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第三节　化学键与化学反应
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1．了解化学键的定义；了解离子键、共价键的形成。
2．了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。
一、化学键
1．化学键
(1)概念：相邻的两个或多个原子间的强烈的________；实质是电性作用。
(2)类型：根据成键原子间的电子得失或转移可将化学键分为______和______。
(3)化学键与化学反应
旧化学键的____和新化学键的____是化学反应的本质，是反应中能量变化的根本。
特别提示：稀有气体元素原子结构已达稳定状态，单个原子可以单独存在，因此稀有气体就是由单原子分子形成的，稀有气体中不存在化学键。
2．离子键
(1)定义：______离子之间通过____作用形成的化学键。
(2)形成条件：活泼金属与活泼非金属之间化合时，易形成离子键，如第ⅠA族、第ⅡA族中的金属与第ⅥA族、第ⅦA族中的非金属化合时易形成离子键。
(3)构成离子键的微粒为________。
(4)离子键的实质是________。
(5)离子化合物：含有离子键的化合物。
(6)表示方法
用电子式表示离子化合物的形成过程：
①Na2S：______________________
②CaCl2：______________________
特别提示：(1)形成离子键的静电作用：既有阴、阳离子间的静电吸引，也有原子核与原子核之间、电子与电子之间的相互排斥。
(2)形成离子键的元素不一定全是金属元素和非金属元素，仅由非金属元素组成的物质中也不一定不含离子键。如铵盐全是由非金属元素形成的含离子键的化合物。
(3)金属元素和非金属元素形成的化学键不一定全是离子键。如AlCl3中的化学键就是共价键。
3．共价键
(1)定义：原子间通过__________所形成的相互作用(或化学键)。
(2)形成条件
①一般______的原子间可形成共价键。
②某些金属与非金属(特别是不活泼金属与不活泼非金属)原子之间也能形成共价键。
(3)共价键的种类
①非极性共价键：____元素的原子间形成的共价键，共用电子对不偏向任何一个原子，各原子都________，简称________。
②极性共价键：____元素的原子间形成共价键时，电子对偏向__________的一方，两种原子，一方略显______，一方略显______，简称______。
(4)成键微粒为____。
(5)共价化合物：只含有______的化合物。
(6)表示方法
用电子式表示共价化合物形成过程
H2O：H×＋··＋×H―→HH
特别提示：(1)由活泼金属与活泼非金属形成的化学键不一定都是离子键，如AlCl3中Al—Cl键为共价键。
(2)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键，但多个原子间也可形成离子键，如NH4Cl等。
即时训练1下列叙述是否正确(填“√”或“×”)
(1)所有物质都存在化学键(　　)
(2)仅由非金属元素组成的物质中可能含有离子键(　　)
(3)离子化合物中一定含有离子键，可能含有共价键(　　)
(4)共价化合物一定不含有离子键，一定含共价键(　　)
(5)化合物中一定不存在非极性共价键(　　)
(6)金属和非金属原子之间一定形成离子键(　　)]
即时训练2将HCl、Ar、NH3、MgO、CO2、NaCl、NaOH等物质按以下要求填空：
(1)只存在共价键的是______。
(2)只存在离子键的是______。
(3)既存在离子键，又存在共价键的是______，其电子式为______。
(4)既不存在离子键，又不存在共价键的是______。
二、化学键与化合物类型和化学反应的关系
1．化学键与化合物的关系
特别提示：(1)从图中可以看出，离子化合物一定含有离子键，离子键只能存在于离子化合物中。
(2)共价键可存在于离子化合物、共价化合物和某些单质分子中。
2．化学键与物质的变化
特别提示：(1)有化学键变化不一定发生化学变化，如NaCl固体、HCl气体溶于水均有化学键断裂，但没有新化学键生成，所以没有发生化学变化，故属于物理变化。
(2)许多非金属单质和许多共价化合物在熔化时并不破坏共价键，如O2、N2、He、HCl、CO2、H2O、H2SO4等，它们分子中的化学键只影响其化学性质。
即时训练3下列变化克服的作用力(填题中空白)。
(1)NaCl熔化______________。
(2)HCl溶于水______________。
(3)NH4HCO3分解______________。
即时训练4X、Y为短周期元素，X位于ⅠA族，X与Y可形成化合物X2Y，下列说法正确的是(　　)。
A．X的原子半径一定大于Y的原子半径
B．X与Y的简单离子不可能具有相同的电子层结构
C．X2Y可能是离子化合物，也可能是共价化合物
D．两元素形成的化合物中，原子个数比不可能为1∶1
一、两种化学键及其与物质类别的关系
1．离子键与共价键的比较
离子键 共价键
极性键 非极性键
定义 通过阴、阳离子间的静电作用而形成的化学键 通过共用电子对而形成的化学键
成键微粒 阴、阳离子 原子
成键条件 金属与非金属元素原子化合 不同非金属相结合 相同非金属原子相结合
存在 离子化合物中 共价化合物及某些离子化合物中 大多数非金属单质、部分共价化合物、部分离子化合物中
实例 NaCl、Na2CO3、NaOH H2SO4、CO2、NaOH、Na2CO3 O2、H2、H2O2、Na2O2
2．化学键与物质类别的关系
(1)只含共价键的物质：
①同种非金属元素构成的单质，如I2、N2、P4、金刚石、晶体硅等。
②不同非金属元素构成的共价化合物，如HCl、NH3、SiO2、CS2等。
(2)只含有离子键的物质：活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物，如Na2S、CsCl、K2O、NaH等。
(3)既含有离子键又含有共价键的物质：如Na2O2、CaC2、NH4Cl、NaOH、Na2SO4等。
(4)无化学键的物质：稀有气体，如氩气、氦气等。
3．离子化合物和共价化合物的判断方法
(1)根据化学键的类型判断
凡含有离子键的化合物，一定是离子化合物；只含有共价键的化合物，一定是共价化合物。
(2)根据化合物的类型来判断
大多数碱性氧化物、强碱和盐都属于离子化合物；非金属氢化物、非金属氧化物、含氧酸都属于共价化合物。
(3)根据化合物的性质来判断
熔点、沸点较低的化合物(SiO2、SiC等除外)是共价化合物。熔融状态下能导电的化合物是离子化合物，如NaCl，不导电的化合物是共价化合物，如HCl。
特别提示：(1)金属元素与非金属元素之间不一定形成离子键，如熔融的AlCl3不导电；
(2)完全是非金属元素形成的化合物也可能是离子化合物，如NH4Cl、NH4NO3等；
(3)分子内共价键的强弱只决定分子的稳定性和分子的化学性质，与分子构成的分子晶体的物理性质几乎无关；
(4)金刚石、晶体硅、石英等原子晶体内共价键强，物质的硬度大、熔点高；
(5)比较晶体性质时大都比较物理性质。
【例1－1】下列说法中正确的是______(填编号)。
①在水中氢、氧原子间均以化学键相结合　②金属和非金属化合形成离子键　③离子键是阴、阳离子的相互吸引　④两个非金属原子间不可能形成离子键　⑤非金属原子间不可能形成离子键　⑥离子化合物中可能有共价键　⑦共价化合物中可能有离子键　⑧同主族元素形成的氧化物的晶体类型相同　⑨SO2、K2S均是含有极性键的共价分子
【例1－2】下列每组中各物质内既有离子键又有共价键的一组是(　　)。
A．NaOH、H2SO4、(NH4)2SO4
B．MgO、Na2SO4、NH4HCO3
C．Na2O2、KOH、Na2SO4
D．HCl、Al2O3、MgCl2
二、物质组成的表示方法及化学键与化学反应能量间的关系
1．物质组成的表示方法
以NH4Cl为例：电子式。
以H2O2为例：结构式H—O—O—H。
以乙烯为例：结构简式CH2===CH2。
2．化学键与反应能量的关系
拆开化学键需要吸收热量，形成化学键放出热量。化学键与化学反应的关系是：化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键的形成。
特别提示：有化学键变化不一定发生化学变化。例如食盐(NaCl)熔化，变成自由移动的Na＋和Cl－，HCl溶于水电离成H＋和Cl－等，就没有发生化学变化。
3．化学键的形成及对物质性质的影响
(1)由金属元素与非金属元素间形成的化学键不一定是离子键，如AgCl、AlCl3等都含共价键，它们属于共价化合物。
(2)由阳离子和阴离子反应生成的化合物不一定是离子化合物，如H＋＋OH－===H2O，
2H＋＋CO===CO2↑＋H2O。
(3)由两种共价分子结合生成的化合物可能是离子化合物，如NH3＋HCl===NH4Cl。
(4)有化学键被破坏的变化不一定是化学变化。如HCl溶于水、NaCl熔化等都有化学键被破坏，但都属于物理变化。
(5)许多非金属单质和许多共价化合物在熔化时并不破坏共价键，如O2、N2、HCl、CO2、H2O、H2SO4等。它们分子中的化学键只影响其化学性质。
特别提示：(1)化学键是一种强烈的相互作用，这种作用既包括静电吸引作用，又包括静电排斥作用。
(2)共价键不仅存在于共价化合物中，离子化合物中可能含有共价键。
(3)物质在熔融状态下只破坏离子键如NaHSO4(熔融)===Na＋＋HSO。
(4)由金属元素与非金属元素间形成的化学键不一定是离子键，如AlCl3等都只含共价键，它们属于共价化合物。
【例2－1】科学家最近研制出可望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)3的说法中正确的是(　　)。
A．分子中N、O间形成的共价键是非极性键
B．分子中四个氮原子共平面
C．该物质既有氧化性又有还原性
D．15.2 g该物质含有6.02×1022个原子
【例2－2】下列说法中正确的是(　　)。
A．共价化合物中可能含有离子键
B．区别离子化合物和共价化合物的方法是看其水溶液是否能够导电
C．离子化合物中只含有离子键
D．离子化合物熔融状态能电离出自由移动的离子，而共价化合物不能
三、电子式的书写与正误判断
电子式是表示微粒结构的一种式子，其写法是在元素符号的周围用“·”或“×”等表示原子或离子的最外层电子，并用n＋或n－(n为正整数)表示离子所带电荷。书写时要注意以下几点：
1．同一个式子中的同一元素的原子的电子要用同一符号，都用“·”或“×”。
如：×Mg×不能写成·Mg×。
2．主族元素的简单离子中，阳离子的电子式就是离子符号。如Mg2＋既是镁离子符号，也是镁离子的电子式。阴离子的最外层都是8电子结构(H－除外)，在表示电子的符号外加方括号，方括号的右上角标明所带电荷。
如：S2－的电子式为[]2－，Cl－的电子式为[∶]－。
3．离子化合物中阴阳离子个数比不是1∶1时，要注意每一个离子都与带相反电荷的离子直接相邻的事实。
如：MgCl2的电子式为[∶]－Mg2＋[∶]－，不能写成Mg2＋[∶]或Mg2＋[∶]－[∶]－。
4．写双原子分子的非金属单质的电子式时，要注意共用电子的数目和表示方法。
如：N2的电子式应为或，不能写成N×·N∶或N∶∶∶N∶，更不能写成∶∶∶或·∶∶·。
5．要注意共价化合物与离子化合物的电子式的区别。前者不加括号，不写表示电荷的符号，后者阴离子和复杂的阳离子加方括号，括号外写表示电荷的符号。前者的共用电子对一般还要求表示出其组成电子来源于哪一原子。
如：H2O分子的电子式为HH，不能写成
H＋[]2－H＋；H2O2分子的电子式为H∶H，Na2O2的电子式为Na＋[∶]2－Na＋。
【例3】化学科学需要借助化学专用语言来描述，下列有关化学用语正确的是(　　)。
A．CO2的电子式：∶∶∶∶
B．Cl－的结构示意图：
C．乙烯的结构简式：C2H4
D．质量数为37的氯原子：Cl
化学反应中化学键与能量变化间的关系
【实验典例】
[实验目的]化学反应中反应物化学键全部或部分断裂、在生成物分子中形成了新的化学键并伴有能量变化。
[实验原理](1)破坏化学键需要消耗的能量E1与生成化学键释放的能量E2之间的关系。若是E1＜E2，反应放出能量；若是E1＞E2，则反应吸收能量。
930 kJ能量H2O(气)
[归纳·总结](2)实验证明，破坏旧的化学键时，需要吸收能量来破坏原子间的相互吸引；在形成新的化学键时，由于原子间结合成稳定物质而对外释放能量。化学反应吸热或放热就来源于______所发生的能量变化。
[拓展·引导](3)能量有各种不同的形式，化学反应常常以热、光、声、电等形式与外界环境进行能量交换，但通常表现为热能的形式。上述生成水的过程，旧键断开吸热______ kJ，新键生成放热______ kJ，整个过程放热______ kJ。化学反应过程遵循______定律。
[思考·质疑](4)是不是所有的化学反应都是放热的？
[活动·探索](5)(分组实验，讨论、汇报)
用手感受化学反应后容器的温度变化，或用温度计测量溶液的温度变化。
试剂：氢氧化钠溶液、稀盐酸(2 mol·L－1)、浓硫酸、锌粉、氢氧化钡晶体、氯化铵固体
仪器：试管、小烧杯、玻璃片、镊子、胶头滴管、药匙、单孔管，还缺少的仪器是______。
实验过程(略)。按下表总结：
实验内容 实验现象 离子方程式或化学方程式 实验结论
浓硫酸稀释 —
NaOH溶液与盐酸
锌与盐酸
氢氧化钡晶体与氯化铵固体反应
[媒体显示结论]每一个化学反应都伴随有能量变化，有的对外释放能量，有的从外界吸收能量。如果形成新的化学键所释放的能量大于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是放热的；如果形成新的化学键所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是吸热的。
[讨论](6)小组成员讨论后有以下结论，其中你认为正确的是______。
A．化学键发生变化，一定伴随着化学反应的发生
B．化学反应发生，一定伴随着化学键的变化
C．化学键发生变化，是化学反应的前提，但化学反应不一定同时发生
1．(高考组合题)下列叙述正确的是(　　)。
A．(2012山东理综)非金属元素组成的化合物中只含共价键
B．(2012天津理综)不同元素的原子构成的分子只含极性共价键
C．(2012天津理综)和是中子数不同质子数相同的同种核素
D．(2012天津理综)短周期第ⅣA与ⅦA族元素的原子间构成的分子，均满足原子最外层8电子结构
2．下表是元素周期表的一部分，有关说法不正确的是(　　)。
A．a、b、d、f四种元素的离子半径：f＞d＞a＞b
B．元素b的单质不能与酸性氧化物发生化学反应
C．元素c的氧化物既能与酸反应，又能与碱反应
D．a、c、e的最高价氧化物对应的水化物之间能够相互反应
3．(2012全国理综)下列有关化学键的叙述，正确的是(　　)。
A．离子化合物中一定含有离子键
B．单质分子中均不存在化学键
C．含有极性键的分子一定是极性分子
D．含有共价键的化合物一定是共价化合物
4．(2012江苏化学)下列有关化学用语表示正确的是(　　)。
A．乙酸的结构简式：C2H4O2
B．F－的结构示意图：
C．中子数为20的氯原子：Cl
D．NH3的电子式：H∶N∶H
5．(双选)短周期元素甲、乙、丙、丁的原子序数依次增大，甲和乙形成的气态化合物的水溶液呈碱性，乙位于第ⅤA族，甲和丙同主族，丁原子最外层电子数与电子层数相等，则(　　)。
A．原子半径：丙＞丁＞乙
B．单质的还原性：丁＞丙＞甲
C．甲、乙、丙的氧化物均为共价化合物
D．乙、丙、丁的最高价氧化物对应的水化物能相互反应
6．元素的原子结构决定其性质和在周期表中的位置。下列说法正确的是(　　)。
A．元素原子的最外层电子数等于元素的最高化合价
B．多电子原子中，在离核较近的区域内运动的电子能量较高
C．P、S、Cl得电子能力和最高价氧化物对应的水化物的酸性均依次增强
D．元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素属于过渡元素
7．下表列出短周期8种元素的部分性质，有关叙述不正确的是(　　)。
原子 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
原子半径(10－10 m) 0.74 1.52 1.60 1.10 0.99 0.75 1.86 0.82
最高价/最低价 －2 ＋1 ＋2 ＋5－3 ＋7－1 ＋5－3 ＋1 ＋3
A．②号元素原子半径小于⑦号元素的原子半径
B．④号元素原子序数大于⑥号元素的原子序数
C．②号元素和③号元素处在同一周期
D．⑤号元素最高价氧化物对应水化物的酸性比其他7种元素的相应化合物的酸性都强
参考答案
基础梳理整合
一、1．(1)相互作用　(2)离子键　共价键　(3)断裂　形成
2．(1)阴、阳　静电　(3)阴、阳离子　(4)静电作用
(6)
3．(1)共用电子对　(2)非金属　(3)同种　不显电性　非极性键　不同　非金属性强　正电性　负电性　极性键　(4)原子　(5)共价键
即时训练1　答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×
即时训练2　答案：(1)HCl、NH3、CO2　(2)MgO、NaCl
(3)NaOH　Na＋[∶∶H]－　(4)Ar
二、2．吸收　旧化学键　新化学键　释放　没变　没有　没变
即时训练3　答案：(1)离子键　(2)共价键　(3)离子键与共价键
即时训练4　C
核心归纳突破
【例1－1】答案：④⑥
解析：①不同水分子间的H、O原子之间不存在化学键，错；②AlCl3为共价化合物，错；③静电作用力包括静电吸引和静电排斥，错；⑤NH4Cl中存在离子键，错；⑦存在离子键的物质一定是离子化合物，存在共价键的物质不一定是共价化合物，错；⑧CO2与SiO2一个是分子晶体，一个是原子晶体，错；⑨K2S是离子化合物，错。
【例1－2】C　解析：A中H2SO4内只有共价键；B中MgO内只有离子键；D中HCl内只有共价键，Al2O3、MgCl2内只有离子键。
【例2－1】C　解析：N和O两种原子属于不同的非金属元素，它们之间形成的共价键应该是极性键，A错误；因为该分子中N—N—N键角都是108.1°，所以该分子不可能是平面结构，而是三角锥形，B错误；由该分子的化学式N4O6可知分子中氮原子的化合价是＋3价，处于中间价态，化合价既可以升高又可以降低，所以该物质既有氧化性又有还原性，因此C正确；该化合物的摩尔质量是152 g·mol－1，因此15.2 g该物质的物质的量为0.1 mol，所以含有的原子数0.1×10×6.02×1023＝6.02×1023，因此D也不正确。
【例2－2】D　解析：A项，共价化合物中只含有共价键；B项，区别两种化合物的方法是看其熔融状态是否导电；C项，例如离子化合物NH4Cl，既含有离子键，又含有共价键。
【例3】B　解析：A项CO2的电子式应为∶∶C∶∶；C项乙烯的结构简式应为CH2===CH2；D项质量数为37的氯原子应为3717Cl。
实验探究拓展
实验典例
答案：(1)吸收　吸收　释放　(2)旧化学键的破坏和新化学键的形成　(3)685　930　245　能量守恒　(4)不是。　(5)温度计
实验内容 实验现象 离子方程式或化学方程式 实验结论
混合液的温度升高 — 浓硫酸稀释是放热的
混合液的温度升高 OH－＋H＋===H2O 中和反应是放热的
试管温度升高 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ 该反应是放热的
烧杯温度降低使烧杯和玻璃片冻结 Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O 该反应是吸热的
(6)BC
演练巩固提升
1．D　解析：NH4Cl全部由非金属元素组成，但含有离子键和共价键，A项错；由不同元素的原子构成的H2O2分子中含有非极性键，B项错误；与是质子数相同中子数不同的不同核素，二者互为同位素，C项错误；D项正确。
2．B　解析：由表中位置可推知：a为Na，b为Mg，c为Al，d为O，e为S，f为Cl。Mg能在CO2中燃烧，故B项错误。
3．A　解析：本题考查化学键类型与物质类别的关系。凡含离子键的化合物均为离子化合物，A项正确；有的单质分子含有化学键，如O2、N2、金刚石等，稀有气体中不含化学键，B项错误；含有极性键的分子不一定是极性分子，如甲烷等，C项错误；有的离子化合物中含有共价键，如NaOH为离子化合物，但含有共价键H—O键，D项错误。
4．B　解析：A项，给出的是乙酸的化学式，结构简式应为CH3COOH，错；B项正确；C项，原子左上角表示质量数，它等于质子数加上中子数，应为17＋20＝37，错；D项，NH3中的N缺少了一对孤对电子，错。
5．AD　解析：本题考查元素周期表的结构及元素周期律应用。在中学化学中只有氨气的水溶液才显碱性，因为短周期元素甲、乙、丙、丁的原子序数依次增大，所以甲是H，乙是N；甲和丙同主族，因此丙只能是Na，这说明丁属于第三周期，根据丁原子最外层电子数与电子层数相等，所以丁是Al。同周期元素自左向右原子半径逐渐减小，金属性逐渐减弱，所以选项A正确，B不正确，还原性应该是Na＞Al＞H；Na属于活泼金属，其氧化物Na2O属于离子化合物，C不正确；乙、丙、丁的最高价氧化物对应的水化物分别为HNO3(强酸)、NaOH(强碱)、Al(OH)3(两性氢氧化物)，因此选项D也正确。
6．C　解析：对应主族元素的原子其最高化合价等于元素原子的最外层电子数，但氟元素无正价，氧元素没有最高化合价，A不正确；在多电子原子中，电子的能量是不相同的。在离核较近的区域内运动的电子能量较低，在离核较远的区域内运动的电子能量较高，B不正确；P、S、Cl均属于第三周期的元素，且原子序数依次递增，非金属性依次增强，所以得电子能力和最高价氧化物对应的水化物的酸性均依次增强，选项C正确；元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素一般既有金属性又有非金属性，在周期表中第三纵行到第十纵行，包括7个副族和一个Ⅷ族共同组成了过渡元素，因此选项D也不正确。
7．C　解析：②号与⑦号元素都是碱金属元素，②在⑦上边，②号元素的原子半径小，A正确；④号与⑥号元素都是ⅤA族元素，⑥在④上边，⑥号元素原子序数小，B正确；②号与③号元素若在同一周期，则②号元素的原子半径应该大于③号元素的原子半径，C错；⑤号元素最高价氧化物对应水化物是HClO4，是最强的无机酸，D正确。
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