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化学选择性必修2第3节 离子键、配位键与金属键课文配套课件ppt
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这是一份化学选择性必修2第3节 离子键、配位键与金属键课文配套课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了课前自主学习，静电作用，静电引力，静电斥力，阳离子，阳离子的原子核，核外电子，尽可能多的带异性电荷，孤电子对，接受孤电子对的空轨道等内容，欢迎下载使用。
学习任务一 离子键任务驱动:离子键是必修2学习的化学键中重要的一类,离子键是通过阴、阳离子间的静电吸引形成的吗?离子键跟共价键有什么不同?1.概念阴、阳离子之间通过_________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____时,原子间才有可能形成离子键。
3.实质阴、阳离子之间的_________。当静电作用中同时存在的_________和_________达到平衡时,体系的能量_____,形成稳定的离子化合物。(1)静电引力是指___________之间的异性电荷吸引力。(2)静电斥力包括___________________、_________之间的斥力。【想一想】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。
4.特征离子键没有_____性和_____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_____________________的离子,达到降低体系能量的目的。【想一想】离子键没有饱和性,是不是离子可以任意结合异性电荷的离子形成化合物?提示: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。
【做一做】在下列物质中:①CO2、②KCl、③CaBr2、④O2、⑤NH4Cl、⑥Ca(OH)2、⑦N2、⑧HBr、⑨NH3、⑩Na2O2,请用序号回答下列问题:(1)只有离子键的是________。 (2)既有离子键,也有非极性键的是________。 (3)既有离子键,又有极性键的是________。 (4)属于离子化合物的是________。 答案:(1)②③ (2)⑩ (3)⑤⑥ (4)②③⑤⑥⑩
学习任务二 配位键任务驱动:
1.配位键(1)定义:成键原子一方提供_________,另一方具有_____________________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_____表示,其中A是___________________,B是___________________________________。
具有能够接受孤电子对的空轨道的原子
(3)实例: 的结构式(表示出配位键)可表示为___________,N原子杂化类型为___, 中的配位键和其他三个N—H的键长和键能_____, 的空间构型为正四面体形。【想一想】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电子对,另一方提供空轨道形成的化学键。
2.配合物(1)概念:组成中含有_______的物质。(2)组成:过渡金属的原子或离子(含有空轨道)与含有_________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___原子的孤电子对进入____的空轨道,[Cu(NH3)4]2+可表示为 。
【想一想】向AgNO3溶液中滴入氨水,现象:生成白色沉淀,随氨水的增加,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?提示:Ag++NH3·H2O====AgOH↓+ ,AgOH+2NH3====[Ag(NH3)2]++OH-(2)利用化学平衡移动原理解释配合离子是如何形成的?提示:AgOH水溶液中存在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]+配合离子,且配合离子很稳定,促使以上平衡右移,AgOH逐渐溶解。
学习任务三 金属键任务驱动: 以下是几种常见金属单质的几项物理通性的比较:金属的熔点为什么差别这么大?金属为什么易导电?金属为什么易导热?
2.金属的物理性质(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“_________”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)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_____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___________________,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_______没有被破坏。
【想一想】1.物质中只要有阳离子就一定有阴离子吗?提示:金属单质及其合金中存在阳离子却没有阴离子,因此物质中有阳离子未必有阴离子。2.金属导电与电解质溶液导电的实质相同吗?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阳、阴极放电的过程,伴随着化学变化。
探究任务一 常见化学键的比较图片情境以下是氯化钠形成时体系能量的变化和氯化钠、氯化铯的晶体结构模型
【问题探究】1.从形成时体系能量的变化图分析氯化钠是怎样形成的?提示:由图2可知:(1)r>r0:当r减小时,阴、阳离子靠静电相互吸引,E减小,体系趋于稳定。(2)r=r0:E有极小值,此时体系最稳定,表明形成离子键。(3)r
(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。
4.有人说:“金属键就是共价键。”这种说法对吗?提示:不对。从某种意义上来说金属键属于一种特殊的共价键,共价键的共用电子对属于提供电子对的两个原子,但是金属键中的自由电子却属于整块固态金属。
【探究总结】1.常见化学键的比较
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稀有气体中不存在化学键。⑦金属或合金中存在金属键。
【典例】下列关于化学键的认识错误的是( )A.离子化合物中肯定有金属元素,离子键没有方向性和饱和性;而共价化合物中肯定没有金属元素,共价键有方向性和饱和性B.金属键的实质是在整块固态金属中不停运动的“自由电子”与金属阳离子相互作用,使得体系的能量大大降低C.一般来说,共价键在形成时,由成键双方各提供一个电子形成共用电子对D.根据元素电负性的差值可以判断化学键类型
【解题指南】离子键的形成规律(1)电负性小的金属元素和电负性大的非金属元素之间易形成离子键。(2)一般来说,活泼的金属元素(ⅠA族、ⅡA族)和活泼的非金属元素(ⅥA族、ⅦA族)易形成离子键。
【解析】选A。A项离子化合物中不一定有金属元素,如铵盐;共价化合物中也不一定没有金属元素,如AlCl3,错误;B项,金属键为自由电子与金属阳离子所形成的相互作用。C项,共价键在形成时,一般由成键原子的双方各提供一个电子形成共用电子对,正确;根据形成化学键的元素的电负性差值与1.7的关系可以判断化学键类型,D正确。【易错提醒】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。
【探究训练】1.叠氮化钠(NaN3)是抗禽流感药物“达菲”合成过程中的中间活性物质,因其在强烈撞击的情况下快速分解并产生大量氮气,叠氮化钠可以用于汽车安全气囊的制造。3 ml NaN3受撞击会生成4 ml氮气和一种离子化合物(Na3N)。下列有关叙述错误的是( )A.NaN3受撞击时,NaN3既是氧化剂又是还原剂B.NaN3跟水反应时,有NH3生成C.Na3N中N3-半径比Na+半径大D.NaN3中,既存在离子键又存在非极性共价键
【解析】选B。NaN3跟水反应时,没有NH3生成,应该是Na3N跟水反应时,有NH3生成。
2.下列元素的原子在形成不同物质时,既能形成离子键,又能形成极性键和非极性键的是( )A.Ca B.Mg C.Ne D.F【解析】选D。活泼金属与活泼非金属都能形成离子键,故排除C;而活泼金属不能形成共价键,则排除A、B;D选项,如NaF、F2、HF三种物质中分别形成离子键、非极性共价键和极性共价键。
3.(2020·保定高二检测)下列物质中,既含有离子键,又含有非极性共价键的是( )A.Na2O2B.NaOHC.Na2OD.MgCl2【解析】选A。Na2O2中含有Na+与 的离子键, 中含有O—O非极性键,A项正确;NaOH中含有Na+与OH-的离子键,OH-中含有H—O极性键,B项错误;Na2O中只含有Na+与O2-的离子键,C项错误;MgCl2中只含有Mg2+与Cl-的离子键,D项错误。
探究任务二 配位键、配位化合物的组成和性质实验情境实验操作:向溶液中逐滴加入过量氨水。
【问题探究】1.实验中发生了什么反应?请结合反应方程式进行解释。提示:Cu2++2NH3·H2O====Cu(OH)2↓+2N Cu(OH)2+4NH3·H2O====[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O先产生蓝色沉淀后溶解,是因为生成了[Cu(NH3)4]2+,结构如下: 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{[Cu(NH3)4]2+与 之间形成的}、一般共价键、配位键。
3.Cu2+在水溶液中呈现蓝色,是因为Cu2+与H2O结合形成了水合铜离子[Cu(H2O)4]2+,如何表达其中的配位键?提示:
【探究总结】1.配位键的形成(1)由一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成的化学键。(2)特征是一种特殊的共价键,有方向性和饱和性。(3)形成条件一方具有空轨道的原子或离子与另一方具有孤电子对的原子、分子或离子。(4)存在铵盐、配合物如[Cu(NH3)4]SO4、NH4NO3等。
2.配合物的组成配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如图所示: (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)配体:含有孤电子对的原子、分子或离子。①原子:常为ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的原子;②分子:如H2O、NH3、CO、醇等;③阴离子:如X-(Cl-、Br-、I-)、OH-、SCN-、CN-、RCOO-等。
(3)配位数:直接与中心原子配位的原子、分子或离子数目。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体总电荷数的代数和,如[C(NH3)5Cl]n+中的n=2。3.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。4.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、中心原子或离子和配体。
【典例】(2020·大同高二检测)回答下列问题:(1)若BCl3与XYn通过B原子与X原子间的配位键结合形成配合物,则该配合物提供孤电子对的原子是____________。 (2)NH3与BF3可以通过配位键形成NH3·BF3,________原子提供孤电子对,________原子提供空轨道。写出NH3·BF3的结构式,并用“→”表示出配位键________。 (3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼能与硫酸反应生成N2H6SO4。N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同,则N2H6SO4的晶体内存在________(填字母序号)。 a.离子键 b.配位键 c.共价键 d.σ键
(4)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成Na2[Cu(OH)4]。不考虑空间构型,[Cu(OH)4]2-的结构可用示意图表示为_____________________, Na2[Cu(OH)4]中除配位键外,还存在的化学键类型是______(填字母)。 a.离子键b.金属键c.极性键d.非极性键(5)向氯化铜溶液中加入过量浓氨水,然后加入适量乙醇,溶液中析出深蓝色的[Cu(NH3)4]Cl2晶体,上述深蓝色晶体中含有的化学键除普通共价键外,还有__________和____________。
【解析】(1)BCl3分子中B原子采取sp2杂化,形成3个sp2杂化轨道。B原子未杂化的1个2p轨道为空轨道,所以与X形成配位键时,X应提供孤电子对。(2)NH3中N原子为sp3杂化,N原子上有一对孤电子对,BF3中B原子为sp2杂化,杂化轨道与F原子形成3个共价键,故有一个2p空轨道,与NH3形成配位键。(3)N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同,可见它是离子晶体,晶体内存在离子键、共价键、配位键、σ键。(4)Cu2+中存在空轨道,而OH-中O原子上有孤电子对,故O与Cu之间以配位键结合。Na2[Cu(OH)4]为离子化合物,Na+与[Cu(OH)4]2-之间以离子键结合,O—H键为极性键。
(5)Cu2+提供空轨道,N原子提供孤电子对,Cu2+与NH3分子之间形成配位键,NH3分子中N、H原子之间以共价键结合,内界离子[Cu(NH3)4]2+与外界离子Cl-以离子键结合。答案:(1)X (2)N B (3)abcd(4) ac (5)离子键 配位键
【易错提醒】(1)解答配位化合物问题需注意一要掌握配位键形成的条件;二要正确分析最外层电子排布和成键情况。(2)配位键与一般共价键的区别:配位键成键电子由单方提供,而一般共价键成键电子由双方提供。
【探究训练】1.(2020·松原高二检测)配位化合物的数量巨大,组成和结构形形色色,丰富多彩。配合物[Cu(NH3)4](OH)2的中心离子、配体、中心离子的电荷数和配位数分别为( )A.Cu2+、NH3、2、4B.Cu+、NH3、1、4C.Cu2+、OH-、2、2D.Cu2+、NH3、2、2【解析】选A。配合物[Cu(NH3)4](OH)2中,Cu2+为中心离子,电荷数为2,NH3为配体,配位数为4,故选A。
2.(2019·全国卷Ⅰ节选)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是________________,其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是________(填“Mg2+”或“Cu2+”)。 【解析】乙二胺的两个N提供孤电子对给Mg2+、Cu2+等金属离子,以配位键结合成稳定环状离子;由于铜作为过渡元素,存在空的d轨道,更容易形成配合物,因此铜离子形成的化合物更稳定。答案:乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键 Cu2+
3.(2020·常州高二检测)配位键是一种特殊的共价键,即由单方面提供孤电子对的某原子和另一种接受孤电子对的空轨道的粒子结合。如 就是由NH3(氮原子提供孤电子对)和H+(提供空轨道)通过配位键形成的。据此,回答下列问题:(1)下列粒子中可能存在配位键的是________。 A.CO2 B.H3O+ C.CH4 D.H2SO4(2)科学家对H2O2结构的认识经历了较为漫长的过程,最初,科学家提出了两种观点:甲: 、乙:H—O—O—H,式中O→O表示配位键,在化学反应中O→O键遇到还原剂时易断裂。化学家为研究H2O2的结构,设计并完成了下列实验:
a.将C2H5OH与浓硫酸反应生成(C2H5)2SO4和水;b.将制得的(C2H5)2SO4与H2O2反应,只生成A和H2SO4;c.将生成的A与H2反应(已知该反应中H2作还原剂)。如果H2O2的结构如甲所示,实验c中化学反应方程式为(A写结构简式)____________________。
【解析】解题时要注意配位键形成条件中的一方提供孤电子对,另一方提供空轨道。(1)由题中信息可得出结论:凡能给出H+的物质中一般含有配位键。(2)由题中所含配位键的物质的反应特点分析。答案:(1)B、D(2) +H2→C2H5OC2H5+H2O
1.(双选)下列元素的原子间容易形成离子键的是( )A.a和cB.a和fC.b和gD.c和g【解析】选B、C。由原子a～g的M层电子数可知,M层即为原子的最外层,元素a～g均为第3周期元素。a、b均为活泼的金属元素,f、g均为活泼的非金属元素,所以a和f、b和g形成的化学键为离子键,c和g形成共价键。
2.(2020·石家庄高二检测)下列说法正确的是( )A.离子键就是使阴、阳离子结合成化合物的静电引力B.所有金属与所有非金属原子之间都能形成离子键C.在化合物CaCl2中,两个氯离子之间也存在离子键D.含有离子键的化合物一定是离子化合物
【解析】选D。离子键是使阴、阳离子结合成化合物的静电作用,要注意区别静电作用和静电引力,A错误;只有活泼金属与活泼非金属原子之间才能形成离子键,B错误;由CaCl2的电子式 可以看出,两个氯离子(都是阴离子)之间不存在离子键,离子键存在于阴离子和阳离子之间,C错误;含有离子键的化合物一定是离子化合物,D正确。
3.(2020·保定高二检测)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、KB.Na、Mg、AlC.Li、Be、MgD.Li、Na、Mg【解析】选B。本题考查金属键与金属性质的关系。金属键越强,金属的熔点越高。A项中,阳离子半径顺序为LiNa>K,熔点依次降低;B项,价电子数的关系为NaMg>Al,故金属键依次增强,熔点依次升高;C项中Be的熔点高于Mg;D项Li的熔点高于Na。
4.(双选)下列关于配位化合物的叙述中不正确的是( )A.配位化合物PtCl4·2NH3,其水溶液不导电,加入AgNO3溶液也不产生沉淀,用强碱处理并没有NH3放出,说明配合物中Cl-与Pt4+配位,而NH3分子不配位B.配位化合物中只有配位键C.[Cu(H2O)6]2+中的Cu2+提供空轨道,H2O中的氧原子提供孤电子对形成配位键D.配位化合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有着广泛的应用
【解析】选A、B。配位化合物PtCl4·2NH3,加入AgNO3溶液也不产生沉淀,用强碱处理并没有NH3放出,说明配合物中NH3、Cl-都与Pt4+配位。配位化合物中一定含有配位键,但也可能含有其他化学键;Cu2+有空轨道,H2O中氧原子有孤电子对,可以形成配位键;配位化合物应用领域特别广泛,D选项中提到的几个领域都在其中。
5.(2020·西安高二检测)已知A元素的原子K、L层上的电子数之和比它的L、M层上的电子数之和多1个电子,B元素的原子L层上的电子数比A原子L层上的电子数少2。(1)写出这两种元素的符号和名称:A:________,B:________。 (2)写出A、B的单质反应生成A2B的化学方程式:____________________。 (3)下列有关A、B形成的化合物的叙述中,正确的是________。 A.只能形成共价化合物B.只能形成离子化合物C.形成的化合物中可能含有极性共价键D.形成的化合物中可能只有离子键,也可能既有离子键又有非极性共价键
【解析】由信息可知A元素原子结构示意图为 ,即A为钠元素;B元素L层上只有6个电子,即B为氧元素,A、B反应可以生成Na2O,也可以生成Na2O2,Na2O中只含有离子键,Na2O2中含有离子键和非极性共价键。答案:(1)Na(钠) O(氧) (2)4Na+O2====2Na2O (3)BD
【补偿训练】已知氯化铝的熔点为190 ℃(2.02×105 Pa),但它在180 ℃即开始升华。(1)氯化铝是________(填“离子化合物”或“共价化合物”)。 (2)在500 K和1.01×105 Pa时,它的蒸气密度(换算成标准状况时)为11.92 g·L-1,且已知它的结构中还含有配位键,氯化铝的化学式为____________________,结构式为____________________。 (3)无水氯化铝在空气中强烈地“发烟”,其原因是__________________。(4)如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物?
【解析】(1)由氯化铝的熔点较低,且又易升华,说明氯化铝是共价化合物。(2) =Vmρ0=22.4 L·ml-1×11.92 g·L-1≈267 g·ml-1,AlCl3的相对分子质量为133.5,267/133.5=2,由此可知氯化铝的蒸气是二聚体。结构式为 化学式:Al2Cl6。(3)AlCl3遇到空气中的H2O发生水解,生成的HCl与空气中水蒸气形成酸雾,反应式:AlCl3+3H2O Al(OH)3+3HCl。
学习任务一 离子键任务驱动:离子键是必修2学习的化学键中重要的一类,离子键是通过阴、阳离子间的静电吸引形成的吗?离子键跟共价键有什么不同?1.概念阴、阳离子之间通过_________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____时,原子间才有可能形成离子键。
3.实质阴、阳离子之间的_________。当静电作用中同时存在的_________和_________达到平衡时,体系的能量_____,形成稳定的离子化合物。(1)静电引力是指___________之间的异性电荷吸引力。(2)静电斥力包括___________________、_________之间的斥力。【想一想】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。
4.特征离子键没有_____性和_____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_____________________的离子,达到降低体系能量的目的。【想一想】离子键没有饱和性,是不是离子可以任意结合异性电荷的离子形成化合物?提示: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。
【做一做】在下列物质中:①CO2、②KCl、③CaBr2、④O2、⑤NH4Cl、⑥Ca(OH)2、⑦N2、⑧HBr、⑨NH3、⑩Na2O2,请用序号回答下列问题:(1)只有离子键的是________。 (2)既有离子键,也有非极性键的是________。 (3)既有离子键,又有极性键的是________。 (4)属于离子化合物的是________。 答案:(1)②③ (2)⑩ (3)⑤⑥ (4)②③⑤⑥⑩
学习任务二 配位键任务驱动:
1.配位键(1)定义:成键原子一方提供_________,另一方具有_____________________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_____表示,其中A是___________________,B是___________________________________。
具有能够接受孤电子对的空轨道的原子
(3)实例: 的结构式(表示出配位键)可表示为___________,N原子杂化类型为___, 中的配位键和其他三个N—H的键长和键能_____, 的空间构型为正四面体形。【想一想】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电子对,另一方提供空轨道形成的化学键。
2.配合物(1)概念:组成中含有_______的物质。(2)组成:过渡金属的原子或离子(含有空轨道)与含有_________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___原子的孤电子对进入____的空轨道,[Cu(NH3)4]2+可表示为 。
【想一想】向AgNO3溶液中滴入氨水,现象:生成白色沉淀,随氨水的增加,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?提示:Ag++NH3·H2O====AgOH↓+ ,AgOH+2NH3====[Ag(NH3)2]++OH-(2)利用化学平衡移动原理解释配合离子是如何形成的?提示:AgOH水溶液中存在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]+配合离子,且配合离子很稳定,促使以上平衡右移,AgOH逐渐溶解。
学习任务三 金属键任务驱动: 以下是几种常见金属单质的几项物理通性的比较:金属的熔点为什么差别这么大?金属为什么易导电?金属为什么易导热?
2.金属的物理性质(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“_________”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)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_____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___________________,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_______没有被破坏。
【想一想】1.物质中只要有阳离子就一定有阴离子吗?提示:金属单质及其合金中存在阳离子却没有阴离子,因此物质中有阳离子未必有阴离子。2.金属导电与电解质溶液导电的实质相同吗?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阳、阴极放电的过程,伴随着化学变化。
探究任务一 常见化学键的比较图片情境以下是氯化钠形成时体系能量的变化和氯化钠、氯化铯的晶体结构模型
【问题探究】1.从形成时体系能量的变化图分析氯化钠是怎样形成的?提示:由图2可知:(1)r>r0:当r减小时,阴、阳离子靠静电相互吸引,E减小,体系趋于稳定。(2)r=r0:E有极小值,此时体系最稳定,表明形成离子键。(3)r
(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。
4.有人说:“金属键就是共价键。”这种说法对吗?提示:不对。从某种意义上来说金属键属于一种特殊的共价键,共价键的共用电子对属于提供电子对的两个原子,但是金属键中的自由电子却属于整块固态金属。
【探究总结】1.常见化学键的比较
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稀有气体中不存在化学键。⑦金属或合金中存在金属键。
【典例】下列关于化学键的认识错误的是( )A.离子化合物中肯定有金属元素,离子键没有方向性和饱和性;而共价化合物中肯定没有金属元素,共价键有方向性和饱和性B.金属键的实质是在整块固态金属中不停运动的“自由电子”与金属阳离子相互作用,使得体系的能量大大降低C.一般来说,共价键在形成时,由成键双方各提供一个电子形成共用电子对D.根据元素电负性的差值可以判断化学键类型
【解题指南】离子键的形成规律(1)电负性小的金属元素和电负性大的非金属元素之间易形成离子键。(2)一般来说,活泼的金属元素(ⅠA族、ⅡA族)和活泼的非金属元素(ⅥA族、ⅦA族)易形成离子键。
【解析】选A。A项离子化合物中不一定有金属元素,如铵盐;共价化合物中也不一定没有金属元素,如AlCl3,错误;B项,金属键为自由电子与金属阳离子所形成的相互作用。C项,共价键在形成时,一般由成键原子的双方各提供一个电子形成共用电子对,正确;根据形成化学键的元素的电负性差值与1.7的关系可以判断化学键类型,D正确。【易错提醒】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。
【探究训练】1.叠氮化钠(NaN3)是抗禽流感药物“达菲”合成过程中的中间活性物质,因其在强烈撞击的情况下快速分解并产生大量氮气,叠氮化钠可以用于汽车安全气囊的制造。3 ml NaN3受撞击会生成4 ml氮气和一种离子化合物(Na3N)。下列有关叙述错误的是( )A.NaN3受撞击时,NaN3既是氧化剂又是还原剂B.NaN3跟水反应时,有NH3生成C.Na3N中N3-半径比Na+半径大D.NaN3中,既存在离子键又存在非极性共价键
【解析】选B。NaN3跟水反应时,没有NH3生成,应该是Na3N跟水反应时,有NH3生成。
2.下列元素的原子在形成不同物质时,既能形成离子键,又能形成极性键和非极性键的是( )A.Ca B.Mg C.Ne D.F【解析】选D。活泼金属与活泼非金属都能形成离子键,故排除C;而活泼金属不能形成共价键,则排除A、B;D选项,如NaF、F2、HF三种物质中分别形成离子键、非极性共价键和极性共价键。
3.(2020·保定高二检测)下列物质中,既含有离子键,又含有非极性共价键的是( )A.Na2O2B.NaOHC.Na2OD.MgCl2【解析】选A。Na2O2中含有Na+与 的离子键, 中含有O—O非极性键,A项正确;NaOH中含有Na+与OH-的离子键,OH-中含有H—O极性键,B项错误;Na2O中只含有Na+与O2-的离子键,C项错误;MgCl2中只含有Mg2+与Cl-的离子键,D项错误。
探究任务二 配位键、配位化合物的组成和性质实验情境实验操作:向溶液中逐滴加入过量氨水。
【问题探究】1.实验中发生了什么反应?请结合反应方程式进行解释。提示:Cu2++2NH3·H2O====Cu(OH)2↓+2N Cu(OH)2+4NH3·H2O====[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O先产生蓝色沉淀后溶解,是因为生成了[Cu(NH3)4]2+,结构如下: 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{[Cu(NH3)4]2+与 之间形成的}、一般共价键、配位键。
3.Cu2+在水溶液中呈现蓝色,是因为Cu2+与H2O结合形成了水合铜离子[Cu(H2O)4]2+,如何表达其中的配位键?提示:
【探究总结】1.配位键的形成(1)由一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成的化学键。(2)特征是一种特殊的共价键,有方向性和饱和性。(3)形成条件一方具有空轨道的原子或离子与另一方具有孤电子对的原子、分子或离子。(4)存在铵盐、配合物如[Cu(NH3)4]SO4、NH4NO3等。
2.配合物的组成配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如图所示: (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)配体:含有孤电子对的原子、分子或离子。①原子:常为ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的原子;②分子:如H2O、NH3、CO、醇等;③阴离子:如X-(Cl-、Br-、I-)、OH-、SCN-、CN-、RCOO-等。
(3)配位数:直接与中心原子配位的原子、分子或离子数目。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体总电荷数的代数和,如[C(NH3)5Cl]n+中的n=2。3.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。4.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、中心原子或离子和配体。
【典例】(2020·大同高二检测)回答下列问题:(1)若BCl3与XYn通过B原子与X原子间的配位键结合形成配合物,则该配合物提供孤电子对的原子是____________。 (2)NH3与BF3可以通过配位键形成NH3·BF3,________原子提供孤电子对,________原子提供空轨道。写出NH3·BF3的结构式,并用“→”表示出配位键________。 (3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼能与硫酸反应生成N2H6SO4。N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同,则N2H6SO4的晶体内存在________(填字母序号)。 a.离子键 b.配位键 c.共价键 d.σ键
(4)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成Na2[Cu(OH)4]。不考虑空间构型,[Cu(OH)4]2-的结构可用示意图表示为_____________________, Na2[Cu(OH)4]中除配位键外,还存在的化学键类型是______(填字母)。 a.离子键b.金属键c.极性键d.非极性键(5)向氯化铜溶液中加入过量浓氨水,然后加入适量乙醇,溶液中析出深蓝色的[Cu(NH3)4]Cl2晶体,上述深蓝色晶体中含有的化学键除普通共价键外,还有__________和____________。
【解析】(1)BCl3分子中B原子采取sp2杂化,形成3个sp2杂化轨道。B原子未杂化的1个2p轨道为空轨道,所以与X形成配位键时,X应提供孤电子对。(2)NH3中N原子为sp3杂化,N原子上有一对孤电子对,BF3中B原子为sp2杂化,杂化轨道与F原子形成3个共价键,故有一个2p空轨道,与NH3形成配位键。(3)N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同,可见它是离子晶体,晶体内存在离子键、共价键、配位键、σ键。(4)Cu2+中存在空轨道,而OH-中O原子上有孤电子对,故O与Cu之间以配位键结合。Na2[Cu(OH)4]为离子化合物,Na+与[Cu(OH)4]2-之间以离子键结合,O—H键为极性键。
(5)Cu2+提供空轨道,N原子提供孤电子对,Cu2+与NH3分子之间形成配位键,NH3分子中N、H原子之间以共价键结合,内界离子[Cu(NH3)4]2+与外界离子Cl-以离子键结合。答案:(1)X (2)N B (3)abcd(4) ac (5)离子键 配位键
【易错提醒】(1)解答配位化合物问题需注意一要掌握配位键形成的条件;二要正确分析最外层电子排布和成键情况。(2)配位键与一般共价键的区别:配位键成键电子由单方提供,而一般共价键成键电子由双方提供。
【探究训练】1.(2020·松原高二检测)配位化合物的数量巨大,组成和结构形形色色,丰富多彩。配合物[Cu(NH3)4](OH)2的中心离子、配体、中心离子的电荷数和配位数分别为( )A.Cu2+、NH3、2、4B.Cu+、NH3、1、4C.Cu2+、OH-、2、2D.Cu2+、NH3、2、2【解析】选A。配合物[Cu(NH3)4](OH)2中,Cu2+为中心离子,电荷数为2,NH3为配体,配位数为4,故选A。
2.(2019·全国卷Ⅰ节选)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是________________,其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是________(填“Mg2+”或“Cu2+”)。 【解析】乙二胺的两个N提供孤电子对给Mg2+、Cu2+等金属离子,以配位键结合成稳定环状离子;由于铜作为过渡元素,存在空的d轨道,更容易形成配合物,因此铜离子形成的化合物更稳定。答案:乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键 Cu2+
3.(2020·常州高二检测)配位键是一种特殊的共价键,即由单方面提供孤电子对的某原子和另一种接受孤电子对的空轨道的粒子结合。如 就是由NH3(氮原子提供孤电子对)和H+(提供空轨道)通过配位键形成的。据此,回答下列问题:(1)下列粒子中可能存在配位键的是________。 A.CO2 B.H3O+ C.CH4 D.H2SO4(2)科学家对H2O2结构的认识经历了较为漫长的过程,最初,科学家提出了两种观点:甲: 、乙:H—O—O—H,式中O→O表示配位键,在化学反应中O→O键遇到还原剂时易断裂。化学家为研究H2O2的结构,设计并完成了下列实验:
a.将C2H5OH与浓硫酸反应生成(C2H5)2SO4和水;b.将制得的(C2H5)2SO4与H2O2反应,只生成A和H2SO4;c.将生成的A与H2反应(已知该反应中H2作还原剂)。如果H2O2的结构如甲所示,实验c中化学反应方程式为(A写结构简式)____________________。
【解析】解题时要注意配位键形成条件中的一方提供孤电子对,另一方提供空轨道。(1)由题中信息可得出结论:凡能给出H+的物质中一般含有配位键。(2)由题中所含配位键的物质的反应特点分析。答案:(1)B、D(2) +H2→C2H5OC2H5+H2O
1.(双选)下列元素的原子间容易形成离子键的是( )A.a和cB.a和fC.b和gD.c和g【解析】选B、C。由原子a～g的M层电子数可知,M层即为原子的最外层,元素a～g均为第3周期元素。a、b均为活泼的金属元素,f、g均为活泼的非金属元素,所以a和f、b和g形成的化学键为离子键,c和g形成共价键。
2.(2020·石家庄高二检测)下列说法正确的是( )A.离子键就是使阴、阳离子结合成化合物的静电引力B.所有金属与所有非金属原子之间都能形成离子键C.在化合物CaCl2中,两个氯离子之间也存在离子键D.含有离子键的化合物一定是离子化合物
【解析】选D。离子键是使阴、阳离子结合成化合物的静电作用,要注意区别静电作用和静电引力,A错误;只有活泼金属与活泼非金属原子之间才能形成离子键,B错误;由CaCl2的电子式 可以看出,两个氯离子(都是阴离子)之间不存在离子键,离子键存在于阴离子和阳离子之间,C错误;含有离子键的化合物一定是离子化合物,D正确。
3.(2020·保定高二检测)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、KB.Na、Mg、AlC.Li、Be、MgD.Li、Na、Mg【解析】选B。本题考查金属键与金属性质的关系。金属键越强,金属的熔点越高。A项中,阳离子半径顺序为Li
4.(双选)下列关于配位化合物的叙述中不正确的是( )A.配位化合物PtCl4·2NH3,其水溶液不导电,加入AgNO3溶液也不产生沉淀,用强碱处理并没有NH3放出,说明配合物中Cl-与Pt4+配位,而NH3分子不配位B.配位化合物中只有配位键C.[Cu(H2O)6]2+中的Cu2+提供空轨道,H2O中的氧原子提供孤电子对形成配位键D.配位化合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有着广泛的应用
【解析】选A、B。配位化合物PtCl4·2NH3,加入AgNO3溶液也不产生沉淀,用强碱处理并没有NH3放出,说明配合物中NH3、Cl-都与Pt4+配位。配位化合物中一定含有配位键,但也可能含有其他化学键;Cu2+有空轨道,H2O中氧原子有孤电子对,可以形成配位键;配位化合物应用领域特别广泛,D选项中提到的几个领域都在其中。
5.(2020·西安高二检测)已知A元素的原子K、L层上的电子数之和比它的L、M层上的电子数之和多1个电子,B元素的原子L层上的电子数比A原子L层上的电子数少2。(1)写出这两种元素的符号和名称:A:________,B:________。 (2)写出A、B的单质反应生成A2B的化学方程式:____________________。 (3)下列有关A、B形成的化合物的叙述中,正确的是________。 A.只能形成共价化合物B.只能形成离子化合物C.形成的化合物中可能含有极性共价键D.形成的化合物中可能只有离子键,也可能既有离子键又有非极性共价键
【解析】由信息可知A元素原子结构示意图为 ,即A为钠元素;B元素L层上只有6个电子,即B为氧元素,A、B反应可以生成Na2O,也可以生成Na2O2,Na2O中只含有离子键,Na2O2中含有离子键和非极性共价键。答案:(1)Na(钠) O(氧) (2)4Na+O2====2Na2O (3)BD
【补偿训练】已知氯化铝的熔点为190 ℃(2.02×105 Pa),但它在180 ℃即开始升华。(1)氯化铝是________(填“离子化合物”或“共价化合物”)。 (2)在500 K和1.01×105 Pa时,它的蒸气密度(换算成标准状况时)为11.92 g·L-1,且已知它的结构中还含有配位键,氯化铝的化学式为____________________,结构式为____________________。 (3)无水氯化铝在空气中强烈地“发烟”,其原因是__________________。(4)如何通过实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物?
【解析】(1)由氯化铝的熔点较低,且又易升华,说明氯化铝是共价化合物。(2) =Vmρ0=22.4 L·ml-1×11.92 g·L-1≈267 g·ml-1,AlCl3的相对分子质量为133.5,267/133.5=2,由此可知氯化铝的蒸气是二聚体。结构式为 化学式:Al2Cl6。(3)AlCl3遇到空气中的H2O发生水解,生成的HCl与空气中水蒸气形成酸雾,反应式:AlCl3+3H2O Al(OH)3+3HCl。
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