📘 Batch 5:離子鍵、化學式與離子命名
Section 1: 7.1-7.2 導體、電Solution質與非導體
⚡ 三類物質的導電性
| 類別 | Definition | Example |
| 導體 Conductor | 能導電但不被分Solution | 金屬(銅、鋁、鎂)、碳 |
| 電Solution質 Electrolyte | 固態不導電,但熔融態或Water溶液能導電,會被分Solution | 氯化鈉、氯化鋅、氧化鉀 |
| 非導體 Non-conductor | 任何狀態都不導電 | 乙醇、石蠟(蠟燭)、硫 |
📌 規律:金屬 + 非金屬的化合物 = 電Solution質(離子化合物);金屬 = 導體;非金屬 = 非導體(但碳例外,是導體)。
🔬 證據:氯化鋅實驗
- 固態 ZnCl₂:燈泡不亮(離子被固定在晶格中,不能自由移動)
- 熔融態 ZnCl₂:燈泡亮 + 陽極產生黃綠色 Cl₂,陰極產生鋅金屬 → 證明含有 Zn²⁺ 和 Cl⁻ 離子
電Solution方程式:Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn(陰極);2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻(陽極)
Section 2: 7.3 離子鍵的形成(Ionic Bonding)
🔗 什麼是離子鍵?
離子鍵 = 異性電荷離子間的強靜電吸引力(electrostatic force of attraction)
形成條件:金屬 + 非金屬反應時,金屬失去電子給非金屬,形成陽離子 + 陰離子 → 互相吸引。
📊 NaCl(氯化鈉)形成過程
- Na 原子 (2,8,1) 失去 1 電子 → Na⁺ (2,8) 陽離子
- Cl 原子 (2,8,7) 得到 1 電子 → Cl⁻ (2,8,8) 陰離子
- Na⁺ 和 Cl⁻ 靜電吸引 → 形成 NaCl 離子化合物
💡 圖示簡化:
Na → Na⁺ + e⁻ (箭頭向外 = 失去電子)
Cl + e⁻ → Cl⁻ (箭頭向內 = 得到電子)
電子圖只需畫最外殼電子,內殼省略(用圓括號或省略)。
🔷 Ca₃N₂(氮化鈣)形成
- Ca (2,8,8,2) → 失去 2 電子 → Ca²⁺ (2,8,8)
- N (2,5) → 得到 3 電子 → N³⁻ (2,8)
- 離子比:3 個 Ca²⁺ × (+2) = +6;2 個 N³⁻ × (-3) = -6 → 3:2
📌 DSE Key Point:離子化合物中,總正電荷 = 總負電荷(電中性),所以離子比由此決定。
Section 3: 7.4 晶格結構(Giant Ionic Lattice)
🧊 氯化鈉的巨型離子晶格
NaCl 不是由一個個 NaCl「分子」組成,而是由數不清的 Na⁺ 和 Cl⁻在空間中交替排列形成三維晶格。
📌 晶格特徵:
- 巨型結構(Giant Structure)— 沒有單獨分子
- 非方向性(Non-directional)— 每個離子都被周圍所有異性電荷離子吸引,沒有特定方向
- 離子比:NaCl = 1:1;Ca₃N₂ = 3:2;K₂O = 2:1
💡 例:NaCl 晶格
- 每個 Na⁺ 周圍有 6 個 Cl⁻
- 每個 Cl⁻ 周圍有 6 個 Na⁺
- 整體保持電中性
⚠️ DSE 陷阱:「NaCl 分子」說法是錯的,NaCl 是巨型結構,要說「NaCl 單位式」。
🔥 離子化合物的性質
| 性質 | 原因 |
| 高熔沸點 | 需破壞大量靜電鍵才能熔化 |
| 固態不導電 | 離子被固定在晶格,不能自由移動 |
| 熔融態/Water溶液導電 | 離子可自由移動,能傳遞電荷 |
| 硬、易碎 | 受撞擊時異性電荷離子對齊產生排斥力,晶格崩塌 |
| 溶於Water(多數) | Water分子破壞離子鍵,包圍離子(Water合作用) |
Section 4: 7.5 化學式的寫法(Chemical Formula)
✍️ 三步寫化學式
- 寫正離子 + 負離子符號(正離子在左)
- 交叉電荷數作為下標(化簡前)
- 化簡最簡整數比(如果可整除)
💡 例:氧化鋁
Al³⁺ 和 O²⁻ → Al₂O₃(2 個 Al、3 個 O;公約數 1,已最簡)
驗證:(+3)×2 + (-2)×3 = +6 - 6 = 0 ✅ 電中性
💡 例:氯化鈣
Ca²⁺ 和 Cl⁻ → CaCl₂(1 個 Ca、2 個 Cl)
驗證:(+2)×1 + (-1)×2 = 0 ✅
📌 記憶口訣:「正左負右,交叉化簡」
⚠️ 陷阱:不要忘記化簡(如 Ca₂O₂ → CaO)
📋 多原子離子(Polyatomic Ions)
由幾個原子組成的帶電離子。
| 名稱 | 化學式 | 電荷 |
| 氫氧根 | OH⁻ | -1 |
| 硝酸根 | NO₃⁻ | -1 |
| 碳酸根 | CO₃²⁻ | -2 |
| 硫酸酸根 | SO₄²⁻ | -2 |
| 磷酸根 | PO₄³⁻ | -3 |
| 銨根 | NH₄⁺ | +1(陽離子) |
💡 例:硝酸銨(NH₄NO₃)
NH₄⁺ 和 NO₃⁻ → 1:1 →
NH₄NO₃
💡 例:硫酸鐵(II)
Fe²⁺ 和 SO₄²⁻ → 1:1 →
FeSO₄
Section 5: 7.6 離子命名(Naming Ions)
📝 命名規則
- 單原子負離子:「元素英文名 + ide」(中文:X 化 X)
- Cl⁻ → Chloride(氯)
- O²⁻ → Oxide(氧)
- S²⁻ → Sulphide(硫)
- 多原子負離子(oxoanion):「元素名 + ate / ite」
- SO₄²⁻ → Sulphate(硫酸根)
- SO₃²⁻ → Sulphite(亞硫酸根)
- NO₃⁻ → Nitrate(硝酸根)
- NO₂⁻ → Nitrite(亞硝酸根)
- 多原子正離子:NH₄⁺ → Ammonium(銨)
- 金屬正離子:單價金屬直接用元素名;多價金屬用羅馬數字標電荷
- Na⁺ → Sodium;K⁺ → Potassium;Ca²⁺ → Calcium
- Fe²⁺ → Iron(II);Fe³⁺ → Iron(III)
- Cu⁺ → Copper(I);Cu²⁺ → Copper(II)
💡 例:化合物命名
- NaCl = Sodium chloride(氯化鈉)
- CaCl₂ = Calcium chloride(氯化鈣)
- FeCl₂ = Iron(II) chloride(氯化亞鐵)
- FeCl₃ = Iron(III) chloride(氯化鐵)
- CuSO₄ = Copper(II) sulphate(硫酸銅)
- NH₄NO₃ = Ammonium nitrate(硝酸銨)
💡 口訣:「負離子 -ide,多原子 -ate/-ite;金屬多價加羅馬數字」
Section 6: 7.7-7.8 離子Color與Water溶液
🎨 常見離子的Water溶液Color
| 離子 | Color |
| Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺ | 無色 |
| Cu²⁺(銅 II) | 藍色 |
| Fe²⁺(鐵 II) | 淺綠色 |
| Fe³⁺(鐵 III) | 黃棕色 |
| Cr³⁺(鉻 III) | 綠色 |
| MnO₄⁻(過錳酸根) | 紫色 |
| Cr₂O₇²⁻(重鉻酸根) | 橙色 |
| Cl⁻、SO₄²⁻、NO₃⁻、OH⁻ | 無色 |
💡 例:NaCl vs FeCl₃
NaCl 溶液
無色(Na⁺ 無色、Cl⁻ 無色)
FeCl₃ 溶液
黃棕色(Fe³⁺ 黃棕色,Cl⁻ 無色)
💎 寶石中的有色離子
| 寶石 | Color | 主要離子 |
| 綠松石 Turquoise | 藍綠色 | Cu²⁺ |
| 橄欗石 Peridot | 淺綠色 | Fe²⁺ |
| 黃玉 Topaz | 黃棕色 | Fe³⁺ |
| 祖母綠 Emerald | 綠色 | Cr³⁺ |
📌 實驗:離子遷移通電時,陽離子向負極遷移(帶正電被負極吸引),陰離子向正極遷移。
📌 Chapter Summary
本章核心:
- 電Solution質:金屬+非金屬化合物,固態不導電,熔融態/Water溶液導電
- 離子鍵:金屬失電子 → 陽離子;非金屬得電子 → 陰離子;靜電吸引
- 晶格結構:巨型、非方向性、無單獨分子
- 化學式寫法:正左負右、交叉化簡、總電荷中性
- 多原子離子:OH⁻、NO₃⁻、CO₃²⁻、SO₄²⁻、PO₄³⁻、NH₄⁺
- 命名:-ide(單原子負離子)、-ate/-ite(含氧陰離子)、金屬多價加羅馬數字
- 離子Color:Cu²⁺ 藍、Fe²⁺ 淺綠、Fe³⁺ 黃棕、MnO₄⁻ 紫
✏️ Quick Quiz
Practice 1:寫出氯化鎂(MgCl₂)的形成過程
答:Mg (2,8,2) 失去 2 電子 → Mg²⁺ (2,8);2 個 Cl 各得 1 電子 → 2 Cl⁻ (2,8,8);Mg²⁺ 和 2 Cl⁻ 以 1:2 比例形成晶格
Practice 2:寫出硝酸鈣的化學式
答:Ca²⁺ 和 NO₃⁻ (1:-1) → Ca(NO₃)₂(1 個 Ca²⁺ + 2 個 NO₃⁻,括號必加)