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化学键
概览
本笔记讲解化学键的三种类型：离子键、共价键、金属键，重点是离子化合物与共价化合物的判断、电子式的书写，以及 $\ce{NaCl}$与$\ce{HCl}$ 键型对比。化学键是理解"化学反应的本质是旧键断裂、新键形成"的基础，也是选必一反应热、选必二分子结构的起点。
核心概念
化学键的定义
相邻原子（或离子）之间强烈的相互作用称为化学键。化学键的形成与原子核外电子（尤其是最外层电子）的相互作用有关。
化学键的类型
| 类型 | 成键微粒 | 成键本质 | 存在范围 | 实例 |
|---|---|---|---|---|
| 离子键 | 阴、阳离子 | 静电作用（吸引 + 排斥） | 离子化合物 | $\ce{NaCl}$、$\ce{MgO}$、$\ce{NaOH}$ |
| 共价键 | 原子 | 共用电子对 | 共价化合物、单质 | $\ce{HCl}$、$\ce{H2O}$、$\ce{H2}$ |
| 金属键 | 金属阳离子与自由电子 | 静电作用 | 金属单质、合金 | $\ce{Fe}$、$\ce{Cu}$ |
化学反应的本质
化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。断裂化学键吸收能量，形成化学键放出能量——这是选必一反应热的基础。
重点知识：三种化学键
1. 离子键
- 成键微粒：阴、阳离子。
- 成键本质：阴阳离子间的静电作用（包括吸引力和排斥力）。
- 成键条件：活泼金属（ⅠA、ⅡA）与活泼非金属（ⅥA、ⅦA）之间，或铵根与酸根之间。
- 存在：离子化合物中（$\ce{NaCl}$、$\ce{Na2O}$、$\ce{MgCl2}$、$\ce{NaOH}$、$\ce{NH4Cl}$、$\ce{Na2O2}$）。
- 特点：离子键无方向性、无饱和性。
2. 共价键
- 成键微粒：原子（非金属原子间）。
- 成键本质：形成共用电子对，使双方都达到稳定结构。
- 成键条件：非金属元素原子之间（一般 $\ce{电负性}$ 相差不大）。
- 存在：共价化合物、非金属单质、离子化合物中的复杂阴离子（如 $\ce{OH^-}$、$\ce{SO4^{2-}}$）。
按共用电子对是否偏移分类：
| 类型 | 成键原子 | 电子对偏移 | 实例 |
|---|---|---|---|
| 极性键 | 不同原子 | 偏移（偏向电负性大的一方） | $\ce{H-Cl}$、$\ce{H-O}$、$\ce{C=O}$ |
| 非极性键 | 相同原子 | 不偏移 | $\ce{H-H}$、$\ce{Cl-Cl}$、$\ce{N\#N}$ |
分子极性 ≠ 键极性
分子中有极性键，分子不一定极性（如 $\ce{CO2}$中$\ce{C=O}$ 是极性键，但分子直线形对称，是非极性分子）。"键的极性"看电子对偏移，"分子的极性"看正负电荷中心是否重合。
3. 金属键
- 成键微粒：金属阳离子与自由电子。
- 成键本质：金属阳离子与自由电子之间的静电作用。
- 存在：金属单质和合金。
- 解释性质：金属的导电性（自由电子定向移动）、导热性、延展性（原子层滑动，金属键不断裂）。
金属键与"自由电子"
金属晶体中，金属原子失去的电子在整个晶体中"自由"运动，形成自由电子。自由电子是金属导电、导热、延展性的根源。
重点知识：离子化合物与共价化合物的判断
判断方法
| 判断依据 | 离子化合物 | 共价化合物 |
|---|---|---|
| 组成元素 | 含活泼金属或铵根 | 一般只含非金属元素 |
| 所含化学键 | 一定含离子键 | 只含共价键 |
| 熔融态导电性 | 导电 | 不导电 |
| 常见例子 | $\ce{NaCl}$、$\ce{KOH}$、$\ce{NH4Cl}$、$\ce{Na2O2}$ | $\ce{HCl}$、$\ce{H2O}$、$\ce{CO2}$、$\ce{NH3}$、$\ce{AlCl3}$ |
两个易错判断
- 含离子键的一定是离子化合物；但含共价键的不一定是共价化合物（如 $\ce{NaOH}$含离子键和$\ce{O-H}$ 共价键，是离子化合物）。
- 全部由非金属元素组成的化合物不一定是共价化合物，如 $\ce{NH4Cl}$（铵盐）由非金属元素组成，却是离子化合物。
化学键与化合物类型总结
- 只含离子键：$\ce{NaCl}$、$\ce{MgO}$（典型离子化合物）。
- 含离子键 + 共价键：$\ce{NaOH}$、$\ce{Na2O2}$（离子键 + 非极性共价键）、$\ce{NH4Cl}$。
- 只含共价键：$\ce{HCl}$、$\ce{H2O}$、$\ce{CO2}$、$\ce{H2}$（非金属单质）。
重点知识：电子式
书写规则
- 原子：在元素符号周围用"$\cdot$"或"$\times$"表示最外层电子。如 $\ce{Cl}$ 的电子式：$\ce{\overset{\cdot\cdot}{\ddot{Cl}}}$（写 7 个电子）。
- 阴离子：用方括号括起来，标出电荷。如 $\ce{Cl^-}$：$[\ce{\overset{\cdot\cdot}{\ddot{Cl}}}]^-$。
- 阳离子：直接写离子符号（不标电子）。如 $\ce{Na+}$。
- 离子化合物：阴、阳离子交替排列，如 $\ce{NaCl}$：$\ce{Na+}[\ce{\overset{\cdot\cdot}{\ddot{Cl}}}]^-$。
- 共价化合物：画出共用电子对，不加方括号、不标电荷。如 $\ce{HCl}$：$\ce{H\overset{\cdot\cdot}{\ddot{Cl}}}$（写成 $\ce{H:Cl}$或$\ce{H-Cl}$）。
典型电子式
| 物质 | 电子式 | 说明 |
|---|---|---|
| $\ce{NaCl}$ | $\ce{Na+}[\ce{\overset{\cdot\cdot}{\ddot{Cl}}}]^-$ | 离子化合物，阴离子加括号标电荷 |
| $\ce{MgCl2}$ | $[\ce{\overset{\cdot\cdot}{\ddot{Cl}}}]^-\ce{Mg^{2+}}[\ce{\overset{\cdot\cdot}{\ddot{Cl}}}]^-$ | 两个氯离子分列两侧 |
| $\ce{HCl}$ | $\ce{H\overset{\cdot\cdot}{\ddot{Cl}}}$ | 共价化合物，共用一对电子 |
| $\ce{H2O}$ | $\ce{H\overset{\cdot\cdot}{\ddot{O}}H}$ | 氧与两个氢各共用一对电子 |
| $\ce{CO2}$ | $\ce{O::C:😮}$（或 $\ce{O=C=O}$） | 碳与每个氧共用两对电子 |
电子式书写易错
- 共价化合物的电子式不能加方括号和电荷（离子化合物才加）。
- $\ce{Na2O2}$电子式含$\ce{O^{2-}_2}$（过氧根），两个氧间有非极性共价键：$\ce{Na+}[\ce{\overset{\cdot\cdot}{\ddot{O}}\overset{\cdot\cdot}{\ddot{O}}}]^{2-}\ce{Na+}$。
- 不要漏写未成键的孤对电子。
重点知识：$\ce{NaCl}$与$\ce{HCl}$ 键型对比
| 对比项 | $\ce{NaCl}$（氯化钠） | $\ce{HCl}$（氯化氢） |
|---|---|---|
| 化合物类型 | 离子化合物 | 共价化合物 |
| 化学键类型 | 离子键 | 极性共价键 |
| 构成微粒 | $\ce{Na+}$与$\ce{Cl^-}$ | $\ce{HCl}$ 分子 |
| 电子式 | $\ce{Na+}[\ce{\overset{\cdot\cdot}{\ddot{Cl}}}]^-$ | $\ce{H\overset{\cdot\cdot}{\ddot{Cl}}}$ |
| 固态导电性 | 不导电（离子不能自由移动） | 不导电（无离子） |
| 熔融态导电性 | 导电（离子自由移动） | 不导电（仍为分子） |
| 水溶液导电性 | 导电（电离出 $\ce{Na+}$、$\ce{Cl^-}$） | 导电（电离出 $\ce{H+}$、$\ce{Cl^-}$） |
关键区别
$\ce{NaCl}$熔融态能导电而$\ce{HCl}$ 不能，是判断离子化合物与共价化合物的经典方法。离子化合物熔融时离子键被破坏，离子自由移动而导电；共价化合物熔融时分子未电离，不导电。
典型例题
例题 1：化学键类型判断
题目：下列物质中，既含离子键又含共价键的是（ ） A. $\ce{NaCl}$ B. $\ce{NaOH}$ C. $\ce{HCl}$ D. $\ce{CO2}$
分析：$\ce{NaCl}$ 只含离子键；$\ce{NaOH}$含$\ce{Na+}$与$\ce{OH^-}$ 之间的离子键，$\ce{OH^-}$内部$\ce{O-H}$ 是共价键；$\ce{HCl}$、$\ce{CO2}$ 只含共价键。
解答：答案：B。
点评：含离子键 + 共价键的常见物质：$\ce{NaOH}$、$\ce{Na2O2}$、$\ce{NH4Cl}$、$\ce{K2SO4}$ 等。判断时先看是否含离子键（含活泼金属或铵根），再看内部基团是否有共价键。
例题 2：$\ce{NaCl}$与$\ce{HCl}$ 的性质差异
题目：下列有关 $\ce{NaCl}$与$\ce{HCl}$ 的说法正确的是（ ） A. 两者都是电解质，熔融态都能导电 B. 两者固态都不导电，但 $\ce{NaCl}$ 熔融态导电，$\ce{HCl}$ 熔融态不导电 C. $\ce{NaCl}$与$\ce{HCl}$ 中都只含离子键 D. $\ce{HCl}$溶于水能电离，说明$\ce{HCl}$ 是离子化合物
分析：A 中 $\ce{HCl}$ 熔融态不导电（共价化合物不电离），错；B 正确——$\ce{NaCl}$ 熔融时离子键被破坏，离子自由移动导电，$\ce{HCl}$熔融仍为分子不导电；C 中$\ce{HCl}$含共价键，错；D 中$\ce{HCl}$ 溶于水电离是共价化合物在水中的电离，不能说明是离子化合物，错。
解答：答案：B。
点评：熔融态导电性是区分离子化合物与共价化合物的重要实验依据。$\ce{NaCl}$ 是离子化合物（熔融导电），$\ce{HCl}$ 是共价化合物（熔融不导电，但水溶液导电）。
易错提醒
易错点清单
- 含离子键的一定是离子化合物，但含共价键的不一定是共价化合物（$\ce{NaOH}$ 是离子化合物）。
- 全部由非金属元素组成的化合物不一定共价（$\ce{NH4Cl}$ 是离子化合物）。
- 熔融态导电的是离子化合物；共价化合物熔融态不导电。
- 电子式：共价化合物不加方括号和电荷，离子化合物阴离子要加括号标电荷。
- 金属键与离子键不同：金属键的微粒是"金属阳离子 + 自由电子"。
- 有极性键的分子不一定是极性分子（如 $\ce{CO2}$）。
与其他知识关联
- 化学键的形成源于核外电子排布，见 01-原子结构。
- 键的极性与元素非金属性相关，见 03-元素周期律。
- 共价键的方向性、杂化轨道等微观细节在 杂化轨道理论 中深化（选必二）。
- 化学键的断裂与形成伴随能量变化，是选必一反应热的基础。
- 金属键解释合金与金属材料性质，见 08-铝及其化合物与金属材料/03-金属材料与合金。