山东省年高中化学化学键与分子结构.ppt

第一章原子结构和分子结构第二节化学键与分子结构2021/8/8 星期日1第一章原子结构和分子结构第二节化学键与分子结构 一、电负性一、电负性 元素原子吸引电子能力大小的一个相对数值。元素原子吸引电子能力大小的一个相对数值。元素原子吸引电子能力大小的一个相对数值。元素原子吸引电子能力大小的一个相对数值。规定：Li=1.0Li=1.0 或 F=4.0F=4.0 其他元素都与其相比较而得出相对值。从教材表1-5可以看出：可以看出：电负性的数值越大大大大，其原子吸引电子的能力越强强强强；电负性的数值越小小小小，其原子吸引电子的能力越弱弱弱弱。2021/8/8 星期日2二、离子键1.1.化学键：化学键：分子或晶体中分子或晶体中直接相邻直接相邻的两个或多个原的两个或多个原子或离子之间子或离子之间强烈的相互作用强烈的相互作用称为称为化学化学键。键。2.2.离子键离子键：以氯化钠的生成为例：以氯化钠的生成为例：2Na+Cl2Na+Cl2 2=2NaCl2NaCl化学键有离子键、共价键、金属键等。2021/8/8 星期日3 即即：Na(3sNa(3s1 1 )-e Na)-e Na+(2s(2s2 22p2p6)6)Cl(3sCl(3s2 23p3p5 5)e Cl)e Cl-(3s(3s2 23p3p6 6)Na Na+Cl+Cl-Na Na+Cl Cl-2021/8/8 星期日4注意：注意：正、正、负负离子离子一旦形成一旦形成，它们之间既有吸它们之间既有吸引力又有排斥力。开始吸引力大于排斥力，引力又有排斥力。开始吸引力大于排斥力，使两者逐趋靠近。使两者逐趋靠近。当吸引力当吸引力与与排斥力达到平排斥力达到平衡状衡状态时态时，整个体系的能量就将低到最低，整个体系的能量就将低到最低，正、正、负负离子之离子之间间即形成即形成了了稳稳定的化学定的化学键键。该。该类化学键就称为类化学键就称为离子键。离子键。离子键的特点特点：既无方向性，既无方向性，又无饱和性。又无饱和性。2021/8/8 星期日5三、共价键三、共价键 1.1.共价键的形成共价键的形成 两个氢原子相互靠近时的情形两个氢原子相互靠近时的情形：2021/8/8 星期日6从上图可以看出：在分子中只有自旋方向相反的在分子中只有自旋方向相反的2 2个电子个电子才能占据同样的空间轨道，才可成键。才能占据同样的空间轨道，才可成键。共价键的本质：共价键的本质：是原子轨道的重叠，是原子轨道的重叠，重叠程度越大该共价键就越稳定。重叠程度越大该共价键就越稳定。形成共价键应具备的条件是：形成共价键应具备的条件是：（1 1）两原子中有未成对电子（单电子）两原子中有未成对电子（单电子）且其自旋方向必须相反。且其自旋方向必须相反。（2 2）两原子轨道要沿着最大重叠）两原子轨道要沿着最大重叠方向进行重叠，才能形成稳定的共方向进行重叠，才能形成稳定的共价键（即最大重叠原理）。价键（即最大重叠原理）。2021/8/8 星期日72.2.共价键的特性共价键的特性 （2 2）方向性）方向性 在形成共价键时，成键电子的电子云重叠愈在形成共价键时，成键电子的电子云重叠愈在形成共价键时，成键电子的电子云重叠愈在形成共价键时，成键电子的电子云重叠愈多，核间电子云密度愈大，形成的共价键愈牢固。多，核间电子云密度愈大，形成的共价键愈牢固。多，核间电子云密度愈大，形成的共价键愈牢固。多，核间电子云密度愈大，形成的共价键愈牢固。因此，共价键的形成尽可能沿着电子云密度因此，共价键的形成尽可能沿着电子云密度因此，共价键的形成尽可能沿着电子云密度因此，共价键的形成尽可能沿着电子云密度最大的方向，这就是共价键的方向性。最大的方向，这就是共价键的方向性。最大的方向，这就是共价键的方向性。最大的方向，这就是共价键的方向性。（1 1）饱和性）饱和性 由于只有自旋方向相反的未成对电子才能成由于只有自旋方向相反的未成对电子才能成由于只有自旋方向相反的未成对电子才能成由于只有自旋方向相反的未成对电子才能成键，因此当一个电子和另一个电子配对后，能不键，因此当一个电子和另一个电子配对后，能不键，因此当一个电子和另一个电子配对后，能不键，因此当一个电子和另一个电子配对后，能不能再跟第三个原子的电子配对成键。这就是共价能再跟第三个原子的电子配对成键。这就是共价能再跟第三个原子的电子配对成键。这就是共价能再跟第三个原子的电子配对成键。这就是共价键的饱和性。键的饱和性。键的饱和性。键的饱和性。2021/8/8 星期日83.3.共价键的类型共价键的类型（1 1）键键:原子轨道以原子轨道以“头碰头头碰头”方式重叠形成的键，叫方式重叠形成的键，叫键键。如如 H H2 2、HC1HC1。（2 2）键键:原子轨道以原子轨道以“肩并肩肩并肩”方式重叠形成的键，叫方式重叠形成的键，叫键。键。如：如：N N2 2分子，分子，键型键型 重叠方式重叠方式 对称情况对称情况 重叠程度重叠程度 键能键能 化学活泼性化学活泼性 头碰头头碰头头碰头头碰头 沿键轴方向圆柱形对称沿键轴方向圆柱形对称沿键轴方向圆柱形对称沿键轴方向圆柱形对称 大大大大 大大大大 不活泼不活泼不活泼不活泼 肩并肩肩并肩肩并肩肩并肩 镜面反对称镜面反对称镜面反对称镜面反对称 小小小小 小小小小 活泼（易反应）活泼（易反应）活泼（易反应）活泼（易反应）键如：键如：ss spss spx x p px xppx x 键如：键如：p py yppy y p pz zppz z2021/8/8 星期日9头碰头头碰头,形成形成键键l l肩并肩肩并肩,形成形成键键2021/8/8 星期日10重键情况：重键情况：单键：单键：键键 重键：双键：重键：双键：键键键键 叁键：叁键：键键2 2个个键键 4.4.配位键：配位键：共用电子对由一个原子单独提共用电子对由一个原子单独提供而形成的键，叫配位键。供而形成的键，叫配位键。配位键形成的条件：其中一个原子的价配位键形成的条件：其中一个原子的价电子层有孤对电子，另一个原子的价电子层电子层有孤对电子，另一个原子的价电子层有可接受孤对电子的空轨道，如有可接受孤对电子的空轨道，如COCO、NHNH4 4+、HH3 3NAgNHNAgNH3 3+2021/8/8 星期日11例如氮分子的结构例如氮分子的结构 所有的双、叁键所有的双、叁键中，一个是中，一个是键，键，其余的均为其余的均为键；键；键可单独存在，键可单独存在，键不能单独存在。键不能单独存在。2021/8/8 星期日12 键键 与与键的比较键的比较 2021/8/8 星期日13 根据价键理论，碳原子根据价键理论，碳原子根据价键理论，碳原子根据价键理论，碳原子由基态获得能量变为激发态由基态获得能量变为激发态由基态获得能量变为激发态由基态获得能量变为激发态后，后，后，后，4 4 4 4个单电子的能量是不个单电子的能量是不个单电子的能量是不个单电子的能量是不相同的。但实验测得：在相同的。但实验测得：在相同的。但实验测得：在相同的。但实验测得：在CHCHCHCH4 4 4 4分子中，分子中，分子中，分子中，4 4 4 4个个个个C C C CH H H H键的键键的键键的键键的键能相同，键长相等，键角均能相同，键长相等，键角均能相同，键长相等，键角均能相同，键长相等，键角均为为为为109.5109.5109.5109.5，分子为正四面，分子为正四面，分子为正四面，分子为正四面体的空间构型。如何解释？体的空间构型。如何解释？体的空间构型。如何解释？体的空间构型。如何解释？发现了问题：发现了问题：2021/8/8 星期日14 同理，按价键理论解释H2O和NH3分子的形成时，HOH和NNH均应90，而实验测定值分别为104.5和108；当用价键理论解释多原子分子中价键的形成时遇到了困难时，为了解释这些事实，泡林泡林(Pauling)于1931年在电子配对理论的基础上提出杂化轨道理论作为对价键理论的补充和发展（二）杂化轨道理论（二）杂化轨道理论2021/8/8 星期日151.1.杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点该该原原子子中中不不同同类类型型的的能能量量相相近近的的原原子子轨轨道道可可能能混混合合起起来来，重重新新组组合合成成一一组组新新的的原原子轨道。子轨道。同同一一原原子子中中的的n n个个原原子子轨轨道道参参加加杂杂化化，只只能能得得到到n n个个新新的的杂杂化化轨轨道道，且且这这些些杂杂化化轨轨道的能量相等。道的能量相等。杂杂化化轨轨道道比比原原来来未未杂杂化化的的轨轨道道成成键键能能力力增增强了，形成的分子更加稳定。强了，形成的分子更加稳定。杂化轨道成键时均形成杂化轨道成键时均形成键。2021/8/8 星期日162.2.杂化轨道理论的过程杂化轨道理论的过程 杂杂杂杂化化化化轨轨轨轨道道道道理理理理论论论论认认认认为为为为，在在在在同同同同一一一一原原原原子子子子中中中中能能能能量量量量相相相相近近近近的的的的不不不不同同同同类类类类型型型型的的的的几几几几条条条条原原原原子子子子轨轨轨轨道道道道混混混混杂杂杂杂起起起起来来来来，重重重重新新新新组组组组成成成成同同同同等等等等数数数数目目目目的的的的能能能能量量量量完完完完全全全全相相相相同同同同的的的的杂杂杂杂化化化化原原原原子子子子轨轨轨轨道道道道。在在在在原原原原子子子子形形形形成成成成分分分分子子子子的的的的过过过过程程程程中中中中，经经经经过过过过激激激激发发发发、杂杂杂杂化化化化、轨轨轨轨道道道道重重重重迭迭迭迭等过程，这就是杂化轨道理论的过程。等过程，这就是杂化轨道理论的过程。等过程，这就是杂化轨道理论的过程。等过程，这就是杂化轨道理论的过程。(1)(1)(1)(1)激发激发激发激发:如在如在如在如在CHCHCHCH4 4 4 4形成的分子时，碳原子欲与形成的分子时，碳原子欲与形成的分子时，碳原子欲与形成的分子时，碳原子欲与4 4 4 4个氢结合，个氢结合，个氢结合，个氢结合，必定要从必定要从必定要从必定要从2s2s2s2s轨道的一个电子激发到轨道的一个电子激发到轨道的一个电子激发到轨道的一个电子激发到2p2p2p2pz z z z轨道上，才轨道上，才轨道上，才轨道上，才有有有有4 4 4 4个未成对电子分别与四个氢结合成键。在成键个未成对电子分别与四个氢结合成键。在成键个未成对电子分别与四个氢结合成键。在成键个未成对电子分别与四个氢结合成键。在成键过程中，激发和成键是同时发生的，从基态变为过程中，激发和成键是同时发生的，从基态变为过程中，激发和成键是同时发生的，从基态变为过程中，激发和成键是同时发生的，从基态变为激发态所需的能量，可由形成更多的共价键而放激发态所需的能量，可由形成更多的共价键而放激发态所需的能量，可由形成更多的共价键而放激发态所需的能量，可由形成更多的共价键而放出更多的能量来补偿。出更多的能量来补偿。出更多的能量来补偿。出更多的能量来补偿。2021/8/8 星期日17(2)(2)杂杂杂杂化化化化:处处处处于激于激于激于激发态发态发态发态的几条不同的几条不同的几条不同的几条不同类类类类型的原子型的原子型的原子型的原子轨轨轨轨道道道道进进进进一步一步一步一步线线线线性性性性组组组组合成一合成一合成一合成一组组组组新的新的新的新的轨轨轨轨道，道，道，道，这这这这种种种种轨轨轨轨道重新道重新道重新道重新组组组组合的合的合的合的过过过过程程程程叫叫叫叫杂杂杂杂化。化。化。化。杂杂杂杂化后形成的新化后形成的新化后形成的新化后形成的新轨轨轨轨道称道称道称道称为杂为杂为杂为杂化化化化轨轨轨轨道。道。道。道。(3)(3)轨轨轨轨道重叠道重叠道重叠道重叠:杂杂杂杂化化化化轨轨轨轨道的道的道的道的电电电电子云分布更子云分布更子云分布更子云分布更为为为为集中，故集中，故集中，故集中，故杂杂杂杂化化化化轨轨轨轨道的道的道的道的成成成成键键键键能力比未能力比未能力比未能力比未杂杂杂杂化的原子化的原子化的原子化的原子轨轨轨轨道的成道的成道的成道的成键键键键能力能力能力能力强强强强。杂杂杂杂化化化化轨轨轨轨道与其它原子成道与其它原子成道与其它原子成道与其它原子成键时键时键时键时，同，同，同，同样样样样要要要要满满满满足原子足原子足原子足原子轨轨轨轨道最大道最大道最大道最大重叠原理，原子重叠原理，原子重叠原理，原子重叠原理，原子轨轨轨轨道重叠愈多，形成的化合物愈道重叠愈多，形成的化合物愈道重叠愈多，形成的化合物愈道重叠愈多，形成的化合物愈稳稳稳稳定。化合物的空定。化合物的空定。化合物的空定。化合物的空间间间间构型也是由构型也是由构型也是由构型也是由满满满满足原子足原子足原子足原子轨轨轨轨道最大重道最大重道最大重道最大重叠的方向决定的。叠的方向决定的。叠的方向决定的。叠的方向决定的。2021/8/8 星期日183.3.杂杂化化轨轨道的道的类类型和分子的空型和分子的空间间构型构型 spsp3 3杂杂化与甲化与甲烷烷分子的空分子的空间间构型构型 spsp3 3杂化轨道杂化轨道甲烷甲烷2021/8/8 星期日19 spsp2 2杂杂化与化与乙烯乙烯分子的空分子的空间间构型构型 spsp2 2杂化轨道杂化轨道乙烯、氟化硼乙烯、氟化硼2021/8/8 星期日20 乙烯分子2021/8/8 星期日21 spsp杂杂化与化与乙炔乙炔分子的空分子的空间间构型构型 spsp杂化轨道杂化轨道乙炔、氯乙炔、氯化铍（化铍（BeClBeCl2 2）2021/8/8 星期日22 不等性不等性杂杂化与化与NHNH3 3和和H H2 2O O分子分子结结构构 NHNH3 3的结构的结构-spsp3 3不等型杂化2021/8/8 星期日23 H H2 2O O的结构的结构-spsp3 3不等型杂化不等型杂化2021/8/8 星期日24三、氢键 水水的的缔缔合合2021/8/8 星期日25形成氢键的条件：形成氢键的条件：（氢键通常用（氢键通常用 X-HY X-HY来表来表示）示）XX、Y Y为电负性大且原子半径较为电负性大且原子半径较小的原子，如小的原子，如F F、O O、N N等。等。X-HYX-HY三原子在一条直线三原子在一条直线上上注意：氢键不是化学键，注意：氢键不是化学键，是分子间的力。是分子间的力。2021/8/8 星期日26本次课基本要求本次课基本要求1.1.了解氢键的有关知识；了解氢键的有关知识；2.2.掌掌握握离离子子键键、共共价价键键、杂杂化化轨轨道道理论等有关知识；理论等有关知识；3.3.明确元素电负性的意义。明确元素电负性的意义。2021/8/8 星期日27思考题思考题1、离子键、共价键是怎样形成的？2、共价键形成的条件是什么？为什么共价键具有方向性和饱和性，而离子键没有？3、某化合物的分子是由原子序数为6的原子和原子序数为8的两个原子组成，它们形成的键是离子键还是共价键？是键还是键？4、指出下列分子的中心原子可能采用的杂化类型，预测分子的空间构型。BCl 3 BeCl2 CCl42021/8/8 星期日28 讯问者，智之本；讯问者，智之本；思虑者，智之道也。思虑者，智之道也。询问，是增长智慧的根本；思考，是增长智慧的途径。2021/8/8 星期日292021/8/8 星期日30