高中化学 2.1 共价键模型课件 鲁科版选修3.ppt

一 二 一 共价键1 共价键的形成及本质 1 原子间通过共用电子形成的化学键称为共价键 2 共价键的形成和本质 如 当两个氢原子 核外电子的自旋方向相反 相互接近到一定距离时 两个1s轨道发生重叠 电子云在两原子核之间出现的概率增加 每个氢原子的原子核都会同时对自身和对方的1s轨道上的电子产生吸引作用 体系的能量达到最低状态 一 二 当成键原子相互接近时 由于电子在两个原子核之间出现的概率增加 使它们同时受到两个原子核的吸引 相当于用一个负电荷的桥梁将两个正电荷连接起来 从而导致体系的能量降低 形成化学键 即 高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用是共价键的本质 注意共价键的本质是电性作用 但这种电性作用是不能用经典的静电理论来解释的 它是通过量子力学用原子轨道的重叠来说明的 一 二 3 共价键的形成条件 形成共价键的条件 电负性相同或差值小的非金属元素原子形成的化学键 形成共价键的微粒 共价键成键的粒子是原子 既可以是相同元素的原子 也可以是不同元素的原子 4 共价键的表示方法 人们常用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键 例如 氢分子和氯化氢分子可分别表示为h h和h cl 水分子可表示为h o h 依此类推 表示原子间共用两对电子所形成的共价键 共价双键 表示原子间共用三对电子所形成的共价键 共价叁键 一 二 2 键与 键 1 键 原子轨道以 头碰头 方式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称为 键 键 原子轨道以 肩并肩 方式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称为 键 2 氮原子形成氮分子 氮原子的价电子排布是2s22p3 根据洪特规则 氮原子中处于2p轨道的三个电子实际上分别占据2px 2py和2pz三个原子轨道 是三个未成对电子 当形成氮分子的氮原子相互接近时 可以形成氮氮叁键 n n 其中有一个 键 两个 键 氮分子中的三个共价键使得构成氮分子的氮原子紧紧地结合在一起 因而氮气的化学性质异常稳定 将空气中的氮气转化为氮的化合物的关键就在于削弱氮分子中的化学键 一 二 3 共价键的特征 1 饱和性 一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个未成对电子配对成键后 就不能再与其他原子的未成对电子配对成键 即每个原子所能形成共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的 这称为共价键的饱和性 原子能够形成共价键的数目是确定的 即共价键的饱和性 例如 氯原子中只有一个未成对电子 所以两个氯原子之间可以形成一个共价键 结合成氯分子 表示为cl cl 氮原子中有三个未成对电子 两个氮原子之间能够以共价叁键结合成氮分子 表示为n n 一个氮原子也可与三个氢原子以三个共价键结合成氨分子 显然 共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系 一 二 2 方向性 共价键将尽可能沿着电子概率出现最大的方向形成 这就是共价键的方向性 除s轨道是球形对称外 其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点 在形成共价键时 原子轨道重叠得愈多 电子在核间出现的概率愈大 所形成的共价键就愈牢固 共价键的方向性决定着分子的空间构型 一 二 4 极性键和非极性键 1 非极性键的定义 原子所属元素的电负性相同 即两个原子吸引电子的能力相同 所以共用的电子不偏向其中任何一个原子 电子在每个原子周围出现的概率是相等的 参与成键的原子都不显电性 这种共价键叫做非极性共价键 简称非极性键 2 极性键的定义 由于原子所属元素的电负性不同 两个原子吸引电子的能力也就不同 共用电子必然偏向元素电负性大的原子一方 使其附近电子出现的概率较大 因而吸引电子能力强的一方显负电性 化合价为负值 吸引电子能力弱的一方显正电性 化合价为正值 数值即这种元素的1个原子跟其他元素的原子形成的共用电子对的数目 共用电子对偏移的共价键叫做极性共价键 简称极性键 一 二 极性键又有强极性键 如h f中的极性键 和弱极性键 如h i中的极性键 之分 当电负性差值为零时 通常形成非极性共价键 差值不为零时 形成极性共价键 而且差值越小 形成的共价键极性越弱 一 二 二 键参数1 键能把在101 3kpa 298k条件下 断开1molab g 分子中的化学键 使其分别生成气态a原子和气态b原子所吸收的能量称为a b键的键能 常用ea b表示 键能的大小可定量地表示化学键的强弱程度 键能愈大 断开时需要的能量就愈多 这个化学键就愈牢固 反之 键能愈小 断开时需要的能量就愈少 这个化学键就愈不牢固 2 键长两个成键原子的原子核间的距离叫做该化学键的键长 一般而言 化学键的键长愈短 化学键愈强 键愈牢固 键长是影响分子空间构型的因素之一 键长的数值可以通过实验测定 也可以通过理论计算求得 一 二 3 键角在多原子分子中 两个化学键的夹角叫做键角 键角也常用于描述多原子分子的空间构型 例如 二氧化碳分子中两个碳氧键 co 的夹角为180 所以co2分子呈直线形 水分子中两个氢氧键 h o 的夹角为104 5 所以h2o分子不呈直线形而呈v形 氨分子中每两个氮氢键 n h 的夹角均为107 3 所以nh3分子呈三角锥形 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究一共价键1 氢分子中的共价键是如何形成的 如何用电子云和原子轨道的概念进一步理解共价键的形成过程 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 提示 从图中可以看出 当两个氢原子的核间距为0 074nm时 e值最小 表明此时两个氢原子之间形成了化学键 h2中的化学键 可以认为是两个氢原子的两个电子自旋相反成对 结果使体系的能量降低 从电子云的观点考虑 可认为氢原子的1s轨道在两个原子核之间的重叠 使得电子更多地处于两个原子核之间 即电子在两核间出现的概率增加 两个氢原子结合在一起形成h2分子 导致体系的能量降低 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 2 氮气的化学性质很不活泼 通常很难与其他物质发生化学反应 试观察n2分子的形成过程填写下表 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 一般说来 共价单键是 键 共价双键一般是一个 键和一个 键 共价叁键则是一个 键和2个 键 所以在分子中 键是基础 且任何两个原子之间只能形成一个 键 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 键与 键 1 键 键 形成共价键的未成对电子的原子轨道采取 头碰头 的方式重叠 这种共价键叫 键 键的类型 根据成键电子原子轨道的不同 键可分为s s 键 s p 键 p p 键 a s s 键 两个成键原子均提供s原子轨道形成的共价键 如h2分子中 键的形成过程 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 b s p 键 两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键 如hcl分子中 键的形成过程 c p p 键 两个成键原子均提供p原子轨道形成的共价键 如cl2分子中 键的形成过程 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 键的特征 a 以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作 共价键电子云图形不变 这种特征称为轴对称 b 形成 键的原子轨道重叠程度较大 故 键有较强的稳定性 键的存在 共价单键为 键 共价双键和共价叁键中存在 键 通常含一个 键 2 键 键 形成共价键的未成对电子的原子轨道 采取 肩并肩 的方式重叠 这种共价键叫 键 如下图p p 键的形成 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 键的特征 a 每个 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 这种特征称为镜面对称 b 形成 键时原子轨道重叠程度比形成 键时小 键没有 键牢固 键的存在 键通常存在于双键或叁键中 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 例题1 下列说法中正确的是 导学号52720013 a 由分子组成的物质中一定存在共价键b 由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物c 已知乙炔的结构简式为h c c h 则乙炔分子中存在2个 键 c h 和3个 键 c c d 两个非金属元素原子间不可能形成离子键 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 解析 由分子组成的物质也可能是稀有气体 稀有气体为单原子分子 不存在化学键 a项错误 由非金属元素组成的化合物如nh4cl是离子化合物 b项错误 共价单键都为 键 而共价叁键中有1个为 键 另外2个为 键 故乙炔分子 h c c h 中有2个c h 键 c c键中有1个 键 2个 键 c项错误 两个非金属元素原子间不可能得失电子形成离子键 只能通过共用电子对形成共价键 d项正确 答案 d 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 借题发挥要正确理解共价键需要从物质分类 形成元素以及成键方式等多方面来分析 尤其是一些特例 在平时的学习中应多留心 注意在理解的基础上记忆这些特殊的例子 以便迅速准确进行有关概念的辨析 如大多数铵盐是只含有非金属元素的离子化合物 少数铵盐含有金属元素 如 nh4 2cr2o7 稀有气体单质不存在化学键 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 变式训练1下列物质的分子中既有 键又有 键的是 hcl h2o n2 h2o2 c2h4 c2h2a b c d 解析 当两个原子间能形成多个共用电子对时 先形成一个 键 另外的原子轨道只能形成 键 hcl中只有一个h cl 键 h2o含有两个h o 键 h2o2含有两个h o 键和一个o o 键 n2中含有三个共价键 一个为 键 两个为 键 c2h4分子中 碳原子与碳原子之间有两个共价键 一个为 键 一个为 键 另外有四个c h 键 c2h2分子中 碳原子与碳原子之间有三个共价键 一个为 键 两个为 键 另外有两个c h 键 答案 d 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究二共价键的键参数1 键长 键能对分子的化学性质有什么影响 提示 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 2 氯化氢 溴化氢的分子结构十分相似 它们都是双原子分子 分子中都有一个共价键 但它们表现出来的稳定性却大不一样 试利用课本附录中某些共价键的键能数据进行计算 1molh2分别跟1molcl2 1molbr2 g 反应 分别生成2molhcl分子和2molhbr分子 哪一个反应释放的能量更多 如何用计算结果说明hcl分子和hbr分子哪个更容易发生热分解反应生成相应的单质 提示 形成2molhcl释放能量 2 431kj 436 0kj 243kj 183kj形成2molhbr释放能量 2 363kj 436 0kj 193kj 97kjhcl释放能量比hbr释放能量多 因而生成的hcl更稳定 即hbr更容易发生热分解生成相应的单质 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 1 键参数 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 2 共价键的键能与化学反应热 1 化学反应的实质 化学反应的实质就是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成 2 化学反应过程有能量变化 反应物和生成物中化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化 3 放热反应和吸热反应 放热反应 旧键断裂消耗的总能量小于新键形成放出的总能量 吸热反应 旧键断裂消耗的总能量大于新键形成放出的总能量 4 反应热 h 与键能的关系 h 反应物的键能总和 生成物的键能总和 注意 h0时 为吸热反应 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 例题2 化学反应可视为旧键的断裂和新键的形成过程 化学键的键能是形成化学键时释放的能量 已知白磷和p4o6的分子结构如图所示 现提供以下化学键的键能 kj mol 1 p p 198 p o 360 oo 498 反应p4 白磷 3o2p4o6的反应热 h为 导学号52720014 a 1638kj mol 1b 1638kj mol 1c 126kj mol 1d 126kj mol 1 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 解析 反应中的能量变化包括 断裂1molp4和3molo2分子中共价键吸收的能量和形成1molp4o6中共价键放出的能量 由各物质的分子结构知1molp4含6molp p键 3molo2含3moloo键 化学反应的反应热 h 反应物的总键能 生成物的总键能 故 h 198kj mol 1 6 498kj mol 1 3 360kj mol 1 12 1638kj mol 1 答案 a方法点拨本题通过计算 使学生从定量的角度加深对化学反应实质及能量变化本质的认识 并能更加深刻地体会分子结构与其性质的关系 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 变式训练2从实验测得不同物质中氧原子之间的键长和键能的数据 其中x y的键能数据尚未测定 但可根据规律性推导键能的大小顺序为w z y x 该规律性是 a 成键的电子数越多 键能越大b 键长越长 键能越小c 成键所用的电子数越少 键能越大d 成键时电子对越偏移 键能越大 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 答案 b 探究一 探究二 即时检测 1 现有如下各说法 在水中氢 氧原子间均以化学键相结合 金属和非金属化合形成离子键 离子键是阳离子 阴离子的相互吸引 根据电离方程式 hclh cl 判断hcl分子里存在离子键 h2分子和cl2分子的反应过程是h2 cl2分子里共价键发生断裂生成h cl原子 而后h cl原子形成离子键的过程 上述各种说法中正确的是 a 正确b 都不正确c 正确 其他不正确d 不正确 探究一 探究二 即时检测 解析 水中存在分子内h o原子之间的相互作用 分子间的h o原子也相互作用 而化学键只指分子内相邻原子间强烈的相互作用 故 叙述不正确 离子键不是存在于任何金属和非金属微粒间 只是活泼金属和活泼非金属化合时 才可形成离子键 故 叙述不正确 在离子化合物中 阴 阳离子间存在相互作用 但不单指吸引力还有相互排斥力 故 叙述不正确 hcl分子中不存在离子 它属于共价化合物 分子中没有离子键 故 叙述不正确 化学反应的本质是旧键断裂 新键形成的过程 但hcl中存在共价键而非离子键 故 不正确 答案 b 探究一 探究二 即时检测 2 下列化学用语理解正确的是 解析 co2是直线形分子而h2o是v形分子 b项错 h是羟基的电子式而oh 的电子式是 c项错 乙酸和乙二醇的分子式分别是c2h4o2和c2h6o2 d项错 答案 a 探究一 探究二 即时检测 3 下列单质分子中 键长最长 键能最小的是 a h2b cl2c br2d i2解析 决定键长的因素是原子半径的大小 本题转化为比较题中四种元素原子半径的大小 结合半径变化规律 四者的半径大小顺序为i br cl h 答案 d 探究一 探究二 即时检测 4