包含本章三节2-1共价键修改.ppt

第二章分子结构与性质 第一节共价键Covalentbond 2012高一竞赛培训资料 什么是化学键 什么是离子键 什么是共价键 化学键 分子中相邻原子之间强烈的相互作用 离子键 阴 阳离子之间通过静电作用形成的化学键 共价键 原子间通过共用电子对形成的化学键 复习回忆 极性键和非极性键 金属键 pm Emin mol 两个氢原子结合成氢分子时能量的变化 你能用电子式表示H2 HCl H2S NH3分子的形成过程吗 一 共价键 电子云在两个原子核间重叠 意味着电子出现在核间的概率增大 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 共价键理论 电子配对原理共价键特性 饱和性 决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系 一个原子有几个未成对电子 便可和几个自旋相反的电子配对成键 这就共价键的 饱和性 1 键的形成 a s s 键的形成 原子轨道以 头碰头 方式相互重叠导致电子在核间出现概率增大而形成的共价键称为 键 轴对称 b s p 键的形成 电子云相互重叠 电子云相互重叠 c p p 键的形成 键的特征 以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作 共价键电子云的图形基本不变 2 键的形成 电子云重叠 键的电子云 写出N2分子的电子式 原子轨道以 肩并肩 方式相互重叠导致电子在核间出现概率增大而形成的共价键称为 键 N2分子中有一个 键 两个 键 镜像对称 通常 原子轨道以 头碰头 的方式比 肩并肩 的方式重叠程度大 电子在核间出现的概率大 形成的共价键强 共价键理论 最大重叠原理 共价键特性 方向性 决定了分子的立体构型 写出H2S的电子式 夹角接近90 不能解决的问题 O2 不存在未成对电子 反磁性 实验事实 氧分子有顺磁性 N2分子十分稳定 C2H2易发生加成反应 分子轨道理论 小结1 价键理论的要点 1 电子配对原理 两原子各自提供1个自旋方向相反的电子彼此配对 2 最大重叠原理 两个原子轨道重叠部分越大 两核间电子的概率密度越大 形成的共价键越牢固 分子越稳定 小结2 键 头顶头 X s s X px s X px px 轴对称 形成 键的电子称为 电子 小结3 键的形成 电子云重叠 键的电子云 小结4 键 肩并肩 X Z Z pZ pZ 形成 键的电子称为 电子 镜像对称 由原子轨道相互重叠形成的 键和 键总称价键轨道 小结5 价键轨道 小结 沿轴方向 头碰头 平行方向 肩并肩 轴对称 镜像对称 强度大 不易断裂 强度较小 易断裂 共价单键是 键 共价双键中一个是 键 另一个是 键 共价三键中一个是 键 另两个为 键 1 已知氮分子的共价键是三键 你能模仿图2 1 图2 2 图2 3 通过画图来描述吗 提示 氮原子各自用三个p轨道分别跟另一个氮原子形成一个 键和两个 键 问题探究 2 钠和氯通过得失电子同样也是形成电子对 为什么这对电子不被钠原子和氯原子共用形成共价键而形成离子键呢 你能从原子的电负性差别来理解吗 讨论后请填写表2 2 0 93 0 2 13 0 2 53 5 2 1 0 9 1 0 离子 共价 1 7 3 乙烷 乙烯和乙炔分子中的共价键分别有几个 键和几个 键组成 乙烷分子中由7个 键组成 乙烯分子中由5个 键和1个 键组成 乙烯分子中由3个 键和2个 键组成 复习 共价键一 共价键1 键 以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作 共价键电子云的图形不变 这种特征称为轴对称 如H H键 类型 s s s p p p 等 2 键 由两个原子的p电子 肩并肩 重叠形成 特点 肩并肩 两块组成 镜像对称 容易断裂 3 由原子轨道相互重叠形成的 键和 键总称价键轨道 4 判断共价键类型规律 共价单键是 键 而共价双键中有一个 键 另一个是 键 共价三键由一个 键和两个 键组成 1 键能 气态基态原子形成lmol化学键释放的最低能量 通常取正值 单位 kJ mol形成lmolH H键释放的最低能量为436 0kJ 则H H键能为436 0kJ mol形1molN三N键释放的最低能量为946kJ则N三N键能为946kJ mol 二 键参数 键能 键长 键角 某些共价键的键能 观察分析 键能大小与化学键稳定性的关系 键能越大 化学键越稳定 某些共价键键长 2 键长 形成共价键的两个原子之间的核间距 1pm 10 12m 观察分析 键长与键能的关系 键长越短 键能越大 共价键越稳定 3 键角 两个共价键之间的夹角称为键角 分子的形状由共价键之间的夹角决定如 三原子分子CO2的结构式为O C O 它的键角为180 是一种直线形分子 如 三原子分子H20的H O H键角为105 是一种V形分子 多原子分子的键角一定 表明共价键具有方向性 键角是描述分子立体结构的重要参数 分子的许多性质都与键角有关 共价半径 相同原子的共价键键长的一半称为共价半径 1 试利用表2 l的数据进行计算 1mo1H2分别跟lmolCl2 lmolBr2 蒸气 反应 分别形成2mo1HCl分子和2molHBr分子 哪一个反应释放的能量更多 如何用计算的结果说明氯化氢分子和溴化氢分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质 2 N2 02 F2跟H2的反应能力依次增强 从键能的角度应如何理解这一化学事实 3 通过上述例子 你认为键长 键能对分子的化学性质有什么影响 思考与交流 1 形成2mo1HCl释放能量 2 431 8kJ 436 0kJ 242 7kJ 184 9kJ形成2mo1HBr释放能量 2 366kJ 436 0kJ 193 7kJ 102 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 2 键能大小是 F H O H N H3 键长越长 键能越小 键越易断裂 化学性质越活泼 CO分子和N2分子的某些性质 等电子原理 原子总数相同 价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征 它们的许多性质是相近的 第二节分子的立体结构 Moleculestructure 2012培训资料 在宇宙的秩序与和谐面前 人类不能不在同心里发出由衷的赞叹 激起无限的好奇 爱因斯坦 宏观的秩序和和谐 微观的规则和对称 O2 HCl H2O CO2 双原子分子直线形 三原子分子立体结构有直线形和V形 C2H2 CH2O COCl2 NH3 P4 四原子分子大多数采取平面三角形和三角锥形 CH4 CH3CH2OH CH3COOH C6H6 C8H8 CH3OH C60 C20 C40 C70 第二节分子的立体结构 Moleculestructure 分子世界是如此的形形色色 异彩纷呈 美不胜收 分子的立体结构与分子的稳定性有关 也与物质的宏观形态有关 一 分子立体结构的实验测定 X射线衍射电子衍射红外光谱测分子立体结构 红外光谱仪 吸收峰 分析 二 分子立体结构的理论模型 1 价层电子对互斥模型Valenceshellelectronpairrepulsionmodels VSEPRmodels 问题 为什么二氧化碳与水同为三原子分子 分子的空间构型不同 甲醛和氨气都是四原子分子 为什么甲醛呈平面三角形而氨气呈三角锥形 价层电子对互斥模型 考虑AXm型分子价电子 价层电子数 中心原子 A 的价电子数 周围原子 X 供给的电子数 m价层电子对数 价层电子数 2 最外层电子 主族 注意 1 周围原子的H与卤素各提供1个共用电子 2 周围原子的氧族认为不提供共用电子 3 离子应相应加上或减去电荷相应的电子数 4 如果有成单电子当作电子对看待 5 价层电子对孤对电子和 键电子 不包括 电子 练习 判断下列微粒的价层电子对数 1 CH4H2ONH3 2 CO2SO2BF3 3 CCl4H3O NH4 4 CO32 PCl5NO2 5 NO3 SO42 SF6 4 233 444 353 346 价层电子对互斥模型 考虑AXm型分子价电子 价层电子数 n 中心原子 A 的价电子数 周围原子 X 供给的电子数 m价层电子对数 价层电子数 2互斥 以中心原子为结点 电子对相互排斥 倾向于最为远离 最外层电子 主族 电子对数23456 直线形 平面三角形 四面体 三角双锥 八面体 要求掌握价电子对数5及5以下的分子的空间形状 1800 1200 109028 1800 900 3 价层电子对数 4 CH4 三角锥形 H2O 角形 正四面体 NH3 AB4 AB3 AB2 分子类型 成键电子对数 孤对电子对数 4 0 3 1 2 2 正四面体 NH3的空间构型 4 价层电子对数 5 PCl5 SF4 ClF3 三角双锥 变形四面体 T形 直线形 三角双锥 用VSEPR模型推测下列分子或离子的立体结构 HCNNH4 H3O SO2BF3 二 Pauling杂化轨道理论 写出甲烷的电子式 根据价键理论 甲烷的碳氢键应为键 推测分子的空间构型 甲烷的空间构型 正四面体 四个碳氢键是完全等同的 杂化轨道理论 1 SP3杂化 以甲烷的分子结构为例 CH4分子形成过程 S轨道 p轨道 Sp杂化轨道 杂化 在形成分子时 由于原子的相互影响 若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来 重新组合成一组新的轨道 这种轨道重新组合的过程叫做杂化 杂化轨道理论 杂化轨道 通过杂化所形成的新轨道就称为杂化轨道 n个原子轨道杂化 形成n个杂化轨道 注意两点 1 原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生 2 能量相近通常是指 ns与np ns np与nd或 n 1 d 以上是用杂化轨道理论来解释CH4的结构 得到了满意的结论 从这里我们也可以看出 sp3杂化 CH4 烷烃的构型 锯齿状 环己烷 C6H12 船式和椅式 环己烷 C6H12 船式和椅式 判断H2O NH3分子构型 sp3杂化 含有孤对电子的杂化轨道叫做不等性杂化轨道 NH3的空间构型 角形 三角锥形 2 sp2杂化 sp2杂化轨道示意图 BF3分子的结构示意图 一个s轨道和二个p轨道杂化 产生三个等同的sp2杂化轨道 sp2杂化轨道间夹角120 呈平面三角形 3 sp杂化 sp杂化轨道示意图 BeCl2分子结构示意图 进行sp杂化时 每个杂化轨道由 S轨道和 P轨道组合而成 两个杂化轨道之间的夹角为180 因此由sp杂化轨道构成的分子具有直线形的构型 s p型杂化轨道和分子的空间构型 请用杂化轨道理论解释 乙烷乙烯乙炔苯甲醛苯酚物质的空间结构 sp2杂化 乙烯 三 配合物理论简介 NH3 NH4 电子对 给予 接受 键 配位键 配位键用箭号 表示 箭头方向由提供电子对的原子指向接受电子对的原子 请分析H3O 的键型 配合物 把金属离子 或原子 与某些分子或离子以配位键结合形成的化合物称为配位化合物 简称配合物 中心离子或中心原子 位于配离子 或分子 的中心 一般为过渡金属 配位体 配离子中同中心原子结合的离子或分子 同中心离子直接相连的原子叫配位原子 N O S C 卤素 H2O NH3 F Cl SCN 有孤对电子的原子或离子 复盐与配位化合物的区别 两种或两种以上的盐组成的盐称为复盐 在水溶液中完全电离成简单离子 配合物 在水溶液中有络离子存在 KAl SO4 2 K Al3 2SO42 Na3AlF6 3Na AlF63 Ag NH3 H2O AgOH NH4 AgOH 2NH3 H2O Ag NH3 2 2H2O OH 银氨络离子 Cu2 OH 2SO4 浅蓝色沉淀 Cu NH3 4SO4 深蓝色晶体 Cu NH3 42 深蓝色溶液 溶液中存在稳定的配离子Cu NH3 42 Ag NH3 2 银氨络离子 SP杂化直线型 NH3氨提供孤对电子Ag 提供两个空轨道 Cu NH3 42 Cu H2O 42 铜提供空轨道氨气 水提供孤对电子 杂化轨道 配位数与空间构型的关系 配位数杂化类型空间构型2sp直线3sp2平面三角形sp3四面体4dsp2平面正方形sp2d平面正方形6sp3d2正八面体6d2sp3正八面体上为同种配体形成的配合物 配体位置无影响 课堂练习 分析CO分子的成键情况 一个 键 2px 2px电子云重叠 键轴为x轴 一个 键 2py 2py电子云重叠 一个 配键 O原子的2pZ2电子进入C原子的2pZ0空轨道CO 不能解释的问题 用VSEPR模型判断下列微粒空间构型 1 BeCl2BF3SO2 2 H3O NH4 PCl3 3 CO32 NO2SF6 4 PCl5CS2NO3 写出符合下列条件的分子或离子的化学式 1 氧原子以sp3杂化轨道形成两个 键 2 硼原子以sp2杂化轨道形成三个 键 3 氮原子形成4个 键 4 氮原子形成两个 键 N2 NH4 BF3 H2O 2012高一竞赛培训资料 第三节分子的性质 一 键的极性和分子的极性 1 键的极性是如何定义的 举例说明极性键和非极性键 2 分子的极性如何定义 3 完成P45思考与交流 小结键的极性与分子极性的关系 4 思考键极性的强弱与元素电负性的关系 5 实验数据表明O3是极性分子 如何理解 非极性键 极性键 极性分子 polarmolecule 正负电荷重心不重叠的分子非极性分子 nonpolarmolecule 正负电荷重心重叠的分子 白磷 P4 足球烯 C60 非极性分子 H H O H2O分子的结构 NH3 BF3 H H H N NH3分子的结构 F1 F2 F3 0非极性分子 120 矢量求和法分析BF3的极性 分子的极性是分子中化学键的极性的向量和 只含非极性键的分子一定是非极性分子 含极性键的分子 当分子中各个键的极性的向量和等于零时 是非极性分子 否则是极性分子 分子的正电重心和负电重心不重合 则为极性分子 其极性的大小可以用偶极矩 来度量 偶极矩 dipolemoment 是电荷量 q 与正负电荷重心间的距离 d 的乘积 q d根据偶极矩大小可以判断分子有无极性 比较分子极性的大小 0 为非极性分子 值愈大 分子的极性愈大 某些分子的偶极矩实测值 分子偶极矩 D分子偶极矩 DH20HBr0 78P40HI0 38O20H2O1 85O30 54NH31 48HF1 92HCN2 98HCl1 08CH40 CCl4 小结 键的极性与分子极性的关系 全部由非极性键构成的分子是 分子是否有极性 既取决于 又取决于 键的极性 分子的空间构型 非极性分子 例 PCl5是一种白色固体 加热到160 不经过液态阶段就变成蒸气 测得180 下的蒸气密度 折合成标准状况 为9 3g L 极性为零 P Cl键长为204pm和211pm两种 继续加热到250 时测得压强为计算值的两倍 PCl5加压下于148 液化 形成一种能导电的液体 测得P Cl键的键长为198pm和206pm两种 P Cl的相对原子质量分别为31 0和35 5 回答下列问题 1 180 下PCl5蒸气中存在什么分子 为什么 写出分子式 画出立体结构 2 在250 下PCl5蒸气中存在什么分子 为什么 写出分子式 画出立体结构 3 PCl5熔体为什么能导电 用简捷的方式作出解释 4 PBr5气态分子结构与PCl5相似 它的熔体也能导电 但经测定 其中只存在一种P Br键长 PBr5熔体为什么能导电 用最简捷的方式作出解释 二 范德华力及其对物质性质的影响 范德华力很弱 不属于化学键相对分子质量越大 范德华力越大 分子的极性越大 范的华力也越大 分子间作用力主要影响物质的物理性质 熔点 沸点 溶解度 卤素的熔点和沸点物质分子F2Cl2Br2I2沸点83 26239 16331 16457 66熔点50 16170 76265 36386 76 某些分子间的作用力分子 ArCO范德华力 kJ mol 8 508 75分子 HIHBrHCl范德华力26 0023 1121 14 kJ mol 三 氢键 一种特殊的分子间力 氢键的本质 当氢原子与电负性很大 半经很小的原子X 如F O N 形成共价键 核间电子云强烈地偏向X原子 于是氢原子好似 裸露 的原子核 它具较大的吸引力与另一个电负性大 半经小并带有孤对电子的原子Y 如F O N 相互吸引 这种作用力称氢键 氢键是范德华力外的另一种分子间的作用力 本质上也是一种电性作用 形成条件 与电负性大且r小的原子 F O N 相连的H 在附近有电负性大 r小的原子 F O N 水分子中的氢键 氢键的特点 A 方向性Y与X H形成氢键时使氢键的方向与X H键轴在同一个方向 即X H Y在同一直线 B 饱和性X H只能与与一个Y原子形成氢键 C 氢键强弱与元素电负性有关电负性越大 氢键越强 D 本性有方向的分子间力 氢键的表示 X Y H强度用键能表示键能 指X Y H分解成X H和Y R所需的能量 键长 指X原子中心到Y原子中心的距离 FON F H FO H ON H N 共有9种传统意义上的氢键 氢键的键能大小介于范德华力和化学键之间 氢键不属于化学键 氢键有方向性和饱和性 画出H2O分子间的氢键 1molH2O中有几mol氢键 冰的熔化热5 0kJ mol 冰中氢键的键能为18 8kJ mol 假设冰的熔化热完全用于打开冰中的氢键而无他用 冰熔化为水时 氢键被破坏的百分率 当温度升高时 可能出现的情况 4 时 水的密度最大的原因 同理 水的比热大 水的蒸发热高 画出对羟基苯甲醛分子间氢键 mp 115 bp 250 邻羟基苯甲醛分子内氢键 mp 2 bp 196 5 氢键对于化合物性质的影响 分子间氢键 使分子间产生较强的结合力 化合物的沸点和熔点显著升高 物质的溶解性产生变化 试解释沸点有以下顺序的原因 HCl HBr HI HF 1 内因 相似相溶原理 2 外因 影响固体溶解度的主要因素是温度 影响气体溶解度的主要因素是温度和压强 3 其他因素 A 如果溶质与溶剂之间能形成氢键 则溶解度增大 且氢键越强 溶解性越好 如 NH3 B 溶质与水发生反应时可增大其溶解度 如 SO2 四 溶解性 1 比较NH3和CH4在水中的溶解度 怎样用相似相溶规律理解它们的溶解度不同 2 为什么在日常生活中用有机溶剂 如乙酸乙酯 溶解油漆而不用水 3 怎样萃取原理 4 怎样理解低碳醇与水互溶 而高碳醇在水中的溶解度却很小 1 影响物质溶解性的因素 影响固体溶解度的主要因素是 影响气体溶解度的主要因素是 和 2 相似相溶规律 如果存在氢键 则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大 溶解性越 相反 无氢键相互作用的溶质在有氢键的水中的溶解度就比较 相似相溶 还适用于分子结构的 如果溶质与水发生化学反应可 其溶解度 温度 温度压强 非极性溶质一般能溶于非极性溶剂 极性溶质一般能溶于极性溶剂 好 小 相似性 增大 五 手性1 具有完全相同的组成和原子排列的一对分子 如同左手与右手一样互为镜像 却在三维空间里不能重叠 互称手性异构体 又称对映异构体 光学异构体 含有手性异构体的分子叫做手性分子 2 判断一种有机物是否具有手性异构体 可以看其含有的碳原子是否连有四个不同的原子或原子团 符合上述条件的碳原子叫做手性碳原子 1 下列化合物中含有手性碳原子的是 A CCl2F2B CH3 CH COOHC CH3CH2OHD CH OH 练习 P40 8 4 分子式为C4H10O的有机物中含 手性 碳原子的结构简式为 葡萄糖分子中含有 个 手性 碳原子 其加氢后 手性 碳原子数为 个 六 无机含氧酸分子的酸性 含氧酸可用通式XOm OH n来表示 X O H HOClHOBrHOI 同主族 同种类型的含氧酸的强度 随着原子序数的增加增加而减弱 同一周期中同种类型的含氧酸 随着中心原子序数的增加 酸性依次增强 非羟基氧越多 酸性越强 HClO4HClO3HClO2HClO 同种元素不同化合价的含氧酸的酸性 随着中心原子化合价的升高而增强 HClO4 HClO3 HClO2 HClO H2SO4 H2SO3 HNO3 HNO2H3PO4 H3PO3 H3PO2 X O H H O H C2H5 O H 乙醇的酸性比水弱 Na O H 碱性 中性 分子间作用力 4 1极性分子与非极性分子 双原子分子HCl的正负电重心不重合 是极性分子 若正电 和负电 重心上的电荷的电量为q 正负电重心之间的距离为d 称偶极矩长 则偶极矩 qd 1永久偶极分子的正电重心和负电重心不重合 则为极性分子 其极性的大小可以用偶极矩 来度量 偶极矩以德拜 D 为单位 当q 1 62 10 19库仑 电子的电量 d 1 0 10 10m 时 4 8D 选讲了解 2诱导偶极和瞬间偶极 诱导偶极 外电场影响下所产生的偶极 瞬间偶极 在某一瞬间 分子的正电荷重心和负电荷重心会发生不重合现象 这时所产生的偶极 4 2分子间作用力 范德华力 化学键的结合能一般在1 0 102kJ mol 1数量级 而分子间力的能量只有几个kJ mol 1 1取向力极性分子之间的永久偶极而产生的相互作用力 2诱导力诱导偶极同极性分子的永久偶极间的作用力极性分子作为电场 使非极性分子产生诱导偶极或使极性分子的偶极增大 也产生诱导偶极 这时诱导偶极与永久偶极之间产生诱导力 因此诱导力存在于极性分子与非极性分子之间 也存在于极性分子与极性分子之间 它仅