第三节 化学键

相关知识

实验活动 3 同周期、同主族元素性质的递变
第一节 原子结构与元素周期表
第二节 元素周期律
第四章 章末整理与提升

第三节 化学键

本节学习目标

• 理解离子键、共价键和化学键的含义及形成过程。
• 能用电子式表示常见原子、离子、离子化合物和共价分子的形成。
• 能区分离子化合物、共价化合物，以及极性键、非极性键。
• 能判断含原子团物质中多种化学键的存在位置。
• 认识 $C{O}_2$、$H_{2}O$、$C{H}_4$ 等分子的空间结构。
• 能从旧键断裂、新键形成解释化学反应和能量变化。
• 区分化学键、范德华力和氢键，理解分子间作用力对物理性质的影响。

核心知识点讲解

一、知识对象与物质情境

一百多种元素能形成上亿种物质，关键在于原子或离子可通过不同相互作用结合。研究主线是：价电子怎样重新安排；形成什么微粒；微粒间以什么化学键结合；这种结构怎样影响物质类别、性质和反应。

二、核心概念与物质分类

概念	本质	常见对象	示例
离子键	带相反电荷离子之间的静电作用	阴、阳离子	$NaCl$、$MgO$
共价键	原子间通过共用电子对形成的相互作用	原子	$H_2$、$HCl$、$H_{2}O$
非极性共价键	同种原子间共用电子对不偏移	同种非金属原子	$H-H$、$Cl-Cl$
极性共价键	不同原子吸引电子能力不同，共用电子对发生偏移	不同非金属原子	$H-Cl$、$O-H$
化学键	相邻原子或离子之间强烈的相互作用	构成物质的微粒	离子键、共价键

由离子键构成的化合物叫离子化合物，如多数盐、强碱、活泼金属氧化物；只以共价键结合形成分子的化合物叫共价化合物，如 $HCl$、$H_{2}O$、$C{O}_2$。单质分子含共价键，但单质不属于共价化合物。

三、关键规律、反应原理与方程式

1. 离子键的形成

钠原子把最外层 $1$ 个电子转移给氯原子：

$$Na-e^{-}=N{a}^{+}$$ $$Cl+e^{-}=C{l}^{-}$$

形成的 $N{a}^{+}$、$C{l}^{-}$ 均达到相对稳定结构，并通过静电作用形成离子化合物 $NaCl$。离子键不是“一对离子之间的一根线”，而是离子晶体中阴、阳离子之间普遍存在的强烈静电作用。

形成离子化合物时，电子转移数必须与离子电荷守恒。例如 $Mg$ 失去 $2$ 个电子，而每个 $Cl$ 得 $1$ 个电子，因此形成 $MgC{l}_2$。

2. 共价键的形成

两个氯原子都需要再获得 $1$ 个电子，彼此各提供 $1$ 个电子组成一对共用电子：

$$Cl\cdot +\cdot Cl⟶Cl:Cl$$

一对共用电子可用一条短线表示，所以结构式为 $Cl-Cl$。$HCl$ 中 $H$ 与 $Cl$ 共用一对电子，结构式为 $H-Cl$。

同种原子形成的键通常为非极性键；不同种原子形成的键通常为极性键。判断“键的极性”看成键原子是否相同，不直接等同于判断整个分子是否带电。

3. 电子式与结构式

电子式用元素符号周围的点或叉表示最外层电子；离子电子式要写电荷，阴离子通常还需用方括号括起。书写时按以下步骤：

1. 确定每种原子的价电子数。
2. 判断电子转移还是形成共用电子对。
3. 使主要原子达到双电子或八电子稳定结构。
4. 检查总价电子数、离子电荷和原子个数。

常见结构式：$H-H$、$Cl-Cl$、$H-Cl$、$O=C=O$；$N_2$ 中有三对共用电子，结构式为 $N\equiv N$。

4. 分子空间结构

电子式和结构式主要表示连接方式，分子实际具有空间结构：$C{O}_2$ 为直线形，$H_{2}O$ 为 V 形，$C{H}_4$ 为正四面体形。结构式画在平面上，不表示所有原子一定处于同一平面或同一直线。

5. 化学反应中的化学键变化

以 $H_2+C{l}_2\to 2HCl$ 为例，先断裂 $H-H$ 和 $Cl-Cl$ 旧键，再形成 $H-Cl$ 新键。断裂化学键需要吸收能量，形成化学键释放能量；两者总量差决定反应总体吸热或放热。

不能说任何化学反应都“先完全断键再成键”作为真实微观路径，但用旧键断裂和新键形成可正确概括化学反应中的结构变化和能量来源。

四、典型转化模型与分析方法

1. 化学键类型判断

先判断物质由哪些微粒构成 → 再看微粒之间的作用 → 若含原子团，继续判断原子团内部的键

• 活泼金属与活泼非金属形成的化合物通常含离子键。
• 非金属原子之间通常形成共价键。
• 含多原子离子的盐或碱往往同时含离子键和共价键，如 $NaOH$、$N{H}_{4}Cl$。
• 稀有气体单质由单原子构成，通常不含化学键。

2. 物质类别与键型不能简单互推

含共价键的物质不一定是共价化合物，如 $NaOH$ 中 $O-H$ 是共价键，但整体为离子化合物；含非极性键的物质不一定是单质，如 $N{a}_2{O}_2$ 中 $O-O$ 为非极性键；含极性键的分子不等于整个分子必然带电。

3. 导电性分析

离子化合物固态时离子不能自由移动，通常不导电；熔融状态或溶于水后，离子可自由移动，能导电。共价化合物是否导电取决于是否在水中形成离子，例如 $HCl$ 是共价化合物，但溶于水后电离，盐酸能导电。

五、实验现象、装置与证据

离子化合物的熔点通常较高，这是离子间静电作用较强的宏观表现。固态离子化合物不导电，而熔融物或水溶液可导电，说明导电需要自由移动的带电微粒。

分子间还存在比化学键弱得多的作用力。范德华力影响分子物质的熔点、沸点；分子越大、电子越多时，范德华力通常越强，卤素单质由 $F_2$ 到 $I_2$ 熔沸点升高与此有关。

氢键是一种较强的分子间作用力，但仍弱于化学键。水分子间氢键使水具有较高沸点；冰中水分子形成较疏松的规则结构，空隙较多，密度小于液态水，所以冰能浮在水面。熔化冰主要破坏部分分子间作用力，不是断裂水分子内的 $O-H$ 共价键。

六、题型应用与迁移

• 电子式：核对价电子总数、方括号、电荷、共用电子对和孤电子对。
• 键型判断：逐层判断整体微粒间和原子团内部的作用。
• 极性与非极性键：看成键原子是否相同，不用物质是单质还是化合物一刀切。
• 导电性：确定是否存在可自由移动的离子或电子，不由“是否含离子键”单独决定。
• 反应能量：旧键断裂吸热，新键形成放热，比较两者能量总量。
• 物态变化：主要改变分子间距离和作用力，通常不破坏分子内化学键。

重点梳理

1. 离子键是静电作用

它既包含异号电荷吸引，也包含同号电荷排斥，晶体在各种作用平衡下稳定。不能把离子键画成具有方向的一根共用电子对。

2. 共价键的核心是共用电子对

共用并不表示电子始终均匀分布。同种原子吸引电子能力相同，形成非极性键；不同原子通常形成极性键，共用电子对偏向吸引电子能力较强的一方。

3. 一个物质中可含多种键

判断 $NaOH$、$N{H}_{4}Cl$ 等物质必须分层：阴、阳离子之间有离子键，原子团内部有共价键。题目问“含何种键”和“属于何种化合物”是两个不同问题。

4. 化学键不同于分子间作用力

化学键决定原子怎样组成微粒，强度较大；分子间作用力决定分子怎样聚集，主要影响熔沸点、溶解和物态。水沸腾不断 $O-H$ 键的说法错误。

难点突破

1. 极性键与分子整体性质

$C{O}_2$ 中 $C=O$ 是极性键，但两个键在直线形结构中对称；判断整个分子的电性分布还需考虑空间结构。本节只要求准确判断键的极性，不能只凭键型替代对分子整体的分析。

2. “含金属元素”不是绝对判据

多数活泼金属与非金属形成离子化合物，但键型最终由实际结构决定。基础题可用经验规则快速判断，复杂或陌生物质需依据微粒组成和给定结构信息。

3. 电子式的常见检查法

写完后数总价电子：各原子价电子总数应与图中电子总数一致；阴离子要加上所得电子，阳离子要减去失去电子；再检查每个主要原子是否达到合理稳定结构。

例题讲解

例题一：多层次键型判断

判断 $NaOH$、$N{H}_{4}Cl$、$H_2{O}_2$ 中的化学键类型和物质类别。

分析： $NaOH$ 由 $N{a}^{+}$、$O{H}^{-}$ 构成，离子间有离子键，$O{H}^{-}$ 内有极性共价键，整体是离子化合物。$N{H}_{4}Cl$ 由 $N{H}_4^{+}$、$C{l}^{-}$ 构成，离子间有离子键，$N{H}_4^{+}$ 内有极性共价键，整体是离子化合物。$H_2{O}_2$ 分子中 $O-H$ 为极性键，$O-O$ 为非极性键，整体是共价化合物。

例题二：反应能量

为什么 $H_2$ 与 $C{l}_2$ 反应会发生能量变化？

答案： 反应中断裂 $H-H$、$Cl-Cl$ 键吸收能量，形成 $H-Cl$ 键释放能量。形成新键释放的总能量与断裂旧键吸收的总能量不同，差值表现为反应热效应；该反应形成新键释放能量更多，因此总体放热。

易错点整理

常见错误表现	错因分析	正确处理步骤
离子化合物中只含离子键	忽略多原子离子内部	分层判断离子间和原子团内部
有共价键就判共价化合物	混淆键型与物质类别	先看整体是否由阴阳离子构成
同种元素形成的物质一定只含非极性键	结论范围过大	只对同种原子间的具体共价键判断
固态 $NaCl$ 能导电	忽略离子不能自由移动	熔融或溶液状态才有自由离子
水沸腾断裂 $O-H$ 键	混淆分子内与分子间作用	物态变化主要克服分子间作用力
电子式漏电荷或孤电子对	只画成键电子	用总价电子数和稳定结构复核

考点考证点整理

考点一：离子键、共价键的形成

• 出题思路：给原子结构、电子式形成过程或物质组成，判断电子转移和共用。
• 关键条件：价电子数、稳定结构、离子电荷和原子个数比。
• 解答要点：说明电子如何重新安排，写正确电子式并判断键型。
• 易扣分点：离子电子式漏方括号或电荷；电子转移数不守恒。

考点二：物质中的化学键类型

• 出题思路：从物质列表中选择含离子键、极性键、非极性键或多种键的物质。
• 关键条件：整体微粒、是否含原子团、成键原子是否相同。
• 解答要点：逐层分析，不用“金属/非金属”口诀替代结构判断。
• 易扣分点：把含共价键的离子化合物误判为共价化合物。

考点三：电子式、结构式和空间结构

• 出题思路：书写 $KCl$、$MgC{l}_2$、$C{l}_2$、$N_2$、$H_{2}O$、$C{H}_4$ 的电子式或形成过程。
• 关键条件：价电子总数、共用电子对数、孤电子对和电荷。
• 解答要点：按价电子—成键—稳定结构—总数复核；区分平面符号和空间模型。
• 易扣分点：把结构式当电子式；漏掉未参与成键的价电子。

考点四：化学键、分子间作用力与反应

• 出题思路：解释反应能量、物态变化、沸点或冰的密度。
• 关键条件：变化发生在分子内还是分子间；是否生成新物质。
• 解答要点：化学反应涉及旧键断裂和新键形成；物态变化主要改变分子间作用力。
• 易扣分点：把氢键称为共价键；认为熔化或汽化必然破坏化学键。

练习题

基础训练

1. 分别说明离子键和共价键的形成实质。
2. 判断 $NaCl$、$HCl$、$C{l}_2$ 中的化学键类型。
3. 写出 $N_2$、$C{O}_2$ 的结构式，并说明其中键的极性。
4. 为什么稀有气体通常以单原子形式存在？

巩固训练

5. 判断 $NaOH$、$N{H}_{4}Cl$、$N{a}_2{O}_2$ 中含有哪些类型的化学键。
6. 判断 $HCl$、$C{O}_2$、$H_{2}O$、$H_2$、$NaF$、$C{H}_4$、$MgC{l}_2$、$CaO$ 分别属于离子化合物、共价化合物还是单质。
7. 为什么固态 $NaCl$ 不导电，而熔融 $NaCl$ 能导电？
8. 水沸腾和水分解涉及的微粒间作用有何不同？

提升训练

9. 某物质由 $M^{2+}$ 和原子团 $X{O}_4^{2-}$ 构成，原子团内部为共价键。写出其化学式，并判断其中的键型和物质类别。
10. $H_{2}O$ 的沸点明显高于相对分子质量相近的一些物质，冰的密度又小于液态水。用分子间作用解释这两个现象。

练习题答案

1. 离子键是带相反电荷离子之间的静电作用；共价键是原子间通过共用电子对形成的相互作用。
2. $NaCl$ 含离子键；$HCl$ 含极性共价键；$C{l}_2$ 含非极性共价键。
3. $N\equiv N$，同种原子间为非极性键；$O=C=O$，$C$ 与 $O$ 为不同原子，$C=O$ 为极性键。
4. 稀有气体原子最外层已经达到相对稳定结构，通常不需通过得失或共用电子形成双原子分子。
5. $NaOH$ 含离子键和 $O-H$ 极性共价键；$N{H}_{4}Cl$ 含离子键和 $N-H$ 极性共价键；$N{a}_2{O}_2$ 含离子键和 $O-O$ 非极性共价键。
6. 离子化合物：$NaF$、$MgC{l}_2$、$CaO$；共价化合物：$HCl$、$C{O}_2$、$H_{2}O$、$C{H}_4$；$H_2$ 是含非极性共价键的单质。
7. 固态时阴、阳离子被固定在晶格位置，不能自由移动；熔融后离子可自由移动并定向迁移，因此能导电。
8. 水沸腾主要克服水分子间的作用力，水分子本身仍存在；水分解是化学变化，需破坏 $O-H$ 共价键并形成新的化学键。
9. 电荷比为 $1:1$，化学式为 $MX{O}_4$。$M^{2+}$ 与 $X{O}_4^{2-}$ 间有离子键，原子团内部有共价键，整体是离子化合物。
10. 水分子间能形成较强的氢键，汽化时需额外克服氢键，所以沸点较高；冰中氢键使水分子排列成有较多空隙的规则结构，体积增大、密度减小，因此冰浮在水面。