高中化学第2章第3节第2课时配位键金属键教案鲁科版选修3

1 第2课时 配位键 金属键

[学习目标定位] 1.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。2.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 配位键和配合物

1．配位键

(1)用电子式表示NH3、NH＋4的形成

①N原子与H原子以共价键结合成NH3分子：

3H×＋·N··―→H×·N×·H ·×H；

②NH3分子与H＋结合成NH＋4

H·×N×·H,·×H··＋H＋―→[H·×N×·H,·×H··H]＋。

(2)②中共价键的形成与①相比较有何不同？

答案 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。

(3)由上述分析可知

①配位键的概念是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。

②配位键常用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配位键与共价键在形成过程上的主要不同是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。

2．配合物

(1)在盛有2mL0.1mol·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。反应的离子方程式是

①Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH＋4；

②Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O。

(2)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(如右图所示)。

(3)配合物的概念：由提供孤对电子的配位体与接受孤对电子的中心原子以配位键结合形成的化合物。

如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。

[归纳总结]

1．配位键的形成条件 2 (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。

2．配合物的组成

配合物[Cu(NH3)4]SO4的组成如下图所示：

(1)中心原子是提供空轨道接受孤对电子的原子。中心原子一般都是带正电荷的阳离子(此时又叫中心离子)，过渡金属离子最常见的有Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。

(2)配位体是提供孤对电子的阴离子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。配位体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必须是含有孤对电子的原子，如NH3中的N原子，H2O分子中的O原子等。

(3)配位数是直接与中心原子形成的配位键的数目。

如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数为6。

(4)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。

[活学活用]

1．下列各种说法中错误的是( )

A．形成配位键的条件是一方有空轨道一方有孤对电子

B．配位键是一种特殊的共价键

C．NH4NO3、H2SO4都含有配位键

D．共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子

答案 D

解析 配位键是成键的两个原子一方提供孤对电子，另一方提供空轨道而形成的共价键，可见成键双方都不存在未成对电子，故A、B对，D错；NH4NO3、H2SO4中的NH＋4、SO2－4含有配位键，故C对。

2．磷在空气中充分燃烧后生成结构如图所示的分子。图中的圆圈表示原子，实线表示化学键。

(1)请在图中找出磷原子，并在图上将其涂黑。

(2)该化合物的化学式为________。

(3)分子内磷原子排列成________形。

(4)在用实线表示的化学键中，两原子间单线表示的是________键，两原子间双线表示的是________键。(填“极性”、“非极性”或“配位”)

答案 (1)图中虚线形成的正四面体的四个顶点原子是P原子 (2)P4O10 (3)正四面体 3 (4)极性 配位

解析 图中有两类原子：一类每个原子形成两个共价键，另一类原子形成五个化学键。联想P呈＋5价，O呈－2价，则第一类为O原子，第二类为P原子。

图中四个P原子排列为正四面体形(虚线)，故单线指的是极性键，双线指的是配位

键(P原子提供电子)。

二 金属键

1．金属键的概念及其实质

(1)钠原子、氯原子能够形成三种不同类别的物质：

①化合物是NaCl，其化学键类型是离子键。

②非金属单质是Cl2，其化学键类型是共价键。

③金属单质是Na，根据金属单质能够导电，推测金属单质钠中存在的结构微粒是Na＋和自由电子。

(2)由以上分析，引伸出金属键的概念是金属中金属阳离子和自由电子之间存在的强烈相互作用。

(3)金属键的成键微粒是金属阳离子和自由电子。金属键的本质是电性作用。

2．用金属键理论解释金属的下列物理性质

(1)金属不透明，具有金属光泽

答案 固态金属中有“自由电子”，当可见光照射到金属表面时，“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)金属具有良好的延展性

答案 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。

(3)金属具有良好的导电性

答案 金属材料有良好的导电性是由于金属晶体中的自由电子可以在外加电场作用下发生定向移动。

(4)金属具有良好的导热性

答案 金属的导热性是自由电子在运动时与金属离子碰撞而引起能量的交换，从而使能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度。

3．金属键的强弱影响金属的硬度、熔沸点

(1)填写下表空格：

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

1mol金属固体完108.4 146.4 326.4 397.5 4 全气化吸收的热量/kJ·mol－1

熔点/℃ 97.5 650 660 1900

(2)观察分析上表，回答下列问题。

①影响金属键强弱的因素有哪些？

答案 影响金属键强弱的主要因素有金属的原子半径、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金属的熔点高低与金属键强弱的关系如何？

答案 金属键越强，金属的熔点(沸点)越高，硬度一般也越大。

[归纳总结]

[活学活用]

3．下列有关金属键的叙述错误的是( )

A．金属键没有饱和性和方向性

B．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用

C．金属键中的自由电子属于整块金属

D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关

答案 B

解析 金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“自由电子”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，故金属键无饱和性和方向性；金属键中的自由电子属于整块金属共用；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也包括金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用；金属的性质及固体的形成都与金属键强弱有关。

4．判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中正确的是( )

A．Mg>Al>Ca B．Al>Na>Li

C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al

答案 C

解析 电荷 Al3＋>Mg2＋＝Ca2＋＝Ba2＋>Li＋＝Na＋，金属阳离子半径：r(Ba2＋)>r(Ca2＋)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)>r(Li＋)，则C正确；B中Li>Na，D中Al>Mg>Ba。

化学键的比较

键型 离子键 共价键(含配位键) 金属键 5 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对形成的化学键 自由电子和金属阳离子之间的强的相互作用

成键方式 通过得失电子达到稳定结构 通过形成共用电子对达到稳定结构 许多原子共用许多电子

成键粒子 阴、阳离子 原子 自由电子、金属阳离子

成键性质 静电作用 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) 固态金属或合金

成键特点 无方向性和饱和性 有方向性和饱和性 无方向性和饱和性

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 金属单质、合金

当堂检测

1．下列不能形成配位键的组合是( )

A．Ag＋、NH3 B．H2O、H＋

C．Co3＋、CO D．Ag＋、H＋

答案 D

解析 配位键的形成条件必须是一方能提供孤对电子，另一方能提供空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空轨道，NH3、H2O、CO能提供孤对电子，所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能提供空轨道，而无法提供孤对电子，所以不能形成配位键。

2．下列关于配位化合物的叙述中，不正确的是( )

A．配位化合物中必定存在配位键

B．配位化合物中只有配位键

C．[Cu(H2O)4]2＋中的Cu2＋提供空轨道，H2O中的氧原子提供孤对电子形成配位键

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

答案 B

解析 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中氧原子有孤对电子，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。 6 3．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、K B．Na、Mg、Al

C．Li、Be、Mg D．Li、Na、Mg

答案 B

解析 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、沸点依次升高；C项中Be的熔点高于Mg；D项中Li的熔点高于Na。

4．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形成离子化合物

C．配位键在形成时，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

答案 C

解析 由离子键、共价键的特性和金属键的实质可知A、D两项正确；N和H可以形成离子化合物NH5，即NH4H，其电子式为[H··NH,H··H]＋[··H]－，B项正确；配位键中的共用电子对是由成键原子单方面提供的，C项错误。

5．(1)在Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋、H2O、NH3、F－、CN－、CO中，可以作为中心离子的是______________；可以作为配位体的是________________。