第2章 第3节 离子键、配位键与金属键（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修2（鲁科版2019）

第3节　离子键、配位键与金属键 课程内容标准 能运用离子键、配位键、金属键等模型，解释离子化合物、配合物、金属等物质的某些典型性质。 一、离子键 1．概念：阴、阳离子间通过静电作用而形成的化学键。 2．形成条件：一般认为，当成键原子所属元素的电负性差值大于1.7时，原子间才有可能形成离子键。 3．实质 阴、阳离子之间的静电作用。当静电作用中同时存在的静电引力和静电斥力达到平衡时，体系的能量最低，形成稳定的离子化合物。 (1)静电引力是指阴、阳离子之间的异性电荷吸引力。 (2)静电斥力包括阴、阳离子的原子核、核外电子之间的斥力。 4．特征：离子键没有方向性和饱和性，因此以离子键结合的化合物倾向于形成晶体，使每个离子周围排列尽可能多的带异性电荷的离子，达到降低体系能量的目的。 二、配位键 1．配位键 (1)定义：成键原子一方提供孤对电子，另一方具有接受孤对电子的空轨道而形成的特殊的共价键叫配位键。 (2)表示方法：配位键常用符号A→B表示，其中A是提供孤对电子的原子，B是具有能够接受孤对电子的空轨道的原子。 (3)实例：NH的结构式(表示出配位键)可表示为，N原子杂化类型为sp3，NH中的配位键和其他三个N—H的键长和键能相等，NH的空间构型为正四面体形。 2．配位化合物 (1)概念：组成中含有配位键的物质。 (2)组成：过渡金属的原子或离子(含有空轨道)与含有孤对电子的原子或离子(如：CO、NH3、H2O、Cl－、F－、CN－、SCN－等)通过配位键形成配合物。 (3)实例：[Cu(NH3)4]2＋中氮原子的孤对电子进入Cu2＋的空轨道， [Cu(NH3)4]2＋可表示为。 (4)配合物的制备与应用 ①Cu2＋在水溶液中与水结合形成水合铜离子 [Cu(H2O)4]2＋，从而使溶液显蓝色。 ②外界条件的变化会影响配合物的存在形式。 ③配合物在物质制备、尖端技术、医药科学、催化反应和材料化学领域应用广泛。 三、金属键 1．金属键及其实质 概念 金属中金属阳离子和“自由电子”之间存在的强的相互作用 成键微粒 金属阳离子和“自由电子” 实质 金属键本质是一种电性作用 特征 (1)金属键无饱和性和方向性 (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 (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。 (2)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。 (3)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。 (4)金属具有良好的延展性 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但排列方式不变，金属晶体中的化学键没有被破坏。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)配位键是一种电性作用。(√) (2)配位键实质是一种共价键。(√) (3)形成配位键的电子对由成键原子双方提供。(×) (4)配位键具有饱和性和方向性。(√) (5)金属键具有方向性和饱和性。(×) (6)金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用。(√) (7)金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子。(×) (8)金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光。(×) 2．下列微粒中存在离子键、共价键和配位键的是(　　) A．Na2O2　　　　　 B．H3O＋ C．NH4Cl D．NaOH C　[Na2O2中Na＋与O之间以离子键结合，O内O与O之间以共价键结合；H3O＋中有1个配位键；NH4Cl中NH与Cl－以离子键结合，NH中存在1个配位键；NaOH中Na＋与OH－以离子键结合，OH－中O与H之间以共价键结合。] 3．完成下表： 物质 中心离子 配体 电子对给予体 电子对接受体 [Ag(NH3)2]OH Na3[AlF6] 答案　Ag＋　NH3　NH3　Ag＋　Al3＋　F－　F－　Al3＋ 学习任务一　常见的化学键 1．金属元素与非金属元素化合时一定形成离子键吗？ 提示　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。 2．离子键是通过阴、阳离子间的静电吸引形成的吗？ 提示　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。 3．共价键和配位键的区别是什么？ 提示　配位键也属于共价键，配位键是由一方提供孤对电子，另一方提供空轨道形成的化学键。 1．常见化学键的比较 化学键 共价键 配位键 离子键 金属键 概念 原子间通过共用电子对形成的化学键 由一方提供孤对电子，另一方提供空轨道形成的化学键 阴、阳离子间通过静电作用形成的化学键 金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用 成键方式 通过形成共用电子对达到稳定结构 通过得失电子达到稳定结构 许多金属阳离子共用许多自由电子 特征 有方向性和饱和性 有方向性和饱和性 无方向性和饱和性 无方向性和饱和性 成键微粒 原子 原子、离子 阴、阳离子 金属阳离子、自由电子 成键性质 电性作用 电性作用 静电作用 电性作用 形成条件 一般电负性相差小于1.7的元素原子之间 一方具有空轨道的原子或离子与另一方具有孤对电子的原子、分子或离子 一般电负性相差大于1.7的元素原子之间 金属单质或合金 形成物质 非金属单质或共价化合物、部分离子化合物 配合物 离子化合物 金属、合金 2.化学键类型与物质类别的关系 (1)离子化合物中一定含有离子键，可能含有共价键。简单离子组成的离子化合物中只有离子键。如MgO、NaF等，复杂离子组成的化合物中既有离子键、又有共价键。如NH4NO3、NaOH、Na2O2、NH4Cl等。 (2)共价化合物中只有共价键，一定没有离子键。 (3)中学常见物质中的化学键 ①只有非极性键的物质：H2、O2、N2、P4、S2、S8、金刚石、晶体硅等。 ②只有极性键的物质：HX、CO、SO2等。 ③既有极性键、又有非极性键的物质：H2O2、C2H2、C2H4、C6H6、C2H5OH等。 ④只有离子键的物质：如CaCl2、K2O、KH等(固体)。 ⑤既有离子键、又有非极性键的物质：Na2O2、Na2S2、CaC2等。 ⑥既有离子键、共价键，又有配位键的物质：铵盐、配合物如[Cu(NH3)4]SO4、NH4NO3等。 ⑦稀有气体中不存在化学键。 ⑧金属或合金中存在金属键。 1．下列叙述错误的是(　　) A．离子键没有方向性和饱和性，而共价键有方向性和饱和性 B．两种不同的非金属元素可以组成离子化合物 C．配位键是由成键双方各提供一个电子形成共用电子对 D．金属键的实质是金属中的自由电子与金属阳离子形成的一种强烈的相互作用 C　[N和H这两种非金属元素可以形成离子化合物NH5，即NH4H，其电子式为，B项正确；配位键中的共用电子对是由某一成键原子单方面提供的，C项错误。] 2．下列叙述正确的是(　　) A．带相反电荷离子之间的相互吸引称为离子键 B．金属元素和非金属元素化合时不一定形成离子键 C．原子最外层只有1个电子的主族元素与卤素所形成的化学键一定是离子键 D．非金属元素形成的化合物中不可能含有离子键 B　[离子键的本质是阴、阳离子之间的静电作用，静电作用包括静电引力和静电斥力，A不正确；活泼金属与活泼非金属容易形成离子键，一般当成键原子所属元素的电负性差值小于1.7时，原子间不易形成离子键，如AlCl3和BeCl2中金属与非金属原子形成共价键，B正确；原子最外层只有1个电子的主族元素包括H元素和碱金属元素，H元素与卤素形成共价键，碱金属元素与卤素形成离子键，C不正确；由非金属元素形成的化合物中可能含有离子键，如铵盐中NH与阴离子形成离子键。] [易错警示]　离子键与共价键中的两种特殊情况 (1)金属与非金属形成的化学键有可能是共价键。 (2)完全由非金属元素形成的化合物中有可能含离子键。 学习任务二　认识配位键及配位化合物 在血液中，氧气的输送是由血红蛋白来完成的。那么，氧气和血红蛋白是怎样结合的呢？载氧前，血红蛋白中Fe2＋与卟啉环中的四个氮原子和蛋白质链上咪唑环上的氮原子均通过配位键相连。此时，Fe2＋没有嵌入卟啉环平面，而是位于其上方约0.08 nm处[图2(a)]。载氧后，氧分子通过配位键与Fe2＋连接，使Fe2＋滑入卟啉环中[图2(b)]。 图1　血红蛋白中的配位键 图2　载氧前与载氧后血红蛋白中Fe2＋的配位情况 1．根据生活常识分析CO 和氧气与Fe2＋结合形成配位键能力的强弱。 提示　一氧化碳能导致人体因缺氧而中毒，说明一氧化碳能通过配位键与血红蛋白中的Fe2＋结合，并且结合能力比氧气与Fe2＋的结合能力强得多。 2．配合物[Cu(NH3)4]SO4中含有的化学键类型有哪些？ 提示　[Cu(NH3)4]SO4中含有的化学键有离子键、共价键和配位键。 3．NH3和BF3可以通过配位键形成NH3·BF3，试分析提供孤电子对、空轨道的分别是哪种原子？你能写出NH3·BF3的结构式吗？ 提示　N原子提供孤电子对，B原子提供空轨道，NH3·BF3的结构式可表示为。 4．配制银氨溶液时，向AgNO3溶液中滴加氨水，先生成白色沉淀，后沉淀逐渐溶解，为什么？ 提示　因为氨水呈弱碱性，滴入AgNO3溶液中，会形成AgOH白色沉淀，继续滴加氨水时，NH3分子与Ag＋形成[Ag(NH3)2]＋配合离子，配合离子很稳定，会使AgOH逐渐溶解，反应过程如下： Ag＋＋NH3·H2O===AgOH↓＋NH， AgOH＋2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]＋＋OH－＋2H2O。 1．配位键的理解 (1)配位键是一种特殊的共价键。配位键中的共用电子对是由成键单方提供的，而其他的共价键的共用电子对是由成键双方提供的。 (2)配位键的形成条件 ①成键原子一方能提供孤电子对。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。 (3)配位键同样具有饱和性和方向性。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。 2．形成配合物的原理 形成配合物的中心原子(离子)必须存在空轨道，配体一般都存在着孤电子对。当配体接近中心原子(离子)时，为了增加成键能力，中心原子(离子)用能量相近的空轨道杂化，配体的孤电子对填到中心原子(离子)已杂化的空轨道中形成配离子。配离子的立体构型、配位数及稳定性等主要决定于杂化轨道的数目和类型。 3．配合物的形成对物质性质的影响 (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，可以依次溶于含过量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，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红色的，反应的离子方程式如下： 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，因此血红蛋白中的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。 1．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是(　　) A．X、Y只能是分子 B．X、Y只能是离子 C．若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对 D．若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y C　[形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必须是一种微粒提供空轨道、另一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确；配位键中箭头应该指向提供空轨道的X，D项错误。] 2．(1)在[Ni(NH3)6]2＋中Ni2＋与NH3之间形成的化学键称为__________，提供孤电子对的成键原子是________。 (2)CaF2难溶于水，但可溶于含Al3＋的溶液中，原因是____________________________。(用离子方程式表示，已知AlF在溶液中可稳定存在)。 (3)配合物[Cr(H2O)6]3＋中，与Cr3＋形成配位键的原子是________(填元素符号)。 解析　(1)Ni2＋与NH3之间形成共价键时Ni2＋提供空轨道，N提供孤电子对，形成配位键。(2)CaF2中存在沉淀溶解平衡：CaF2(s)Ca2＋(aq)＋2F－(aq)，溶液中的F－与Al3＋形成配位离子AlF，使沉淀溶解平衡向右移动，导致氟化钙溶解。(3)H2O分子中的O原子有孤对电子，能与Cr3＋形成配位键。 答案　(1)配位键　N　(2)3CaF2＋Al3＋===3Ca2＋＋AlF　(3)O [归纳总结]　配位键与非极性键、极性键的区别与联系 类型 比较 共价键 非极性键 极性键 配位键 本质 相邻原子间的共用电子对(电子云重叠)与原子核间的静电作用 成键条件 (元素种类) 成键原子得、失电子能力相同(同种非金属) 成键原子得、失电子能力差别较小(不同非金属或少数金属与非金属) 成键原子一方有孤电子对(配体)，另一方有空轨道(中心离子) 特征 有方向性、饱和性 铁触媒是重要的催化剂，CO易与铁触媒作用导致其失去催化活性：Fe＋5CO===Fe(CO)5；除去CO的化学反应方程式为：[Cu(NH3)2]OOCCH3＋CO＋NH3===[Cu(NH3)3(CO)]OOCCH3。 (1)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中碳原子的杂化类型是怎样的？ 用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中，有哪几种化学键形成？ 提示　该配合物中C原子价层电子对个数有3个、4个的，根据价层电子对互斥理论确定C原子杂化方式为sp3、sp2；用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中，肯定有Cu离子和N、C原子之间的配位键且也是σ键生成。 (2)金属铜投入氨水或H2O2溶液中均无明显现象，但投入氨水与H2O2的混合溶液中，则铜片溶解，溶液呈深蓝色，写出该反应的离子反应方程式。 提示　 Cu、H2O2和NH3·H2O反应生成铜氨络合离子、氢氧根离子和水，反应方程式为Cu＋H2O2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O(或Cu＋H2O2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－)。 1．化学键类型与物质类别的关系 (1)离子化合物中一定含有离子键，可能含有共价键。 (2)共价化合物中只有共价键，一定没有离子键。 2．配位键的理解：配位键是一种特殊的共价键。配位键中的共用电子对是由成键单方提供的，而其他的共价键的共用电子对是由成键双方提供的。 3．金属键本质是一种电性作用。 学科网（北京）股份有限公司 $$