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第 二 章 分 子 结 构 与 性 质第 一 节 共 价 键 1、 化 学 键 的 定 义 。相 邻 的 原 子 之 间 的 强 烈 的 相 互 作 用 叫 做 化 学 键 。2、 化 学 键 的 种 类 。离 子 键 ： 使 阴 、 阳 离 子 结 合 成 化 合 物 的 静 电 作 用 。共 价 键 ： 原 子 之 间 通 过 共 用 电 子 对 所 形 成 的 相 互 作 用 。判 断 依 据 ： 活 泼 的 金 属 元素 和 活 泼 非 金 属 元 素 ， 或者 带 正 、 负 电 荷 的 原 子 团之 间 形 成 离 子 键 ； 非 金 属元 素 之 间 形 成 共 价 键 。 两 种 成 键 元 素 间的 电 负 性 差 值1.7,它 们 之 间 通常 形 成 离 子 键 ;反之 ,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 ？ 共 价 键 极 性 键 ：非 极 性 键 ：共 用 电 子 对 偏 移 的 共 价 键 。共 用 电 子 对 不 偏 移 的 共 价 键 。3、 化 合 物 的 分 类 。离 子 化 合 物 ：共 价 化 合 物 ： 含 有 离 子 键 的 化 合 物 。所 含 的 化 学 键 全 部 是 共 价 键 的 化 合 物 。4、 电 子 式用 “ ” 或 者 “ X” 来 表 示 原 子 或 分 子 最 外 层 电 子 的 方法 。 练 习 ：H2 HCl Cl2 NaBrHClO H2O2 NaOH NH4Cl写 出 以 下 物 质 的 电 子 式 。学 与 问你 能 用 电 子 式 表 示 下 列 物 质 的 形 成 过 程 吗 ？OH Cl H O O H Na O H+ - NHH HH Cl -+H HH H +Cl Cl Cl Cl+ HH Cl + Cl Na Br -+Na Br + 1、 共 价 键 具 有 饱 和 性 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 旋相 反 的 电 子 配 对 成 键 ， 这 就 是 共 价 键 的“ 饱 和 性 ” 。 H 原 子 、 Cl原 子 都 只 有 一 个未 成 对 电 子 ， 因 而 只 能 形 成 H 2、 H Cl、 Cl2分 子 ， 不 能 形 成 H 3、 H 2Cl、 Cl3分 子为 什 么 不 可 能 有 H 3、 H 2Cl、 Cl3分 子 的 形 成 ？一 、 共 价 键 HH H H氢 原 子 形 成 氢 分 子 的 电 子 云 描 述键H Hs-s 键1、 键2、 共 价 键 的 形 成 1S 1S互相靠拢电子云重叠HH共价键氢原子形成氢分子的电子云描述键 的 特 征 ：电 子 云 为 轴 对 称 ， 即 是 以 形 成 化 学 键 的 两 个 原 子 核 的连 线 为 轴 作 旋 转 操 作 ， 键 电 子 云 的 图 形 不 变 。(1) 键 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 ，把 带 正 电 的 两 个 原 子 核 “ 黏 结 ” 在 一 起了 。 价 键 理 论 的 要 点1.电 子 配 对 原 理两 原 子 各 自 提 供 1个 自 旋 方 向 相 反 的 电子 彼 此 配 对 。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 键越 牢 固 ， 分 子 越 稳 定 。 相 互 靠 拢(a)s-s 键 的 形 成(1)键 的 形 成 键 的 特 征 ： 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 轴 对 称 。 H ClH ClCl Cl的 p-p 键 的 形 成H Cl的 s-p 键 的 形 成 ClCl Cl Cl 形成氯化氢分子的电子云描述1S 3P HCl共价键3P3P ClCl共价键形成氯气分子的电子云描述 键 的 种 类 ：根 据 形 成 键 的 轨 道 不 同 可 分 为SS 键 、 SP 键 、 PP 键 等 。 p-p 键 的 形 成 (2) 键互相靠拢电子云重叠键的电子云P P 键 的 种 类 ：根 据 形 成 键 的 轨 道 不 同 可 分 为PP 键 、 Pd 键 、 dd 键 等 等 。 键 的 特 征 ：(1)电 子 云 为 镜 像 ， 即 是 每 个 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 。(2)不 稳 定 ,容 易 断 裂 。 小 结 ： 共 价 键 按 电 子 云 重 叠 方 式 分 为 ： 键 头 碰 头 键 肩 并 肩共 价 单 键 都 是 键键 比 键 重 叠 程 度 更 大 (2)键 的 形 成 电 子 云 重 叠 键 的 电 子 云键 的 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 原子 核 的 平 面 为 镜 面 ， 它 们 互 为 镜 像 ， 这 种 特征 为 镜 像 对 称 。 未 成 对 电 子 的电 子 云 相 互 靠 拢 小 结 项 目 键 型 键 键成 键 方 向电 子 云 形 状牢 固 程 度成 键 判 断规 律 沿 轴 方 向“ 头 碰 头 ” 平 行 方 向“ 肩 并 肩 ”轴 对 称 镜 像 对 称强 度 大 ，不 易 断 裂 强 度 较 小 ， 易断 裂共 价 单 键 是 键 ， 共 价 双 键 中 一 个 是 键 ， 另 一 个 是 键 ， 共 价 三 键 中 一 个是 键 ， 另 两 个 为 键 。因 而 含 有 键 的 化 合 物 与 只 有 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 。 以 上 由 原 子 轨 道 相 互 重 叠 形 成 的 键 和 键 总 称 价 键 轨 道 ， 是 分 子 结 构 的价 键 理 论 中 最 基 本 的 组 成 部 分 。3、 由 原 子 轨 道 相 互 重 叠 形 成 的 键 和 键 总 称 价 键 轨 道 。 1.已 知 氮 分 子 的 共 价 键 是 三 键 ， 你 能 模 仿图 2-1、 图 2-2、 图 2-3， 通 过 画 图 来 描 述 吗 ？(提 示 ： 氮 原 子 各 自 用 三 个 p轨 道 分 别 跟 另一 个 氮 原 子 形 成 一 个 键 和 两 个 键 。zz yy x N N z y N2中 p-p键 和 p-p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 ,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 ?你 能 从 原 子 的 电负 性 差 别 来 理 解 吗 ?讨 论 后 请 填 写 表 2-2：原 子 Na Cl H Cl C O电 负 性电 负 性 之差 (绝 对 值 )结 论 :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 _键 ;而_键 是 电 负 性 相 差 不 大 的 原 子 之 间 形 成 的 化学 键 。 0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.52.1 0.9 1.0离 子共 价 3.乙 烷 、 乙 烯 和 乙 炔 分 子 中 的 共 价 键 分 别 有几 个 键 和 几 个 键 组 成 ？乙 烷 分 子 中 由 7个 键 组 成 ； 乙 烯 分 子 中 由 5个 键 和 1个 键 组 成 ； 乙 烯 分 子 中 由 3个 键和 2个 键 组 成 。 小 结(1)共 价 键 的 形 成 条 件(2)共 价 键 的 本 质(3)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 。 当 成 键 原 子 相 互 接 近 时 ， 原 子 轨 道 发 生 重 叠 ，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 。 饱 和 性 ； 方 向 性 。 (4)共 价 键 的 类 型 键 ： 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 为轴 对 称 。 如 H-H键 。 类 型 ： ss 键 、 sp 键 、 pp 键 等 。特 点 ： 肩 并 肩 、 两 块 组 成 、 镜 像 对 称 、 容 易 断 裂 。 键 ： 由 两 个 原 子 的 p电 子 “ 肩 并 肩 ” 重 叠 形 成 。 特 点 ： 头 碰 头 、 电 子 云 为 轴 对 称 ， 键 强 度 大 ， 不 易断 裂 。 (6)判 断 共 价 键 类 型 规 律 共 价 单 键 是 键 ； 共 价 双 键 中 有 一 个 是 键 ， 另 一 个 是 键 ； 共 价 三 键 中 有 一 个 是 键 ， 另 两 个 是 键 。(5) 价 键 轨 道由 原 子 轨 道 相 互 重 叠 形 成 的 键 和 键 。 1.关 于 乙 醇 分 子 的 说 法 正 确 的 是 （ ）A.分 子 中 共 含 有 8个 极 性 键B.分 子 中 不 含 非 极 性 键C.分 子 中 只 含 键D.分 子 中 含 有 1个 键 C 7 3 二 、 键 参 数 键 能 、 键 长 和 键 角键 能 ： 气 态 基 态 原 子 形 成 1mol化 学键 释 放 的 最 低 能 量 。键 能 越 大 ， 化 学 键 越 稳 定 。破 坏 1mol化 学 键 形 成 气 态 基 态 原 子所 需 的 最 低 能 量 。应 用 ： 计 算 化 学 反 应 的 反 应 热 。H=反 应 物 键 能 总 和 -生 成 物 键 能 总 和 某 些 共 价 键 键 能 /kJmol-1键 键 能 键 键 能F-F 157 N O 176Cl-Cl 242.7 N O 607Br-Br 193.7 O O 142I-I 152.7 O O 497.3C-C 347.7 C H 413.4C=C 615 O H 462.8C C 812 N H 390.8C O 351 H-F 568C O 745 H-Cl 431.8N N 193 H-Br 366 N N 418 H-I 298.7N N 946 H-H 436 表 2-1 问 题 (1)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 ?(2)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 ?规 律 : 键 能 越 大 ,化 学 键 越 牢 固 ,由该 键 形 成 的 分 子 越 稳 定 。 练 习 : 由 下 表 的 数 据 判 断 ,下 列 分 子 的 稳 定 性 ： A.Cl2, Br2, I2 B.NH3 , H2O键 键 能 键 键 能Cl-Cl 242.7 N O 607Br-Br 193.7 O O 142I-I 152.7 O O 497.3O H 462.8 N H 390.8 例 题 根 据 表 2-1数 据 ， 计 算 1molH2分 别 跟 1molCl2、1molBr2（ 蒸 气 ） 反 应 ， 分 别 生 成 2molHCl和2molHBr分 子 ， 哪 个 反 应 放 出 的 能 量 多 ？H 2 + Cl2 = 2H Cl H =436.0kJmol-1 + 242.7kJmol-1 2 431.8kJmol-1 = 184.9kJ H 2 + Br2 = 2H Br H =436.0kJmol -1 + 193.7kJmol-1 2 366kJmol-1 = 102.7kJ H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 ，可 知 ， 生 成 2molHCl比 生 成 2molHBr放 出能 量 多 。 相 反 ， HBr的 键 能 比 HCl的键 能 小 ， 所 以 HBr分 子 比 HCl更 容 易 发 生热 分 解 生 成 相 应 的 单 质 。 说 明 稳 定 性 比HCl差 。 某 些 共 价 键 键 能 (kJ/mol)键 长 /pm (1pm=10-12m)键 键 能 键 长 键 键 能 键 长H-H 436 74 C C 812 120F-F 157 141 C H 413.4 109Cl-Cl 242.7 198 O H 462.8 96Br-Br 193.7 228 N H 390.8 101I-I 152.7 267 N N 946 110C-C 347.7 154 Si-Si 235C=C 615 133 Si-O 162表 2-2 2、 键 长 ： 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 键 长 /Pm 键 键 长 /PmHH 74 C=C 120FF 141 CH 109ClCl 198 OH 96讨 论 ： 对 比 表 2-1和 表 2-2找 出 键 长 与 键 能 及 稳定 性 的 关 系 。 规 律 :键 长 越 短 ,一 般 键 能 越 大 ， 化 学 键 越 牢 固 ,由 该 键 形 成 的 分 子 越 稳 定 。练 习 :由 下 表 的 数 据 判 断 ,下 列 分 子 的 稳 定 性 A.H2 , Cl2 B.HCl, HBr ,HI键 键 能 键 长 键 键 能 键 长H-H 436 74 H F 565.0 92Cl-Cl 242.7 198 H-Cl 428.0 128H-Br 362.0 141 H-I 295.0 161 思 考 与 交 流 N2、 O2、 F2跟 H2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 实 ？ 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 ？ 一 般 地 ， 形 成 的 共 价 键 的 键 能越 大 ， 键 长 越 短 ， 共 价 键 越 稳 定 ，含 有 该 键 的 分 子 越 稳 定 ， 化 学 性 质越 稳 定 。 3、 键 角 ： 两 个 共 价 键 之 间 的 夹 角 称 为 键 角 。 键 角 一 定 ， 表 明 共 价 键 具 有 方 向 性 。 键 角 是描 述 分 子 立 体 结 构 的 重 要 参 数 ， 分 子 的 许 多 性质 与 键 角 有 关 。键 角 决 定 分 子 的 空 间 构 型 。 H2O 105NH3 107 CO2 180 CH4 109 28 观 察 P32页 中 表 2-3的 数 据 从 表 中 可 以 看 出 ， CO分 子 与 N2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 相等 的 价 电 子 数 ， 导 致 它 们 具 有 相 似 的 化 学 结 构 。表 2-3 CO分 子 和 N2分 子 的 某 些 性 质分 子 熔 点 / 水 中 溶 解 度(室 温 ) 分 子 解 离 能(kJ/mol) 分 子 的价 电 子总 数CO -205.05 2.3 mL 10N 2 沸 点 /-210.00 -190.49-195.81 1.6 mL 1075946 10 等 电 子 体 ： 原 子 总 数 相 同 、 价 电子 总 数 相 同 的 分 子 。等 电 子 体 原 理 ： 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 是 相 近 的 。三 、 等 电 子 原 理(物 理 性 质 ) 例 举 一 些 常 见 的 等 电 子 体 ：SO2 O3 NO2-SO3 NO3- SiO32-C6H6 B3N3H6NO2 -NO2N2 CO C22-CO2 N2O CS2NH 3 H3O+CH4 NH4+ CNAlO2- 练 习 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 子体 的 结 构 相 似 ， 物 理 性 质 相 似 。（ 1） 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 ： 和 。（ 2） 等 电 子 原 理 又 有 发 展 ， 例 如 ： 由 短 周 期 元 素 组成 的 物 质 中 ， 与 NO 2-互 为 等 电 子 体 的 分 子有 、 。 N2O CO2N2 COSO2 O3 1、 下 列 说 法 中 ， 错 误 的 是 ( ) .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 键越 牢 固 .对 双 原 子 分 子 来 讲 ， 键 能 越 大 ， 含 有 该键 的 分 子 越 稳 定 .原 子 间 通 过 共 用 电 子 对 所 形 成 的 化 学 键叫 共 价 键 练 习 A 2、 能 够 用 键 能 解 释 的 是 ( ) .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 .稀 有 气 体 一 般 很 难 发 生 化 学 反 应 .硝 酸 易 挥 发 ， 硫 酸 难 挥 发 A 练 习 课 堂 小 结二 、 键 参 数 键 能 、 键 长 和 键 角键 能 ： 气 态 基 态 原 子 形 成 1mol化 学 键 释 放 的 最 低 能 量 。键 能 越 大 ， 化 学 键 越 稳 定 。键 长 ： 形 成 共 价 键 的 两 个 原 子 之 间 的 核 间 距 。键 长 越 短 ， 键 能 越 大 ， 化 学 键 越 稳 定 。键 角 ： 两 个 共 价 键 之 间 的 夹 角 。破 坏 1mol化 学 键 形 成 气 态 基 态 原 子 所 需 的 最 低 能 量 。应 用 ： 计 算 化 学 反 应 的 反 应 热 。H=反 应 物 键 能 总 和 -生 成 物 键 能 总 和 课 堂 小 结等 电 子 体 ： 原 子 总 数 、 价 电 子 总 数 相 同 的 分 子 。等 电 子 体 原 理 ： 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 。三 、 等 电 子 原 理 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 2 7的 纵 坐 标 是 相 对 丰 度 (与 粒 子 的浓 度 成 正 比 )， 横 坐 标 是 粒 子 的 质 量 与 电 荷 之 比 (m e)， 简 称 质 荷 比 。 化 学 家 通 过 分 析 得 知 ， m e 92的 峰 是甲 苯 分 子 的 正 离 子 (C 6H5CH3 )， m e 91的 峰 是 丢 失 一个 氢 原 子 的 的 C6H5CH2 ， m e 65的 峰 是 分 子 碎 片 因 此 ， 化 学 家 便 可 推 测 被 测 物 是 甲 苯 。
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