资源描述
第二章第二章 分子结构与性质分子结构与性质第一节第一节 共价键共价键1 1、化学键的定义。、化学键的定义。相邻相邻的原子之间的的原子之间的强烈强烈的相互作用叫做化学键。的相互作用叫做化学键。2 2、化学键的种类。、化学键的种类。离子键：离子键：使阴、阳离子结合成化合物的使阴、阳离子结合成化合物的静电静电作用。作用。共价键：共价键：原子之间通过原子之间通过共用电子对共用电子对所形成的相互作用。所形成的相互作用。判断依据：判断依据：活泼的金属元活泼的金属元素和活泼非金属元素，或素和活泼非金属元素，或者带正、负电荷的原子团者带正、负电荷的原子团之间形成离子键；非金属之间形成离子键；非金属元素之间形成共价键。元素之间形成共价键。两种成键元素间两种成键元素间的电负性差值的电负性差值1.7,1.7,它们之间通它们之间通常形成离子键常形成离子键;反反之之,形成的共价键。形成的共价键。分子中相邻原子之间是靠什么作用而结合在一起？分子中相邻原子之间是靠什么作用而结合在一起？共价键共价键极性键：极性键：非极性键：非极性键：共用电子对偏移的共价键。共用电子对偏移的共价键。共用电子对不偏移的共价键。共用电子对不偏移的共价键。3 3、化合物的分类。、化合物的分类。离子化合物：离子化合物：共价化合物：共价化合物：含有离子键含有离子键的化合物。的化合物。所含的化学键所含的化学键全部是共价键全部是共价键的化合物。的化合物。4 4、电子式、电子式用用“”或者或者“X”X”来表示原子或分子来表示原子或分子最外层电子最外层电子的方的方法。法。练习：练习：H H2 2 HCl Cl HCl Cl2 2 NaBr NaBrHClO HClO H2O2 NaOH NHNaOH NH4 4ClCl写出以下物质的电子式。写出以下物质的电子式。学与问学与问你能用电子式表示下列物质的形成过程吗？你能用电子式表示下列物质的形成过程吗？OHClH O O HNa O H+-NHHHH Cl -+H HHH+ClClClCl+HHCl+ClNaBr-+Na Br+1、共价键具有饱和性、共价键具有饱和性 按照共价键的共用电子对理论，一个按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋原子有几个未成对电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键，这就是共价键的相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性饱和性”。H 原子、原子、Cl原子都只有一个原子都只有一个未成对电子，因而只能形成未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，不能形成分子，不能形成H3、H2Cl、Cl3分子分子为什么不可能有为什么不可能有H3、H2Cl、Cl3分子的形成？分子的形成？一、共价键一、共价键HHHH氢原子形成氢分子的电子云描述氢原子形成氢分子的电子云描述键键HHs-ss-s键键1 1、键键2 2、共价键的形成共价键的形成1S1S1S1S互相靠拢互相靠拢电子云重叠电子云重叠HH共价键共价键氢原子形成氢分子的电子云描述氢原子形成氢分子的电子云描述键的特征：键的特征：电子云为轴对称，电子云为轴对称，即是以形成化学键的两个原子核的即是以形成化学键的两个原子核的连线为轴作旋转操作，连线为轴作旋转操作，键电子云的图形不变。键电子云的图形不变。(1)(1)键键 电子云在两个原子核间重叠，电子云在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，电意味着电子出现在核间的概率增大，电子带负电，因而可以形象的说，核间电子带负电，因而可以形象的说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核把带正电的两个原子核“黏结黏结”在一起在一起了。了。价键理论的要点价键理论的要点1.1.电子配对原理电子配对原理两原子各自提供两原子各自提供1 1个自旋方向相反的电个自旋方向相反的电子彼此配对。子彼此配对。两个原子轨道重叠部分越大，两核间两个原子轨道重叠部分越大，两核间电子的概率密度越大，形成的共价键电子的概率密度越大，形成的共价键越牢固，分子越稳定。越牢固，分子越稳定。相互靠拢相互靠拢(a)s-s 键的形成键的形成(1)键的形成键的形成键的键的特征特征：以形成化学键的两原子核的：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为形不变，这种特征称为轴对称。轴对称。HClHClClClClCl的的p-pp-p键的形成键的形成H HClCl的的s-ps-p键的形成键的形成ClClClCl形成氯化氢分子的电子云描述形成氯化氢分子的电子云描述1S1S3P3PH HClCl共价键共价键3P3P3P3PClClClCl共价键共价键形成氯气分子的电子云描述形成氯气分子的电子云描述键的种类：键的种类：根据形成根据形成键的轨道不同可分为键的轨道不同可分为S SS S键键、S SP P键键、P PP P键键等。等。p-pp-p键的形成键的形成(2)(2)键键互相靠拢互相靠拢电子云重叠电子云重叠键的电子云键的电子云P PP P键的种类：键的种类：根据形成根据形成键的轨道不同可分为键的轨道不同可分为P PP P键键、P Pd d键键、d dd d键键等等。等等。键的特征：键的特征：(1)(1)电子云为镜像电子云为镜像，即是每个，即是每个键的电子云由两块组键的电子云由两块组成，分别位于由两个原子核构成的平面的两侧。成，分别位于由两个原子核构成的平面的两侧。(2)(2)不稳定不稳定,容易断裂容易断裂。小结：小结：共价键按共价键按电子云重叠方式电子云重叠方式分为分为：键键 头碰头头碰头 键键 肩并肩肩并肩共价单键都是共价单键都是键键键比键比键重叠程度更大键重叠程度更大(2)键的形成键的形成电子云重叠电子云重叠键的电子云键的电子云键的键的电子云由两块组成，分别位于由两原子电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像，这种特子核的平面为镜面，它们互为镜像，这种特征为征为镜像对称。镜像对称。未成对电子的未成对电子的电子云相互靠拢电子云相互靠拢小结小结 项项 目目 键型键型 键键 键键成键方向成键方向电子云形状电子云形状牢固程度牢固程度成键判断成键判断规律规律沿轴方向沿轴方向“头碰头头碰头”平行方向平行方向“肩并肩肩并肩”轴对称轴对称镜像对称镜像对称强度大，强度大，不易断裂不易断裂强度较小，易强度较小，易断裂断裂共价单键是共价单键是键，共价双键中一个是键，共价双键中一个是 键，另一个是键，另一个是键，共价三键中一个键，共价三键中一个是是键，另两个为键，另两个为键。键。因而含有因而含有键的化合物与只有键的化合物与只有键的化合物的化学性质键的化合物的化学性质不同，如我们熟悉的乙烷和乙烯的性质不同。不同，如我们熟悉的乙烷和乙烯的性质不同。以上由原子轨道相互重叠形成的以上由原子轨道相互重叠形成的键和键和键总称键总称价键轨道，价键轨道，是分子结构的是分子结构的价键理论中最基本的组成部分。价键理论中最基本的组成部分。3 3、由原子轨道相互重叠形成的、由原子轨道相互重叠形成的键和键和键总称价键轨道。键总称价键轨道。1.1.已知氮分子的共价键是三键，你能模仿已知氮分子的共价键是三键，你能模仿图图2-12-1、图、图2-22-2、图、图2-32-3，通过画图来描述吗？，通过画图来描述吗？(提示：氮原子各自用三个提示：氮原子各自用三个p p轨道分别跟另轨道分别跟另一个氮原子形成一个一个氮原子形成一个键和两个键和两个键。键。zzyyxNNzyN2中中p-p键和键和p-p键的形成过程键的形成过程2.钠和氯通过得失电子同样也是形成电子对钠和氯通过得失电子同样也是形成电子对,为什么这对电子不被钠原子和氯原子共用形为什么这对电子不被钠原子和氯原子共用形成共价键而形成离子键呢成共价键而形成离子键呢?你能从原子的电你能从原子的电负性差别来理解吗负性差别来理解吗?讨论后请填写表讨论后请填写表2-2：原子原子 Na Cl H Cl C O电负性电负性电负性之电负性之差差(绝对值绝对值)结论结论:当原子的电负性相差很大，化学反应形成当原子的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是的电子对不会被共用，形成的将是_键键;而而_键是电负性相差不大的原子之间形成的化键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。学键。0.9 3.02.1 3.02.5 3.52.10.91.0离子离子共价共价3.乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别有乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别有几个几个键和几个键和几个键组成？键组成？乙烷分子中由乙烷分子中由7个个键组成；乙烯分子中由键组成；乙烯分子中由5个个键和键和1个个键组成；乙烯分子中由键组成；乙烯分子中由3个个键键和和2个个键组成。键组成。小小 结结(1)(1)共价键的形成条件共价键的形成条件(2)(2)共价键的本质共价键的本质(3)(3)共价键的特征共价键的特征成键原子要有未成对电子，且自旋方向相反，可成键原子要有未成对电子，且自旋方向相反，可通过共用电子对达各自稳定结构；通过共用电子对达各自稳定结构；成键原子的原子轨道在空间上发生重叠成键原子的原子轨道在空间上发生重叠。当成键原子相互接近时，原子轨道发生当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系能量降低。子核间的电子云密度增加，体系能量降低。饱和性；方向性。饱和性；方向性。(4)(4)共价键的类型共价键的类型键：键：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。如轴对称。如H-HH-H键。键。类型：类型：s sss键键 、s spp键键、p ppp键键等。等。特点：肩并肩、两块组成、镜像对称、容易断裂。特点：肩并肩、两块组成、镜像对称、容易断裂。键：键：由两个原子的由两个原子的p p电子电子“肩并肩肩并肩”重叠形成。重叠形成。特点：头碰头、特点：头碰头、电子云为轴对称，键强度大，不易电子云为轴对称，键强度大，不易断裂。断裂。(6)(6)判断共价键类型规律判断共价键类型规律共价单键是共价单键是键；键；共价双键中有一个是共价双键中有一个是键，另一个是键，另一个是键；键；共价三键中有一个是共价三键中有一个是键，另两个是键，另两个是键。键。(5)(5)价键轨道价键轨道由原子轨道相互重叠形成的由原子轨道相互重叠形成的键和键和键键。1.关于乙醇分子的说法正确的是（关于乙醇分子的说法正确的是（）A.分子中共含有分子中共含有8个极性键个极性键B.分子中不含非极性键分子中不含非极性键C.分子中只含分子中只含键键D.分子中含有分子中含有1个个键键C73二、键参数二、键参数键能键能、键长键长和和键角键角键能：键能：气态基态气态基态原子形成原子形成1mol1mol化学化学键键释放释放的最低能量。的最低能量。键能越大，化学键越稳定。键能越大，化学键越稳定。破坏破坏1mol1mol化学键形成气态基态原子化学键形成气态基态原子所需的最低能量。所需的最低能量。应用：应用：计算化学反应的反应热。计算化学反应的反应热。H=H=反应物键能总和反应物键能总和-生成物键能总和生成物键能总和某些共价键键能某些共价键键能/kJ/kJmolmol-1-1键键键能键能键键键能键能F-FF-F157157N NO O176176Cl-ClCl-Cl242.7242.7N NO O607607Br-BrBr-Br193.7193.7O OO O142142I-II-I152.7152.7O OO O497.3497.3C-CC-C347.7347.7C CH H413.4413.4C=CC=C615615O OH H462.8462.8CCCC812812N NH H390.8390.8C CO O351351H-FH-F568568C CO O745745H-ClH-Cl431.8431.8N NN N193193H-BrH-Br366366N NN N418418H-IH-I298.7298.7NNNN946946H-HH-H436436表表2-12-1 问题问题 (1)(1)键能是共价键强度的一种标度，键能的键能是共价键强度的一种标度，键能的大小与键的强度有什么关系大小与键的强度有什么关系?(2)(2)键能与化学反应的能量变化有什么联系键能与化学反应的能量变化有什么联系?怎样利用键能的数据计算反应的热效应怎样利用键能的数据计算反应的热效应?规律规律:键能越大键能越大,化学键越牢固化学键越牢固,由由该键形成的分子越稳定。该键形成的分子越稳定。练习练习:由下表的数据判断由下表的数据判断,下列分子的稳定性：下列分子的稳定性：A.A.ClCl2 2,Br,Br2 2,I,I2 2 B.B.NHNH3 3 ,H,H2 2O O键键键能键能键键键能键能Cl-ClCl-Cl242.7242.7N NO O607607Br-BrBr-Br193.7193.7O OO O142142I-II-I152.7152.7O OO O497.3497.3O OH H462.8462.8N NH H390.8390.8 例题例题 根据表根据表2-12-1数据，计算数据，计算1molH1molH2 2分别跟分别跟1molCl1molCl2 2、1molBr1molBr2 2（蒸气）反应，分别生成（蒸气）反应，分别生成2molHCl2molHCl和和2molHBr2molHBr分子，哪个反应放出的能量多？分子，哪个反应放出的能量多？H2 +Cl2 =2HCl H=436.0kJmol-1+242.7kJmol-1 2431.8kJmol-1 =184.9kJ H2 +Br2 =2HBr H=436.0kJmol-1+193.7kJmol-1 2366kJmol-1 =102.7kJ H H为负值说明该反应为放热反应。即负为负值说明该反应为放热反应。即负值越大，放出能量越多。通过刚才计算，值越大，放出能量越多。通过刚才计算，可知，生成可知，生成2molHCl2molHCl比生成比生成2molHBr2molHBr放出放出能量多。相反，能量多。相反，H HBrBr的键能比的键能比H HClCl的的键能小，所以键能小，所以HBrHBr分子比分子比HClHCl更容易发生更容易发生热分解生成相应的单质。说明稳定性比热分解生成相应的单质。说明稳定性比HClHCl差。差。某些共价键键能某些共价键键能(kJ/mol)(kJ/mol)键长键长/pm(1pm=10/pm(1pm=10-12-12m)m)键键键能键能键长键长键键键能键能键长键长H-HH-H4364367474CCCC812812120120F-FF-F157157141141C CH H413.4413.4109109Cl-ClCl-Cl242.7242.7198198O OH H462.8462.89696Br-BrBr-Br193.7193.7228228N NH H390.8390.8101101I-II-I152.7152.7267267NNNN946946110110C-CC-C347.7347.7154154Si-SiSi-Si235235C=CC=C615615133133Si-OSi-O162162表表2-22-22 2、键长键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。：形成共价键的两个原子之间的核间距。键长是衡量共价稳定性的另一个参数。键长是衡量共价稳定性的另一个参数。键键键长键长/Pm键键键长键长/PmHH74C=C120FF141CH109ClCl198OH96讨论：讨论：对比表对比表2-12-1和表和表2-22-2找出键长与键能及稳找出键长与键能及稳定性的关系。定性的关系。规律规律:键长越短键长越短,一般键能越大，化学键越牢固一般键能越大，化学键越牢固,由该键形成的分子越稳定。由该键形成的分子越稳定。练习练习:由下表的数据判断由下表的数据判断,下列分子的稳定性下列分子的稳定性 A.HA.H2 2,Cl,Cl2 2 B.HCl,HBr,HI B.HCl,HBr,HI键键键能键能键长键长键键键能键能键长键长H-HH-H4364367474H HF F 565.0565.09292Cl-ClCl-Cl 242.7242.7198198H-ClH-Cl 428.0428.0128128H-BrH-Br362.0362.0141141H-IH-I295.0295.0161161思考与交流思考与交流 N N2 2、O O2 2、F F2 2跟跟H H2 2的反应能力依次增强，的反应能力依次增强，从键能的角度应如何理解这一化学事从键能的角度应如何理解这一化学事实？实？通过上例子，你认为键长、键能对分通过上例子，你认为键长、键能对分子的化学性质有什么影响？子的化学性质有什么影响？一般地，形成的共价键的键能一般地，形成的共价键的键能越大，键长越短，共价键越稳定，越大，键长越短，共价键越稳定，含有该键的分子越稳定，化学性质含有该键的分子越稳定，化学性质越稳定。越稳定。3 3、键角键角：两个共价键之间的夹角称为键角：两个共价键之间的夹角称为键角。键角一定键角一定，表明，表明共价键具有方向性共价键具有方向性。键角是。键角是描述分子描述分子立体结构立体结构的重要参数，分子的许多性的重要参数，分子的许多性质与键角有关。质与键角有关。键角决定分子的空间构型。键角决定分子的空间构型。H2O 105NH3 107CO2 180CH4 10928 观察观察 P P3232页中表页中表2-32-3的数据的数据 从表中可以看出，从表中可以看出，COCO分子与分子与N N2 2分子在许多性质上分子在许多性质上十分相似，这些相似性，可以归结为它们具有相十分相似，这些相似性，可以归结为它们具有相等的价电子数，导致它们具有相似的化学结构。等的价电子数，导致它们具有相似的化学结构。表表2-3 CO分子和分子和N2分子的某些性质分子的某些性质分子分子熔点熔点/水中溶解度水中溶解度(室温室温)分子解离能分子解离能(kJ/mol)分子的分子的价电子价电子总数总数CO-205.052.3 mL10N2沸点沸点/-210.00-190.49-195.811.6 mL107594610等电子等电子体：体：原原子总数相同、价电子总数相同、价电子总数相同的分子。子总数相同的分子。等电子体原等电子体原理：理：原原子总数、价电子子总数、价电子总数相同的分子具有相似的化学键总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的特征，它们的许多性质许多性质是相近的。是相近的。三、等电子原理三、等电子原理(物理性质物理性质)例举一些常见的等电子体：例举一些常见的等电子体：SO2O3NO2-SO3NO3-SiO32-C6H6B3N3H6NO2-NO2N2COC22-CO2N2OCS2NH3H3O+CH4NH4+CNAlO2-练习练习 原子数相同，最外层电子总数相原子数相同，最外层电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似，物理性质相似。体的结构相似，物理性质相似。（1 1）根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价）根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：分子中，互为等电子体的是：和和 。（2 2）等电子原理又有发展，例如：由短周期元素组）等电子原理又有发展，例如：由短周期元素组成的物质中，与成的物质中，与NONO2 2-互为等电子体的分子互为等电子体的分子有有 、。N2OCO2N2COSO2O31 1、下列说法中，错误的是、下列说法中，错误的是()().键长越长，化学键越牢固键长越长，化学键越牢固.成键原子间原子轨道重叠越多，共价键成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固越牢固.对双原子分子来讲，键能越大，含有该对双原子分子来讲，键能越大，含有该键的分子越稳定键的分子越稳定.原子间通过共用电子对所形成的化学键原子间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键叫共价键练习练习A2 2、能够用键能解释的是、能够用键能解释的是()().氮气的化学性质比氧气稳定氮气的化学性质比氧气稳定.常温常压下，溴呈液体，碘为固体常温常压下，溴呈液体，碘为固体.稀有气体一般很难发生化学反应稀有气体一般很难发生化学反应.硝酸易挥发，硫酸难挥发硝酸易挥发，硫酸难挥发A练习练习课课 堂堂 小小 结结二、键参数二、键参数键能键能、键长键长和和键角键角键能：键能：气态基态气态基态原子形成原子形成1mol1mol化学键化学键释放释放的最低能量。的最低能量。键能越大，化学键越稳定。键能越大，化学键越稳定。键长：键长：形成共价键的两个原子之间的形成共价键的两个原子之间的核间距核间距。键长越短，键能越大，化学键越稳定。键长越短，键能越大，化学键越稳定。键角：键角：两个共价键之间的夹角。两个共价键之间的夹角。破坏破坏1mol1mol化学键形成气态基态原子所需的最低能量。化学键形成气态基态原子所需的最低能量。应用：应用：计算化学反应的反应热。计算化学反应的反应热。H=H=反应物键能总和反应物键能总和-生成物键能总和生成物键能总和课课 堂堂 小小 结结等电子体：等电子体：原子总数、价电子总数相同的分子。原子总数、价电子总数相同的分子。等电子体原理：等电子体原理：原子总数、价电子总数相同的分子具有原子总数、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近。相似的化学键特征，它们的许多性质相近。三、等电子原理三、等电子原理科学视野：用质谱仪测定分子结构科学视野：用质谱仪测定分子结构 现代化学常利用质谱仪测定分子的结构。它的基本现代化学常利用质谱仪测定分子的结构。它的基本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的分子离子、碎片离离子和碎片离子等粒子。由于生成的分子离子、碎片离子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场分析器得到分离，在记录仪上呈现一系列狭缝进入磁场分析器得到分离，在记录仪上呈现一系列峰，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子峰，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的结构。例如，图的结构。例如，图2727的纵坐标是相对丰度的纵坐标是相对丰度(与粒子的与粒子的浓度成正比浓度成正比)，横坐标是粒子的质量与电荷之比，横坐标是粒子的质量与电荷之比(m(me)e)，简称质荷比。化学家通过分析得知，简称质荷比。化学家通过分析得知，m me e9292的峰是的峰是甲苯分子的正离子甲苯分子的正离子(C(C6 6H H5 5CHCH3 3)，m me e9191的峰是丢失一的峰是丢失一个氢原子的的个氢原子的的C C6 6H H5 5CHCH2 2 ，m me e6565的峰是分子碎片的峰是分子碎片因此，化学家便可推测被测物是甲苯。因此，化学家便可推测被测物是甲苯。
展开阅读全文