学习指南

共价键与配位键

CIE A-Level 化学· 第3.2节 化学键· 45 分钟阅读

1. 共价键的形成★★☆☆☆⏱ 15 min

📘 定义

共价键

由两个带正电的原子核与原子间的一对共用电子之间的静电吸引形成的化学键。共价键通常形成于两个电负性相近的非金属原子之间。

例:

Cl₂中两个氯原子之间的键

当成键原子的总势能低于分离原子的总势能时，共价键就会形成。这种稳定状态来自共用电子与两个原子核之间的吸引力，以及带正电的原子核之间的排斥力的平衡。

📐 例题

使用点叉图演示两个氯原子之间单共价键的形成过程

  1. 1

    确定每个氯原子的价电子数：氯位于第17族，因此外层有7个电子，还需要1个电子来完成稳定八隅体结构。

  2. 2

    每个氯原子向共用对提供一个电子，形成一个单共价键。

  3. 3

    完成的点叉图显示：1对共用电子（第一个Cl提供一个点，第二个Cl提供一个叉），每个Cl原子有3对孤对电子。

Exam tip:

在点叉图考题中，一定要对来自不同原子的电子使用不同符号（点和叉），才能获得满分

2. 多重共价键★★☆☆☆⏱ 10 min

共价键按键级分类，键级指两个原子之间的共用电子对数量。键级、键长和键能之间存在明确的规律：键级越高，键长越短，键能越大，即高阶共价键更短更强。

📘 定义

键级

两个成键原子之间的共用电子对数量，与键强度和键长直接相关

📐 例题

比较C-C、C=C和C≡C键的键长和键能

  1. 1

    确定每个键的键级：C-C（单键）= 1，C=C（双键）= 2，C≡C（三键）= 3

  2. 2

    应用上述规律：键级升高 → 键长降低，键能升高

  3. 3

    最终结果：键长顺序：C-C > C=C > C≡C；键能顺序：C-C < C=C < C≡C

3. 配位（配位共价）键★★★☆☆⏱ 20 min

📘 定义

配位（配位共价）键

共用电子对中的两个电子都由单个原子（带有孤对电子的供体原子）提供，提供给带有空轨道的受体原子所形成的共价键。

例:

NH₃和H⁺之间形成的NH₄⁺中的N-H键

配位键形成后，其强度、长度和其他性质都与其他普通共价键完全相同。在结构图中，配位键用箭头表示，箭头从供体原子指向受体原子。

📐 例题

解释铵离子NH₄⁺中配位键的形成过程

  1. 1

    氨（NH₃）的中心氮原子形成了三个普通N-H共价键，氮原子上还剩余一对孤对电子。

  2. 2

    氢离子H⁺的外层1s轨道是空的，因此可以接受氮原子的孤对电子。

  3. 3

    氮原子的孤对电子在N和H⁺之间共用，形成配位键，整个离子带+1电荷。

Exam tip:

需要牢记的常见考试实例：NH₄⁺、H₃O⁺、Al₂Cl₆，以及过渡金属配合物中的配位键

4. 共价键和配位键的表示方法★★★☆☆⏱ 10 min

考试经常要求你绘制同时含有共价键和配位键的粒子的点叉图、结构简式和结构式，遵循常规画法能帮助你获得满分。

📐 例题

演示如何表示Al₂Cl₆二聚体中的配位键

  1. 1

    AlCl₃中每个Al原子形成3个普通共价键与Cl相连后，外层只有6个电子，因此可以接受一对孤对电子。

  2. 2

    一个AlCl₃单元上的Cl原子向另一个AlCl₃单元上的Al原子提供一对孤对电子，反之亦然，形成两个配位键。

  3. 3

    在结构图中，每个配位键都要画箭头从供体Cl原子指向受体Al原子。

✓ 快速检测

测试你的理解：

  1. 下列哪个物种至少含有一个配位键？

    • A) H₂O

    • B) NH₄⁺

    • C) CH₄

    • D) Cl₂

    显示答案
    B —

    正确。NH₄⁺由NH₃向H⁺提供孤对电子形成。其他选项都只含有普通共价键。

5. 常见陷阱

错误做法:

声称配位键比普通共价键弱

原因:

这是一个常见误区，误区源于形成方式不同，而非性质不同

正确做法:

说明配位键的强度和性质都与等价的普通共价键完全相同

错误做法:

忘记在点叉图中给离子加上整体电荷

原因:

即使电子排布完全正确，阅卷者也会因缺失电荷扣分

正确做法:

对于任何离子物种，一定要在方括号外加上整体电荷

错误做法:

将配位键箭头从受体指向供体

原因:

箭头表示电子对供体的方向，方向对错会影响得分

正确做法:

箭头从供体原子（带有孤对电子）指向受体原子（带有空轨道）

错误做法:

在点叉图中对所有电子使用相同符号

原因:

阅卷者要求使用不同符号来证明你理解每个电子来自哪个原子

正确做法:

对来自一个原子的电子使用点，另一个原子的使用叉

6. 速查表

键型

电子来源

键级

常见实例

单共价键

每个原子提供1个

1

Cl-Cl、乙烷中的C-C

双共价键

每个原子提供2个

2

O=O、乙烯中的C=C

三共价键

每个原子提供3个

3

N≡N、乙炔中的C≡C

配位共价键

全部来自供体

1

NH₄⁺、Al₂Cl₆、H₃O⁺

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

  • 2022 · 12

    绘制Al₂Cl₆中的配位键

  • 2023 · 21

    比较共价键和配位键

  • 2021 · 13

    绘制NH₄⁺离子的点叉图

深入阅读

下一步

理解共价键和配位键是CIE A-Level化学所有高级成键主题的基础。你的下一个学习内容是共价分子的空间构型，该内容直接依赖你计数中心原子周围成键对和孤对电子的能力，而这个能力正是在本模块建立的。在后续学习过渡金属时，你会再次遇到配位键，它是配合物中配体成键的基础。掌握这里讲解的基础知识，会让这些更高级的主题更容易理解，帮助你在考试中获得满分。