师:朋友们大家好,今天我们开始学习第三节化学键。从之前的元素周期表可知,目前我们学习的元素有100多种,然而由这100多种元素的原子组成的物质却数以千万计。那么元素的原子是通过什么作用形成如此丰富多彩的物质呢?今天我们就开始学习化学键的第一部分内容——离子键。
首先,明确学习目标。一是理解离子键的形成过程和形成条件;二是知道离子键、离子化合物的概念,能用电子式表示离子化合物的形成过程。简单来说,就是要解决三个问题:离子键、离子化合物和电子式。
书上有这样一个实验:取一块绿豆大的金属钠,去除氧化层,用镊子吸净煤油,放在石棉网上,用酒精灯微热。待钠熔成球状时,将盛有氯气的集气瓶迅速倒扣在钠的上方,观察现象。老师现在准备演示这个实验。
(演示实验:将吸净煤油的金属钠放到石棉网上,用酒精灯微热,等钠熔化成小球,将收集有氯气的集气瓶罩在小球上。)
同学们看,观察到有黄色的火焰,还有白烟生成,白烟就是生成的氯化钠。通过这个实验,钠和氯气反应有如下现象:钠在氯气中可以燃烧,发出黄色火焰,有白烟生成,说明有新物质生成。这种物质是什么呢?是钠和氯气发生化合反应生成了氯化钠。
在此之前我们学过原子结构,能否从原子结构角度看氯化钠是如何形成的呢?(展示必修一课本氧化还原反应的图)通过这个图片可知,钠原子失去最外层的一个电子,能达到8电子稳定结构,氯原子要得到一个电子才能达到8电子稳定结构。这样,钠离子最外层的一个电子恰好转移到氯原子最外层电子上去,从而形成了比较稳定的钠离子和氯离子。
接下来看这样一个动画:钠和氯分别失去、得到电子,形成稳定的钠离子和氯离子,然后通过静电作用结合成氯化钠。我们知道钠离子带正电,氯离子带负电,它们带相反电荷。由于静电作用,我们把带相反电荷的离子之间的相互作用称为离子键。以钠离子和氯离子为例,同学们注意,离子键成键的微粒是什么呢?应当是阴离子和阳离子,成键的实质是静电作用。
那什么是静电作用呢?以氯化钠为例,钠离子带正电,氯离子带负电,它们相互吸引。但钠离子和氯离子都有原子核,原子核都带正电,所以相互吸引时也会相互排斥。除了原子核相互排斥,核外的电子也会相互排斥。所以这里的静电作用不仅有静电吸引,还有静电排斥。当吸引和排斥达到平衡时,就形成了比较稳定的离子键。
所以,从宏观角度看,钠和氯气在加热情况下可以得到氯化钠;从微观角度看,钠原子失去电子,氯原子得到电子,分别形成钠离子和氯离子,通过静电作用形成了氯化钠。这是我们讲的第一个问题。
接下来看什么是离子化合物。由离子键构成的化合物叫做离子化合物,比如书上给的例子:常见的氯化钠、氯化镁、氯化钙、硫酸锌和氢氧化钠等。如何判断一种化合物是不是离子化合物呢?
一方面,可以根据元素组成判断。书上说活泼金属和活泼非金属可以形成离子化合物。从组成元素角度看,活泼金属一般在第一主族和第二主族,活泼非金属在第七主族和第六主族。它们的阳离子和阴离子通过静电作用形成离子键,由离子键构成的化合物就是离子化合物。此外,阳离子可以是金属阳离子,也可以是铵根,铵根比较特殊,全部由非金属元素组成。阴离子除了活泼非金属的阴离子,还有酸根阴离子,比如硫酸根,还可以是氢氧根。
另一方面,可以从化合物的类型考虑。绝大多数盐,例如氯化钠、氯化钾、硫酸钠、纯碱;氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡等碱;活泼金属氧化物,例如氧化钠、氧化钙和过氧化钠等;活泼金属氢化物,例如氢化钠(钠和氢气在加热情况下可以形成氢化钠,这里阳离子是钠离子,阴离子是氢负离子,它们也是离子化合物),这些都是离子化合物。
接下来看几道例题。第一题,下列说法正确的是,同学们先思考,我们再来讲解。
a选项,在化合物氯化钙中,两个氯离子之间也存在离子键。错在哪里呢?离子键是带相反电荷的离子相互作用,而氯离子带相同电荷,所以a错。
b选项,所有金属与所有非金属原子之间都能形成离子键。我们刚才讲了绝大多数的盐属于离子化合物,但不是所有的盐都是。比如氯化铝,铝和氯形成的氯化铝就比较特殊,这里需要记一下,它们形成的键不是离子键,所以b错。
c选项,含有离子键的化合物一定是离子化合物,这肯定是对的,因为由离子键构成的化合物就叫离子化合物。
d选项,离子键就是使阴阳离子结合成化合物的静电作用,注意是作用而不是引力,除了引力还包含排斥力,所以d项也是错的。
再看第二题。离子化合物中都含有离子键。
a选项,因为离子化合物是由离子键构成的,当然含有离子键,a正确。
b选项,阳离子不一定是金属阳离子,还可以是铵根,所以b容易判断正确。
c选项,离子化合物一定可以导电吗?错。上学期我们学过电解质,要导电需在水溶液或熔融状态下,例如氯化钠固体不能导电,因为钠离子和氯离子通过离子键结合紧密。但氯化钠溶液可以导电,熔融的氯化钠也可以导电,所以能否导电要看是否形成自由移动的离子,c错。
d选项,溶于水可以导电的化合物一定是离子化合物。初中我们学过酸的水溶液可以导电,例如盐酸,氯化氢的水溶液理论上也可以导电,但氯化氢从组成元素看都是非金属元素,没有活泼金属元素,所以d也错。
再看第三题,下列各数值表示有关元素的原子序数,原子间能以离子键相互结合形成稳定化合物的是。
a选项,10号是氖,核外电子已经是8电子稳定结构,性质稳定,19号是钾,性质也稳定,不容易发生化学变化,所以不能形成化合物,a错。
b选项,6与16分别是碳和硫元素,它们可以形成二氧化碳,但不是以离子键形成的稳定化合物,因为组成元素都是非金属元素,b错。
c选项,11是钠,17是氯,显然可以形成离子化合物,所以c正确。
d选项,14是硅,8是氧,它们可以形成二氧化硅,组成元素全部是非金属元素,没有形成离子键。若全部是非金属元素形成离子键,必须含有铵根,所以这道题排除b、d,正确选项是c。
讲到这里,接下来讲第三个概念——电子式。
什么是电子式呢?书上给的概念是,为方便起见,我们在元素符号周围用点或叉来表示原子的最外层电子,最外层电子又称之为价电子,这种式子叫做电子式。例如书上给了钠、氯、镁和硫的电子式,有用点的,也有用叉的。从元素周期表位置可知,钠、镁是第一主族和第二主族的,氯和硫分别是第七主族和第六主族的。
