离子键

Q: 我需要熟记过渡金属和多原子离子的电荷吗？

是的，、、、、、以及考纲列出的多原子离子的电荷不会在元素周期表中给出，考试时需要自行回忆作答。

Edexcel 国际GCSE 化学· 1.37–1.43· 18 分钟阅读

1. 离子形成与常见离子电荷★★☆☆☆⏱ 4 min

原子得失电子以达到满外层电子排布（稳定的稀有气体构型）时就会形成离子。金属失去电子形成带正电的阳离子，非金属得到电子形成带负电的阴离子。

📘 定义

离子

原子失去或得到一个或多个电子后形成的带电粒子

对于主族元素，离子电荷可以根据其族序数预测：第1族→+1，第2族→+2，第3族→+3，第5族→-3，第6族→-2，第7族→-1。过渡金属离子电荷（ $A g^{+}$ 、 $C u^{2 +}$ 、 $F e^{2 +}$ 、 $F e^{3 +}$ 、 $P b^{2 +}$ 、 $Z n^{2 +}$ ）和多原子离子电荷（ $H^{+}$ 、 $O H^{-}$ 、 $N H_{4}^{+}$ 、 $C O_{3}^{2 -}$ 、 $N O_{3}^{-}$ 、 $S O_{4}^{2 -}$ ）需要单独记忆。

📐 例题

预测以下元素形成的离子的电荷：(a) 镁（第2族），(b) 硫（第6族），(c) 银。

1
第2族金属失去2个外层电子形成满外层结构，因此镁离子带+2电荷： $M g^{2 +}$
2
第6族非金属得到2个电子形成满外层结构，因此硫离子带-2电荷： $S^{2 -}$
3
银离子的电荷是要求记忆的考点，因此银离子带+1电荷： $A g^{+}$

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铝离子（第3族）的电荷是多少？
显示答案
+3 —
第3族金属失去3个外层电子，形成带3个正电荷的离子。
碳酸根离子的电荷是多少？
显示答案
-2 —
碳酸根是带固定2个负电荷的多原子离子，需要记忆。

2. 书写电中性离子化合物化学式★★★☆☆⏱ 5 min

离子化合物整体呈电中性，因此阳离子的总正电荷必须等于阴离子的总负电荷。使用系数平衡电荷，当化学式中需要多个相同的多原子离子时，要将该多原子离子用括号括起来。

📘 定义

多原子离子

由两个或多个通过共价键结合的原子构成的带电粒子

📐 例题

写出以下两种物质的化学式：(a) 氧化铝，(b) 硫酸铵。

1
对于氧化铝：确定离子电荷： $A l^{3 +}$ （第3族）和 $O^{2 -}$ （第6族）。3和2的最小公倍数是6，因此需要2个 $A l^{3 +}$ 离子（总正电荷+6）和3个 $O^{2 -}$ 离子（总负电荷-6），化学式为 $A l_{2} O_{3}$ 。
2
对于硫酸铵：确定离子电荷： $N H_{4}^{+}$ （多原子离子）和 $S O_{4}^{2 -}$ （多原子离子）。需要2个 $N H_{4}^{+}$ 离子来平衡1个硫酸根离子的2个负电荷，由于铵根是带系数的多原子离子，需要用括号括起来，化学式为 $(N H_{4})_{2} S O_{4}$ 。

3. 离子化合物的点叉图★★★☆☆⏱ 5 min

点叉图展示金属和非金属之间的电子转移过程，用于生成离子化合物。图中仅绘制最外层电子，一种元素的电子用点表示，另一种元素的电子用叉表示。生成的每个离子都要用方括号括起来，整体电荷标注在括号外的右上角。

📘 定义

离子点叉图

展示原子之间最外层电子转移形成带相反电荷离子的示意图，不同原子的电子用点和叉区分。

📐 例题

绘制氯化镁（ $M g C l_{2}$ ）形成过程的点叉图。

1
画出1个镁原子的最外层电子层（2个外层电子，用点表示）和2个氯原子的最外层电子层（每个氯原子7个外层电子，用叉表示）。
2
画出镁原子失去全部2个外层电子，分别转移到2个氯原子上的过程。
3
画出生成的离子： $M g^{2 +}$ 的最外层为空，放在方括号内，括号外标注+2电荷；每个 $C l^{-}$ 离子的最外层有8个电子（7个叉+1个点），放在方括号内，括号外标注-1电荷。

4. 离子键与巨型离子晶格的性质★★☆☆☆⏱ 4 min

离子键是带相反电荷的离子之间的强静电吸引力，它将离子结合在一起形成规则的三维结构，称为巨型离子晶格。

📘 定义

巨型离子晶格

由强离子键结合在一起的、带相反电荷离子构成的规则三维排列结构

巨型离子晶格的熔沸点很高，因为带相反电荷离子之间的强静电作用力需要大量热能才能克服。固态离子化合物不导电，因为离子在晶格中位置固定，无法移动来传递电荷。当离子化合物熔融（熔化）或溶于水（水溶液）时，离子可以自由移动，因此化合物可以导电。

📐 例题

解释为什么氯化钠的熔点为801°C。

1
氯化钠是由 $N a^{+}$ 和 $C l^{-}$ 离子构成的巨型离子晶格。
2
带相反电荷的离子之间存在强静电吸引力。
3
需要大量热能才能克服这些强作用力，因此氯化钠的熔点很高。

5. 常见陷阱

错误做法:

带系数的多原子离子忘记加括号，例如将 $(N H_{4})_{2} S O_{4}$ 写成 $N H_{4} 2 S O_{4}$

原因:

省略括号会错误地表示只有多原子离子的最后一个原子被乘以系数，生成无效的化学式。

正确做法:

当需要多个相同的多原子离子来平衡电荷时，始终将该多原子离子用括号括起来。

错误做法:

绘制点叉图时，离子周围没有画方括号和标注电荷

原因:

这无法体现电子是转移（而非共享）的，也无法说明生成的粒子是带电的。

正确做法:

将每个离子都放在方括号内，整体电荷标注在括号外的右上角。

错误做法:

声称固态离子化合物可以导电

原因:

固态巨型晶格中的离子位置固定，无法移动来传递电荷。

正确做法:

仅说明离子化合物在熔融状态或溶于水时可以导电，这两种状态下离子可以自由移动。

错误做法:

为了配平化学式而修改离子的电荷，而非调整离子的数量

原因:

特定离子的电荷是固定的，不能随意更改。

正确做法:

调整每种离子的数量，直到总正电荷等于总负电荷。

错误做法:

过渡金属或多原子离子的电荷使用错误

原因:

这些电荷无法从元素周期表推导，必须自行记忆。

正确做法:

熟记考纲列出的所有要求掌握的离子电荷，避免这类常见错误。

6. 速查表

离子类别	离子示例	电荷	化学式示例
第1族金属	$L i^{+}, N a^{+}, K^{+}$	+1	$N a C l$
第2族金属	$M g^{2 +}, C a^{2 +}$	+2	$M g O$
第3族金属	$A l^{3 +}$	+3	$A l_{2} O_{3}$
第7族非金属	$F^{-}, C l^{-}, B r^{-}$	-1	$K B r$
第6族非金属	$O^{2 -}, S^{2 -}$	-2	$N a_{2} S$
第5族非金属	$N^{3 -}$	-3	$M g_{3} N_{2}$
要求掌握的过渡金属	$A g^{+}, C u^{2 +}, F e^{2 +}, F e^{3 +}, P b^{2 +}, Z n^{2 +}$	各不相同，需记忆	$C u S O_{4}$
要求掌握的多原子离子	$H^{+}, O H^{-}, N H_{4}^{+}, C O_{3}^{2 -}, N O_{3}^{-}, S O_{4}^{2 -}$	各不相同，需记忆	$(N H_{4})_{2} S O_{4}$

7. 常见问题

我需要熟记过渡金属和多原子离子的电荷吗？

是的， $A g^{+}$ 、 $C u^{2 +}$ 、 $F e^{2 +}$ 、 $F e^{3 +}$ 、 $P b^{2 +}$ 、 $Z n^{2 +}$ 以及考纲列出的多原子离子的电荷不会在元素周期表中给出，考试时需要自行回忆作答。

绘制点叉图时需要画出内层电子层吗？

不需要，Edexcel考纲仅要求你画出离子点叉图中所有原子的最外层电子层。

下一步

掌握离子键的核心概念后，你就可以继续学习化学原理单元中的相关主题了。接下来你将学习共价键，它是非金属原子共享电子而非转移电子形成的化学键，你还将学习对比离子化合物和简单共价化合物的性质。之后你会学习第三种主要化学键类型——金属键，再之后进入电解部分，你可以运用学到的离子化合物导电性知识解释电解反应。这些主题经常在结构化考试题目中结合考察，因此在继续学习之前，请确保你熟练掌握离子化学式书写和点叉图绘制，它们是本课程所有化学键相关内容的基础。