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高一~高中二年级 (15-17岁)

高中化学 离子键

像钠这样容易失去电子的金属，遇到像氯这样容易得到电子的非金属时，电子会转移到一方，形成阳离子和阴离子。 电荷相反的两种离子靠静电引力相互吸引，由这种引力连接起来的化学键就是离子键。 引力与距离的平方成反比，离子越靠近引力增大得越快；离子电荷越大、半径越小，结合就越牢固，熔点也越高。 图的上半部分能看到电子转移时两个原子大小的变化，下半部分能看到距离拉大时引力减弱得有多快。

一个电子转移之后

3 r₀
💡 读懂图中的两行
①Na 失去最外层的 1 个 3s 电子变成 Na⁺。整个外层电子层空了，半径从 186 pm 缩小到 102 pm
②Cl 得到这个电子变成 Cl⁻。核电荷不变而电子增多、相互排斥，半径从 99 pm 增大到 181 pm
③在晶体中两种离子相接触的距离 r₀ 约为两个半径之和 283 pm。再靠近时电子云之间的排斥急剧增大，所以停在这个距离
④距离拉大到 2 倍，引力变为 1/4；拉大到 3 倍，引力变为 1/9。箭头迅速变短，是因为引力与距离的平方成反比

库仑定律与晶格能

库仑定律
F = kq1 q2r2
q₁、q₂：两种离子的电荷，r：离子中心间距离，k：库仑常数
晶格能
U ∝ |q₁||q₂| / r
把 1 mol 离子晶体拆成气态离子所需的能量，越大键越牢固
🔍 电荷和大小决定熔点
①电荷越大，晶格能越大。Mg²⁺ 与 O²⁻ 的电荷乘积是 Na⁺ 与 Cl⁻ 的 4 倍，距离也更近，所以 MgO 的晶格能（约 3800 kJ/mol）远大于 NaCl（约 790 kJ/mol）
②电荷相同时，离子越小，中心距离越近，晶格能越大，因此 NaF 的熔点比 NaCl 高
③晶格能越大，离子越难分开，熔点越高：NaCl 在 801 ℃ 熔化，MgO 在约 2800 ℃ 熔化

NaCl 晶体的结构

💡 离子晶体的性质
①Na⁺ 与 Cl⁻ 在横竖方向交替排列，任何一个离子的近邻都只有带相反电荷的离子。立体地看，每个离子被 6 个相反电荷的离子包围
②化学式 NaCl 并不代表一个分子，而是表示 Na⁺ 与 Cl⁻ 的个数比为 1 : 1
③固态时离子被固定在原位，不导电；熔化或溶于水后离子可以移动，便能导电
④受力使某一层错开一格时，同种电荷正面相对而相互排斥，所以离子晶体容易碎裂

动手练习

例题 1
求由钠离子(Na⁺)与氧离子(O²⁻)组成的离子键化合物的化学式。
1
确认两种离子的电荷。
Na⁺：+1， O²⁻：−2
2
确定使电荷总和为 0 的离子个数比。
2 × (+1) + 1 × (−2) = 0 → Na₂O
▸ Na₂O
两个 Na⁺ 的电荷与一个 O²⁻ 的电荷相抵消。化学式中的下标 2 记录的就是这个个数比。
例题 2
镁（Mg）与氯（Cl）形成离子键时，求生成的化学式与各离子。
1
求出各元素形成的离子：Mg 失去 2 个电子，Cl 得到 1 个电子。
Mg → Mg²⁺ + 2e⁻， Cl + e⁻ → Cl⁻
2
调整离子个数，使电荷总和为 0。
1 × (+2) + 2 × (−1) = 0 → MgCl₂
▸ MgCl₂ (Mg²⁺, Cl⁻)
Mg 失去的 2 个电子由两个 Cl 原子各接受一个，所以一个 Mg²⁺ 与两个 Cl⁻ 结合。

总结

形成离子键的条件
金属原子 → 阳离子，非金属原子 → 阴离子 → 静电引力
容易在电负性相差大的金属与非金属之间形成
2022 评价院模考化学Ⅰ类题改编
由铝离子(Al³⁺)与氧离子(O²⁻)组成的离子键化合物的化学式是？
①AlO
②Al₂O₃
③Al₃O₂
④AlO₂
⑤Al₂O
▸ ② Al₂O₃
1
求满足 (+3) × a + (−2) × b = 0 的最简整数比 a : b。
2
按 3 和 2 的最小公倍数 6 配平，得 a = 2，b = 3。
(+3) × 2 + (−2) × 3 = 0 → Al₂O₃
🎯 考试要点
①离子键是金属阳离子与非金属阴离子之间的静电引力
②金属原子变成阳离子后变小，非金属原子变成阴离子后变大
③晶格能与电荷乘积成正比，与离子中心间距离成反比
④固体不导电，熔融液体和水溶液导电
⑤书写化学式时阳离子在前，用使电荷总和为 0 的最简整数比表示
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