化学键与分子间作用力.ppt

第二讲 化学键与分子间作用力,1.了解共价键的主要类型键和键，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。 2了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp1，sp2，sp3)，能用价电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或者离子的空间结构。 3了解化学键与分子间作用力的区别。 4了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含氢键物质。,1共价键类型的判断及强弱比较。 2共价键、范德华力和氢键对物质性质的影响。 3杂化轨道类型的判断及利用价层电子对互斥理论和杂 化轨道理论对分子、离子立体构型的判断和解释。,(1)概念：原子间通过_形成的化学键。 (2)本质：高概率地出现在两原子核之间的_和_ _之间的电性作用。 (3)特征是共价键具有_和_。,一、共价键 1共价键的本质和特征,共用电子,电子,两个,原子核,饱和性,方向性,2共价键的类型,头碰头,肩并肩,极性,非极性,单,双,偏移,偏移,一对,两对,三对,叁,(1)键能：_原子形成1 mol化学键释放的最低能量，键能越_，化学键越稳定。 (2)键长：形成共价键的两个原子之间的_，键长越_，往往键能越_，共价键越稳定。 (3)键角：在原子数超过_的分子中，两个共价键之间的夹角，是描述_的重要参数。,3.键参数,气态基态,大,核间距,短,大,2,分子空间构型,怎样判断化学键的类型和数目？ 提示 (1)只有两原子的电负性相差不大(小于1.7)时，才能形成共用电子对，形成共价键，当两原子的电负性相差很大(大于1.7)时，形成离子键。(2)通过物质的结构式，可以快速有效地判断共价键的种类及数目；判断成键方式时，需掌握：共价单键全为键，双键中有一个键和一个键，三键中有一个键和两个键。,杂化轨道理论与分子的极性 杂化轨道理论 (1)概念：在外界条件的影响下，原子内部_的原子轨道重新组合的过程叫原子轨道的杂化，组合后形成的一组新的原子轨道，叫杂化原子轨道，简称杂化轨道。 (2)分类,二、,1,能量相近,2,3,4,180,120,10928,直线形,平面三角形,四面体形,BeCl2,BF3,CH4,2.分子的极性,根据中心原子的最外层电子是否可以判断分子的极性？ 提示 分子中的中心原子的最外层电子若全部成键，此分子一般为非极性分子；分子中的中心原子的最外层电子若未全部成键，此分子一般为极性分子。如CH4、BF3、CO2等分子中的中心原子的最外层电子均全部成键，它们都是非极性分子。而H2O、NH3、NF3等分子中的中心原子的最外层电子均未全部成键，它们都是极性分子。,三、配合物的组成、结构、性质 1概念：由金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以_结合而成的化合物。,配位体,配位键,空轨道,直线形,平面三角形,5结构 电离方程式：Zn(NH3)4SO4=_。,Zn(NH3)42SO42,列举配合物在生产和实验中的重要用途。 提示 (1)湿法冶金；(2)分离和提纯；(3)合成具有特殊功能的分子；(4)检验离子的特效试剂；(5)作掩蔽剂；(6)作有机沉淀剂；(7)萃取分离；(8)作催化剂。,四、分子间作用力与物质性质 1概念：物质分子之间_存在的相互作用力，称为分子间作用力。 2分类：分子间作用力最常见的是_和_。 3强弱：范德华力_氢键_化学键。 4范德华力：范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质。范德华力越强，物质的熔点、沸点越高，硬度越大。一般来说，_相似的物质，随着_的增加，范德华力逐渐_，分子的极性越大，范德华力也越大。,范德华力,氢键,组成和结构,相对分子质量,增大,普遍,(2)表示方法：AHB 说明 A、B为电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素。A、B可以相同，也可以不同。 (3)特征：具有一定的_性和_性。 (4)分类：氢键包括_氢键和_氢键两种。 (5)分子间氢键对物质性质的影响 主要表现为使物质的熔、沸点_，对电离和溶解度等产生影响。,5氢键：(1)形成：已经与_的原子形成共价键的_(该氢原子几乎为裸露的质子)与另一个分子中_的原子之间的作用力，称为氢键。,电负性很强,氢原子,电负性很强,方向,饱和,分子内,分子间,升高,6相似相溶原理：非极性溶质一般能溶于_，极性溶质一般能溶于_ 。如果存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性_ 。,非极性溶剂,极性溶剂,越好,(1)s轨道与s轨道重叠形成键时，电子不是只在两核间运动，而是电子在两核间出现的概率增大。 (2)因s轨道是球形的，故s轨道和s轨道形成键时，无方向性。两个s轨道只能形成键，不能形成键。 (3)两个原子间可以只形成键，但不能只形成键。,三点说明,键参数与分子性质的关系,一个关系,价层电子对互斥模型 (1)价层电子对在空间上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。 (2)孤电子对的排斥力较大。,一个模型,运用价层电子对互斥模型可预测分子或离子的空间结构，但要注意判断其价层电子对数，对ABm型分子或离子，其价层电子对数的判断方法为： n(中心原子的价电子数每个配位原子提供的价电子数m)/2,一个公式,氢键应用要注意： (1)有氢键的分子间也有范德华力，但有范德华力的分子间不一定有氢键。 (2)一个氢原子只能形成一个氢键，这就是氢键的饱和性。 (3)分子内氢键基本上不影响物质的性质。,三点提醒,分子的极性与共价键的极性的关系,我的心得,某些共价键的键长数据如下表：,问题征解,根据表中有关数据，你能推断出影响共价键键长的因素主要有哪些？其影响的结果怎样？ 提示 原子半径、原子间形成共用电子对数目。形成相同数目的共用电子对，原子半径越小，共价键的键长越短；原子半径相同，形成共用电子对数目越多，键长越短。,1判断模型,必考点87 杂化轨道的类型与常见分子的空间构型,判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法 (1)根据杂化轨道的空间分布构型判断 若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则分子的中心原子发生sp3杂化。 若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生sp2杂化。 若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生sp1杂化。,2.判断方法,(2)根据杂化轨道之间的夹角判断 若杂化轨道之间的夹角为10928，则分子的中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120，则分子的中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180，则分子的中心原子发生sp1杂化。 (3)记住常见的一些典型分子中中心原子的杂化方式。,元素X和元素Y属于同一主族。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。 (1)确定X、Y两种元素在周期表中的位置。 (2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中，写出X质量分数为50%的化合物的化学式_；该分子的中心原子以sp2杂化，是_分子，分子构型为_。 (3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式_；,【典例1】,该分子的中心原子以sp2杂化，是_分子，分子构型为_。 (4)由元素氢、X、Y三种元素形成的化合物常见的有两种，其水溶液均呈酸性，试分别写出其分子式_、_，并比较酸性强弱：_。 (5)由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是_(写分子式)，分子构型为V形的是_(写分子式)。,答案 (1)X：第2周期，A族；Y：第3周期，A族 (2)SO2 极性 V形 (3)SO3 非极性 平面正三角形 (4)H2SO3 H2SO4 H2SO4H2SO3 (5)H2O2 H2O,判断时需注意以下两点： (1)价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是成键电子对的空间构型，不包括孤电子对。 当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致； 当中心原子有孤电子对时，两者的构型不一致。 (2)价层电子对互斥模型能预测分子的空间构型，但不能解释分子的成键情况，杂化轨道理论能解释分子的成键情况，但不能预测分子的空间构型。两者相结合，具有一定的互补性，可达到处理问题简便、迅速、全面的效果。,由价层电子特征判断分子空间构型,按下列要求写出第2周期非金属元素组成的中性分子的化学式及中心原子的杂化方式，电子对空间构型。 平面正三角形分子：分子式_，杂化方式是_，电子对空间构型_。 三角锥形分子：分子式_，杂化方式是_，电子对空间构型_。 正四面体形分子：分子式_，杂化方式是_，电子对空间构型_。,【应用1】,解析 第2周期非金属元素有B、C、N、O、F。 在BF3中成键电子对有3对，孤电子对为0，所以电子对空间构型为平面三角形，分子构型也为平面正三角形，中心原子采取sp2杂化。在NF3中成键电子对有3对，孤电子对有1对，所以电子对空间构型为四面体形，分子构型为三角锥形，中心原子采取sp3杂化。在CF4中，成键电子对有4对，没有孤电子对，所以电子对空间构型为正四面体形，分子构型也为正四面体形，中心原子采取sp3杂化。 答案 BF3 sp2 平面正三角形 NF3 sp3 正四面体形 CF4 sp3 正四面体形,1三种化学键的比较,必考点88 不同微粒间相互作用的比较,2.范德华力、氢键、共价键的比较,短周期的5种非金属元素，其中A、B、C的特征电子排布可表示为：A：asa，B：bsbbpb，C：csccp2c，D与B同主族，E在C的下一周期，且是同周期元素中电负性最大的元素。 回答下列问题： (1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子，下列分子BC2 BA4 A2C2 BE4，其中属于极性分子的是_(填序号)。 (2)C的氢化物比下周期同族元素的氢化物沸点还要高，其原因是_。,【典例2】,(3)B、C两元素都能和A元素组成两种常见的溶剂，其分子式为_、_。DE4在前者中的溶解性_(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解性。 (4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为_ _(填化学式)。 (5)A、C、E三种元素可形成多种含氧酸，如AEC、AEC2、AEC3、AEC4等，以上列举的四种酸其酸性由强到弱的顺序为_ _(填化学式)。,解析 由五种元素为短周期非金属元素，以及s轨道最多可容纳2个电子可得：a1，bc2，即A为H元素，B为C元素，C为O元素。由D与B同主族，且为非金属元素得D为Si元素；由E在C的下一周期且E为同周期电负性最大的元素可知E为Cl元素。 (1)、分别为CO2、CH4、H2O2、CCl4，其中H2O2为极性分子，其他为非极性分子。(2)C的氢化物为H2O，H2O分子间可形成氢键是其沸点较高的主要原因。(3)B、A两元素组成苯，C、A两元素组成水，两者都为常见的溶剂，SiCl4为非极性分子，易溶于非极性溶剂苯中。(4)BA4、BE4、DE4分别为CH4、CCl4、SiCl4，三者,组成和结构相似，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，故它们的沸点顺序为SiCl4CCl4CH4。(5)这四种酸分别为HClO、HClO2、HClO3、HClO4，含氧酸的通式可写为(HO)mROn(m1，n0)，n值越大，酸性越强，故其酸性由强到弱的顺序为HClO4HClO3HClO2HClO。 答案 (1) (2)H2O分子间可形成氢键 (3)C6H6 H2O 大于 (4)SiCl4CCl4CH4 (5)HClO4HClO3HClO2HClO,(1)在对物质性质进行解释时，是用化学键知识解释，还是用范德华力或氢键的知识解释，要根据物质的具体结构决定。 (2)范德华力越大，熔、沸点越高。组成结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。同分异构体中，支链越多，范德华力越小。相对分子质量相近的分子，极性越大，范德华力越大。,已知N、P同属于元素周期表的第A族元素，N在第二周期，P在第三周期。NH3分子呈三角锥形，N原子位于锥顶，3个H原子位于锥底，NH键间的夹角是107.3。 (1)PH3分子与NH3分子的构型关系是_(填“相同”、“相似”或“不相似”)，PH键_极性(填“有”或“无”)，PH3分子_极性(填“有”或“无”)。 (2)NH3比PH3热稳定性更强的原因是_。 (3)NH3与PH3在常温、常压下都是气体，但NH3比PH3易液化，其主要原因是_。,【应用2】,A键的极性NH比PH强 B分子的极性NH3比PH3强 C相对分子质量PH3比NH3大 DNH3分子之间存在特殊的分子间作用力 解析 (1)N原子与P原子结构相似，NH3分子与PH3分子的结构也相似，PH键为不同元素原子之间形成的共价键，为极性键。(2)NH键比PH键的键长短，键能大，所以NH3比PH3稳定。(3)NH3比PH3易液化的主要原因是NH3分子间存在氢键。 答案 (1)相似 有 有 (2)NH键比PH键的键长短、键能大，更稳定 (3)D,Hold住考向,化学键与分子间作用力的考查集中在共价键的类型特征、杂化轨道和分子构型及微粒之间作用力的判断和比较等。题型以填空题为主，常作为综合应用的一个方面进行考查，比如分子空间构型和极性，分子间作用力与物质性质的比较等，2014年将仍会持续考查，应重点理解杂化轨道和分子构型的关系。,名师揭秘,(1)向一定物质的量浓度的Cu(NO3)2和Mn(NO3)2溶液中加入Na2CO3溶液，所得沉淀经高温灼烧，可制得CuMn2O4。 Mn2基态的电子排布式可表示为_。 NO3的空间构型是_(用文字描述)。,共价键与分子空间构型,1(2012江苏，21A)一项科学研究成果表明，铜锰氧化物(CuMn2O4)能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛(HCHO)。,(2)在铜锰氧化物的催化下，CO被氧化为CO2，HCHO被氧化为CO2和H2O。 根据等电子体原理，CO分子的结构式为_。 H2O分子中O原子轨道的杂化类型为_。 1 mol CO2中含有的键数目为_。 (3)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成 Cu(OH)42。不考虑空间构型，Cu(OH)42的结构可用示意图表示为_。,解析 (1)Mn的原子序数为25，价电子排布式为3d54s2，先失去4s2能级上的两个电子，即得Mn2。根据价电子对互斥理论，NO3中N原子采用sp2杂化，所以NO3的空间构型为平面三角形。(2)CO与N2互为等电子体，根据氮气分子的结构式可以写出CO的结构式为CO。H2O分子中O原子存在两对孤对电子，配位原子个数为2，价电子对数目为4，所以O原子采用sp3杂化。二氧化碳分子内含有两个碳氧双键，一个双键中含有一个键，一个键，则1 mol CO2中含有2 mol 键。(3)Cu2中存在空轨道，而OH中O原子上有孤对电子，故O与Cu之间以配位键结合。,答案 (1)1s22s22p63s23p63d5(或Ar3d5) 平面三角形 (2)CO sp3 26.021023个(或2NA) (3),(1)下列关于金属及金属键的说法正确的是_。 a金属键具有方向性与饱和性 b金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用 c金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子 d金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光 (2)过渡金属配合物Ni(CO)n的中心原子价电子数与配体提供电子总数之和为18，则n_。CO与N2结构相似，CO分子内键与键个数之比为_。 (3)甲醛(H2C=O)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醇分子内C原子的杂化方式为_，甲,2(2012山东理综，32节选)金属镍在电池、合金、催化剂等方面应用广泛。,醇分子内的OCH键角_(填“大于”“等于”或“小于”)甲醛分子内的OCH键角。 解析 (1)金属键没有方向性和饱和性，a错；金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用，b对；金属导电是因为在外加电场作用下自由电子发生定向移动，c错：金属具有光泽是因为自由电子能够吸收并放出可见光，d错。(2)中心原子Ni的价电子数为10，配体CO中1个O提供2个电子，故n4。CO中C和O间为三键，含有1个键、2个键。(3)甲醇分子内C为sp3杂化，而甲醛分子内C为sp2杂化，故甲醇分子内OCH键角比甲醛分子内OCH键角小。 答案 (1)b (2)4 12 (3)sp3 小于,(2)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为_，层间作用力为_。,32011新课标全国卷，37(3)(4)(1)在BF3分子中，FBF的键角是_，B原子的杂化轨道类型为_，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF4的立体构型为_。,解析 (1)BF3的空间构型为平面正三角形，故FBF的键角为120；B原子的杂化类型为sp2杂化；根据价电子对互斥理论可知，BF4的立体构型为正四面体形。(2)借助于石墨的结构可知，B与N原子之间的化学键为共价键，层与层之间依靠分子间作用力相结合。 答案 (1)120 sp2 正四面体形 (2)共价键(或极性共价键) 分子间作用力,1(2012新课标，37节选)A族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含A族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题： (1)S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是_。,分子间力、氢键与物质性质,(2)H2Se的酸性比H2S_(填“强”或“弱”)。气态SeO3分子的立体构型为_，SO32的立体构型为_。 (3)H2SeO3的K1和K2分别为2.7103和2.5108，H2SeO4第一步几乎完全电离，K2为1.2102，请根据结构与性质的关系解释： H2SeO3和H2SeO4第一步电离程度大于第二步电离的原因：_； H2SeO4比H2SeO3酸性强的原因：_。,解析 (1)每个S原子与另外2个S原子形成2个共价单键，所以S原子的杂化轨道数键数孤对电子对数224，故S原子为sp3杂化。(2)Se的原子半径大于S的原子半径，H2Se与H2S相比，H2Se中Se原子对H原子的作用力较弱，H2Se在水中更容易电离出H，所以其酸性较强；SeO3中Se原子采取sp2杂化且有3个配位原子，故其立体构型为平面三角形；SO32中S原子采取sp3杂化且有3个配位原子，故其立体构型为三角锥形。(3)所给两种酸均为二元酸，当第一步电离出H后，由于生成的阴离子对正电荷有吸引作用，因此较难再电离出H。H2SeO3中Se为4价，而H2SeO4中Se为6价，Se的正电性更高，导致SeOH中O原子的电子向Se原子偏移，因而在水分子的作用下，也就越容易电离出H，即酸性越强。,答案 (1)sp3 (2)强 平面三角形 三角锥形 (3)第一步电离后生成的负离子较难再进一步电离出带正电荷的氢离子 H2SeO3和H2SeO4可表示为(HO)2SeO和(HO)2SeO2，H2SeO3中的Se为4价，而H2SeO4中的Se为6价，正电性更高，导致SeOH中O的电子更向Se偏移，越易电离出H,2(2012福建理综，30)(1)元素的第一电离能：Al_Si(填“”或“”)。 (2)基态Mn2的核外电子排布式为_。,(3)硅烷(SinH2n2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示，呈现这种