(共49张PPT)
2.3.1 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、会分析离子键对离子化合物性质的影响。
3、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。
4、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、阳离子之间通过静电作用形成的化学键,其成键微粒是阴离子和阳离子。
一般而言,电负性较大的非金属元素的原子容易获得电子形成阴离子,电负性较小的金属元素的原子容易失去价电子形成阳离子。
当这两种原子相互接近到一定程度时,容易发生电子得、失而形成阴、阳离子。
如:Na 在 Cl2 中燃烧可以生成 NaCl,反应过程中,钠失去电子形成 Na+ ,氯原子得电子形成 Cl-, Na+ 与 Cl- 通过静电作用形成离子键,构成稳定化合物 NaCl。
一、离子键
2、条件:
一、离子键
3、存在:
离子键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 )和铵盐等。
4、实质:
离子键实质是阴、阳离子间的静电作用,当静电作用中同时存在的吸引力和排斥力达到平衡时,体系的能量最低,形成稳定的离子化合物。
成键原子所属元素电负性差值越大,原子之间越容易得失电子而形成离子键。
一、离子键
5、影响离子键强弱的因素:
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。
离子键越强,离子化合物的熔、沸点越高。
6、离子键的特征:
(1)无方向性: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。
r2
q+q-
F = k
一、离子键
6、离子键的特征:
(2)无饱和性: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。
空间条件:阳离子与阴离子的半径比。
CsCl
NaCl的晶体结构示意图
Cl-
Na+
CsCl的晶体结构示意图
归纳总结
(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,既可能是极性共价键,也可能是非极性共价键。例如:
①只含有离子键:MgO、NaCl、MgCl2等;
②含有极性共价键和离子键:NaOH、NH4Cl、Na2SO4等;
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。如HCl、CO2、CH4等。
(3)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。
拓展视野(鲁科版P63)
拓展视野(鲁科版P63)
判断正误
(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)离子键无饱和性和方向性,故一种离子周围可以吸引任意多个带异性电荷的离子( )
(4)全部由非金属元素组成的化合物中一定不存在离子键( )
(5)任何离子键在形成过程中必定有电子的得失( )
(6)离子化合物中一定不存在共价键( )
(7)金属元素和非金属元素之间一定形成离子键( )
×
√
×
×
×
×
×
跟踪强化
1、下列有关离子键的特征的叙述中正确的是( )
A.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
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.因为氯化钠的化学式是NaCl,故每个Na+周围吸引一个Cl-
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
A
跟踪强化
3.(1)下列五种物质:①He ②CO2 ③NaBr ④Na2O2 ⑤Na2CO3。
只含共价键的是____(填序号,下同);只含离子键的是____;既含极性共价键又含离子键的是___;既含非极性共价键又含离子键是____;不存在化学键的是____。
(2)在下列变化中:①NaHSO4熔化 ②HCl溶于水 ③NaBr溶于水 ④I2升华 ⑤NH4Cl受热。
未发生化学键破坏的是____;仅发生离子键破坏的是_____;仅发生共价键破坏的是____;既发生离子键破坏又发生共价键破坏的是____。
②
③
⑤
④
①
④
①③
②
⑤
二、金属键
金属元素的电负性和电离能较小,金属原子的价电子容易脱离原子核的束缚,成为“自由电子”,在金属原子失去电子所形成的阳离子之间“自由”运动。与阳离子相互作用使得体系能量降低。
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. 本质:电性作用。
3. 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。
二、金属键
4. 金属键与金属性质:
(1)金属不透明,具有金属光泽
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。
二、金属键
4. 金属键与金属性质:
(2)金属具有良好的延展性
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。
二、金属键
4. 金属键与金属性质:
(3)金属具有良好的导电性
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
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。
二、金属键
5. 影响金属键强弱的因素:
(1)金属的原子半径、单位体积内自由电子的数目等。一般而言,金属元素的原子半径越小,单位体积内自由电子的数目越多,金属键越强。
(2)金属键越强,金属的熔点(沸点)越高,硬度一般也越大。
Na Mg Al Cr
原子价电子排布 3s1 3s2 3s23p1 3d54s1
原子半径/pm 186 160 143.1 124.9
1 mol金属固体完全气化吸收的热量/kJ·mol-1 108.4 146.4 326.4 397.5
熔点/℃ 97.5 650 660 1 900
鲁科版
鲁科版
判断正误
(1)金属具有光泽与金属中有“自由电子”有关( )
(2)能导电的单质一定是金属单质( )
(3)金属单质中均含有金属键,常温下均为固体( )
(4)金属键是金属阳离子与“自由电子”间的相互作用( )
(5)金属导电是因为在外加电场作用下产生“自由电子”( )
×
√
×
√
×
跟踪强化
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.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
B
三、配位键
三、配位键
相同阴离子的溶液对照:蓝色不是由这些阴离子导致的
共性:都有Cu2+是否意味着Cu2+是蓝色的?
K2SO4溶液
NaCl溶液
三、配位键
理论解释:Cu2+与水结合显蓝色
白色
黑色
固态二价铜盐不一定显蓝色
Cu2+在水溶液中 常显蓝色
CuSO4·5H2O晶体
CuCl2·2H2O晶体
CuSO4
CuCl2
三、配位键
【信 息】Cu2+ + 4H2O = [Cu(H2O)4]2+(蓝色)。
(电子对接受体)空轨道 孤电子对(电子对给予体)
配位键
三、配位键
1. 用电子式表示NH3、NH4+的形成
(1)N 原子与 H 原子以共价键结合成 NH3 分子:
(2)NH3 分子与H+结合成 NH4+:
(1)中共价键的形成与(2)相比较不同点:(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。氨分子中孤对电子与 H+ 空轨道重叠,使孤对电子主要在重叠区域内运动,电子对两者共用,从而形成新的化学键,叫作配位键。
三、配位键
1. 定义:
成键原子一方提供孤对电子,另一方提供空轨道形成的共价键叫作配位键。
2. 表示:
配位键常用A→B表示,其中A提供孤对电子,B具有接受孤对电子的空轨道。(P64)
3. 与共价键在形成过程上的主要不同:
配位键的共用电子对是由某个原子提供的,共价键的共用电子对是成键原子双方共同提供的。
三、配位键
4. 配合物:
由金属的原子或离子(有空轨道)与含有孤电子对的分子(如NH3、H2O)或离子(如Cl-、OH-)通过配位键构成的,一般来说,组成中含有配位键的物质称为配位化合物,简称配合物。
【实验】配合物的配制(课本P66配合物的应用)
5. 举例:(1)在盛有2 mL 0.1 mol·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。
①Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH4+;
②Cu(OH)2+4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O。
三、配位键
5. 举例:
(2)分析:分析[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)。
[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH 等均为配合物。
三、配位键
三、配位键
【实验】配合物的配制(课本P66配合物的应用)
三、配位键
【实验】配合物的配制(课本P66配合物的应用)
三、配位键
【实验】配合物的配制(课本P66配合物的应用)
三、配位键
【实验】配合物的配制(课本P66配合物的应用)
三、配位键
6. 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,如 Fe、Ni、Fe3+、Ag+、Cu2+、Zn2+等,常见的是过渡金属的原子或离子。
(2)配位体:提供孤对电子的阴离子或分子。
①分子:如 H2O、NH3、CO、醇 等;
②阴离子:如 X-(F-、Cl-、Br-、I-)、OH-、SCN-、CN-、RCOO-等。
单齿配体
多齿配体(螯合物)
三、配位键
6. 配合物的组成:
配合物 [Cu(NH3)4]SO4 的组成如下图所示:
(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)配离子的电荷数:等于中心原子或离子和配位体总电荷数的代数和,如[Co(NH3)5Cl]n+中的 n=2 。
(5)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。
三、配位键
7. 配位键形成条件:
(1)成键原子一方能提供孤对电子。如分子有NH3、H2O、HF、CO等;离子有Cl-、OH-、CN-、SCN-等。
(2)成键原子另一方能提供空轨道。如H+、Al3+、B及过渡金属的原子或离子。
8. 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。
三、配位键
9. 常见配离子的组成
配离子 中心离子 配体 配位数
[Cu(H2O)4]2+ Cu2+ H2O 4
[Cu(NH3)4]2+ Cu2+ NH3 4
[Ag(NH3)2]+ Ag+ NH3 2
Fe(SCN)3 Fe3+ SCN- 3
Fe(CO)5 Fe CO 5
[Fe(CN)6]3- Fe3+ CN- 6
三、配位键
10. 配合物的应用
(1)用于物质的检验,如Fe3+的检验;
(2)用于制备物质,如制银镜;
(3)生命体中,许多酶与金属离子的配合物有关;
(4)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。
拓展(苏教版)
拓展(人教版)
判断正误
(1)任意两个原子都能形成配位键( )
(2)配位键和共价键没有本质区别( )
(3)配位键是一种电性作用( )
(4)配合物都有颜色( )
(5)形成配位键可增强配合物的稳定性( )
(6)配合物中只存在共价键( )
(7)外界条件的变化不会影响配合物的存在形式( )
×
√
√
×
√
×
×
深度思考
2.配合物的中心原子一定是金属离子或原子吗?
不一定。少数高氧化态的非金属元素硼、硅、磷等,也可以作为配合物的中心原子,如Na[BF4]、Na2[SiF6]和NH4[PF6]等。
3.含有配位键的化合物一定是配合物吗?
配合物是专指一类含有配位键的结构复杂的化合物,中心原子上至少有两个配
位原子,而 中尽管都含有配位键,
但它们的结构相对简单,不具备配合物的结构特征,故均不能看作是配合物。
跟踪强化
2、向下列配合物的水溶液中加入AgNO3 溶液不能生成AgCl沉淀的是 ( )
A.[Co(NH3)4Cl2]Cl B.[Co(NH3)3Cl3]
C.[Co(NH3)6]Cl3 D.[Co(NH3)5Cl]Cl2
3.配合物氯化铬(CrCl3·6H2O)配位数为6,0.01 mol该物质在水溶液中用过量的AgNO3处理,产生0.01 mol AgCl沉淀,则该配合物化学式可表示为
_____________________。
B
[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O
跟踪强化
3、向盛有硫酸铜溶液的试管中滴加浓氨水,先生成难溶物,继续滴加浓氨水,难溶物溶解,得到蓝色透明溶液。下列对此现象的说法正确的是( )
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
B.沉淀溶解后,生成蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2+
C.配位化合物中只有配位键
D.在配离子[Cu(NH3)4]2+中,Cu2+提供孤对电子,NH3提供空轨道
B
跟踪强化
4、已知 Co(Ⅲ) 的八面体配合物的化学式为CoClm·nNH3,若1 mol配合物与AgNO3溶液反应生成1 mol AgCl 沉淀,则 m、n 的值是 ( )
A.m=1,n=5 B.m=3,n=4
C.m=5,n=1 D.m=4,n=5
B