离子极化理论对几个结构与性质问题的分析与整合

离子极化理论对几个结构与性质问题的分析与整合文吉槐杨志义

21.自贡市蜀光中学四川自贡643000；

2.聊城市第一实验学校山东聊城252000摘要运用离子极化理论，对高中阶段常见的金属化合物的溶解性、非金属氧化物和金属氧化物对应水化物的酸碱性、碳酸盐的热稳定性等问题进行了分析并通过图示和文字解释的形式将上述问题进行了整合关键词离子极化结构与性质知识整合1问题的提出物质溶解性、氧化物对应水化物的酸碱性、碳酸盐热稳定性的判断是学习高中化学《物质结构与性质》模块中常常遇到的问题由于学习阶段性特点，教材的处理方式通常是经验性的总结，或是从现阶段仅有理论出发，进行局限性解释，见表如含氧酸酸性比较，人教版《高中化学必1修》给出的是经验性总结“元素的非金属强弱可以从其最高价氧化物的水化物的酸性强弱来推2断，未进一步解释原因在《物质结构与性质》模块，教材的解释是根据结构特点，HOmROn通过结构中电子对偏移进行分析，但对金属氧化物对应水化物的碱性强弱判断没有相关理R-O-H论阐述碳酸盐的受热分解，教材将其看作是金属阳离子与碳酸根离子中的氧离子结合，释放二氧化碳的过程，借此比较其稳定性而物质的溶解性规律，教材只提及了“相似相溶”，没进一步分析原因表1教材对某些结构与性质问题的表述问题教材表述将含氧酸的通式写成HOmROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，R正电性越高，导致R-O-H中的含氧酸酸性O的电子向R偏移，因而在水分子的作用下，也就越容易电离出H+,即酸性越强碳酸盐稳定性碳酸盐的热分解是由于晶体中的阳离子结合碳酸根离子中氧离子，使碳酸根离子分解为以MCO3为例二氧化碳分子的结果㈤物质溶解性“相似相溶规律”非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂卬可以看出，教材对以上问题的处理虽然借助了某些化学键理论的观点，但是由于知识分散，分析的角度不同，理论梳理不清晰，师生容易产生混乱另外，教材将离子键理论和价键理论作为独立的理论进行介绍，对某些过渡型化学键的性质不能做出很好的解释运用离子极化理论，可以弥补离子键理论和共价键理论的某些不足之处，在解释上述物质性质的变化规律是具有说服力的，并且可以将分散的知识有效整合，利于学习者深入理解化学键的本质2离子极化理论离子极化理论由美国化学家率先提出他指出离子在外电场或另外离子的影响下，原Fajans子核与电子云会发生相对位移而变形的现象，称为离子极化必，离子使异号离子极化的现象，称为极化作用正离子半径一般比负离子半径小，所以正离子的极化作用大，而负离子的变形性大，见图离子的电荷越多，半径越小，则其电场越强，引起相反电荷的离子极化越厉害如对于1C「来说，（半径为）对它的极化作用大于（半径为）；对它的极化作用大Li+60pm Na+95pm Ca+于Na+（Ca+与Na十半径相近，但Ca2+所带正电荷是的2倍）E5]o未极化弱极化强极化图1离子的极化离子的极化作用可以使化学键的键型由离子键向共价键过渡导致金属化合物熔点、金属化合物溶解性、金属盐热稳定性、金属化合物的颜色、离子晶体配位数等性质发生规律性变化3离子极化理论对几个结构与性质问题的分析氧化物对应水化物的酸碱性

3.1运用离子极化理论，非金属氧化物和金属氧化物对应水化物的酸性和碱性可用同一规则判定，即规则此规则把任何碱和含氧酸都统一表示为的结构结构中中R—O—H R—O—H R—O—H心离子的离子势（为电荷数；为离子半径，单位为）越大，的静电场越大，对氧RH9=Z/r Zr pmR原子上的电子云的吸引力就越强，之间呈现显著的共价性，而键受的强烈影响，其R—O O—H R共用电子对强烈地偏向氧原子，以至键呈现明显的极性，即随键的增强，O—H R—O R—O—H按酸式电离的趋势就越大，以+价元素为例1RR—O—H-R—CT+H+（酸式电离）相反，值越小，也就是极化能力越弱，键的极性增强，按碱式电离的趋势就9R—O R—o—H增大（碱式电离）R—O—H—R++OH-碳酸盐的热稳定性

3.2以碱土金属的碳酸盐为例，受热分解生成金属氧化物和二氧化碳，其实质是金MCO3MCO3属阳离子争夺酸根中的氧离子，形成金属氧化物和释放二氧化碳，如图MO2M2+CO32-MO CO2图2MCO3分解示意图在中，既存在中心的对周围一的作用（称为正极化），也存在对一的作用MCO3C4+2M2+02（称为反极化）阳离子半径越小，极化能力越强，越容易从一中夺取CO一成为释放出，这时，反极化作用超过正极化作用，表现出的热稳定性越低，M0,C02MCO3越容易分解在碱土金属碳酸盐中，卜的电荷相同，阳离子半径从+至增加，极化能M2Be2Ba2+力随之降低（下降），既对一的作用力减弱，热稳定性增强因此的分解温度由上往Z/r MC03下逐渐升高，见表1表2碱土金属离子半径及碳酸盐的分解温度金属离子离子半径/pm碳酸盐分解温度/KBe2+31373Mg2+65813Ca2+991170Sr2+1131462Ba2+1351633离子极化理论也能很好的解释碳酸氢盐的热稳定比碳酸盐的热稳定更差由于+的半径很H小，电荷密度大，正电场很强，甚至可以钻到氧的电子云中间去，反极化作用特别大，所以，相同「+离子的酸式盐不如正盐稳定含有两个的当然更不稳定，三者之间的稳定性M H+H2cCh变化次序为H COM1HCO M1C0

[7]o23323金属化合物的溶解性

3.3物质在水中的溶解性主要取决于化学键的键型和组分离子的水合能由于水的介电常数很大（约为）它会削弱正、负离子间的静电吸引，离子晶体进入水中后，正、负间的吸引力减小，80,正、负离子受热运动的作用而相互分离，致使溶解度增大离子间极化作用明显时，水不能像减弱离子间的静电作用那样减弱共价键的结合力，所以溶解度减小⑷对卤化银而言，溶解度这是由于从到阴离子的半径增大，受AgFAgClAgBrAgI,F.T,的极化作用，其变形性增大，电子云重叠程度增大，从而使键型由离子键过渡到共价键从Ag+到实测的键长与两离子半径之和（）相比，其差值逐渐扩大，证实了化学键的共价性AgCl Agl,J+J逐渐增强的某些性质见表AgX2

[9]表3AgX的某些性质化合物AgF AgClAgBr Agl溶度枳-

1.8x

10、°

5.0x10-

138.9x10-7AgX键长/pm246277288281r+r-/pm246307321342键型离子过渡过渡共价4问题整合由上分析可以看出，离子极化理论的基本观点是把物质的结合，首先看成是离子的结合离子本身具有极化能力和变形性的双重性质，其中阳离子的极化和阴离子的变形占主导，阴阳离子之间也存在着相互极化作用，其结果是电子云发生变形，离子间出现一种类似共价键的部分电子共享，导致离子键向共价键过渡［⑹键型的转变使由离子键所决定的许多性质受到一定的影响，出现一些反常现象或是性质方面规律性变化基于此理论，现通过图示和文字解释的形式对上述几个结构与性质问题整合如下表3离子极化理论对几个结构与性质问题的整合一山极化作川“〃禺子键共价键一金属氢氧化物碱性6-3工6图示1，〃5-H及含氧酸酸（以R0R0H规则的分析R-O-H〃R0H RH电离由碱为随着R的离子势越大，R与0之间的共价性越大，R-O-H的共用电子对偏向0,式电离向酸式解释例）电离过渡-L6-6-V6-06-06f C5-,0碳酸盐稳定性Ca0C6-Mg0C5*Be0图示c6-0C6*000（以为MCO30-6-6-66例）M阳离子的半径越小，电荷密度越大，对-的极化能力越强，越容易形成MO,释放出解释CO,稳定性越弱；反之，M阳离子的半径越大，稳定性越强28-5-Ml金属化合物的图示厅6~e溶解性（以卤化银为例）从F-到I，阴离子的半径增大，受Ag+的极化作用，其变形性增大，电子云重叠程度增大，从而由离子键解释过渡到共价键除此之外，离子极化理论对化合物的晶体构型、化合物的颜色、化合物熔沸点等方面的解释都是比较成功的离子极化理论犹如一座桥梁，连起了原本孤立的离子键理论和共价键理论，打破了各自理论的局限性，对某些物质结构与性质的解释起到了很好的补充作用虽然现行中学教材没有对此理论系统阐述，但是，若在知识复习的整合阶段，根据学生实际，适当补充和拓展此理论，有利于学生深入理解化学键的本质，避免孤立看待问题，也可提升知识的整合能力和统筹分析能力，发展化学学科核心素养参考文献［1］吴国庆,普通高中课程标准实验教科书-化学-选修3•物质结构与性质［M］.北京:人民教育出版社,2009:

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9.。