2.3 离子键、配位键和金属键 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2
文档属性
| 名称 | 2.3 离子键、配位键和金属键 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 183.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-06 14:51:36 | ||
图片预览
文档简介
2.3 离子键、配位键和金属键
【学习目标】
1.结合常见的离子化合物的实例,认识离子键的本质。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
2.知道配位键的特点,认识简单的配位化合物的成键特征,了解配位化合物的存在与应用。能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。
3.知道金属键的特点与金属某些性质的关系。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
【自主预习】
一、离子键
1.概念
阴、阳离子通过 形成的化学键。
2.形成过程
3.判断
成键原子所属元素的电负性差值 ,越容易形成离子键,一般认为当成键原子所属元素的电负性差值 时,原子间才有可能形成离子键。
4.实质
离子键的实质是 ,它包括阴、阳离子之间的 和电子与电子、原子核与原子核之间同性电荷所产生的 两个方面。
5.特征
离子键没有 性和 性。
二、配位键
1.配位键
(1)概念:成键的两个原子一方提供 ,另一方提供 而形成的化学键。
(2)形成条件及表示方法
一方有提供孤电子对的原子(如A),另一方有接受孤电子对的空轨道的原子(如B)。
配位键用符号 表示。
例如:[Ag(NH3)2]OH中的配位键可表示为 ,[Cu(NH3)4]SO4中的配位键可表示为 。
(3)特点:配位键与普通共价键类似,不同的只是成键的共用电子对是由一方提供的。
2.配位化合物
(1)概念:组成中含有配位键的物质。
(2)组成
3.配合物的制备与应用
(1)制备[Cu(NH3)4](OH)2
Cu2++2NH3·H2OCu(OH)2↓+2N
Cu(OH)2+4NH3[Cu(NH3)4]2++2OH-
(2)制备银氨溶液
Ag++NH3·H2OAgOH↓+N
AgOH+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]++OH-+2H2O
(3)有些配合物显现出特征颜色,从而可用于物质的检验。
(4)利用金属离子和与其配位的物质的性质不同,进行溶解、沉淀或萃取操作来达到分离提纯、分析检测等目的。
三、金属键
1.金属键及其实质
概念 金属中 和“ ”之间的强的相互作用
成键微粒 和“ ”
实质 金属键本质是一种
特征 (1)金属键没有共价键所具有的 和 (2)金属键中的电子在整个 里运动,属于整块固态金属
2.金属键与金属性质
(1)金属光泽:因为固态金属中有“ ”,当可见光照射到金属表面上时,“自由电子”能够吸收所有频率的光并迅速释放,使得金属不透明并具有金属光泽。
(2)导电性:在外接电源的条件下,“自由电子”能沿着导线由电源的负极向电源的正极流动而形成电流,使金属表现出导电性。
(3)导热性:金属中有 时,不停运动着的“自由电子”能通过自身与金属阳离子间的碰撞,将能量由高温处传向低温处,从而使金属表现出导热性。
【参考答案】一、1.静电作用 3.越大 大于1.7 4.静电作用 吸引力 排斥力 方向 饱和
二、1.孤电子对 空轨道 A→B H3NAg+
H3NCu2+ 2.空轨道 孤电子对
三、1.金属阳离子 自由电子 金属阳离子 自由电子
电性作用 方向性 饱和性 三维空间 2.自由电子 温度差
【效果检测】
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)配位键实质是一种极性键。 ( )
(6)N中的四个σ键不相同。 ( )
(7)形成配位键的电子对也是由成键双方原子提供的。 ( )
(8)配位键具有饱和性和方向性。 ( )
(9)金属单质中均含金属键,常温下均为固体。 ( )
(10)含有阳离子的物质中一定含有阴离子。 ( )
(11)能导电的单质一定是金属单质。 ( )
(12)金属具有金属光泽与金属中有“自由电子”有关。 ( )
(13)金属受外力作用时,金属键被破坏,各层间发生滑动,因此具有延展性。 ( )
【答案】(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)√ (9)× (10)× (11)× (12)√ (13)×
2.金属元素与非金属元素化合时一定形成离子键吗
【答案】不一定。金属元素与非金属元素也有可能形成共价键,如Al、Cl两种元素以共价键形成AlCl3。
3.离子键是通过阴、阳离子间的静电吸引形成的吗
【答案】不是。离子键是阴、阳离子通过静电作用形成的,这种静电作用是指阴、阳离子之间的静电吸引力与电子和电子之间、原子核和原子核之间的排斥力处于平衡时的总效应。
4.金属导电与电解质溶液导电有什么区别
【答案】金属导电是“自由电子”的定向移动,属于物理变化,电解质溶液导电是阴、阳离子的定向移动并在阴、阳极放电的过程,是化学变化。
5.AlCl3在183 ℃开始升华,溶于水、乙醚等,其二聚物的结构如图所示,其中Al原子的杂化方式为 ,在图中用“→”标出分子中的配位键。
【答案】sp3
【合作探究】
任务1：离子键
情境导入 图1是氯化钠的晶体结构模型,图2是氯化铯的晶体结构模型。
问题生成
1.与共价键相比,离子键为什么没有方向性和饱和性
【答案】(1)离子键没有方向性的原因: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,因此一种离子可以对不同方向的带异性电荷的离子产生吸引作用,即相对于共价键而言,离子键是没有方向性的。
(2)离子键没有饱和性的原因: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。
2.如图1、2所示,Na+最邻近且等距的Cl-有几个 Cs+最邻近且等距的Cl-有几个
【答案】6;8。
【核心归纳】
1.常见物质中化学键的判断
(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;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,其中的共价键既可能是极性共价键,又可能是非极性共价键。例如:
①只含有离子键:MgO、NaCl、MgCl2;
②含有极性共价键和离子键:NaOH、NH4Cl、Na2SO4;
③含有非极性共价键和离子键:Na2O2、CaC2等。
(2)共价化合物中只有共价键,一定没有离子键。这是因为共价化合物中没有带电荷的阴、阳离子,如HCl、CO2、CH4等。
(3)在非金属单质中只有共价键,但稀有气体分子中不存在共价键。
(4)非金属元素之间也可以形成离子键,如NH4Cl;共价化合物不一定都由非金属元素组成,如AlCl3属于共价化合物。
2.离子化合物和共价化合物的判断
(1)根据形成化合物的元素来判断。一般来说,活泼的金属元素和活泼的非金属元素间形成的是离子化合物,不同种非金属元素间形成的是共价化合物。
(2)根据化合物的类型来判断。大多数碱性氧化物、强碱和盐都属于离子化合物;非金属氢化物、非金属氧化物、含氧酸都属于共价化合物。
(3)根据化合物的性质来判断。熔、沸点较低的化合物是共价化合物;溶于水后不能发生电离的化合物是共价化合物;熔化状态下能导电的化合物是离子化合物。
特别提醒：1.离子半径越小,离子所带电荷越多,离子键越强。
2.离子键越强,相应离子化合物的熔、沸点越高。
3.离子化合物在熔融状态下和水溶液中所含离子键均能断裂。
【典型例题】
【例1】固体A的化学式为NH5,它的所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子的电子层结构,其水溶液呈碱性。则下列有关说法错误的是( )。
A.1 mol NH5中含有5NA个N—H键
B.NH5中既有共价键又有离子键,为离子化合物
C.NH5的电子式为[H]+H]-
D.NH5与水反应的化学方程式为NH5+H2ONH3·H2O+H2↑
【答案】A
【解析】若氢元素全显+1价,氮元素就为-5价,不成立。若氮元素为-3价(联想N),其中一个氢显-1价,其余四个氢显+1价,则NH5的电子式为[H]+H]-,所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子的电子层结构,故固体A为离子化合物。根据其水溶液呈碱性,可写出该物质与水反应的化学方程式。
【例2】在下列物质中:①氨气 ②氯化氢 ③氯化铵 ④干冰
⑤苛性钠 ⑥氯化钠 ⑦冰 ⑧氩气 ⑨过氧化钠 ⑩过氧化氢 氢气 甲烷 HClO Cl2 CH3COOH
(1)只有非极性键的是 。
(2)只有极性键的是 。
(3)既有极性键又有非极性键的是 。
(4)只有离子键的是 。
(5)既有离子键又有极性键的是 。
(6)既有离子键又有非极性键的是 。
【答案】(1) (2)①②④⑦ (3)⑩ (4)⑥ (5)③⑤ (6)⑨
任务2：配位键及配位化合物
情境导入 银镜反应是银(Ag)的化合物溶液被还原为金属银的化学反应,由于生成的金属银附着在容器内壁上,光亮如镜,故称为银镜反应。工业上则用这个反应来对玻璃涂银制镜和制保温瓶胆。
问题生成
向AgNO3溶液中滴入氨水,先生成白色沉淀,随氨水的滴加,沉淀逐渐溶解,生成了[Ag(NH3)2]+。
1.整个过程中发生了哪些反应
【答案】Ag++NH3·H2OAgOH↓+N,AgOH+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]++OH-+2H2O。
2.利用化学平衡移动原理解释配离子是如何形成的。
【答案】AgOH浊液中存在AgOH(s)Ag+(aq)+OH-(aq)平衡,继续滴入氨水时,NH3分子与Ag+形成[Ag(NH3)2]+配离子,且配离子很稳定,促使以上平衡右移,AgOH逐渐溶解。
3.[Ag(NH3)2]+中提供孤电子对的和提供空轨道的分别是什么粒子
【答案】在[Ag(NH3)2]+中N原子提供孤电子对,Ag+提供空轨道。
【核心归纳】
1.配合物的组成
配合物由中心原子(提供空轨道)和配体(提供孤电子对)组成,分为内界和外界,以[Cu(NH3)4]SO4为例表示为:
(1)配体
配体可以是阴离子,如X-(卤素离子)、OH-、SCN-、CN-、RCOO-(羧酸根离子)、P等;也可以是中性分子,如H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等。配体中直接同中心离子配合的原子叫作配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子,如NH3中的N原子、H2O中的O原子,配位原子通常是ⅤA族、ⅥA族、ⅦA族的元素。
(2)配位数
直接同中心离子(或原子)配位的原子的数目叫中心离子(或原子)的配位数。要注意只含有一个配位原子的配体称为单基配位体,中心离子同单基配位体结合的数目就是该中心离子的配位数,如[Fe(CN)6]4-中Fe2+的配位数为6。含有两个以上配位原子的配体叫多基配体,中心离子(或原子)同多基配体配合时,配位数等于同中心离子配位的原子数。例如,乙二胺分子中含有两个配位N原子,故在[Pt(en)2]Cl2(en代表乙二胺分子)中Pt2+的配位数为2×2=4,而配体只有两个,依次类推。
2.配位键与共价键的关系
(1)形成过程不同:配位键实质上是一种特殊的共价键,在配位键中一方提供孤电子对,另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。
(2)配位键与普通共价键的实质相同。它们都被成键原子双方共用,如在N中有三个普通共价键、一个配位键,但四者是完全相同的。
(3)同普通共价键一样,配位键可以存在于分子中[如Ni(CO)4],也可以存在于离子中(如N)。
(4)配位键与普通共价键一样既有饱和性又有方向性。
3.配合物的形成对物质性质的影响
(1)对溶解性的影响:一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物,可以溶解于氨水,或依次溶于含过量OH-、Cl-、Br-、I-、CN-的溶液中,形成可溶性的配合物。
(2)颜色的改变:当简单离子形成配离子时,颜色常发生变化,根据颜色的变化可以判断是否有配离子生成。如Fe3+与SCN-在溶液中可生成配位数为1~6的配离子,这种配离子的颜色是血红色的,反应的离子方程式为Fe3++nSCN-[Fe(SCN)n]3-n(n=1~6)。
(3)稳定性增强:配合物具有一定的稳定性,配合物中的配位键越强,配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时,配合物的稳定性与配体的性质有关。如血红素中的Fe2+与CO分子形成的配位键比Fe2+与O2分子形成的配位键强,因此血红素中的Fe2+与CO分子结合后,就很难再与O2分子结合,使血红蛋白失去输送O2的功能,从而导致人体CO中毒。
4.配合物内界中共价键数目的判断
若配体为单核离子如Cl-等,可以不予计入,若为分子,需要用配体分子内的共价键数乘以该配体的个数,此外,还要加上中心原子与配体形成的配位键,这也是σ键。例如:配合物[Co(NH3)4Cl2]Cl的共价键数为3×4+4+2=18。
【典型例题】
【例3】用过量的AgNO3溶液处理含0.01 mol氯化铬的水溶液(CrCl3·6H2O),生成0.02 mol AgCl沉淀,此配合物的组成最可能是( )。
A.[Cr(H2O)6]Cl3
B.[CrCl(H2O)5]Cl2·H2O
C.[CrCl2(H2O)4]Cl·2H2O
D.[CrCl3(H2O)3]·3H2O
【答案】B
【解析】用过量的AgNO3溶液处理含0.01 mol氯化铬的水溶液(CrCl3·6H2O),生成0.02 mol AgCl沉淀,说明有2个Cl-在外界,1个Cl-在内界,对照各选项,答案选B。
【例4】配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]可用于离子检验。下列说法不正确的是( )。
A.此配合物中存在离子键、配位键、极性键、非极性键
B.配离子为[Fe(CN)5(NO)]2-,中心离子为Fe3+,配位数为6,配位原子有C和N
C.1 mol该配合物中σ键的数目为12NA
D.该配合物为离子化合物,易电离,1 mol该配合物电离共得到的离子数目为3NA
【答案】A
【解析】Na+与[Fe(CN)5(NO)]2-间存在离子键,NO分子、CN-与Fe3+形成配位键,碳氮之间、氮氧之间存在极性共价键,不存在非极性键,A项错误;NO分子、CN-与Fe3+共形成6个配位键,配位原子有C和N,B项正确;1 mol该配合物中σ键的数目为(5×2+1×2)×NA =12NA,C项正确;配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]为离子化合物,电离出2个Na+与1个[Fe(CN)5(NO)]2-,所以1 mol 配合物电离共得到3NA个离子,D项正确。
任务3：金属键
情境导入 花丝镶嵌是一门传承久远的中国传统手工技艺,主要用于皇家饰品的制作。花丝选用金、银、铜为原料,采用掐、填、攒、焊、编织、堆垒等传统技法,将金属片做成托和瓜子型凹槽,再镶以珍珠、宝石。花丝镶嵌工艺起源于春秋战国金银错工艺,在明代中晚期达到高超的艺术水平。2008年6月,花丝镶嵌制作技艺被列入国家级非物质文化遗产名录。
问题生成
1.金属中存在化学键吗 是哪种类型的化学键
【答案】存在;金属键。
2.金属被压成薄片、拉丝、制成导线的过程中金属的化学性质有没有改变
【答案】没有改变。金属被压成薄片、拉丝、制成导线的过程仅是改变金属形状的物理变化,其成分没有改变。
3.金属为什么具有金属光泽
【答案】当可见光照射到金属表面上时,“自由电子”能够吸收所有频率的光并迅速释放,使得金属不透明并具有金属光泽。
4.金属为什么具有一定的导电、导热和延展性
【答案】金属中存在“自由电子”,“自由电子”被所有原子共用,从而把所有金属原子维系在一起,当金属受到外力作用时,各原子层发生滑动而具有良好的延展性;在外加电场作用下,“自由电子”会发生定向移动而导电;“自由电子”在运动时会与金属阳离子发生碰撞而传递热量。
【核心归纳】
1.金属键的特征
“自由电子”不属于某个特定的金属阳离子,即每个金属阳离子均可享有所有的“自由电子”,但都不可能独占某个或某几个“自由电子”。金属键既没有方向性,也没有饱和性。
2.金属键的强弱比较
一般来说,金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。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。
3.金属键对物质性质的影响
(1)金属键越强,晶体的熔、沸点越高。
(2)金属键越强,晶体的硬度越大。
【典型例题】
【例5】要使金属熔化必须破坏其中的金属键。金属熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱。由此判断下列说法正确的是( )。
A.金属锂的熔点高于金属铍
B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的
C.金属镁的硬度小于金属钙
D.金属铝的硬度大于金属钠
【答案】D
【解析】同周期金属元素从左到右,随着原子半径的减小、金属离子电荷数的增多,金属键逐渐增强,金属锂和铍位于同周期,则铍的金属键强,熔点高,A项错误;碱金属元素从Li到Cs,阳离子半径增大,对外层电子束缚能力减弱,金属键减弱,所以熔沸点降低,B项错误;镁离子的半径比钙离子的小,所以镁的金属键比钙的强,则金属镁的硬度大于金属钙,C项错误;铝离子带3个单位正电荷,而钠离子带1个单位正电荷,且铝离子半径小于钠离子,所以铝的金属键比钠的强,则金属铝的硬度大于金属钠,D项正确。
【例6】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”之间存在的强的静电吸引作用
C.金属键中的电子属于整块金属
D.金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关
【答案】B
【解析】金属键是指金属阳离子和“自由电子”之间存在的强的相互作用,而不仅仅指静电吸引作用,还有金属阳离子间的和“自由电子”间的排斥作用。
【随堂检测】
1.下列有关离子键的叙述中正确的是( )。
A.离子化合物中只含有离子键
B.共价化合物中可能含离子键
C.含离子键的化合物不一定为离子化合物
D.共价化合物中不含离子键
【答案】D
【解析】由阴、阳离子通过离子键直接构成的化合物称为离子化合物,故在离子化合物中必含离子键,含离子键的化合物必为离子化合物,即离子键只存在于离子化合物中。但在阴、阳离子中可能含有极性或非极性共价键,如NaOH、NH4Cl、Na2O2,故在离子化合物中除了含有离子键外还可能含有共价键。共价化合物是原子间通过共用电子相互结合形成的化合物,它们之中不可能存在离子键。
2.下列能证明NaCl为离子化合物的方法是( )。
A.NaCl溶液可以导电
B.NaCl溶液呈电中性
C.熔融NaCl可以导电
D.NaCl溶于水可以电离出Na+和Cl-
【答案】C
【解析】离子化合物在熔融状态下电离出自由移动的阴、阳离子而导电,而共价化合物在熔融状态下不导电。
3.关于配合物[Cu(H2O)4]SO4,下列说法错误的是( )。
A.此配合物中,中心离子的配位数为4
B.H2O为配体,配位原子是氧原子
C.此配合物中,Cu2+提供孤电子对
D.向此配合物溶液中加入BaCl2溶液,出现白色沉淀
【答案】C
【解析】配合物[Cu(H2O)4]SO4的配体是H2O,配位数是4,A项正确;配合物[Cu(H2O)4]SO4中H2O为配体,配位原子是氧原子,B项正确;此配合物中,Cu2+为中心原子,提供空轨道,配位原子氧原子提供孤电子对,C项错误;硫酸根离子在外界,向此配合物溶液中加入BaCl2溶液,出现白色沉淀硫酸钡,D项正确。
4.下列有关NH3、N、N的说法正确的是( )。
A.NH3能形成分子间氢键
B.N的空间结构为三角锥形
C.NH3与N中的键角相等
D.NH3与Ag+形成的[Ag(NH3)2]+中有6个配位键
【答案】A
【解析】氨气分子中N原子有比较强的吸电子能力,能和其他氨气分子中的H原子形成氢键,A项正确;N中N原子价电子对数为3+=3,且N原子不含孤电子对,该离子为平面三角形,B项错误;N中N原子价电子对数为4+=4,且N原子不含孤电子对,NH3中N原子价电子对数为3+=4,且N原子含有1对孤电子对,N为正四面体结构、NH3为三角锥形结构,孤电子对和成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,所以键角:N>NH3,C项错误;NH3与Ag+形成的[Ag(NH3)2]+中,配体数目为2,形成两个配位键,D项错误。
5.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、K B.Na、Mg、Al
C.Li、Be、Mg D.Li、Na、Mg
【答案】B
【解析】金属键越强,金属的熔点越高。A项,阳离子半径大小顺序为Li+Na>K,熔点依次降低;B项,价电子数的大小关系为NaMg2+>Al3+,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。
6.某多孔储氢材料前驱体结构如图,M、W、X、Y、Z五种元素原子序数依次增大,基态Z原子的电子填充了3个能级,其中有2个未成对电子。下列说法正确的是( )。
A.氢化物沸点:X>Y
B.原子半径:MC.第一电离能:WD.阴、阳离子中均有配位键
【答案】D
【解析】由题干信息可知,基态Z原子的电子填充了3个能级,其中有2个未成对电子,故Z为C或者O,根据多孔储氢材料前驱体结构图可知,Y周围形成了4个单键,再结合信息M、W、X、Y、Z五种元素原子序数依次增大,故Y为N,Z为O,M只形成一个单键,M为H,X为C,则W为B,据此分析解题。X、Y的氢化物分别为CH4和NH3,由于NH3存在分子间氢键,故氢化物沸点:X2
【学习目标】
1.结合常见的离子化合物的实例,认识离子键的本质。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
2.知道配位键的特点,认识简单的配位化合物的成键特征,了解配位化合物的存在与应用。能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。
3.知道金属键的特点与金属某些性质的关系。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
【自主预习】
一、离子键
1.概念
阴、阳离子通过 形成的化学键。
2.形成过程
3.判断
成键原子所属元素的电负性差值 ,越容易形成离子键,一般认为当成键原子所属元素的电负性差值 时,原子间才有可能形成离子键。
4.实质
离子键的实质是 ,它包括阴、阳离子之间的 和电子与电子、原子核与原子核之间同性电荷所产生的 两个方面。
5.特征
离子键没有 性和 性。
二、配位键
1.配位键
(1)概念:成键的两个原子一方提供 ,另一方提供 而形成的化学键。
(2)形成条件及表示方法
一方有提供孤电子对的原子(如A),另一方有接受孤电子对的空轨道的原子(如B)。
配位键用符号 表示。
例如:[Ag(NH3)2]OH中的配位键可表示为 ,[Cu(NH3)4]SO4中的配位键可表示为 。
(3)特点:配位键与普通共价键类似,不同的只是成键的共用电子对是由一方提供的。
2.配位化合物
(1)概念:组成中含有配位键的物质。
(2)组成
3.配合物的制备与应用
(1)制备[Cu(NH3)4](OH)2
Cu2++2NH3·H2OCu(OH)2↓+2N
Cu(OH)2+4NH3[Cu(NH3)4]2++2OH-
(2)制备银氨溶液
Ag++NH3·H2OAgOH↓+N
AgOH+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]++OH-+2H2O
(3)有些配合物显现出特征颜色,从而可用于物质的检验。
(4)利用金属离子和与其配位的物质的性质不同,进行溶解、沉淀或萃取操作来达到分离提纯、分析检测等目的。
三、金属键
1.金属键及其实质
概念 金属中 和“ ”之间的强的相互作用
成键微粒 和“ ”
实质 金属键本质是一种
特征 (1)金属键没有共价键所具有的 和 (2)金属键中的电子在整个 里运动,属于整块固态金属
2.金属键与金属性质
(1)金属光泽:因为固态金属中有“ ”,当可见光照射到金属表面上时,“自由电子”能够吸收所有频率的光并迅速释放,使得金属不透明并具有金属光泽。
(2)导电性:在外接电源的条件下,“自由电子”能沿着导线由电源的负极向电源的正极流动而形成电流,使金属表现出导电性。
(3)导热性:金属中有 时,不停运动着的“自由电子”能通过自身与金属阳离子间的碰撞,将能量由高温处传向低温处,从而使金属表现出导热性。
【参考答案】一、1.静电作用 3.越大 大于1.7 4.静电作用 吸引力 排斥力 方向 饱和
二、1.孤电子对 空轨道 A→B H3NAg+
H3NCu2+ 2.空轨道 孤电子对
三、1.金属阳离子 自由电子 金属阳离子 自由电子
电性作用 方向性 饱和性 三维空间 2.自由电子 温度差
【效果检测】
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)配位键实质是一种极性键。 ( )
(6)N中的四个σ键不相同。 ( )
(7)形成配位键的电子对也是由成键双方原子提供的。 ( )
(8)配位键具有饱和性和方向性。 ( )
(9)金属单质中均含金属键,常温下均为固体。 ( )
(10)含有阳离子的物质中一定含有阴离子。 ( )
(11)能导电的单质一定是金属单质。 ( )
(12)金属具有金属光泽与金属中有“自由电子”有关。 ( )
(13)金属受外力作用时,金属键被破坏,各层间发生滑动,因此具有延展性。 ( )
【答案】(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)√ (9)× (10)× (11)× (12)√ (13)×
2.金属元素与非金属元素化合时一定形成离子键吗
【答案】不一定。金属元素与非金属元素也有可能形成共价键,如Al、Cl两种元素以共价键形成AlCl3。
3.离子键是通过阴、阳离子间的静电吸引形成的吗
【答案】不是。离子键是阴、阳离子通过静电作用形成的,这种静电作用是指阴、阳离子之间的静电吸引力与电子和电子之间、原子核和原子核之间的排斥力处于平衡时的总效应。
4.金属导电与电解质溶液导电有什么区别
【答案】金属导电是“自由电子”的定向移动,属于物理变化,电解质溶液导电是阴、阳离子的定向移动并在阴、阳极放电的过程,是化学变化。
5.AlCl3在183 ℃开始升华,溶于水、乙醚等,其二聚物的结构如图所示,其中Al原子的杂化方式为 ,在图中用“→”标出分子中的配位键。
【答案】sp3
【合作探究】
任务1：离子键
情境导入 图1是氯化钠的晶体结构模型,图2是氯化铯的晶体结构模型。
问题生成
1.与共价键相比,离子键为什么没有方向性和饱和性
【答案】(1)离子键没有方向性的原因: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,因此一种离子可以对不同方向的带异性电荷的离子产生吸引作用,即相对于共价键而言,离子键是没有方向性的。
(2)离子键没有饱和性的原因: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。
2.如图1、2所示,Na+最邻近且等距的Cl-有几个 Cs+最邻近且等距的Cl-有几个
【答案】6;8。
【核心归纳】
1.常见物质中化学键的判断
(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;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,其中的共价键既可能是极性共价键,又可能是非极性共价键。例如:
①只含有离子键:MgO、NaCl、MgCl2;
②含有极性共价键和离子键:NaOH、NH4Cl、Na2SO4;
③含有非极性共价键和离子键:Na2O2、CaC2等。
(2)共价化合物中只有共价键,一定没有离子键。这是因为共价化合物中没有带电荷的阴、阳离子,如HCl、CO2、CH4等。
(3)在非金属单质中只有共价键,但稀有气体分子中不存在共价键。
(4)非金属元素之间也可以形成离子键,如NH4Cl;共价化合物不一定都由非金属元素组成,如AlCl3属于共价化合物。
2.离子化合物和共价化合物的判断
(1)根据形成化合物的元素来判断。一般来说,活泼的金属元素和活泼的非金属元素间形成的是离子化合物,不同种非金属元素间形成的是共价化合物。
(2)根据化合物的类型来判断。大多数碱性氧化物、强碱和盐都属于离子化合物;非金属氢化物、非金属氧化物、含氧酸都属于共价化合物。
(3)根据化合物的性质来判断。熔、沸点较低的化合物是共价化合物;溶于水后不能发生电离的化合物是共价化合物;熔化状态下能导电的化合物是离子化合物。
特别提醒：1.离子半径越小,离子所带电荷越多,离子键越强。
2.离子键越强,相应离子化合物的熔、沸点越高。
3.离子化合物在熔融状态下和水溶液中所含离子键均能断裂。
【典型例题】
【例1】固体A的化学式为NH5,它的所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子的电子层结构,其水溶液呈碱性。则下列有关说法错误的是( )。
A.1 mol NH5中含有5NA个N—H键
B.NH5中既有共价键又有离子键,为离子化合物
C.NH5的电子式为[H]+H]-
D.NH5与水反应的化学方程式为NH5+H2ONH3·H2O+H2↑
【答案】A
【解析】若氢元素全显+1价,氮元素就为-5价,不成立。若氮元素为-3价(联想N),其中一个氢显-1价,其余四个氢显+1价,则NH5的电子式为[H]+H]-,所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子的电子层结构,故固体A为离子化合物。根据其水溶液呈碱性,可写出该物质与水反应的化学方程式。
【例2】在下列物质中:①氨气 ②氯化氢 ③氯化铵 ④干冰
⑤苛性钠 ⑥氯化钠 ⑦冰 ⑧氩气 ⑨过氧化钠 ⑩过氧化氢 氢气 甲烷 HClO Cl2 CH3COOH
(1)只有非极性键的是 。
(2)只有极性键的是 。
(3)既有极性键又有非极性键的是 。
(4)只有离子键的是 。
(5)既有离子键又有极性键的是 。
(6)既有离子键又有非极性键的是 。
【答案】(1) (2)①②④⑦ (3)⑩ (4)⑥ (5)③⑤ (6)⑨
任务2：配位键及配位化合物
情境导入 银镜反应是银(Ag)的化合物溶液被还原为金属银的化学反应,由于生成的金属银附着在容器内壁上,光亮如镜,故称为银镜反应。工业上则用这个反应来对玻璃涂银制镜和制保温瓶胆。
问题生成
向AgNO3溶液中滴入氨水,先生成白色沉淀,随氨水的滴加,沉淀逐渐溶解,生成了[Ag(NH3)2]+。
1.整个过程中发生了哪些反应
【答案】Ag++NH3·H2OAgOH↓+N,AgOH+2NH3·H2O[Ag(NH3)2]++OH-+2H2O。
2.利用化学平衡移动原理解释配离子是如何形成的。
【答案】AgOH浊液中存在AgOH(s)Ag+(aq)+OH-(aq)平衡,继续滴入氨水时,NH3分子与Ag+形成[Ag(NH3)2]+配离子,且配离子很稳定,促使以上平衡右移,AgOH逐渐溶解。
3.[Ag(NH3)2]+中提供孤电子对的和提供空轨道的分别是什么粒子
【答案】在[Ag(NH3)2]+中N原子提供孤电子对,Ag+提供空轨道。
【核心归纳】
1.配合物的组成
配合物由中心原子(提供空轨道)和配体(提供孤电子对)组成,分为内界和外界,以[Cu(NH3)4]SO4为例表示为:
(1)配体
配体可以是阴离子,如X-(卤素离子)、OH-、SCN-、CN-、RCOO-(羧酸根离子)、P等;也可以是中性分子,如H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等。配体中直接同中心离子配合的原子叫作配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子,如NH3中的N原子、H2O中的O原子,配位原子通常是ⅤA族、ⅥA族、ⅦA族的元素。
(2)配位数
直接同中心离子(或原子)配位的原子的数目叫中心离子(或原子)的配位数。要注意只含有一个配位原子的配体称为单基配位体,中心离子同单基配位体结合的数目就是该中心离子的配位数,如[Fe(CN)6]4-中Fe2+的配位数为6。含有两个以上配位原子的配体叫多基配体,中心离子(或原子)同多基配体配合时,配位数等于同中心离子配位的原子数。例如,乙二胺分子中含有两个配位N原子,故在[Pt(en)2]Cl2(en代表乙二胺分子)中Pt2+的配位数为2×2=4,而配体只有两个,依次类推。
2.配位键与共价键的关系
(1)形成过程不同:配位键实质上是一种特殊的共价键,在配位键中一方提供孤电子对,另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。
(2)配位键与普通共价键的实质相同。它们都被成键原子双方共用,如在N中有三个普通共价键、一个配位键,但四者是完全相同的。
(3)同普通共价键一样,配位键可以存在于分子中[如Ni(CO)4],也可以存在于离子中(如N)。
(4)配位键与普通共价键一样既有饱和性又有方向性。
3.配合物的形成对物质性质的影响
(1)对溶解性的影响:一些难溶于水的金属氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、氰化物,可以溶解于氨水,或依次溶于含过量OH-、Cl-、Br-、I-、CN-的溶液中,形成可溶性的配合物。
(2)颜色的改变:当简单离子形成配离子时,颜色常发生变化,根据颜色的变化可以判断是否有配离子生成。如Fe3+与SCN-在溶液中可生成配位数为1~6的配离子,这种配离子的颜色是血红色的,反应的离子方程式为Fe3++nSCN-[Fe(SCN)n]3-n(n=1~6)。
(3)稳定性增强:配合物具有一定的稳定性,配合物中的配位键越强,配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时,配合物的稳定性与配体的性质有关。如血红素中的Fe2+与CO分子形成的配位键比Fe2+与O2分子形成的配位键强,因此血红素中的Fe2+与CO分子结合后,就很难再与O2分子结合,使血红蛋白失去输送O2的功能,从而导致人体CO中毒。
4.配合物内界中共价键数目的判断
若配体为单核离子如Cl-等,可以不予计入,若为分子,需要用配体分子内的共价键数乘以该配体的个数,此外,还要加上中心原子与配体形成的配位键,这也是σ键。例如:配合物[Co(NH3)4Cl2]Cl的共价键数为3×4+4+2=18。
【典型例题】
【例3】用过量的AgNO3溶液处理含0.01 mol氯化铬的水溶液(CrCl3·6H2O),生成0.02 mol AgCl沉淀,此配合物的组成最可能是( )。
A.[Cr(H2O)6]Cl3
B.[CrCl(H2O)5]Cl2·H2O
C.[CrCl2(H2O)4]Cl·2H2O
D.[CrCl3(H2O)3]·3H2O
【答案】B
【解析】用过量的AgNO3溶液处理含0.01 mol氯化铬的水溶液(CrCl3·6H2O),生成0.02 mol AgCl沉淀,说明有2个Cl-在外界,1个Cl-在内界,对照各选项,答案选B。
【例4】配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]可用于离子检验。下列说法不正确的是( )。
A.此配合物中存在离子键、配位键、极性键、非极性键
B.配离子为[Fe(CN)5(NO)]2-,中心离子为Fe3+,配位数为6,配位原子有C和N
C.1 mol该配合物中σ键的数目为12NA
D.该配合物为离子化合物,易电离,1 mol该配合物电离共得到的离子数目为3NA
【答案】A
【解析】Na+与[Fe(CN)5(NO)]2-间存在离子键,NO分子、CN-与Fe3+形成配位键,碳氮之间、氮氧之间存在极性共价键,不存在非极性键,A项错误;NO分子、CN-与Fe3+共形成6个配位键,配位原子有C和N,B项正确;1 mol该配合物中σ键的数目为(5×2+1×2)×NA =12NA,C项正确;配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]为离子化合物,电离出2个Na+与1个[Fe(CN)5(NO)]2-,所以1 mol 配合物电离共得到3NA个离子,D项正确。
任务3：金属键
情境导入 花丝镶嵌是一门传承久远的中国传统手工技艺,主要用于皇家饰品的制作。花丝选用金、银、铜为原料,采用掐、填、攒、焊、编织、堆垒等传统技法,将金属片做成托和瓜子型凹槽,再镶以珍珠、宝石。花丝镶嵌工艺起源于春秋战国金银错工艺,在明代中晚期达到高超的艺术水平。2008年6月,花丝镶嵌制作技艺被列入国家级非物质文化遗产名录。
问题生成
1.金属中存在化学键吗 是哪种类型的化学键
【答案】存在;金属键。
2.金属被压成薄片、拉丝、制成导线的过程中金属的化学性质有没有改变
【答案】没有改变。金属被压成薄片、拉丝、制成导线的过程仅是改变金属形状的物理变化,其成分没有改变。
3.金属为什么具有金属光泽
【答案】当可见光照射到金属表面上时,“自由电子”能够吸收所有频率的光并迅速释放,使得金属不透明并具有金属光泽。
4.金属为什么具有一定的导电、导热和延展性
【答案】金属中存在“自由电子”,“自由电子”被所有原子共用,从而把所有金属原子维系在一起,当金属受到外力作用时,各原子层发生滑动而具有良好的延展性;在外加电场作用下,“自由电子”会发生定向移动而导电;“自由电子”在运动时会与金属阳离子发生碰撞而传递热量。
【核心归纳】
1.金属键的特征
“自由电子”不属于某个特定的金属阳离子,即每个金属阳离子均可享有所有的“自由电子”,但都不可能独占某个或某几个“自由电子”。金属键既没有方向性,也没有饱和性。
2.金属键的强弱比较
一般来说,金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。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。
3.金属键对物质性质的影响
(1)金属键越强,晶体的熔、沸点越高。
(2)金属键越强,晶体的硬度越大。
【典型例题】
【例5】要使金属熔化必须破坏其中的金属键。金属熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱。由此判断下列说法正确的是( )。
A.金属锂的熔点高于金属铍
B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的
C.金属镁的硬度小于金属钙
D.金属铝的硬度大于金属钠
【答案】D
【解析】同周期金属元素从左到右,随着原子半径的减小、金属离子电荷数的增多,金属键逐渐增强,金属锂和铍位于同周期,则铍的金属键强,熔点高,A项错误;碱金属元素从Li到Cs,阳离子半径增大,对外层电子束缚能力减弱,金属键减弱,所以熔沸点降低,B项错误;镁离子的半径比钙离子的小,所以镁的金属键比钙的强,则金属镁的硬度大于金属钙,C项错误;铝离子带3个单位正电荷,而钠离子带1个单位正电荷,且铝离子半径小于钠离子,所以铝的金属键比钠的强,则金属铝的硬度大于金属钠,D项正确。
【例6】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”之间存在的强的静电吸引作用
C.金属键中的电子属于整块金属
D.金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关
【答案】B
【解析】金属键是指金属阳离子和“自由电子”之间存在的强的相互作用,而不仅仅指静电吸引作用,还有金属阳离子间的和“自由电子”间的排斥作用。
【随堂检测】
1.下列有关离子键的叙述中正确的是( )。
A.离子化合物中只含有离子键
B.共价化合物中可能含离子键
C.含离子键的化合物不一定为离子化合物
D.共价化合物中不含离子键
【答案】D
【解析】由阴、阳离子通过离子键直接构成的化合物称为离子化合物,故在离子化合物中必含离子键,含离子键的化合物必为离子化合物,即离子键只存在于离子化合物中。但在阴、阳离子中可能含有极性或非极性共价键,如NaOH、NH4Cl、Na2O2,故在离子化合物中除了含有离子键外还可能含有共价键。共价化合物是原子间通过共用电子相互结合形成的化合物,它们之中不可能存在离子键。
2.下列能证明NaCl为离子化合物的方法是( )。
A.NaCl溶液可以导电
B.NaCl溶液呈电中性
C.熔融NaCl可以导电
D.NaCl溶于水可以电离出Na+和Cl-
【答案】C
【解析】离子化合物在熔融状态下电离出自由移动的阴、阳离子而导电,而共价化合物在熔融状态下不导电。
3.关于配合物[Cu(H2O)4]SO4,下列说法错误的是( )。
A.此配合物中,中心离子的配位数为4
B.H2O为配体,配位原子是氧原子
C.此配合物中,Cu2+提供孤电子对
D.向此配合物溶液中加入BaCl2溶液,出现白色沉淀
【答案】C
【解析】配合物[Cu(H2O)4]SO4的配体是H2O,配位数是4,A项正确;配合物[Cu(H2O)4]SO4中H2O为配体,配位原子是氧原子,B项正确;此配合物中,Cu2+为中心原子,提供空轨道,配位原子氧原子提供孤电子对,C项错误;硫酸根离子在外界,向此配合物溶液中加入BaCl2溶液,出现白色沉淀硫酸钡,D项正确。
4.下列有关NH3、N、N的说法正确的是( )。
A.NH3能形成分子间氢键
B.N的空间结构为三角锥形
C.NH3与N中的键角相等
D.NH3与Ag+形成的[Ag(NH3)2]+中有6个配位键
【答案】A
【解析】氨气分子中N原子有比较强的吸电子能力,能和其他氨气分子中的H原子形成氢键,A项正确;N中N原子价电子对数为3+=3,且N原子不含孤电子对,该离子为平面三角形,B项错误;N中N原子价电子对数为4+=4,且N原子不含孤电子对,NH3中N原子价电子对数为3+=4,且N原子含有1对孤电子对,N为正四面体结构、NH3为三角锥形结构,孤电子对和成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力,所以键角:N>NH3,C项错误;NH3与Ag+形成的[Ag(NH3)2]+中,配体数目为2,形成两个配位键,D项错误。
5.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、K B.Na、Mg、Al
C.Li、Be、Mg D.Li、Na、Mg
【答案】B
【解析】金属键越强,金属的熔点越高。A项,阳离子半径大小顺序为Li+
6.某多孔储氢材料前驱体结构如图,M、W、X、Y、Z五种元素原子序数依次增大,基态Z原子的电子填充了3个能级,其中有2个未成对电子。下列说法正确的是( )。
A.氢化物沸点:X>Y
B.原子半径:M
【答案】D
【解析】由题干信息可知,基态Z原子的电子填充了3个能级,其中有2个未成对电子,故Z为C或者O,根据多孔储氢材料前驱体结构图可知,Y周围形成了4个单键,再结合信息M、W、X、Y、Z五种元素原子序数依次增大,故Y为N,Z为O,M只形成一个单键,M为H,X为C,则W为B,据此分析解题。X、Y的氢化物分别为CH4和NH3,由于NH3存在分子间氢键,故氢化物沸点:X