人教版高中化学 化学键与分子结构课件 新人教必修1.ppt
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1、化化 学学 键键 与与 分分 子子 结结 构构2021/8/9 星期一1科塞尔(Kossel)-离子键理论路易斯(G.N.Lewis)-共价键理论化学键化学键分子中的两个(或多个)原子之间的相互作用分子中的两个(或多个)原子之间的相互作用2021/8/9 星期一24-1 4-1 离子键理论离子键理论离子型化合物:活泼金属原子与活泼非金属原子所形成的化合物v主要以晶体形式存在v较高熔点和沸点v熔融或水溶解后能导电2021/8/9 星期一31-1 离子键的形成离子键的形成(以以 NaCl 为例为例)分别形成分别形成 Ne 和和 Ar 的稀有气体原子的稀有气体原子的结构,形成稳定离子。的结构,形成稳
2、定离子。首先形成稳定离子首先形成稳定离子NaNaNaNa+2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6 ClClClCl-2s 2 2p 5 2s 2 2p 62021/8/9 星期一4然后由静电吸引,然后由静电吸引,形成化学键形成化学键。V0Vr0r0rr 为核间距V为体系的势能r =r0,(平衡距离)吸引作用与排斥作用达到暂时平衡,V 有极小值,此时体系最稳定,表明形成离子键。r 1.7,发生电子转移,形成离子键;,发生电子转移,形成离子键;X 1.7,不发生电子转移,形成共价键。,不发生电子转移,形成共价键。离子键与共价键并非有明显界线。离子键与共价键并非有明显界线。(3)离子键没有
3、饱和性离子键没有饱和性只要是正负离子之间,则彼此吸引,即无饱和性。只要是正负离子之间,则彼此吸引,即无饱和性。2021/8/9 星期一91-3 离子的特征离子的特征(1)离子的电荷)离子的电荷(2)离子的电子层构型)离子的电子层构型电荷高,离子键强电荷高,离子键强2021/8/9 星期一10离子的电子层构型有以下几种离子的电子层构型有以下几种A.2电子构型电子构型B.8电子构型电子构型C.18电子构型电子构型D.(18+2)电子构型电子构型E.8 18电子构型电子构型在离子的半径和电荷大致相同条件下,不同构型的正离子对在离子的半径和电荷大致相同条件下,不同构型的正离子对同种负离子的结合力的大小
4、规律:同种负离子的结合力的大小规律:8电子层构型的离子电子层构型的离子817电子层构型的离子电子层构型的离子18或或18+2电子层构型的离子电子层构型的离子2021/8/9 星期一11(3)离子半径)离子半径离子半径离子半径:将离子晶体中的离子看成是相切的球体,正将离子晶体中的离子看成是相切的球体,正负离子的核间距负离子的核间距 d 是是 r+和和 r 之和之和。dr+r-推算半径的方法:鲍林半径哥德希密特半径2021/8/9 星期一12离子半径的变化规律离子半径的变化规律a)同主族从上到下,电子层增加,具有相同电荷数的离子半径增加。同主族从上到下,电子层增加,具有相同电荷数的离子半径增加。L
5、i+Na+K+Rb+Cs+F Cl Br Mg 2+Al 3+K+Ca 2+过渡元素,离子半径变化规律不明显过渡元素,离子半径变化规律不明显。c)同一元素,不同价态的离子,电荷高的半径小。同一元素,不同价态的离子,电荷高的半径小。如如 Ti 4+Ti 3+;Fe 3+0.414r+/r 0.414+2021/8/9 星期一171-5 晶格能晶格能晶格能晶格能是相互远离的气态的正负离子结合成是相互远离的气态的正负离子结合成1 mol离子晶体所释放离子晶体所释放的能量,用的能量,用 U 表示。表示。Na+(g)+Cl(g)=NaCl(s)H =U 晶格能晶格能 U 越大,则形成离子键得到离子晶体时
6、放出的能量越多,越大,则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多,离子键越强。离子键越强。玻恩玻恩 哈伯循环哈伯循环 (Born Haber Circulation)Born 和和 Haber 设计了一个热力学循环过程,从已知的热力学数设计了一个热力学循环过程,从已知的热力学数据出发,计算晶格能。据出发,计算晶格能。2021/8/9 星期一184-2 4-2 共价共价键理理论1916 年,美国科学家年,美国科学家 Lewis 提出共价键理论:分子中的原子可以通提出共价键理论:分子中的原子可以通过共用电子对来形成稀有气体的稳定电子结构。过共用电子对来形成稀有气体的稳定电子结构。:N:N:N N:+
7、=成功地解释了由相同原子组成的分子(H2、O2、N2等)以及性质相近的不同原子组成的分子(HCl、H2O等),并揭示了共价键和离子键的区别。2021/8/9 星期一19遇到的问题电子数82021/8/9 星期一202-1 2-1 价价键理理论 价键理论(Valence Bond TheoryValence Bond TheoryValence Bond TheoryValence Bond Theory):又称电子配对法,简称VB法。1927年,年,Heitler 和和 London 用量子力学处理氢气分用量子力学处理氢气分子子 H2问题所得结果的推广。问题所得结果的推广。2021/8/9 星
8、期一21 价键理论的基本论点:价键理论的基本论点:(1)共价键的本质)共价键的本质E0DRro两个两个 1s 电子以自旋相同,电子以自旋相同,r 越小,越小,V 越大。越大。不能形成化学键。不能形成化学键。自旋相反时,自旋相反时,r =r 0 时,时,V 值最小,为值最小,为 E=D (D 0,D 孤电对孤电对-成键电子成键电子 成键电子成键电子-成键电子成键电子;叁键叁键双键双键单键单键2021/8/9 星期一50(2)判断共价分子结构的一般规则判断共价分子结构的一般规则(a)确定中心价层电子的总数和对数)确定中心价层电子的总数和对数Axm中中A的价电子层总电子对数的价电子层总电子对数=(A
9、的价电子的价电子+X供给的电子)供给的电子)/2例:价电子数 价电子对数 NH4+N=5+4-1=8 CCl4 N=8 NO2 N=5 ICl2-N=10 OCl2 N=8 PO43-N=5+3=84442.5542021/8/9 星期一51(b)根据中心原子)根据中心原子A周围的电子对数,找出相应的理想周围的电子对数,找出相应的理想几何结构图形几何结构图形(p162,图图4-23)电子对数 2 3 4 5 6 电子对排布 直线 平面三角 四面体 三角双锥 八面体(c)画出结构图)画出结构图(d)确定排斥力最小的稳定结构)确定排斥力最小的稳定结构2021/8/9 星期一52 SO32-IF3
10、NO2 电子对数 4 5 3电子对构型分子构型 三角锥三角锥 T字形字形 V字形字形(3)判断共价分子)判断共价分子结构的构的实例例2021/8/9 星期一532-4 分子分子轨道理道理论(1)理论基本要点)理论基本要点分子中电子不从属于某些特定的原子,而是遍及整个分子范围;分子中电子不从属于某些特定的原子,而是遍及整个分子范围;分子轨道由原子轨道线性组合而成,而且分子轨道的数目与参与组分子轨道由原子轨道线性组合而成,而且分子轨道的数目与参与组合的原子轨道数目相等;合的原子轨道数目相等;每一个分子轨道都有一相应的能量和图象;每一个分子轨道都有一相应的能量和图象;电子的排布也遵从原子轨道电子排布
11、的原则;电子的排布也遵从原子轨道电子排布的原则;(2)原子轨道线性组合的类型原子轨道线性组合的类型 s-s重叠、重叠、s-p重叠、重叠、p-p重叠、重叠、p-d重叠、重叠、d-d重叠重叠2021/8/9 星期一54s-s重叠重叠一个原子的ns轨道与另一原子的ns轨道组合成两个分子轨道。反键轨道:电子云偏向两核外侧,核间稀疏,不能抵消两核的斥力,体系能量较高。成键轨道:电子云在核间分布密集,对两核的吸引能够抵消两核间的斥力,能使分子的原子之间发生键合。2021/8/9 星期一55p-p重叠重叠2021/8/9 星期一56(3)原子轨道线性组合的原则原子轨道线性组合的原则A.能量相近原则能量相近原
12、则 H 1s 1312 kJmol 1 Na 3s 496 kJmol 1 O 2p 1314 kJmol 1 Cl 3p 1251 kJmol 1 (以上数据根据以上数据根据 I1 值估算值估算)1s、2p、3p 个轨道能量相近,彼此间均可组合,形成分子轨道个轨道能量相近,彼此间均可组合,形成分子轨道;但;但 3 s 个轨道的能量高,不能与之组合。个轨道的能量高,不能与之组合。2021/8/9 星期一57B.最大重叠原理最大重叠原理 原子轨道重叠越大,越易形成分子轨道,原子轨道重叠越大,越易形成分子轨道,或说共价键越强。或说共价键越强。C.对称性一致原则对称性一致原则对称性相同的原子轨道才能
13、组成分子轨道。即重叠部分的原子轨道对称性相同的原子轨道才能组成分子轨道。即重叠部分的原子轨道的正、负号相同。的正、负号相同。2021/8/9 星期一58(4)同核双原子分子的分子轨道能级图)同核双原子分子的分子轨道能级图2p2p*2*2*2 2 2 22s 2s 2s*2s 1s*1s MO 1s 1sAOAOO2,F2 分子分子*21s1s 1s*1s2s 2s 2s*2sAO2p2p MO AO*2*2 2 2 2B2,C2,N2 等分子等分子2021/8/9 星期一59A.图图1适用于适用于 O2,F2 分子;图分子;图2适用于适用于 B2,C2,N2 等分子等分子 B.成键分子轨道的能
14、量比原子轨道能量低,反键分子成键分子轨道的能量比原子轨道能量低,反键分子轨道高于相应的数量轨道高于相应的数量 C.原子轨道能量由原子的核电荷有关,而分子轨道能量受组成分原子轨道能量由原子的核电荷有关,而分子轨道能量受组成分子轨道的原子轨道的影响子轨道的原子轨道的影响 D.简并轨道:轨道形状相同,能量相等简并轨道:轨道形状相同,能量相等 2021/8/9 星期一60(5)异核双原子分子的分子轨道能级图)异核双原子分子的分子轨道能级图2021/8/9 星期一612-5 键参数与分子的性参数与分子的性质(1)键级键级He2:N2:2021/8/9 星期一62(2)键能能AB(g)A(g)+B(g )
15、H =EABAB分子的键离解能分子的键离解能 D(A-B):绝对零度下,将处于基态的双原子分绝对零度下,将处于基态的双原子分子子AB拆开成也处于基态的拆开成也处于基态的A原子和原子和B原子时所需要的能量原子时所需要的能量双原子分子离解能就是键能双原子分子离解能就是键能 NH3 (g)H(g)+NH2(g)D1 =427 kJmol1 NH2 (g)H(g)+NH (g)D2 =375 kJmol1 NH(g)H(g)+N(g)D3 =356 kJmol12021/8/9 星期一63(3)键长键长键长:分子中成键两原子核之间的距离。分子中成键两原子核之间的距离。一般键长越小,键越强。一般键长越小
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