2.1 化学键与物质构成 学案（含答案） 2023-2024学年高一化学鲁科版（2019）必修第二册

2.1 化学键与物质构成
【学习目标】
1.了解化学键的定义。
2.了解共价键和离子键的定义及形成过程,熟悉化学键类型与物质间的关系。
3.了解化学反应中物质变化的实质,学会从微观的角度认识化学反应。
【自主预习】
一、化学键及其分类
1.化学键
(1)定义:相邻原子间的　　　　　称为化学键。
(2)类型:分为离子键和共价键。
(3)化学反应的实质
①实例
化学反应 断裂的化学键 形成的化学键
2H2+O22H2O H2分子中氢原子间和O2分子中氧原子间的化学键 H2O分子中　　　　　的化学键
H2+Cl22HCl H2分子中氢原子间和Cl2分子中氯原子间的化学键 HCl分子中　　　　　的化学键
N2+3H22NH3 N2分子中氮原子间和H2分子中氢原子间的化学键 NH3分子中　　　　的化学键
②结论
化学反应的实质是　　　　　和　　　　　。化学键的断裂与形成伴随着能量的变化,旧化学键断裂需要　　　　能量,新化学键形成会　　　　能量。
【微点拨】
(1)化学键中的相互作用是“吸引”和“排斥”相平衡的一种结果,不能简单地理解为相互吸引。
(2)在化学反应的过程中只是原子间的结合方式发生了改变,而原子的种类和个数不会改变。
2.离子键
(1)概念:　　　　之间通过　　　　形成的化学键。
(2)成键微粒:一般情况下,　　　　元素原子与　　　　　　元素原子之间容易形成离子键。
3.共价键
(1)概念:　　　　之间通过　　　　形成的化学键。
(2)成键微粒:一般情况下,非金属元素原子之间形成的化学键是共价键。
(3)由共价键形成的分子具有一定的空间结构
CO2 H2O NH3 CH4
空间结构 　　形 　　形 　　　形 　　　　形
键角 180° 104.5° 107.3° 109°28'
4.电子式
(1)概念:一种由元素符号和用于表示该元素原子最外层电子的“·”或“×”组成的式子。
(2)写法:例如,用电子式表示氯化氢分子、氯化钠分子的形成过程。
H×+·
Na×+·Na+]-
二、离子化合物与共价化合物
1.离子化合物
(1)概念:由　　　　与　　　　构成的化合物。
(2)常见物质类别
①活泼金属元素(ⅠA族氢除外、ⅡA族)与活泼非金属元素(ⅥA族、ⅦA族)形成的化合物,如NaCl、CaO、KBr等;
②大多数的含氧酸盐,如Na2CO3、KNO3等;
③可溶性强碱,如NaOH、Ba(OH)2等;
④铵盐,如NH4Cl、NH4HCO3等;
⑤金属氧化物、金属过氧化物,如Na2O、Na2O2等。
2.共价化合物
(1)概念:由原子通过　　　　构成的化合物。
(2)常见物质类别
①非金属元素的氢化物,如H2S、HCl等;
②酸类,如H2SO4、HNO3、HCl等;
③非金属氧化物,如CO2、SiO2等;
④弱碱,如NH3·H2O等;
⑤大多数有机化合物,如CH4、CH3CH2OH等。
【微点拨】
(1)离子化合物中一定含有阴离子和阳离子。
(2)离子化合物中一定含有离子键,含有离子键的物质一定是离子化合物。
(3)铵根离子与酸根离子之间形成离子键,铵盐都是离子化合物。
(4)活泼金属(如ⅠA、ⅡA族的金属)与活泼非金属(如ⅥA、ⅦA族的非金属)原子之间通常形成离子键。
【答案】一、1.(1)强相互作用　(3)①H、O原子间　H、Cl原子间　N、H原子间　②旧化学键断裂　新化学键形成
吸收　释放
2.(1)阴、阳离子　静电作用　(2)活泼金属　活泼非金属
3.(1)原子　共用电子　(3)直线　V　三角锥　正四面体
二、1.(1)阳离子　阴离子　2.(1)共价键
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)熔融状态下能导电的物质一定是离子化合物。 (　　)
(2)由金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物。 (　　)
(3)阴、阳离子间通过离子键一定能形成离子化合物。 (　　)
(4)NH4Cl属于离子化合物,其电子式为[H]+Cl-。 (　　)
(5)最外层只有一个电子的元素原子跟卤素原子结合时,所形成的化学键一定是离子键。 (　　)
(6)共价化合物中一定存在共价键,可能存在离子键。 (　　)
(7)HI是一种比HCl酸性强的强酸,可用电子式表示其形成过程:H·+·H+]-。 (　　)
(8)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键,但多个原子间也可能形成离子键。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
(6)×　(7)×　(8)√
2.共价键形成时有没有电子得失
【答案】没有,是通过共用电子形成了共价键。
3.所有的非金属单质都含有共价键吗
【答案】不是,如稀有气体等单原子分子中不存在共价键。
4.用电子式表示共价分子的形成过程。
(1)Cl2:　;
(2)NH3:　;
(3)CO2:　;
(4)N2:　。
【答案】(1·+·
(2)3H·+··H
(3)··+··+··
(4)··+··N
5.现有下列物质:①Cl2　②Na2O2　③NaOH　④HCl　⑤H2O2　⑥MgF2　⑦NH4Cl
(1)只由离子键构成的物质是　(填序号,下同)。
(2)只由非金属元素组成的离子化合物是　。
(3)属于离子化合物的物质是　　　　。
(4)属于共价化合物的物质是　　　　。
【答案】(1)⑥　(2)⑦　(3)②③⑥⑦　(4)④⑤
【合作探究】
任务1　离子键和共价键
情境导入　
1.听说过马德堡半球实验吗 1654年格里克在德国马德堡做了著名的马德堡半球实验,16匹马的力量居然没有把两个合在一起的抽成真空的铜半球拉开!当原子和原子结合为分子时,原子之间存在着强烈的相互作用——化学键,化学反应中要拆开原子间的化学键就如同马德堡半球实验中拉开两个半球那样难!
2.(1)下图形象地表示了氯化钠的形成过程:
(2)形成过程(以HCl分子的形成为例):
问题生成
1.静电作用是否仅是阴、阳离子间的相互吸引
【答案】静电作用既包括阴、阳离子间的相互吸引,也包括原子核与原子核、核外电子与核外电子的相互排斥。
2.能否只由非金属元素形成离子键
【答案】能。如NH4Cl。
3.金属元素与非金属元素之间一定形成离子键吗
【答案】不一定。金属元素与非金属元素之间也可以形成共价键,如AlCl3。
4.任何物质内部都存在化学键吗
【答案】不一定。如稀有气体元素的原子都具有稳定的电子层结构,所以稀有气体中不存在化学键。
5.存在化学键的物质一定是化合物吗
【答案】不一定。存在化学键的物质可能是单质,也可能是化合物。
【核心归纳】
离子键与共价键比较
化学键类型 共价键 离子键
概念 原子间通过共用电子形成的化学键 阴、阳离子间通过静电作用形成的化学键
成键微粒 原子 阴离子、阳离子
相互作用 (成键实质) 共用电子与两原子核间的相互作用 阴、阳离子间的静电作用(引力和斥力)
成键方式 原子通过形成共用电子达到稳定结构 原子通过得失电子达到稳定结构
成键元素 (成键条件) 一般是非金属元素原子之间;某些金属元素原子与非金属元素原子(如Al和Cl)之间 活泼金属元素与活泼非金属元素易形成离子键。如第ⅠA族、第ⅡA族的金属元素与第ⅥA族、第ⅦA族的非金属元素之间
存在物质 非金属单质(稀有气体除外);共价化合物及复杂的离子化合物 离子化合物:大部分盐、强碱、活泼金属氧化物、其他类物质如Na2O2、NaH等
【典型例题】
【例1】　下列物质中,既含有离子键又含有共价键的是(　　)。
A.CO2 B.KOH C.MgCl2 D.Na2O
【答案】B
【解析】CO2中只含有共价键;KOH中含有离子键和共价键;MgCl2中只含有离子键;Na2O中只含有离子键。
【例2】下列各组物质中,化学键类型不同的是(　　)。
A.NaCl和K2S B.H2O和NH3 C.CaF2和CsCl D.CCl4和Na2O
【答案】D
【解析】NaCl和K2S中均只存在离子键;H2O和NH3中均只存在共价键;CaF2和CsCl中均只存在离子键;CCl4中只存在共价键,Na2O中只存在离子键,两物质所含化学键类型不同。
任务2　离子化合物和共价化合物
情境导入　
1.钠元素分布十分广泛。人们在食盐、土壤、水甚至高层大气中,都可以发现它的踪影。钠是一种活泼的金属,能够与多种元素形成离子化合物,如氯化钠、碳酸钠等。
2.走进国家速滑馆“冰丝带”,映入眼帘的是一整块1.2万平方米的冰面,这是目前世界上最大的采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术打造的多功能全冰面,可以让“水立方”秒变“冰立方”。
问题生成
1.写出二氧化碳(CO2)、水的电子式,判断其所含化学键类型。
答案、H;都只含共价键。
2.你能用电子式分别写出碳原子、氢原子、氧原子形成CO2和H2O的过程吗
【答案】CO2和H2O均是共价化合物,其形成过程用电子式表示分别为··+··+··、
H·+··+·HH。
3.含共价键的物质一定是共价化合物吗
【答案】不一定。如非金属单质(O2、Cl2、N2等)中含共价键,但不属于化合物;某些离子化合物(如NaOH、Na2SO4、NH4Cl等)中既含离子键,也含共价键,属于离子化合物。
4.在共价化合物中一定存在共价键,是否可以存在离子键 在离子化合物中一定含有离子键,是否可以存在共价键
【答案】在共价化合物中一定不存在离子键,如HF、H2O分子中只有共价键。如果含有离子键,那么此物质就属于离子化合物。离子化合物中可以存在共价键。如Na2O2、NaOH、NH4Cl等离子化合物中既有离子键又有共价键。
【核心归纳】
1.离子化合物与共价化合物的比较
离子化合物 共价化合物
定义 含有离子键的化合物 只含有共价键的化合物
构成粒子 阴、阳离子 分子或原子
构成粒子 间的作用 离子键 共价键
熔、沸点 较高 一般较低,少部分很高(如SiO2)
导电性 熔融态或水溶液导电 熔融态时不导电;溶于水时,有的导电(如硫酸),有的不导电(如蔗糖)
熔化时破坏的作用力 一定破坏离子键 一般不破坏共价键,极少部分破坏共价键(如SiO2)
实例 强碱、大多数盐、活泼金属的氧化物 酸、非金属的氢化物、非金属的氧化物、大多数的有机化合物
2.离子化合物与共价化合物的判断方法
(1)依据化合物的组成元素判断
a.活泼的金属元素和活泼的非金属元素原子之间易形成离子键,它们形成的化合物为离子化合物。
b.非金属元素原子之间易形成共价键,只含非金属元素原子的化合物一般为共价化合物,但铵盐属于离子化合物。
(2)依据化合物的类别判断
a.活泼金属氧化物(如K2O、Na2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐是离子化合物。
b.气态氢化物、非金属氧化物、酸、大部分有机物等是共价化合物。
(3)依据化合物的一些性质判断
a.常温下是气态或液态的化合物一定是共价化合物。但有些共价化合物,熔点较高,如SiO2等。
b.熔融态时能导电的化合物一定是离子化合物。
【特别提醒】　离子键的三个“一定”和两个“不一定”
1.三个“一定”
(1)离子化合物中一定含有离子键;
(2)含有离子键的物质一定是离子化合物;
(3)离子化合物中一定有阴离子和阳离子。
2.两个“不一定”
(1)离子化合物中不一定含有金属元素,如氯化铵、硝酸铵等;
(2)含有金属元素的化合物不一定是离子化合物,如氯化铝等。
【典型例题】
【例3】　下列各组所有的元素组合,既可形成离子化合物,又可形成共价化合物的是(　　)。
A.H、C、O、K B.H、Na、O、S
C.H、N、O D.H、O、S
【答案】C
【解析】A、B两项只能形成离子化合物;D项只能形成共价化合物;C项既可形成离子化合物又可形成共价化合物,如NH4NO3是离子化合物,HNO3是共价化合物。
【例4】　下列物质中含有共价键的离子化合物是(　　)。
①MgF2　②Na2O2　③NaOH　④NH4Cl　⑤CO2 ⑥H2O2　⑦N2
A.②④⑤⑦ B.②③④ C.①②③④⑥ D.①③⑤⑥
【答案】B
【解析】MgF2只含离子键;CO2、H2O2是共价化合物;N2不是化合物。
【方法技巧】
　离子化合物与共价化合物的判断方法
1.根据化合物类别判断
(1)强碱、大部分盐、活泼金属氧化物属于离子化合物。
(2)非金属氧化物、非金属氢化物、含氧酸、大部分有机化合物属于共价化合物。
2.根据化合物性质判断
(1)熔融状态下能导电的化合物是离子化合物。
(2)熔、沸点较低的化合物一般为共价化合物。
(3)熔融状态下不导电的化合物为共价化合物。
3.根据化学键的类型判断
一般来说,活泼的金属元素原子和活泼的非金属元素原子之间易形成离子键,同种或不同种非金属元素原子之间易形成共价键。
(1)含有离子键的化合物一定是离子化合物。
(2)只含共价键的化合物是共价化合物。
(3)离子化合物中一般既含金属元素又含非金属元素(铵盐除外);共价化合物中一般只含非金属元素(AlCl3除外),但只含非金属元素的化合物不一定是共价化合物,如NH4NO3等。
任务3　电子式
情境导入　2023年7月20日21时40分,经过约8小时的出舱活动,“神舟十六号”航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮密切协同,在空间站机械臂支持下,圆满完成出舱活动全部既定任务,航天员景海鹏、朱杨柱已安全返回空间站问天实验舱,出舱活动取得圆满成功。在舱外活动时,宇航员的供氧离不开过氧化钠。过氧化钠作为供氧剂,能和水反应生成氢氧化钠和氧气。
问题生成
1.过氧化钠与水反应前后所涉及离子化合物有哪些 分别写出它们的电子式。
【答案】涉及的离子化合物有过氧化钠、氢氧化钠,电子式分别为Na+]2-Na+ 、Na+H]- 。
2.用电子式表示离子化合物的形成过程。
AB型(如NaCl):　;
AB2型(如MgCl2):　;
A2B型(如Na2O):　。
【答案】
【核心归纳】
1.电子式的书写
(1)原子的电子式:常把最外层电子用“·”或“×”来表示。以第三周期元素的原子为例:Na·,·Mg·,··,··,·,··,·。
(2)简单阳离子的电子式:阳离子符号,如Na+、Ba2+等。
(3)简单阴离子的电子式:原子得到电子后形成电子排布与稀有气体元素相同的稳定结构,这时不但要画出最外层电子,而且还应用中括号“[ ]”括起来,并在右上角标出“n-”字样,如F-:]-;O2-:]2-。
(4)原子团的电子式:不仅要画出各原子最外层电子,而且还应用中括号“[ ]”括起来,并在右上角标出“n+”或“n-”字样,如铵根离子:[H]+;氢氧根离子:H]-。
(5)含有离子键的化合物的电子式:由阴、阳离子的电子式组合而成,但相同的离子不能合并,如:
K2O:K+]2-K+;NaF:Na+]-;
MgCl2:]-Mg2+]-。
2.电子式书写中的常见错误
(1)漏标阴离子的括号,如将S2-的电子式错写为。
(2)给阳离子多标电子和括号,如将Al3+的电子式错写为]3+。
(3)漏标或错标离子的电荷,如将S2-的电子式错写为]或]-2。
(4)将多个相同的离子合并在一起,如将K2S的电子式错写为]2-。
【典型例题】
【例5】　下列离子化合物的电子式书写正确的是(　　)。
A.Ca2+　　　　　B.Na+]-2Na+
C.[Mg2+]]2- 　　　　D.K+]-
【答案】D
【解析】每个离子均要单独写,应改为]-Ca2+]-,A项不正确;离子电荷表示法(如R2-)与化合价(如)不同,“2-”表示带两个单位负电荷,而“-2”则表示化合价为-2价,应改为Na+]2-Na+,B项不正确;简单阳离子用简单离子符号表示即可,应改为Mg2+]2-,C项不正确。
【例6】　下列化合物的形成过程表示正确的是(　　)。
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】A项,Na+电子式书写错误;B项,Na+、Br-都没有标离子所带电荷数;C项,应把F-分写在Mg2+的左右两侧。
【方法技巧】
　用电子式表示离子化合物形成过程时的注意事项
1.连接号必须使用“”,不能用等号。
2.左边写出原子的电子式并用箭头标出电子转移情况,右边构成离子化合物的每个离子的电子式都要单独写,不能合并,而且要符合相邻关系。
3.阴、阳离子的电子式要标出离子所带的电荷数,阴离子的电子式要加“[　]”。
4.要和化学方程式区别开,形成过程表示由原子形成离子化合物的过程,右边不能写成物质的化学式。
【随堂检测】
1.下列叙述错误的是(　　)。
A.阴、阳离子通过静电作用形成的化学键,叫离子键
B.金属元素与非金属元素化合时,不一定形成离子键
C.某元素原子的最外层只有一个电子,它跟氟原子结合时所形成的化学键不一定是离子键
D.离子化合物中的阳离子只能是金属离子
【答案】D
【解析】离子键是阴、阳离子之间的强烈的相互作用,但这种作用不只是吸引,也存在原子核间的斥力和电子间的斥力,A项正确;活泼金属元素与活泼非金属元素之间易形成离子键,对于不太活泼的金属元素而言,不一定形成离子键,B项正确;最外层只有一个电子的元素可能是氢元素,而氢元素与氟元素均为非金属元素,不能形成离子键,C项正确;NH4Cl是离子化合物,阳离子是N,不是金属离子,D项错误。
2.与NaCl化学键类型相同的物质是(　　)。
A.H2 B.HCl C.KCl D.CO2
【答案】C
【解析】氯化钠是由钠离子和氯离子构成的,氯化钠中钠离子和氯离子之间只存在离子键。题给四种物质中只有KCl只存在离子键。
3.下列性质中,可以证明某化合物内一定存在离子键的是(　　)。
A.可溶于水 B.具有较高的熔点 C.水溶液能导电 D.熔融状态能导电
【答案】D
【解析】含离子键的化合物属于离子化合物,由阴、阳离子构成,在熔融状态下,阴、阳离子可以在电场中做定向移动,因而能导电,而A、B、C三项所述性质并非离子化合物所独有,故不能作为判断某化合物内一定存在离子键的依据,D项正确。
4.请按要求写出电子式:
(1)原子的电子式
H　　　　、Ca　　　　、N　　　　、O　　　　、Cl　　　　、C　　　　、Al　　　　。
(2)离子的电子式
①简单阳离子:钾离子　　　　,钙离子　　　　。
②简单阴离子:氯离子　　　　,氧离子　　　　。
(3)离子化合物的电子式
NaCl　　　　,CaO　　　　,CaCl2　　　　,
CaF2　　　　,Na2O　　　　。
【答案】(1)H·　·Ca·　··　···　··　··
(2)①K+　Ca2+　②]-　]2-
(3)Na+]-　Ca2+]2-
]-Ca2+]-　]-Ca2+]-
Na+]2-Na+
5.用电子式表示下列离子化合物的形成过程:
(1)BaCl2　　　　　　　　　　;
(2)NaF　　　　　　　　　　;
(3)MgS　　　　　　　　　　;
(4)K2O　　　　　　　　　　。
【答案】(1)
(2)
(3)
(4)
2