 断裂的键 生成的键
2H2+O2==2H20
H2+Cl2==2HCl
N2+3H2===2NH3
氢氢键、氧氧键
氢氧键
氢氢键、氯氯键
氮氮键、氢氢键
氢氯键
氢氮键
点燃
点燃
高温高压
催化剂
是否有化学键断裂就
一定是化学变化呢?
这两个过程均属于物理变化.所以破坏化学键不一定发生化学变化。
注意:
1、离子化合物受热熔化或溶于水时会破坏离子键,
2、某些共价化合物(酸类)溶于水时会破坏共价键;
但化学变化过程中一定有旧化学键的断裂和新化学键的形成.
四、分子间作用力和氢键
1 、分子间作用力
定义:分子间存在着一种把分子聚集在一起的作用力,叫分子间作用力.又称范德华力
特点
比化学键弱得多,它主要影响物质的熔点、沸点、溶解性等物理性质,而化学键主要影响物质的化学性质.
(3)分子间作用力只存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大多数非金属单质分子之间,及稀有气体分子之间.
(4)变化规律:对于组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的溶沸点越高。
如:I2>Br2 > Cl2 > F2
(2)分子间作用力的范围很小(一般是300-500pm),只有分子间的距离很小时才有(固体、液体)。
2、氢键
(1)定义:NH3、H2O、HF等分子之间存在着一种比分子间作用力稍强的相互作用,这种相互作用叫氢键.
定义:分子中与氢原子形成共价键的非金属原子(如N、 O、F),如果吸引电子的能力很强,原子半径又很小,则使氢原子几乎成为裸露的质子,带部分正电荷,这样的分子间,氢核与带部分负电荷的非金属原子之间相互吸引,这种静电作用就是氢键。
(2)氢键的特点
① 氢键不属于化学键,比化学键弱得多,比范德华力强,也属于分子间作用力的范畴。
② 形成条件:氢原子与得电子能力很强、原子半径很小的原子(如:N、O、F)形成的分子之间易形成氢键。如HF、H2O、NH3等分子间易形成氢键。
③ 表示方法:用“X···H”表示
(3)氢键对物质性质的影响
结果1:氢键的形成会使含有氢键的物质的熔、沸点大大升高。如:水的沸点高、氨易液化等。这是因为固体熔化或液体汽化时,必须破坏分子间作用力和氢键。
结果2:氢键的形成对物质的溶解性也有影响,
如:NH3极易溶于水。
结果3:氢键的形成对物质的密度也有影响,
如:冰的密度小于液态水的密度。
练习1:下列变化中,不需要破坏化学键的是( )
A.加热氯化铵 B.干冰气化
C.食盐溶于水 D.氯化氢溶于水
B
练习2.下列物质发生变化时:
(1)破坏离子键的是 ;(2)破坏共价键的是 ;
(3)破坏氢键的是 ;(4)破坏范德华力的是 。
①干冰升华 ②冰融化 ③食盐溶于水 ④HCl溶于水 ⑤碘升华 ⑥甲烷在纯氧中燃烧
⑦液态HCl变成气体 ⑧NaCl受热熔化
答案 (1)③⑧(2)④⑥(3)②(4)①⑤⑦