基礎化學(二) 課本教學ppt 第1章

目次

1-1 八隅體與路易斯結構

1-2 離子鍵與離子晶體

　

1-3 共價鍵與分子化合物

1-4 網狀固體

1-5 金屬固體

　

1-1 八隅體與路易斯結構

1-1 八隅體與路易斯結構

1.

八隅體規則

2. 路易斯結構

1) 元素的路易斯結構 2) 離子的路易斯結構 3) 分子的路易斯結構

可清楚表示化合物中價電子的結合情形

可清楚表示化合物中價電子的結合情形

可清楚表示化合物中價電子的結合情形

價電子

• 價電子：原子核的最外層（價殼 層）電子稱為價電子 (valence electron) 。 • 同族元素具有相同價電子數，所 以有類似的化學性質。 e e- -e e- -e e- -e e- -e e- -e e- -e e- -e e-- _{核核 ee}- -9 9 ＦＦ 內層 外層 價電子數　　１　　　２　　　３　　　４　　　５　　　６　　　７　　　８ 價電子數　　１　　　２　　　３　　　４　　　５　　　６　　　７　　　８

八隅體規則

• 路易斯（ G. N. Lewis ）認為惰性氣體的化學性質穩 定，不易與其他元素化合，是因為其價電子數均為 8 （氦除外），不易失去或得到電子與其他原子結 合。

• 當原子與原子結合時，傾向擁有與惰性氣體（氦除 外 , 氦有氦有 ₂₂ 個價電子數個價電子數_{）相同的 88} 個價電子數個價電子數。

八隅體規則

價電子數為 1 與氦相同價電子數＝ 與氦相同價電子數＝ ₂₂ 價電子數為 6 與氖相同價電子數＝ 與氖相同價電子數＝ ₈₈

氟化鈉（ NaF ）是氟得到由鈉（價電子數為 1 ）失去的一個 價電子所形成的離子化合物

[ ]

+

_{[ ]}

-離子化合物

氧原子亦可分別與 2 個氫原子共用電子，形成水分子 （ H₂O ） O 價電子數均為 8 ， 與其鄰近的氖相同。 O 價電子數均為 8 ， 與其鄰近的氖相同。 價電子數為 8 價電子數為 8

2. 路易斯結構－元素

元素

元素的表示方式：將價電子以點的方式

與在元素符號上

元素的表示方式：將價電子以點的方式

與在元素符號上

[ ]

-路易斯結構－離子

離子

陰離子的路易斯結構

陰離子的路易斯結構

_{陽離子的路易斯結構}

陽離子的路易斯結構

[ ]

3+

_{[ ]}

2-[ ]

+

例題 1-1

請寫出：

(A) F

-

、 K

+

及 S

2-

離子的路易斯結構

(B) SO

2

分子的路易斯結構

請寫出：

(A) F

-

、 K

+

及 S

2-

離子的路易斯結構

(B) SO

2

分子的路易斯結構

1-2 離子鍵與離子晶

體　

1-2 離子鍵與離子晶

體　

1. 離子化合物的形成

2. 常見離子化合物的性質

3. 多原子離子

1. 離子化合物的形成

2. 常見離子化合物的性質

3. 多原子離子

生活中常見的離子化合物

食鹽 (NaCl) 食鹽 (NaCl) Cl -Na+ 牙膏 (NaF) 牙膏 (NaF) 剛玉 剛玉 藍寶石 藍寶石 紅寶石 紅寶石

離子化合物的形成

• 陽離子：失去電子的原子或原子團 • 陰離子：得到電子的原子或原子團 • 離子鍵：使陽離子與陰離子形成化合物的靜電 作用 • 離子化合物：以離子鍵結合而成的化合物

A

A

B

B

A

A

++

_B

_B

- -e -e -離子鍵 離子鍵 ( ( 靜電作靜電作 用 用 )) 離子鍵 離子鍵 ( ( 靜電作靜電作 用 用 )) 離子化合物 離子化合物離子化合物 離子化合物

離子化合物的形成（氯化鈉 NaC

l ）

陽離子 陽離子 失去電子 失去電子 得到電子得到電子 靜電 作用 靜電 作用 離 子 離 子 鍵 鍵 陰離子陰離子

氯化鈉晶體（ NaCl ）

晶體：泛指由許多原子或離子規則排列形成的固體

晶體：泛指由許多原子或離子規則排列形成的固體晶體：泛指由許多原子或離子規則排列形成的固體

離子化合物的形成（氧化鎂 Mg

O ）

失去電子 失去電子 得到電子得到電子 陽離子 陽離子 陰離子陰離子 靜電 作用 靜電 作用 離 子 離 子 鍵 鍵

常見離子化合物的性質

1. 固態時不導電，水溶液導電

2. 質硬而脆，不具延展性及熔點較高

3. 離子化合物化性與原來的元素不同

　 Ex: NaCl 的性質與 Na 及 Cl 不同

1. 固態時不導電，水溶液導電

2. 質硬而脆，不具延展性及熔點較高

3. 離子化合物化性與原來的元素不同

　 Ex: NaCl 的性質與 Na _{及 Cl 不同}

離子化合物固態時不導電，水溶液導電

氯 化 鈉 固 體 氯 化 鈉 固 體 氯 化 鈉 水 溶 液 氯 化 鈉 水 溶 液

施 加 外 力 施 加 外 力

質硬而脆，不具延展性

電 性 相 斥 電 性 相 斥 , , _斷斷 裂 裂

--

-

-+

++

+

-

-+

++

+

-

-+

++

+

例題 1-2

• 下列各項均含兩種元素，請預測此兩種元

素形成離子化合物的實驗式：

1) 鋁、氧 2) 鎂、氮 3) 鈉、氫 4) 鈣、氫

• 下列各項均含兩種元素，請預測此兩種元

素形成離子化合物的實驗式：

1) 鋁、氧 2) 鎂、氮 3) 鈉、氫 4) 鈣、氫 +3 -2 +2 -3 +1 -1 +2 -1

多原子離子

• 多原子陰離子： OH

-

， SO

42-

，　 C

2

O

4

2-• 多原子陽離子： NH

4+

• 多原子離子能透過離子鍵結合成離子化合物

　 ex: NH

4

Cl

， Na

2

CO

3

， (NH

4

)

2

SO

4

……

常

見

的

離

子

及

離

子

化

合

物

的

化

學

式

及

用

途

常

見

的

離

子

及

離

子

化

合

物

的

化

學

式

及

用

途

例題 1-3

• 依據表 1-4 ，利用陰離子、陽離子合併時會有電 荷中和的現象，寫出下列離子化合物的實驗式 : 編號 中文命名 化學式 1 碳酸鉀 2 硫酸鎂 3 硝酸鋁 4 酸酸銀 5 氫氧化鈣 6 草酸鈣 7 磷酸鉀 8 硫化銨

趣味實驗－碘化鋅的形成與分解

• 本實驗以簡易微型裝置進行鋅與碘的化合反應

鋅與碘的化合反應

，產生無色的碘化鋅水溶液，再利用簡易電解

裝置將碘化鋅水溶液電解

碘化鋅水溶液電解

產生鋅與碘。

• 碘也可與碘離子結合，生成 I

3-

而溶於水中，可

觀察到黃棕色的溶液。

1.

1.

鋅與碘的化合反應

鋅與碘的化合反應

加 入 蒸 餾 水 後 充 份 反 應 加 入 蒸 餾 水 後 充 份 反 應

2.

2.

電解碘化鋅水溶液

電解碘化鋅水溶液

1. 將上述試管中無色的碘化鋅水溶液吸出，於入一 個塑膠瓶蓋裡。 2. 以 3V 電池電解碘化鋅水溶液約 1~2 分鐘。 3. 正極產生黃棕色物質 (I₃-_{) 、} 負極產生灰色泥狀物質 (Zn) 。 1. 將上述試管中無色的碘化鋅水溶液吸出，於入一 個塑膠瓶蓋裡。 2. _{以 3V 電池電解碘化鋅水溶液約 1~2 分鐘。} 3. 正極產生黃棕色物質 (I₃-_{) 、} 負極產生灰色泥狀物質 (Zn) 。

1-3 共價鍵與分子化合物

1-3 共價鍵與分子化合物

1. 共價鍵、配位共價鍵

2. 單鍵、雙鍵或參鍵

3. 共價分子中電子對的分類

4. 分子化合物的特性

生活中常見的分子化合物

C₁₂H₂₂O₁₁

共價鍵

•

共價鍵：原子間以共用價電子對

共價鍵

共用價電子對

所形成的相互

作用力。其中原子

只有共用電子，原子不帶淨

只有共用電子

電荷。

•

共價化合物或分子化合物：以

共價化合物

共價鍵結合的化

共價鍵結合

合物。

• 分類：

兩原子共用價兩原子共用價 電子的數目 電子的數目 共價鍵種類共價鍵種類 例子例子 １對 １對 單鍵單鍵 ２對 ２對 雙鍵雙鍵 ３對 ３對 參鍵參鍵

單鍵

• 單鍵：兩原子鍵結時共用一對價電子。

２種表示法

與氦相同價電子數

氯分子

氯分子

_(Cl

_(Cl

₂₂

_{) 形成單鍵示意圖}

₎

與氬相同價電子數

氯化氫

水分子

共價分子中電子對的分類

鍵結電子對

鍵結電子對

孤電子對

配位共價鍵

配位共價鍵：共價鍵中，價電子對僅由某

價電子對僅由某

一個離子提供

一個離子提供的鍵結。

提供孤電子對 提供孤電子對

例題 1-4

• 氟化硼 (BF3) 與氟離子 (F-) 很容易結合變成 BF4- 。科 學家發現一些有機物的陽離子可與 BF4- 形成安定離 子化合物。請寫出氟化硼 (BF3) 與氟離子 (F-) 結合成 BF4-的路易斯結構。 • 氟化硼 (BF3) 與氟離子 (F-) 很容易結合變成 BF4- 。科 學家發現一些有機物的陽離子可與 BF4- 形成安定離 子化合物。請寫出氟化硼 (BF3) 與氟離子 (F-) 結合成 BF4-的路易斯結構。

科學家小傳 - 路易斯

• Gilbert Newton Lewis, 1875~1946, 　美國 • 路易斯以價電子及惰性氣體的電子 組態解釋元素的週期性，並提出著 名的「八隅體規則」「八隅體規則」。 • 路易斯的貢獻還包括將熱力學及路易斯酸鹼理論熱力學及路易斯酸鹼理論引 進化學領域，並於 1931 年成功地將重水 (D₂O) 濃縮 ，分離出氫的同位素－氘。

雙鍵

雙鍵：兩個原子共同擁有兩對價電子共同擁有兩對價電子所形成的共價鍵 。

參鍵

參鍵：兩個原子共同擁有三對價電子共同擁有三對價電子所形成的共價鍵 。

路易斯結構寫法步驟

1. 算出該分子

總價電子數

總價電子數

2. 先畫出原子間

鍵結電子對

鍵結電子對

3. 再將剩餘的電子填入各原子中

4. 盡量使分子中每個原子均

滿足八隅體規則

滿足八隅體

　（或增加原子間鍵結數以滿足八隅體）

1. 算出該分子總價電子數

總價電子數

2. 先畫出原子間鍵結電子對

鍵結電子對

3. 再將剩餘的電子填入各原子中

4. 盡量使分子中每個原子均滿足八隅體

滿足八隅體規則

　（或增加原子間鍵結數以滿足八隅體）

:

例子： N

₂

的路易斯結構

1. 1._1. 算出該分子算出該分子總價電子數總價電子數_{：： 5(N) + 5(N)5(N) + 5(N) = 10= 10} 1. 算出該分子算出該分子總價電子數總價電子數_{：： 5(N) + 5(N)5(N) + 5(N) = 10= 10}

N N

:

2. 2.2. 先畫出原子間先畫出原子間鍵結電子對鍵結電子對 2. 先畫出原子間先畫出原子間鍵結電子對鍵結電子對 3. 3.3. 再將再將剩餘的電子填入剩餘的電子填入各原子中各原子中 3. 再將再將剩餘的電子填入剩餘的電子填入各原子中各原子中 4. 4.4. 增加原子間鍵結數以增加原子間鍵結數以滿足八隅體滿足八隅體 4. 增加原子間鍵結數以增加原子間鍵結數以滿足八隅體滿足八隅體

:

:

不符合八隅體規則的例子

6 個價電子

[ ]

-例題 1-5

• _{表 1-3 曾介紹某些分子的路易斯結構，試寫出氰離} 子 (CN －_{) 及一氧化氮 (NO) 的路易斯結構。} • _{表 1-3 曾介紹某些分子的路易斯結構，試寫出氰離} 子 (CN －_{) 及一氧化氮 (NO) 的路易斯結構。} CN －的總價電子數 = 4(C) +5(N) +1(-1 價 ) =10 NO 的總價電子數 = 5(N) + 6(O) =11

C N

N O

:

:

:

:

:

:

_:

:

．

符合八隅體規則 符合八隅體規則 不符合不符合八隅體規則八隅體規則

分子化合物的特性

• 分子化合物是以

分子為最小單位的化合物。

分子為最小單位

• 每個分子有

固定的組成形狀及化學性質。

固定的組成形狀及化學性質

• 分子內的原子以

共價鍵的方式結合。

共價鍵

• 分子化合物

對水的溶解度差異大，例如：酒

對水的溶解度差異大

精、丙酮及氨溶於水，甲烷不溶於水。

• 分子化合物是以分子為最小單位

分子為最小單位的化合物。

• 每個分子有固定的組成形狀及化學性質

固定的組成形狀及化學性質。

• 分子內的原子以共價鍵

共價鍵的方式結合。

• 分子化合物對水的溶解度差異大

對水的溶解度差異大，例如：酒

精、丙酮及氨溶於水，甲烷不溶於水。

分子間的作用力不同：

分子間的作用力不同：

有氣態、液態、固態。

氣體

固體

趣味實驗 - 分子模型

填空模型

填空模型

_{球 - 棍模型}

球 - 棍模型

科學家常以分子模型來表現分子結構及形狀，表現分子結構及形狀

1-4 共價網狀固體

1-4 共價網狀固體

1. 共價鍵形成的物質

2. 石墨

3. 金剛石

4. 矽與石英

石墨

1. 由碳以共價鍵結合而成的二二 度空間 度空間的平面網狀固體，層層 與層之間並無共價鍵 與層之間並無共價鍵，引力 小，易滑動，因此易斷裂。 2. 熔點介於 3652 ℃ 至 3679 ℃ 之間。 3. 具導電性。導電性 4. 可當潤滑劑使用。 1. 由碳以共價鍵結合而成的二二 度空間 度空間的平面網狀固體，層層 與層之間並無共價鍵 與層之間並無共價鍵，引力 小，易滑動，因此易斷裂。 2. 熔點介於 3652 ℃ 至 3679 ℃ 之間。 3. 具導電性導電性。 4. 可當潤滑劑使用。

金剛石

1. 由碳以共價鍵結合，呈四面體

四面體

排列，形成

的三度空間

三度空間

網狀晶體。

2. 自然界硬度最大

硬度最大

的物質，不具導電性

不具導電性

。

3. 高熔點

高熔點

_{，大於 3550}

_℃

。

1. 矽原子以共價鍵的方 式結合成正四面體正四面體的 結構。 2. 矽為重要的半導體和半導體和 積體電路 積體電路材料。 1. 石英的固體中， 1 個 矽與 4 個氧原子以共 價鍵的方式形成立體 網狀結構，與鑽石相 似。 2. 石英具有質硬、不導質硬、不導 電及高熔點 電及高熔點 _{( 大於} 1700 ℃ 的特性。)

矽

矽

石

英

石

英

1-5 金屬固體

1-5 金屬固體

1. 電子海與金屬鍵

2. 金屬的性質

電子海與金屬鍵

• 電子海：金屬價電子游動於金屬原子核 ( 陽

離子 ) 間的現象。

• 金屬鍵：金屬中電子海的自由電子與原子

核 ( 金屬陽離子 ) 間的吸引力。

• 電子海：金屬價電子游動於金屬原子核 ( 陽

離子 ) 間的現象。

• 金屬鍵：金屬中電子海的自由電子與原子

核 ( 金屬陽離子 ) 間的吸引力。

電 子 海 電 子 海 自 由 電 子 自 由 電 子

金屬的性質

• 金屬具有導電、導熱能力及良好的延展性。

例如：金、銀、銅。

• 金屬固體具有光澤、高的熔點、沸點及密

度等物理性質。

• 金屬具有導電、導熱能力及良好的延展性。

例如：金、銀、銅。

• 金屬固體具有光澤、高的熔點、沸點及密

度等物理性質。

不

同

鍵

結

方

式

形

成

的

化

合

物

比

較

不

同

鍵

結

方

式

形

成

的

化

合

物

比

較

科學報導 - 食鹽

• 食鹽是人每日必須攝取的食 物之一。其中鈉離子在生物 體中扮演重要的角色，如神 經傳導及頭腦思考皆需要鈉 離子。 七股鹽田 七股鹽田七股鹽田 七股鹽田 • 高鹽飲食可能導致高血壓等疾病。 • 市售食鹽並非純的 NaCl 。其中含有： 1. 防結塊劑：可防止鹽結塊，如碳酸鎂、碳酸鈣、矽酸 鈣等。少量攝取無害人體。 2. 微量碘化鉀或碘化鈉：碘離子可體來製造甲狀腺素。

學

習

概

念

圖