学案离子键配位键与金属键

13/13离子键、配位键与金属键【学习目标】结合常见的离子化合物的实例，认识离子键的本质。【学习重点】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。【学习难点】知道金属键的特点与金属某些性质的关系。【学习过程】必备知识自主预习基础知识填充一、离子键1．离子键的形成（1）形成过程（2）实质：离子键的实质是静电作用，它包括阴、阳离子之间的静电引力和两原子核及它们的电子之间的斥力两个方面。微点拨：并不是只有金属阳离子和阴离子才能形成离子化合物，NHeq\o\al(＋,4)与阴离子也可形成离子化合物。2．离子键的特征（1）离子键没有方向性阴离子或阳离子可以对不同方向的带异性电荷的离子产生吸引作用，因此离子键没有方向性。（2）离子键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的离子数目的多少，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。（3）离子极化在电场的作用下产生的离子中电子分布发生偏移的现象称为离子极化。离子极化可能导致阴、阳离子的外层轨道发生重叠，使得许多离子键不同程度的显示共价性，甚至出现键型变异。如AgF→AgCl→AgBr→AgI共价性依次增强，且AgI以共价键为主。二、配位键1．配位键的形成（1）配位键概念成键的两个原子一方提供孤电子对，一方提供空轨道而形成的化学键形成条件及表示方法一方（如A）是能够提供孤电子对的原子，另一方（如B）是具有能够接受孤对电子的空轨道的原子。用符号A→B表示（2）配位化合物（配合物）①概念：组成中含有配位键的物质。②组成2．配合物的制备与应用（1）制备[Cu（NH3）4]（OH）2Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu（OH）2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)Cu（OH）2＋4NH3=[Cu（NH3）4]2＋＋2OH－（2）制备银氨溶液Ag＋＋NH3·H2O=AgOH＋NHeq\o\al(＋,4)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“自由电子”和金属阳离子之间存在的强的相互作用实质金属键本质是一种电性作用特征（1）金属键无方向性和饱和性（2）金属键中的电子在整个三维空间里运动，属于整块固态金属2．金属键与金属性质金属不透明，具有金属光泽及良好的导电性、导热性和延展性，这些性质都与金属键密切相关。微思考金属导电与电解质溶液导电有什么区别？提示：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。预习效果验收1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）（1）离子键与共价键都有方向性和饱和性。 （×）（2）离子键是阴、阳离子间的静电引力。 （×）（3）配位键可看作是一种特殊的共价键。 （√）（4）金属键仅含在金属单质中。 （×）2．下列说法中正确的是（）A．离子键就是阴、阳离子间的静电引力B．离子键有方向性和饱和性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C[离子键是阴、阳离子间的静电作用，包括静电引力与斥力，A错误；离子键是阴、阳离子间的静电作用，无方向性和饱和性，B错误；氯化钠能稳定存在，故生成氯化钠后，体系能量降低，C正确；离子键存在于相邻的阴、阳离子间，两个氯离子间不存在离子键，D错误。]3．下列生活中的问题不能用金属键知识解释的是（）A．用铁制品做炊具 B．用金属铝制成导线C．用铂金做首饰 D．铁易生锈D[用铁制品做炊具主要是因为金属有导热性；用铝制成导线主要是因为金属有导电性；用铂金做首饰主要利用的是金属的延展性。以上均与金属键有关。而铁易生锈与铁的化学性质及周围介质有关。]4．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。[解析]AlCl3在183℃开始升华，溶于水、乙醚等，说明其是分子晶体。根据二聚物的结构图可知，Al原子的杂化方式为sp3，中间Cl原子可提供孤对电子，与具有空轨道的Al原子形成配位键。[答案]sp3关键能力核心突破重难点1离子键与共价键比较（素养养成——宏观辨识与微观探析）情境探究图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。图1图21．与共价键相比，离子键为什么没有方向性和饱和性？提示：（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，因此一种离子对带异种电荷离子的吸引作用与其所处的方向无关，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．Na＋最邻近的Cl－有几个？Cs＋最邻近的Cl－有几个？提示：6，8．核心突破键型离子键共价键概念阴、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形成的化学键成键方式通过得失电子达到稳定结构通过形成共用电子达到稳定结构成键微粒阴、阳离子原子成键性质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）特征没有饱和性和方向性有饱和性和方向性存在离子化合物绝大多数非金属单质、共价化合物、某些离子化合物表示方法电子式，如离子键的形成过程：①结构式，如H—Cl②电子式，如共价键的形成过程：易误警醒离子键不具有饱和性是相对的，只有在空间条件允许的前提下，离子才可能将吸引尽可能多的带异性电荷的离子排列在其周围，因此，每种化合物的组成和结构是一定的，而不是任意的。【例1】下列说法中正确的是（）A．含有金属元素的化合物一定是离子化合物B．ⅠA族和ⅦA族元素的原子化合时一定形成离子键C．活泼金属元素与活泼非金属元素的原子化合时能形成离子键D．完全由非金属元素形成的化合物一定是共价化合物C[含有金属元素的化合物也可能是共价化合物，如AlCl3为共价化合物，A错误；ⅠA族的H元素与ⅦA族元素的原子化合时形成共价键，B错误；活泼金属元素与活泼非金属元素的原子化合时能形成离子键，C正确；完全由非金属元素形成的化合物也可能是离子化合物，如NH4Cl，D错误。]对点训练1．下列各组原子序数所对应的元素间可形成离子键的是（）A．1和17 B．12和9C．14和6 D．15和8B[A项，对应的两种元素分别为H和Cl，二者可形成共价键，不能形成离子键；B项，对应的两种元素分别为Mg和F，二者可形成离子键；C项，对应的两种元素分别为Si和C，二者可形成共价键，不能形成离子键；D项，对应的两种元素分别为P和O，二者可形成共价键，不能形成离子键。]2．下列说法正确的是（）①存在阳离子的物质中一定存在阴离子②金属元素原子和非金属元素原子之间一定形成离子键③离子键的实质是阳离子、阴离子间的相互吸引④根据电离方程式HCl=H＋＋Cl－，可判断HCl分子中存在离子键⑤某些离子化合物中含有共价键A．①②⑤ B．③C．③④ D．⑤D[①错误，金属中存在金属阳离子和自由电子，不存在阴离子；②错误，金属元素原子和非金属元素原子可形成离子键，如NaCl，也可形成共价键，如AlCl3；③错误，离子键的实质是阳离子、阴离子间的静电作用，有引力也有斥力；④错误，HCl是共价化合物，HCl分子中不存在离子键；⑤正确，Na2O2为离子化合物，含有共价键。]重难点2配位键和配合物核心突破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）、POeq\o\al(3－,4)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．配合物的形成对性质的影响（1）溶解性的影响一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶解于含过量的Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，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其性质往往有很大差异。颜色发生变化就是一种常见的现象，我们根据颜色的变化就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的铁的硫氰酸根配离子，这种配离子的颜色是血红色的，反应的离子方程式如下：Fe3＋＋nSCN－=[Fe（SCN）n]3－n（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。例如，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，血红素失去输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。【例2】关于[Cr（H2O）4Cl2]Cl的说法正确的是（）A．中心原子的化合价为＋2价B．配体为水分子，外界为Cl－C．配位数是6D．在其水溶液中加入AgNO3溶液，不产生白色沉淀C[该配合物中阴离子是Cl－，Cl－的化合价是－1价，所以铬离子的化合价是＋3价，A错误；配合物中由配位键结合的几乎不电离的稳定部分为配合物的内界，通过离子键与内界结合的部分为配合物的外界，则[Cr（H2O）4Cl2]Cl中配体是H2O、Cl－，外界为Cl－，B错误；[Cr（H2O）4Cl2]Cl中配体是H2O、Cl－，该配离子中含有4个H2O和2个Cl－，所以配位数是6，C正确；[Cr（H2O）4Cl2]Cl在水溶液中能电离出Cl－，则加入AgNO3溶液会产生白色沉淀，D错误。]对点训练1．以下微粒含配位键的是（）①[Al（OH）4]－②CH4③OH－④NHeq\o\al(＋,4)⑤[Cu（NH3）4]2＋⑥Fe（SCN）3⑦H3O＋⑧[Ag（NH3）2]OHA．①②④⑦⑧ B．③④⑤⑥⑦C．①④⑤⑥⑦⑧ D．全部C[①Al（OH）3中Al3＋上有空轨道，OH－中含孤电子对，Al（OH）3与OH－以配位键形成[Al（OH）4]－，结构为，[Al（OH）4]－中含配位键；②CH4中C原子提供4个电子与4个H原子各提供的1个电子形成4个C—H键，不含配位键；③OH－中O原子提供的1个电子与H原子提供的1个电子形成1个O—H键，不含配位键；④NH3分子中N原子上有孤电子对，H＋有空轨道，NH3与H＋以配位键形成NHeq\o\al(＋,4)，NHeq\o\al(＋,4)中含配位键；⑤Cu2＋有空轨道，NH3分子中N原子上有孤电子对，Cu2＋与NH3以配位键形成[Cu（NH3）4]2＋，[Cu（NH3）4]2＋中含配位键；⑥Fe3＋有空轨道，SCN－含孤电子对，Fe3＋与SCN－以配位键形成Fe（SCN）3，Fe（SCN）3中含配位键；⑦H2O分子中O原子上有孤电子对，H＋有空轨道，H2O与H＋以配位键形成H3O＋，H3O＋中含配位键；⑧Ag＋有空轨道，NH3分子中N原子上有孤电子对，Ag＋与NH3以配位键形成[Ag（NH3）2]＋，[Ag（NH3）2]OH中含有配位键；含配位键的为①④⑤⑥⑦⑧。]2．（双选）下列说法错误的是（）A．KAl（SO4）2·12H2O属于配合物B．配合物中的配体可以是分子也可以是阴离子C．配位数为4的配合物均为正四面体形结构D．[Cu（NH3）2]＋中的中心离子的配位数为2AC[KAl（SO4）2·12H2O属于一般化合物，不含配体，所以KAl（SO4）2·12H2O不属于配合物，A项错误；配合物是由中心原子或离子（统称中心原子）和围绕它的称为配体的分子或离子完全或部分由配位键结合形成的化合物，所以配合物中的配体可以是分子也可以是阴离子，B项正确；配位数为4的配合物，一般有平面四边形和四面体形两种不同的空间结构，C项错误；[Cu（NH3）2]＋中Cu＋的配位数为2，D项正确。]重难点3金属键（素养养成——宏观辨识与微观探析）情境探究某金属晶体的结构1．金属为什么具有金属光泽？提示：当光线投射到它的表面上时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快放出各种频率的光，这就使绝大多数金属呈现黑灰色以至银白色光泽。2．金属为什么易导电？提示：在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。3．金属为什么易导热？提示：金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。核心突破1．金属键的强弱比较：金属键的强弱主要取决于金属元素的原子半径和价电子数，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。2．金属键对金属性质的影响（1）金属键越强，金属熔、沸点越高。（2）金属键越强，金属硬度越大。（3）金属键越强，金属越难失电子，一般金属性越弱，如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。（4）金属键越强，金属原子的电离能越大。3．含金属键的物质：金属单质及其合金。【例3】下列关于金属的叙述中，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，其实质也是一种静电作用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．构成金属的“自由电子”在整个金属内部的三维空间中做自由运动B[“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。]对点训练1．金属的下列性质中与金属晶体结构无关的是（）A．导电性B．化学反应中易失去电子C．延展性D．硬度[答案]B2．下列有关叙述中正确的是（）A．任何固体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B．金属键越强，则该金属的熔点越低C．将铁制品做成炊具，金属键没有被破坏D．常温下，金属单质都以固态形式存在C[金属晶体由金属阳离子和自由电子构成，无阴离子，A错误；金属键越强，则该金属的熔点越高，B错误；将铁制品做成炊具，没有发生化学变化，金属键没有被破坏，C正确；常温下，金属汞是液体，D错误。]双基达标随堂检测1．氯化钠是日常生活中人们常用的调味品。下列性质可以证明氯化钠中一定存在离子键的是（）A．具有较高的熔点 B．熔融状态能导电C．水溶液能导电 D．常温下能溶于水B[NaCl在熔融状态能导电，说明NaCleq\o(=,\s\up10(熔融))Na＋＋Cl－，即说明NaCl中存在离子键。]2．下列说法中，不正确的是（）A．配位键也是一种静电作用B．配位键的实质也是一种共价键C．形成配位键的电子对由成键双方原子提供D．配位键具有饱和性和方向性C[共用电子存在静电作用力，包括静电排斥和静电吸引，配位键本质为共用电子，所以也是一种静电作用，A正确；配位键指含有空轨道的原子或离子和含有孤电子对的原子或离子共用电子，实质也是一种共价键，B正确；形成配位键的原子，一方提供空轨道，另一方提供孤电子对，C错误；配位键实质上也是一种共价键，因此具有方向性和饱和性，D正确。]3．（素养题）如图所示是卟啉配合物叶绿素的结构示意图（部分），下列有关叙述正确的是（）A．该叶绿素只含有H、Mg、C元素B．该叶绿素是配合物，中心离子是镁离子C．该叶绿素是配合物，其配体是N元素D．该叶绿素不是配合物，而是高分子化合物B[该化合物还含有O元素和N元素，A错误；Mg的最高化合价为＋2，而化合物中Mg与4个N原子作用，由此可以判断该化合物中Mg与N原子间形成配位键，该物质为配合物，B正确，D错误；该化合物中配位原子为N原子，不能称N原子为配体，同样也不能称N元素为配体，因为配体一般为离子或分子，C错误。]4．物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。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，金属键越强。由此判断下列说法错误的是（）A．硬度：Mg>Al B．熔点：Mg>CaC．硬度：Mg>K D．熔点：Ca>KA[根据题目所给信息，Mg、Al原子的电子层数相同，所带电荷数：Al>Mg，离子半径：Al3＋<Mg2＋，故