离子键与结构

IB 化学 HL· 2.1 Ionic bonding and structure· 35 分钟阅读

1. 离子键的形成★★☆☆☆⏱ 10 min

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📘 定义

离子键

电负性差异很大（鲍林标度通常>1.7）的元素之间发生电子转移后，带相反电荷离子之间的静电吸引作用

例:

氯化钠中 $Na^{+}$ 和 $Cl^{-}$ 之间的键

离子键通常形成于金属（电离能低，易失去电子）和非金属（电子亲和能高，易得到电子）之间。金属形成带正电的阳离子，非金属形成带负电的阴离子，静电吸引将离子结合在一起。

📐 例题

通过电子转移展示镁原子和氧原子形成氧化镁的过程。

1
写出每个中性原子的基态电子排布：
2
$Mg: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 \\ O: 1s^2 2s^2 2p^4$
3
确定得失电子，形成稳定的满外层电子结构：
4
$Mg \rightarrow Mg^{2+} + 2e^- \\ O + 2e^- \rightarrow O^{2-}$
5
带相反电荷的离子通过静电吸引结合，形成电中性的氧化镁，形成完整的离子键。

Exam tip:

为了获得满分，请务必明确说明吸引力是带相反电荷离子之间的静电吸引；仅说"异电荷相吸"是不够的。

2. 离子化合物的化学式★★★☆☆⏱ 15 min

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所有电中性离子化合物的净电荷为零，因此阳离子的总正电荷等于阴离子的总负电荷。我们可以利用这个规则推导离子化合物的最简单整数（实验式）化学式。

📘 定义

（离子）实验式

巨型离子晶格中阳离子与阴离子的最简单整数比

📐 例题

推导硫酸铝的化学式，其中铝形成 $Al^{3 +}$ ，硫酸根是多原子离子 $SO_{4}^{2 -}$ 。

1
找到电荷绝对值的最小公倍数： $∣ + 3∣ \times ∣ - 2∣ = 6$
2
计算得到零净电荷所需的各离子数量：2个 $Al^{3 +}$ 提供 $2 \times (+ 3) = + 6$ ，3个 $SO_{4}^{2 -}$ 提供 $3 \times (- 2) = - 6$ 。总电荷 = 0。
3
写出化学式，若多原子离子数量大于1，则在其外加括号： $Al_{2} (SO_{4})_{3}$

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磷酸钙的化学式是什么？其中钙为 $Ca^{2 +}$ ，磷酸根为 $PO_{4}^{3 -}$ ？
- $CaPO_{4}$
- $Ca_{3} (PO_{4})_{2}$
- $Ca_{2} PO_{4}$
- $Ca (PO_{4})_{2}$
显示答案
1 —
3个钙离子提供 $3 \times (+ 2) = + 6$ ，2个磷酸根离子提供 $2 \times (- 3) = - 6$ ，净电荷为零。

3. 巨型离子晶格结构★★★☆☆⏱ 15 min

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离子化合物不会形成离散的小分子。相反，离子会排列成规则、重复的三维结构，称为巨型离子晶格，每个离子都被带相反电荷的离子包围。这种排列最大化了静电吸引力，最小化了排斥力。

📐 例题

解释为什么阳离子的离子半径小于其母中性原子，而阴离子的半径大于其母原子。

1
对于阳离子：金属失去所有价电子形成离子，因此失去了一整个电子层。相同的核电荷作用在更少的电子上，将剩余电子云拉向原子核，半径减小。
2
对于阴离子：非金属得到额外电子形成离子，因此核电荷保持不变而电子数增加。电子间排斥作用增大使电子云膨胀，半径增大。

4. 离子化合物的物理性质★★☆☆☆⏱ 10 min

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高熔沸点：离子之间的强静电吸引需要大量能量才能破坏晶格。
导电性：仅在熔融或溶于水时导电，固态不导电。固态晶格中的离子位置固定，没有可移动的电荷载体。
脆性：施加力会使离子层移位，将同种电荷离子相邻排列，排斥作用使晶体分裂。
溶解性：大多数离子化合物可溶于水等极性溶剂，极性溶剂会水合单个离子，破坏晶格。

📐 例题

解释为什么固体氯化钠不导电，而熔融氯化钠可以导电。

1
在固体氯化钠中， $Na^{+}$ 和 $Cl^{-}$ 离子通过强静电吸引固定在巨型离子晶格的固定位置。没有自由移动的电荷载体来承载电流。
2
当氯化钠熔融时，离子键被破坏，离子可以在液体中自由移动。可移动的带电离子可以承载电流，因此熔融NaCl可以导电。

Exam tip:

在IB考试中，一定要将观察到的物理性质直接与离子晶格结构关联才能获得满分。

5. 常见陷阱

错误做法:

声称离子键只是"离子之间的吸引"，未提及静电吸引

原因:

IB考试要求明确提及键的静电性质才能获得满分

正确做法:

始终将离子键描述为带相反电荷离子之间的静电吸引

错误做法:

将氢氧化钙写为 $CaOH_{2}$ 而不是 $Ca(OH)_{2}$

原因:

省略多原子离子外的括号会导致离子数量表述模糊

正确做法:

当化学式中存在多个多原子离子时，在多原子离子外加括号

错误做法:

声称离子化合物通过自由电子导电

原因:

这将离子键与金属键混淆了；离子化合物没有离域自由电子

正确做法:

说明导电性来自熔融或溶于水时可移动的离子

错误做法:

假设所有离子化合物都可溶于水

原因:

许多常见离子化合物（例如氯化银、硫酸钡）都不溶于水

正确做法:

说明大多数离子化合物可溶于极性溶剂，但溶解度因晶格能和水合能而异

错误做法:

认为离子化合物只含有两种元素

原因:

多原子离子（例如硝酸根、铵根）可形成含三种及以上元素的离子化合物

正确做法:

认识到当存在多原子离子时，离子化合物可以含有多种元素

6. 速查表

概念	考试核心要点
离子键	带相反电荷离子之间的静电吸引
一般形成过程	金属（失e⁻ → 阳离子） + 非金属（得e⁻ → 阴离子）
常见离子电荷	第1族：+1，第2族：+2，第15族：-3，第16族：-2，第17族：-1
结构	巨型离子晶格，无离散分子
熔点	高：破坏强离子吸引需要大量能量
固态导电性	无：无可移动电荷载体
熔融/水溶液导电性	有：可移动带电离子承载电流

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。

2025 · Paper 1
离子晶格导电性问题
2024 · Paper 2
推导离子化合物化学式
2023 · Paper 1
离子键定义

下一步

离子键是你在IB化学HL中学到的第一个核心成键模型，它是本单元后续所有主题以及整个大纲内容的基础。你将在此知识基础上，比较离子性质与共价键、金属键，拓展到晶格焓和玻恩-哈伯循环等HL主题。掌握离子化合物化学式对后续课程中的化学计量计算、书写净离子方程式和配平氧化还原反应也至关重要。