离子键理论

《离子键、配位键与金属键》 导学案

一、学习目标

1、 理解离子键、配位键和金属键的本质。

2、 掌握离子键、配位键和金属键的形成条件与特征。

3、 学会用相关理论解释物质的性质和结构。

二、知识梳理

（一）离子键

1、 定义：带相反电荷离子之间的相互作用称为离子键。

2、 形成条件

（1）成键原子所属元素的电负性差值较大。一般来说，当两元素的电负性差值大于 17 时，原子间易形成离子键。

（2）活泼金属与活泼非金属化合时，通常形成离子键。例如，钠与氯反应生成氯化钠。

3、 本质

离子键的本质是静电作用，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静电斥力。当静电引力和静电斥力达到平衡时，就形成了稳定的离子键。 4、 特征

（1）没有方向性：离子键的形成与离子的电荷分布有关，由于离子的电荷分布通常是球形对称的，所以一个离子在任何方向上都可以与带相反电荷的离子发生静电作用，即离子键没有方向性。

（2）没有饱和性：在离子化合物中，每个离子周围将吸引尽可能多的带相反电荷的离子，只要空间条件允许，并不受离子所带电荷数的限制，即离子键没有饱和性。

（二）配位键

1、 定义

由一方提供孤电子对，另一方提供空轨道而形成的化学键称为配位键。

2、 形成条件

（1）中心原子（或离子）必须存在空轨道，能够接受孤电子对。

（2）配体原子（或离子）必须具有孤电子对，能够提供给中心原子（或离子）。

3、 表示方法

常用“→”表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子。例如，在Cu(NH₃)₄²⁺中，铜离子与氨分子之间的配位键可表示为：Cu²⁺ →

NH₃ 。

（三）金属键 1、 定义

金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用称为金属键。

2、 形成条件

通常在金属单质或合金中存在金属键。

3、 本质

金属键的本质也是一种静电作用。

4、 特征

（1）良好的导电性：自由电子在电场作用下定向移动形成电流。

（2）良好的导热性：自由电子在运动时与金属离子碰撞，传递能量，从而使金属具有良好的导热性。

化学键的键能计算公式

化学键是指原子之间通过共用或转移电子形成的相互作用力。键能是描述化学键的强弱程度的物理量，可以用于比较不同化学键的稳定性和反应性。本文将介绍化学键的键能计算公式及其应用。

一、离子键的键能计算公式

离子键是指金属和非金属之间的电子转移形成的键。计算离子键的键能可以使用下面的公式：

E = (k * Q1 * Q2) / d

其中，E为离子键的键能，k为库仑常数（8.99×10^9 N·m^2/C^2），Q1和Q2分别为两个离子的电荷数，d为两个离子的间距。

二、共价键的键能计算公式

共价键是指非金属之间通过共用电子形成的键。共价键的键能可以通过估算键的强度来间接计算。常用的估算方法有以下几种：

（1）键能强度规则

根据Lewis共价键成立的条件，共价键的强度可以通过键的长度和键级来估算。一般而言，键长越短，键能越强；键级越高，键能越强。

（2）Hückel分子轨道理论 Hückel分子轨道理论是一种量子化学理论，可以用于计算共轭体系中的共价键能。该理论通过求解分子轨道的Schrödinger方程来估算键能。

（3）密度泛函理论

密度泛函理论是计算固体和分子性质的一种理论方法，可以用于计算共价键的能量。该理论通过波函数的电荷密度分布来估算键能。

三、金属键的键能计算公式

金属键是指金属原子之间通过金属电子形成的键。金属键的键能计算相对较为复杂，可以使用以下公式进行近似计算：

E = (k * Z^2) / R

其中，E为金属键的键能，k为库仑常数，Z为金属原子的电荷数，R为金属键的长度。

四、共价键和金属键的比较

共价键和金属键有着不同的特点和键能计算方法。在一般情况下，金属键的键能大于共价键的键能，因为金属键涉及到大量金属自由电子的参与，具有更强的相互吸引力。

然而，需要注意的是，化学键的键能计算公式只是一种近似方法，并不能完全准确地预测化学反应的能量。化学键的键能受到许多因素的影响，如电荷分布、电子云的重叠程度、空间构型等，这些因素都会对键能的大小产生影响。 综上所述，化学键的键能计算涉及到离子键、共价键和金属键等不同类型的键。通过适当的公式和估算方法，我们可以大致估计化学键的强弱程度，从而理解化学反应的特性和能量变化。然而，需要注意的是，键能计算公式只是一种近似方法，在实际应用中需要结合具体的化学体系和实验数据进行分析和判断。

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价键理论

离子键理论能很好地说明离子化合物的形成和性质，但不能说明由相同原子组成的单质分子（如H2、Cl2、N2等），也不能说明不同非金属元素结合生成的分子，如HCl、CO2、NH3等和大量的有机化合物分子形成的化学键本质。

1916年美国化学家路易斯（Lewis）为了说明分子的形成，提出了共价键理论，初步揭示了共价键与离子键的区别，随后的50年里共价键理论迅速发展。1927年海特勒（Heitler）和伦敦(Londen)用量子力学的成就，阐明了共价键的本质，后来鲍林等人发展这一成果，建立了现代价键理论（Valencebond theory，缩写为VB）也称电子配对法和杂化轨道理论以及价层电子互斥理论。1932年美国化学家密立根（Millilcan）和德国化学家洪特提出分子轨道理论（molecular-orbota，

theory,缩写MO）。价键法是从处理氢分子结构推广得来的；分子轨道法是用薛定谔方程处理氢分子离子H2+的结果为基础发展起来的。它们在解释分子结构方面各有所长。

【路易斯的经典共价学说】

路易斯认为分子中原子之间可以通过共享电子对而使每一个原子具有稳定的稀有气体结构。原子通过共用电子对而形成的化学键称为共价键。两个原子间共用一对电子的共价键称为单键，共用二对电子的称为双键，共用三对电子的称为叁键。

分子中两原子间共享电子对的数目叫键级，原子单独拥有的未成键的电子对称为孤对电子。共价分子中两个成键原子的核间距称键长。化学键结合的强弱用键能表示。下面所表达的电子结构统称为Lewis结构。 2

路易斯结构式的写法规则又称八隅体规则（即8电子结构）。至今简单分子的Lewis结构式仍为化学家采用。其写法规则归纳如下：

①、根据分子式或离子式计算出总的价电子数目。多原子阴离子的价电子总数为各原子的价电子数之和再加上负电荷数；多原子阳离子则必须从各原子的价电子数之和减去阳离子电荷数；

分子结构

1. 试用离子键理论说明由金属钾和单质氯反应，形成氯化钾的过程如何理解离子键没有方向性和饱和性

答：KCl 的形成表示如下：

K(s)K+(g)+e

12Cl2Cl(g)

Cl (g) +e  Cl-(g)

K+(g) + Cl-(g) =KCl (s)

离子键的本质是静电作用力，由于离子的电荷分布是球形对称的，因此它对异号离子的引力可以是任何方向，也就是没有方向性；一个离子的周围，能容纳多少个异离子，是随离子的半径变化而变化的，它没有固定的配位数，所以说离子键没有饱和性。

2.用下列数据求氢原子的电子亲和能。

答：电子亲和能为下列反应的焓变，它由(5)-(4)-(3)-(2)-(1)得到：

3. ClF的解离能为1246kJmol，ClF的生成热为－56kJ/mol-1，Cl2的解离能为238kJ/mol-1，试计算F2(g)的解离能。

解：据题意：

（1） ClF(g) = Cl(g) +F(g) ΔH1 = 246 kJ·mol-1

（2）12Cl2(g) +12F2(g) = ClF(g) ΔH2 = －56kJ/mol-1

（3）Cl2(g) = 2Cl(g) ΔH3 = 238kJ/mol-1

2（1）＋2（2）－（3）得

F2 (g) = 2 F (g)

ΔH ＝2 ΔH1+2ΔH2－ΔH3

＝2246－256－238

＝142 kJ / mol-1

4. 试根据晶体的构型与半径比的关系,试判断下列AB型离子化合物的晶体构型：

BeO NaBr CaS RbI BeS CsBr AgCl

解：查表求各离子的Pauling半径如下表：

Pauling半径(pm) 离子 Be2+ Na+ Ca2+ Rb+ Cs+ Ag+ O2+ Br- S2- I- Cl-