共价键原子晶体(上课).ppt

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1、 第三单元第三单元共价键、原子晶体共价键、原子晶体共价键共价键1 1、定义：、定义：2 2、成键微粒：、成键微粒：3、成键本质：、成键本质：4 4、成键元素：、成键元素：5 5、存在范围：、存在范围：6 6、表示方法：、表示方法：原子之间通过共用电子对所形成的相互作用。原子之间通过共用电子对所形成的相互作用。原子原子原子间通过原子间通过共用电子对共用电子对所产生的强烈所产生的强烈的相互作用。的相互作用。一般非金属之间一般非金属之间部分金属与非金属之间部分金属与非金属之间非金属单质非金属单质(H2、O2)、共价化合物、共价化合物(NH3、CH4、H2O)、离子化合物、离子化合物(NaOH、NH4

2、Cl)电子式、结构式电子式、结构式不稳定要趋于稳定；体系能量降低不稳定要趋于稳定；体系能量降低7 7、成键原因：、成键原因：a a、电子式：、电子式：b b、结构式、结构式 ：共价键的表示方法共价键的表示方法 H-H H-Cl N NH-H H-Cl N N 共价键的形成交流与讨论：两个氢原子如何形成氢分子交流与讨论：两个氢原子如何形成氢分子?（1）氢原子电子排布式：）氢原子电子排布式：（2）基态氢原子轨道表示式：）基态氢原子轨道表示式：（3）原子之间形成共价键的原因：）原子之间形成共价键的原因：原子轨道填满电子，且电子自旋相反，体系能原子轨道填满电子，且电子自旋相反，体系能量最低，最稳定。量

3、最低，最稳定。vr0V：势能势能 r：核间距核间距两个核外电子两个核外电子自旋方向自旋方向相反相反的氢原子靠近的氢原子靠近r0vr0r0V：势能：势能r：核间距：核间距r0v vr r0r r0 0 V V：势能：势能 r r：核间距：核间距r0vr0r0V：势能：势能 r：核间距：核间距vr0V：势能：势能 r：核间距：核间距 两个核外电子两个核外电子自旋方向自旋方向相同相同的氢原子靠近的氢原子靠近氢气分子形成过程的能量变化氢气分子形成过程的能量变化 相距很远的两个核外电子相距很远的两个核外电子自旋方向自旋方向相反相反的氢原子相的氢原子相互逐渐接近互逐渐接近,在这一过程中体系能量将在这一过程

4、中体系能量将先变小后变大，先变小后变大，成成键后能量达到最低，形成稳定的氢气分子。键后能量达到最低，形成稳定的氢气分子。两个自旋方两个自旋方向相同的电子不能配对成键。向相同的电子不能配对成键。从核间距和成键从核间距和成键电子的自旋方向电子的自旋方向来观察能量的变来观察能量的变化情况。化情况。1 1、共价键的形成条件、共价键的形成条件A A、两原子电负性、两原子电负性 或或 。B B、一般成键原子有、一般成键原子有 电子，电子，且自旋方向且自旋方向相反相反C C、成键原子的原子轨道在空间、成键原子的原子轨道在空间 。一一、共价键的形成共价键的形成相同相同之差小于之差小于1.7未成对未成对重叠重叠

5、2 2、共价键的本质、共价键的本质 成键原子相互接近时，原子轨道发生成键原子相互接近时，原子轨道发生 ，自旋方向，自旋方向 的的 电子形成电子形成 ，两原，两原子核间的电子密度子核间的电子密度 ，体，体系的能量系的能量 。重重 叠叠相相 反反未成对未成对共用电子对共用电子对增增 加加降降 低低3 3、共价键的特征、共价键的特征（1 1）具有饱和性）具有饱和性 在成键过程中在成键过程中,每种元素的原子有几个每种元素的原子有几个未成对电未成对电子子通常就只能形成通常就只能形成几个共价键几个共价键，所以在共价分子中每，所以在共价分子中每个原子形成共价键数目是一定的。个原子形成共价键数目是一定的。形成

6、的共价键数形成的共价键数 未成对电子数未成对电子数（2）具有方向性）具有方向性 在形成共价键时，在形成共价键时，两个参与成键的原子轨道总是两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，而且，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越多，原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越多，体系的能量下降也就越多，形成的共价键越牢固。体系的能量下降也就越多，形成的共价键越牢固。因此，一个原子与周围的原子形成的共价键就表因此，一个原子与周围的原子形成的共价键就表现出现出方向性方向性（s s 轨道与轨道与 s s 轨道重叠形成的共价键无轨道重

7、叠形成的共价键无方向性，例外）。方向性，例外）。4、共价键的类型、共价键的类型键和键和键键 S轨道和轨道和p轨道形成稳定共价键的几种重叠方式轨道形成稳定共价键的几种重叠方式H+H H:H相相互互靠靠拢拢s ss s 键键（1）头碰头重叠）头碰头重叠键键H+Cl H Clp s 键键p pp p 键键+Cl+Cl Cl Cl（2 2）键：键：原子轨道以原子轨道以“肩并肩肩并肩”方式方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键而形成的共价键+I+IXZZpZpZ形成形成键的电子键的电子称为称为电子。电子。原子轨道在核间连线两原子轨道在核间连线两侧以侧以

8、“肩并肩肩并肩”方式重方式重叠形成的共价键叠形成的共价键,叫叫键键.键的类型键的类型键的类型键的类型ss(键键)pp(键键)sp(键键)pp(键键)pp(键键)键的常见类型有键的常见类型有(1)s-s,(2)s-p,(3)p-p,(1)s-s,(2)s-p,(3)p-p,请指出下列分子请指出下列分子键所属类型键所属类型:A A、HBr HBr B B、NHNH3 3 C C、F F2 2 D D、H H2 2课堂练习课堂练习s-ps-ps-ps-pp-pp-ps-ss-s氮分子中原子轨道重叠方式示意图氮分子中原子轨道重叠方式示意图【归纳归纳】键与键与键的对比键的对比 “头碰头头碰头”“肩并肩肩

9、并肩”沿键轴的方向沿键轴的方向与轨道对称轴相互平与轨道对称轴相互平行的方向行的方向轴对称轴对称镜面对称镜面对称重叠程度较大，比较牢固重叠程度较大，比较牢固重叠程度较小，较易断裂重叠程度较小，较易断裂共价共价单键单键为为键；键；共价共价双键双键中有一个中有一个键，另一个是键，另一个是键。键。共价共价三键三键由一个由一个键和两个键和两个键组成。键组成。乙烷：乙烷：个个键键 乙烯：乙烯：个个键键 个个键键 乙炔：乙炔：个个键键 个个键键7 75 51 13 32 2乙烯分子中轨道重叠乙烯分子中轨道重叠方式示意图方式示意图乙炔分子中轨道重叠乙炔分子中轨道重叠方式示意图方式示意图问题探究问题探究 请写出

10、乙烯、乙炔与溴发生加成反请写出乙烯、乙炔与溴发生加成反应的反应方程式。并思考：在乙烯、乙应的反应方程式。并思考：在乙烯、乙炔和溴发生的加成反应中，乙烯、乙炔炔和溴发生的加成反应中，乙烯、乙炔分子断裂什么类型的共价键？分子断裂什么类型的共价键？键的重叠程度小于键的重叠程度小于键，所以键，所以键不如键不如键稳定。键稳定。有机物中的共价键有机物中的共价键1、C H 是是键。键。2、CC 是是键。键。3、C=C 一个一个键，一个键，一个键。键。4、C 一个一个键，两个键，两个键。键。乙烯、乙炔分子中乙烯、乙炔分子中C-C 键比较稳键比较稳定不容易断裂，定不容易断裂，键比较容易断裂。键比较容易断裂。拓展

11、视野拓展视野拓展视野 苯分子中的共价键相相 同同 不发生不发生相相 同同不不 同同 发发 生生不不 同同按键的极性分：按键的极性分：极性键与非极性键极性键与非极性键1 1、非极性键：、非极性键：两个成键原子吸引电子的能力两个成键原子吸引电子的能力 （电负性（电负性 ），共用电子对），共用电子对 偏移的共价键偏移的共价键2 2、极性键：、极性键：两个成键原子吸引电子的能力两个成键原子吸引电子的能力 （电负性（电负性 ），共用电子对），共用电子对 偏移的共价键偏移的共价键一般情况下，两个成一般情况下，两个成键原子间的电负性差键原子间的电负性差值越大，形成的共价值越大，形成的共价键的极性越强键的极性

12、越强练习：练习：1 1、指出、指出 ClCl2 2、HClHCl、COCO、N N2 2、H H2 2O O、H H2 2等分等分子中存在的共价键，并说明哪些是极性键，子中存在的共价键，并说明哪些是极性键，哪些是非极性键。哪些是非极性键。2 2、根据电负性大小，将、根据电负性大小，将C-HC-H、N-HN-H、O-HO-H和和F-HF-H键按极性由强到弱的顺序排列。键按极性由强到弱的顺序排列。交流与讨论交流与讨论1、极性键：、极性键：非极性键：非极性键：HCl CO H2OCl2 N2 H22、键的极性由强到弱的顺序：、键的极性由强到弱的顺序：FH O H NH CH问题探究三：问题探究三：配

13、配 位位 键键 在水溶液中，在水溶液中，NHNH3 3能与能与H H+结合生成结合生成请用电子式表示和形成请用电子式表示和形成的过程的过程并讨论并讨论和和是如何形成是如何形成4 4+的？的？写出氨与盐酸反应的化学方程式和离子方程式。写出氨与盐酸反应的化学方程式和离子方程式。H N H H HN HH H 氮原子有孤对电子，氢离子有空轨道。氮原子有孤对电子，氢离子有空轨道。NH3+HCl=NH4Cl NH3+H+=NH4+氨分子中各原子均达稳定结构，为什么还氨分子中各原子均达稳定结构，为什么还能与氢离子结合？能与氢离子结合？H+H N H H H 或或 共用电子对全部由氮原子提供。共用电子对全部

14、由氮原子提供。配 位 键 铵根离子与水合氢离子等是通过配位键形成的。铵根离子与水合氢离子等是通过配位键形成的。H O H H+H O H H 由由一个原子提供一个原子提供一对电子与一对电子与另一个接另一个接受受电子对的原子形成共价键，这样的共价电子对的原子形成共价键，这样的共价键称为配位键。键称为配位键。H N H H HN HH H 在铵根离子中，四个在铵根离子中，四个NH 键的键的键长键长、键键能能、键角键角均相等，表现的化学性质也完全相同。均相等，表现的化学性质也完全相同。所以铵根离子通常用下式表示：所以铵根离子通常用下式表示：H+H N H H H 或或HNHH H 1 1、关于乙醇分

15、子的说法正确的是（、关于乙醇分子的说法正确的是（）A A、分子中共含有、分子中共含有8 8个极性键个极性键B B、分子中不含非极性键、分子中不含非极性键C C、分子中只含、分子中只含键键D D、分子中含有、分子中含有1 1个个键键C C课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习2 2、下列分子中含有非极性键的共价化合、下列分子中含有非极性键的共价化合物是（物是（）A A、F F2 2 B B、C C2 2H H2 2 C C、NaNa2 2O O2 2 D D、NHNH3 3B B三、共价键的键能与化学反应热三、共价键的键能与化学反应热2、共价键的键能用来衡量共价键牢固程度，、共价键的键能用来衡量共价键

16、牢固程度，共价键键能越大表示该共价键越牢固，即共价键键能越大表示该共价键越牢固，即越不容易被破坏。越不容易被破坏。1、共价键的键能：在、共价键的键能：在101kPa、298K条件下，条件下，1mol气态气态AB分子生成气态分子生成气态A原子和气态原子和气态B原原子的过程所吸收的能量，称为子的过程所吸收的能量，称为AB间共价键的间共价键的键能。键能。3、键长：成键两原子间的平均间距。、键长：成键两原子间的平均间距。4、共价键键能与键长的关系：、共价键键能与键长的关系：请认真分析请认真分析P49 表表3-5。结论：结论：键长越短，键能越大，共价键越稳定。键长越短，键能越大，共价键越稳定。（二）、键

17、能与反应过程中能量变化的关系（二）、键能与反应过程中能量变化的关系P49 问题解决问题解决核心问题是如何利用键能来计算反核心问题是如何利用键能来计算反应过程中的能量变化。应过程中的能量变化。已知：已知：HH：键能为：键能为436kJ/mol,ClCl键能为键能为243kJ/mol,HCl键能为键能为431kJ/mol。通过计算确定。通过计算确定反应：反应：H2（g）+Cl2(g)=2HCl(g)的反应热。的反应热。拆开拆开化学键要化学键要消耗消耗能量，能量，形成形成化学键会化学键会放出放出能量。能量。化学反应的过程就是拆开反应物的化学键，形成化学反应的过程就是拆开反应物的化学键，形成生成物的化

18、学键的过程。生成物的化学键的过程。如果反应物的键能总和如果反应物的键能总和 生成物的键能总和，生成物的键能总和，则为吸热反应。则为吸热反应。【解题回顾解题回顾】结论：由于反应后放出的热量使反应本结论：由于反应后放出的热量使反应本身的能量降低，故规定身的能量降低，故规定 H为为“”，则由键能求反应热的公式为则由键能求反应热的公式为 H总总=H反应物反应物 H生成物生成物 H反应物反应物、H生成物生成物分别代表反应物、分别代表反应物、生成物键能总和。生成物键能总和。反应物和生成物的化学键的强弱决定着化反应物和生成物的化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。学反应过程中的能量变化。放热反应的放热

19、反应的 H为为“”，H0；吸热反应的吸热反应的 H为为“+”，H0。试试利利用用表表的的数数据据进进行行计计算算，1 1 mo1Hmo1H2 2分分别别跟跟lmolCllmolCl2 2、lmolBrlmolBr2 2(蒸蒸气气)反反应应，分分别别形形成成2 2 mo1HClmo1HCl分分子子和和2molHBr2molHBr分分子子，哪哪一一个个反反应应释释放放的的能能量量更更多多?如如何何用用计计算算的的结结果果说说明明氯氯化化氢氢分分子子和和溴溴化化氢氢分分子子哪哪个个更更容容易易发发生生热分解生成相应的单质？热分解生成相应的单质？思考：键长、键能对分子的思考：键长、键能对分子的 化学性

20、质有什么影响化学性质有什么影响？1 1、形形成成2mo1HCl2mo1HCl释释放放能能量量：2431.8 2431.8 kJ kJ(436.0kJ+242.7kJ)=184.9 kJ(436.0kJ+242.7kJ)=184.9 kJ形形 成成 2 2 mo1HBrmo1HBr释释 放放 能能 量量：2366kJ 2366kJ(436.0kJ+193.7kJ)=102.97kJ(436.0kJ+193.7kJ)=102.97kJHClHCl释释放放能能量量比比HBrHBr释释放放能能量量多多,因因而而生生成成的的HClHCl更更稳稳定定,即即HBrHBr更更容容易易发发生生热热分分解解生生成

21、成相相应应的单质的单质.解释解释因此、键长越长，键能越小，键越易断裂，因此、键长越长，键能越小，键越易断裂，化学性质越活泼。化学性质越活泼。P50 问题解决问题解决(2)H=2 436kJ/mol+498kJ/mol2(2463)kJ/mol=482kJ/mol、（、（1）H=946kJ/mol+3436kJ/mol 2（3393）kJ/mol=104kJ/mol2、H-X的键能分别是：的键能分别是：HF=567kj/mol HCl=431kj/mol HBr=366kj/mol HI=298kj/mol结论：键能越大，分子的稳定性越强。结论：键能越大，分子的稳定性越强。金刚石具有很高的熔、金

22、刚石具有很高的熔、沸点和很大的硬度。你能沸点和很大的硬度。你能结合金刚石晶体的结构示结合金刚石晶体的结构示意图解释其中的原因吗？意图解释其中的原因吗？由于金刚石晶体中所有原子都是通过共价由于金刚石晶体中所有原子都是通过共价键结合的，而共价键的键能大，如键结合的，而共价键的键能大，如CC键的键能为键的键能为348kJmol-1。所以金刚石晶体。所以金刚石晶体熔、沸点很高，硬度很大。熔、沸点很高，硬度很大。二二.原子晶体原子晶体相邻相邻 间通过间通过 结合而成的结合而成的具有具有 结构的晶体结构的晶体2 2、组成微粒、组成微粒:3 3、微粒间作用力、微粒间作用力:知识回顾知识回顾1 1、定义：、定

23、义：共价键共价键空间网状空间网状原子原子原子原子共价键共价键常见的原子晶体常见的原子晶体某些非金属单质：某些非金属单质：金刚石（金刚石（C）、晶体硅）、晶体硅(Si)、晶体硼（、晶体硼（B）等）等某些非金属化合物：某些非金属化合物：碳化硅（碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（）晶体、氮化硼（BN）晶体）晶体某些氧化物：某些氧化物：二氧化硅（二氧化硅（SiO2）晶体）晶体4 4、原子晶体的特点原子晶体的特点、晶体中、晶体中 单个分子存在；化学式只单个分子存在；化学式只代表代表 。没没 有有原子个数之比原子个数之比、熔、沸点、熔、沸点 ；硬度；硬度 ；溶溶于一般溶剂；于一般溶剂；导电。导电。很很 高高很

24、很 大大难难不不5 5、影响原子晶体熔沸点、硬度大小的因素：影响原子晶体熔沸点、硬度大小的因素：共价键的强弱共价键的强弱键长的大小键长的大小一般形成共价键的两原子半径一般形成共价键的两原子半径越小越小键长键长越小越小，键能越，键能越 ，原子晶体的熔沸点，原子晶体的熔沸点越越 ，硬度越，硬度越 。大大高高大大正四面体正四面体金刚石金刚石 的晶体结构模型的晶体结构模型最小环为六元环最小环为六元环在金刚石晶胞中占有在金刚石晶胞中占有的碳原子数的碳原子数:81/8+61/2+4=881/8+61/2+4=81 1在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有个个2

25、 2在金刚石晶体中每个碳原子形成在金刚石晶体中每个碳原子形成共价键共价键3.3.在金刚石晶体中最小碳环由在金刚石晶体中最小碳环由碳原子来组成碳原子来组成4 4在金刚石晶体中碳原子个数与在金刚石晶体中碳原子个数与CC共价键个数之共价键个数之比是比是5.在金刚石晶胞中占有的碳原子数在金刚石晶胞中占有的碳原子数4个个1 26个个48个个小结：小结：18010928SiO共价键共价键二氧化硅的晶体结构二氧化硅的晶体结构SiO2晶体结构晶体结构1.在在SiO2晶体中，每个硅原子与晶体中，每个硅原子与 个氧原子个氧原子结合；每个氧原子与结合；每个氧原子与 个硅原子结合；在个硅原子结合；在SiO2晶体中硅原

26、子与氧原子个数之比是晶体中硅原子与氧原子个数之比是 。2.在在SiO2 晶体中，每个硅原子形成晶体中，每个硅原子形成 个共个共价键；每个氧原子形成价键；每个氧原子形成 个共价键；个共价键；3.在在SiOSiO2 2 晶体中，最小环为晶体中，最小环为 元环。元环。21：24421：41：2124.4.每个十二元环中平均含有硅原子每个十二元环中平均含有硅原子 =61/12=1/2=61/12=1/2 硅原子个数与硅原子个数与SiSiO O 共价键个数之是共价键个数之是 ；氧原子个数与氧原子个数与SiSiO O 共价键个数之比是共价键个数之比是 。每个十二元环中平均含有每个十二元环中平均含有SiSi

27、O O键键=121/6=2=121/6=2 小结：小结：SiO2 根据根据SiO2的结构计算的结构计算Si、O的原子个数比为的原子个数比为 。1molSiO2晶体中含有晶体中含有Si-O键的数目为键的数目为_。4NA1:2 SiO2空间结构中最小的环含有空间结构中最小的环含有_个原子。个原子。12解释：结构相似的原子晶体，原子半径越解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高金刚石金刚石 碳化硅碳化硅 晶体硅晶体硅交流与讨论交流与讨论1 1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降

28、？和锗的熔点和硬度依次下降？2 2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么？这种说法对吗？为什么？石墨的晶体结构模型石墨的晶体结构模型石墨的晶体结构石墨的晶体结构石墨晶体是石墨晶体是层状结构层状结构，在每一层内，碳原，在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子都与其他子排成六边形，每个碳原子都与其他3个个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构。在层与层之间，是以分子间作用力相构。在层与层之间，是以分子间作用力相结合的。由于同一层的碳原子间以较强的结合的。由于同一层的碳原子间以较强的共价键结合，使石墨的熔点很高。但由于

29、共价键结合，使石墨的熔点很高。但由于层与层之间的分子间作用力较弱，容易滑层与层之间的分子间作用力较弱，容易滑动，使石墨的硬度很小。像石墨这样的晶动，使石墨的硬度很小。像石墨这样的晶体一般称为体一般称为过渡型晶体或混合型晶体过渡型晶体或混合型晶体。(1)(1)层状结构层状结构,最小碳环为平面正六边形最小碳环为平面正六边形,即为六即为六元环元环(在同一平面上在同一平面上)。(2)(2)每个碳原子为每个碳原子为3 3个六元环所共有个六元环所共有,每个每个C-CC-C键为键为2 2个六元环所共有。个六元环所共有。(3)(3)每个六元环中平均含有碳原子每个六元环中平均含有碳原子=61/3=2=61/3=

30、2 每个六元环中平均含有每个六元环中平均含有C-CC-C键键=61/2=3=61/2=3 即碳原子数即碳原子数:C-C:C-C键键数键键数 =2:3=2:3 小结：小结：P51 整理与归纳整理与归纳几种类型化学键的比较几种类型化学键的比较5.5.下列物质分子中无下列物质分子中无键的是（键的是（）A.N A.N2 2 B.OB.O2 2 C.Cl C.Cl2 2 D.CD.C2 2H H4 4C6.H2S分子中两个共价键的夹角接近分子中两个共价键的夹角接近90。，其原因是（其原因是（）A.共价键的饱和性共价键的饱和性 B.S原子电子排布原子电子排布C.共价键的方向性共价键的方向性 D.S原子中原子中p轨道的形状轨道的形状CD