第28讲 化学键与物质的性质
【知能整合】
一、共价键
1．共价键的本质：共价键是原子间通过共用电子对形成的强烈的相互作用，故共价键的本质是原子间形成共用电子对，即电子云的重叠，使得电子出现在核间的概率增大。共价键具有饱和性和方向性。 2．共价键的分类
(1)按键的极性分：若成键原子属于同种元素，则共用电子对不发生偏移，成键原子双方不显电性，这样的共价键叫非极性共价键(非极性键)。若成键原子不同，则共用电子对偏向吸引电子能力强的一方，该元素显示负化合价，偏离吸引电子能力弱的一方，该元素显正化合价，这样的共价键叫极性共价键(极性键)。
(2)按电子云的重叠方式分：σ键：成键原子的电子云以以形成化学键的两原子的连线为轴作旋转操作，共价键电子云图形不变。π键：成键原子的电子云以“肩并肩”方式形成的共价键，其特征是镜像对称，即：电子云由两块组成，若以包含原子核的平面为镜面，两块电子云互为镜像。 3．共价键的键参数
(1)键能：原子失去电子要吸收能量，吸引电子要放出能量；断裂化学键要消耗能量，形成化学键要放出能量。键能是指：气态、基态原子形成1mol共价键释放的最低能量。键能越大，说明破坏(或形成)化学键时吸收(或放出)的能量越多，化学键越牢固。
(2)键长：指成键原子的核间距离，它与共价键稳定性的关系是键长越小，共价键越稳定，我们通常通过比较两原子的共价半径来比较共价单键键长大小，但共价键的键长并不等于两原子的共价半径之和。
(3)键角：键角是分子内两键间的夹角，它是描述分子立体结构的重要参数，多原子分子内的键角是一定的，这表明共价键具有方向性。 二、离子键
1．离子键的本质：阴、阳离子间的静电作用，离子键无方向性和饱和性。
2．晶格能：气态离子形成1mol离子晶体时放出的能量叫晶格能，阴阳离子的半径越小、电荷数越高，离子键越强，晶格能越大，晶体越容易形成，且晶体越稳定，硬度越大，熔点越高。 三、金属键
1．金属键的本质：金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用。
2．金属晶体的性质
(1)电子能在电场中作定向移动，故金属都具有导电性，温度升高，导电性减弱。
(2)金属键没有方向性，当金属受到外力作用时，各层间发生相对滑动，但金属键仍然存在，原子不改变原有的排列方式，故金属具有延展性。
(3)金属局部受热时，电子运动加快，与金属原子频繁碰撞并发生能量交换，使距受热部位较远的部分温度升高，故金属具有导热性。
(4)不同金属晶体中金属键强度相差很大，金属的熔点、硬度相差也很大。一般情况下，金属原子的价电子数越多，原子或离子半径越小，金属键越强，熔沸点越高。 (5)在金属中掺入其他金属或非金属形成合金，能改变金属的熔点、延展性、硬度等性质，使金属具有更为广泛成分金属大。
三、晶体中的几个不一定：
1．由非金属元素构成的晶体不一定为分子晶体。如NH4Cl。2．具有导电性的晶体不一定是离子晶体。如Si、石墨。3．离子晶体不一定只含离子键。如NaOH、FeS2。4．由氢化物构成的晶体不一定是分子晶体。如NaH。5．金属与非金属元素构成的晶体不一定是离子晶体。如AlCl3为分子晶体。6．原子晶体不一定为绝缘体：如Si。7．溶于水能导电的晶体不一定是离子晶体：如HCl。8．离子晶体的熔点不一定低于原子晶体。如MgO的熔点为3073℃，而SiO2只有1723℃。9．金属晶体的熔点不一定低于原子晶体，如W的熔点达3410℃。10．金属晶体的熔点不一定高于分子晶体，如Hg常温下呈液态，而硫、白磷常温下呈固态。11．金属晶体的硬度不一定小于原子晶体，如Cr的硬度为9，仅次于金刚石。12．金属晶体的硬度不一定大于分子晶体，如Na的硬度只有0.4，可用小刀切割。13．晶体中有阳离子不一定有阴离子，如构成金属晶体的微粒是由阳离子和自由电子构成。
“头碰头”方式重叠形成的共价键，其特征是轴对称，即： 的用途。一般合金的熔点比成分金属的熔点低，硬度比
【典型例析】
例1：(1)某研究性学习小组为了探究SbCl3、SbCl5、SnCl4三种化合物的成键特点，做了如下实验，其中正确的是________________。
A．观察常温下的状态。SbCl5是苍黄色液体，SnCl4为无色液体。结论：SbCl5和SnCl4都是离子化合物 B．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为73.5℃、2.8 ℃、－33℃。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物 C．将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中，滴入HNO3酸
5
化的AgNO3溶液，产生白色沉淀。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
D．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液，发现它们都可以导电。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物 (2)针对上述正确的实验结论，可判断SbCl3和SnCl4中Sb和Sn的杂化类型分别是________、_______。 (3)实验测得在极性溶剂中SbCl5的溶解度比SbCl3小很多，其主要原因是_______________________。 (4)实验测得同周期的Sb原子比Sn原子的第一电离能大很多，其主要原因______________________。 变式训练：随着石油资源的日趋紧张，天然气资源的开发利用受到越来越多的关注。以天然气(主要成分CH4)为原料经合成气(主要成分CO、H2)制化学品，是目前天然气转化利用的主要技术路线。而采用渣油、煤、焦炭为原料制合成气，常因含羰基铁［Fe(CO)5］等而导致以合成气为原料合成甲醇和合成氨等生产过程中的催化剂产生中毒。请问答下列问题：
(1)Fe(CO)5中铁的化合价为0，写出铁原子的基态电子排布式
(2)原子数目和电子总数(或价电子总数)相同的微粒互为等电子体，等电子体具有相似的结构特征。与CO分子互为等电子体的分子和离子分别为 和 (填化学式)，CO分子的结构式可表示成 。 (3)Fe(CO)5常温下呈液态，熔点为－20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂。据此可判断Fe(CO)5晶体为 。
(4)在CH4、CO、CH3OH中，碳原子采取sp3杂化的分子有 ，CH3OH的熔、沸点比CH4的熔、沸点比高，其主要原因是 。 例2：有A、B、C、D、E、F、G七种元素，除E为第四周期元素外其余均为短周期元素。A、E、G位于元素周期表的s区，其余元素位于p区，A、E的原子外围电子层排布相同，A的原子中没有成对电子；B元素基态原子中电子占据三种能量不同的原子轨道且每种轨道中的电子总数相同；C元素原子的外围电子层排布式为nsnnpn+1；D元素的第一电离能列同周期主族元素第三高；F的基态原子核外成对电子数是成单电子数的3倍；G的基态原子占据两种形状的原子轨道，且两种形状轨道中的电子总数均相同。回答下列问题： (1)写出下列元素的符号：D ，G ； (2)D的前一元素第一电离能高于D的原因： _ ； (3)由A、B、C形成的ABC分子中，含有 个σ键， ____ 个π键；
(4)由D、E、F、G形成的盐E2DF4、GDF4的共熔体在
____________________________________________ ； 变式训练：
C、Si、Ge、Sn是同族元素，该族元素单质及其化合物在材料、医药等方面有重要应用。请回答下列问题： (1)Ge的原子核外电子排布式为___________________。 (2)C、Si、Sn三种元素的单质中，能够形成金属晶体的是________________。
(3)按要求指出下列氧化物的空间构型、成键方式或性质 ①CO2分子的空间构型及碳氧之间的成键方式_______； ②SiO2晶体的空间构型及硅氧之间的成键方式_______； ③已知SnO2是离子晶体，写出其主要物理性质___________(写出2条即可)。
(4)CO可以和很多金属形成配合物，如Ni(CO)4，Ni与CO之间的键型为_________。
(5)碳氧键的红外伸缩振动频率与键的强度成正比，已知Ni(CO)4中碳氧键的伸缩振动频率为2060 cm1，CO分
－
子中碳氧键的伸缩振动频率为2143 cm1，则Ni(CO)4
－
中碳氧键的强度比CO分子中碳氧键的强度________(填字母)
A．强 B．弱 C．相等 D．无法判断
【当堂反馈】
1．如果两个电子自旋方向相反的氢原子互相靠近时，两
个原子轨道则发生重叠，当核间距为74pm时，两个原子轨道发生最大程度的重叠，此时体系的能量最低。右图表示两个气态基态氢原子相互接近形成氢气分子时，体
系能量随两个原子的核间距离变化的曲线图，下列关于氢原子形成氢分子说法不正确的有 A．氢分子比氢原子稳定 B．氢原子的半径约为37pm
C．形成一个H—H键吸收436kJ能量
D．当核间距接近74pm时，形成了氢分子中s～s σ键 2．下列能够用“键能”解释的有：
A．N2参加反应时，多数需要“高温、高压、催化剂”等苛刻的条件
B．稀有气体一般与其它物质很难发生化学反应 C．常温常压下，氯气呈气态，溴呈液态
D．硝酸见光容易分解，必须保存在棕色细口玻璃瓶中 3．判断下列有关化学基本概念的依据正确的是 A．氧化还原反应：元素化合价是否变化 B．共价化合物：是否含有共价键
C．强弱电解质：溶液的导电能力大小 D．金属晶体：晶体是否能够导电
冷却时首先析出的物质是 (写化学式)，原因是 【
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课后巩固】
1．下列各组物质气化或熔化时，所克服的微粒间的作用(力)，属同种类型的是 B．二氧化硅和生石灰的熔化
C．氯化钠和铁的熔化 D．苯和己烷的蒸发
2．下列物质的分子中，既有“s-p σ键”又有“p-p σ键”的是
A．H2O2 B．Br2 C．HClO D．PCl3 3．下列化合物分子中不含π键的是
A．乙醇 B．二氧化碳 C．甲酸 D．葡萄糖 4．下面的排序不正确的是
A．晶体熔点由低到高：CF4
5．X、Y都是IIA(Be除外)的元素，已知它们的碳酸盐的热分解温度：T(XCO3)>T(YCO3)，则下列判断不正确的是
A．晶格能：XCO3>YCO3 B．阳离子半径：X2+>Y2+ C．金属性： X>Y D．氧化物的熔点： XO>YO 6．同一物质在不同温度压强下，会呈现不同的状态。碘的三种状态与温度、压强的关系如右图所示。根据图中信息得出的结论不正确的是
A．对碘固体加热，碘将从固态直接变成气态 B．在P0 kPa、T0 K时，碘的三种状态可以同时存在 C．在P1 kPa、T1 K时，碘以气态形式存在
D．在P1 kPa时，将碘蒸气降温，可以看到碘蒸气变成液态
7．下列说法正确的是 大
B．卤族元素中氟的电负性最大 C．CO2、SO2都是直线型的非极性分子 D．CH2=CH2分子中共有四个?键和一个?键 8．下列叙述正确的是
A．原子晶体中可能存在极性共价键 B．干冰升华时分子内共价键发生断裂
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A．第二周期元素的第一电离能随原子序数递增依次增
A．碘的升华和NH4Cl的“升华”
C．原子晶体的熔点比分子晶体的熔点高 D．离子晶体中只含离子键，不含共价键
9．近年来科学家发现一种由100个碳原子构成的具有完美对称性的C100原子团，其最内层是由20个碳原子构成的正十二面体（每个碳原子与其它3个碳原子相连），外层由60个碳原子形成12个独立的正五边形，处于中间层的20个碳原子将内、外两层碳原子连接在一起，有关C100的说法正确的是
A．C100跟石墨性质相似，都是原子晶体
B．外层60个碳原子形成的正五边形中含有π键，可发生加成反应
C．当与足量氢气完全反应时，生成物分子式为C100H60 D．当与足量氟气完全反应时，生成物分子式为C100F20 10．分析化学中常用X射线研究晶体结构，有一种蓝色晶体［可表示为：MxFey(CN)z］，研究表明它的结构特性是：Fe2+和Fe3+分别占据立方体的顶点，自身互不相邻，而CN位于立方体的棱上。晶体的晶胞结构如图所示，下列说法不正确的是A．该晶体中含有共价键，是共价晶体
B．M离子位于晶胞面心，呈+2价
C．M离子位于晶胞体心，呈+1价，且M+空缺率为50%（体心中没有M+占总体心的百分比）
D．晶体的化学式可表示为MFe2(CN)6，且M为+1价 11．右图表示一个晶胞，该晶胞为正方体型，原子(或分子、离子)位于正方体的顶点和面心。试回答下列问题(只需回答一种代表物即可)： (1)若这是一个分子晶体的晶胞，其代表物质是 ； (2)若这是一个金属晶体的晶胞，其代表物质是 ；
(3)若这是一个不完整的金刚石晶胞，则晶胞中其他碳原子的数目和位置是 ； (4)若这是一个不完整的NaCl晶胞，且顶点和面心的实心球表示Na，则晶胞中 Cl位置是 （ ） ； (5)若这是一个不完整的CaF2晶胞，且已知CaF2中Ca2+的F配位数为8，则图中实心球表示Ca2还是F—？
－
＋
＋
－
－
答： 。
12．有A、B、C、D、E、F六种元素，已知：
①它们位于三个不同短周期，核电荷数依次增大。 ②E元素的电离能数据见下表（ （kJ· mol -1））：
I1 I2 I3 I4 …… 496 4562 6912 9540 …… 原子基态时s能级与p能级上的电子数相等，C、D处于相同的能级，且D是同期中电负性最大的元素，E原子的第一至第四电离能（kJ·mol1）分别为：578、1817、
－
③B与F同主族。④A、E分别都能与D按原子个数比1﹕1或2﹕l形成化合物。⑤B、C分别都能与D按原子个数比1﹕1或1﹕2形成化合物。
(1)写出只含有A、B、D、E四种元素的两种无水盐的化学式 、 。
(2)B2A2分子中存在____个σ键，_____个π键。 (3)下表列出了上述部分元素形成的化学键的键能：
化学键 键能/kJ·mol1 －2745、11575，F元素原子中4s能级有2个电子。G元素的原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。(1)B形成的单质中有_____个σ键，_________个Π键，上述元素形成的化合物中和B是等电子的是__________(填化学式)
(2) E单质投入到B的最高价氧化物对应的水化物的浓溶液中的现象是___________。
(3)D、F组成的晶体FD2结构如图Ⅰ所示，G形成晶体的结构如Ⅲ所示，Ⅱ为H3BO3晶体结构图(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)。
F—D 460 F—F 176 B—B F—B C═D D═D 347.7 347 745 497.3 ①下列四种物质形成的晶体，熔点由高到低的顺序(用a、b、c、d表示)： 。
a．F与B形成的化合物 b．B与D形成的稳定化合物 c．F的单质 d．E与D形成的化合 ②试计算1molF单质晶体燃烧时的反应热：______。
13．(1)在元素周期表中，同一主族元素化学性质相似，
目前也发现有些元素的化学性质和它在元素周期表中左上方或右下方的另一主族元素性质相似，这称为对角线
图Ⅰ 图Ⅱ 图Ⅲ 规则。(2)有些物质如B(OH)3(硼酸)、Al(OH)3中心原子
①图I所示的FD2晶体中与F离子最近且等距离的F离是缺电子的，即他们的中心原子最外层电子数都不满8
个电子。为了使其中心原子达到8电子稳定结构，中心子数为 ，图III中未标号的G原子形成晶原子可以接受来自具有孤对电子对原子的一对电子形成
体后周围最紧邻的G原子数为 ； 特殊的共价键——即配位键，配位键可以用“→”表示，
②图II所示的物质结构中最外能层已达8电子结构的原如(供出电子对)A→B（接受电子对）。正因为如此B(OH)3
+
（硼酸）在水中也有一定的酸性，但不是本身电离出H，子是 ，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个－
而是靠夺取水中的OH使水电离出H+从而使溶液呈现
数比为 ； 酸性。即：B(OH)3+H2OB(OH)4—+H+，根据上述
③三种晶体中熔点高低的顺序为 信息，请回答问题：
(1)锂在空气中燃烧除生成 __外，也生成微量的 ( 填空化学式 )，H3BO3晶体受热熔化时，克服的微粒之_______(用化学式填写)。
间的相互作用为 。 (2)铍的最高价氧化物对应的水化物的化学式
15．右图所示为PTC元件（热敏电阻）的主要成分——是 ；属于________(填酸性、碱性或两性)化合物，
并能证明其性质的离子方程式是 钡钛矿晶体结构， 该结构_______________________________________________。
是具有代表性的最小重(3)若已知反应Be2C+4H2O=2Be(OH)2+CH4↑，则将Al4C3
投入过量强碱溶液反应的离子方程式： 复单位。该晶体经X射 。 线分析鉴定，重复单位为(4)科学家证实，氯化铝属于共价化合物，分子式为
正方体，边长Al2Cl6，其结构式为下列四种中的一种，你认为正确的
结构是______________。 a=403.1pm，顶点位置为
Ti4+所占，体心位置为
Ba2+所占，所有棱心位置为O2所占。
－
(1)写出晶体的化学式 ，
(2)若将Ti4+置于晶胞的体心，Ba2+置于晶胞的顶点，则
由原子间的成键特点，可以预测中心原子Al的杂化类型可能为____________；若这种杂化类型成立，则处在同一平面内的原子最多有___________个。
14．A、B、C、D、E、F、G七种元素，它们的原子序数依次增大，除G外均为前20号元素。A原子基态时p能级原子轨道上电子数等于次外能层电子数，C元素的
O2处于立方体的什么位置？ ，
－
(3)在该物质的晶体中，每个Ti4+周围与它最邻近的且距离相等的Ti4+有几个？它们在空间呈什么形状分布？ (4)已知O2半径为140pm，计算Ti4+半径和Ba2+半径
－
。
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