高中化学 第二章 分子结构与性质教学案 苏教版选修3.doc

第二章 分子结构与性质 第一节 共价键【教学目标】1、复习化学键的概念，能用电子式表示常见物质的离子键或共价键的形成过程。2、知道共价键的主要类型键和键。3、说出键和键的明显差别和一般规律。4、认识键能、键长、键角等键参数的概念5、能用键参数键能、键长、键角说明简单分子的某些性质6、知道等电子原理，结合实例说明“等电子原理的应用”【教学重点、难点】1、价层电子对互斥模型2、键参数的概念，等电子原理【教学过程】复习引入：NaCl、HCl的形成过程 离子键：阴阳离子间的相互作用。 共价键：原子间通过共用电子对形成的相互作用。使离子相结合或原子相结合的作用力通称为化学键。共价键是现代化学键理论的核心。第一节 共价键一、 共价键1、定义：原子间通过共用电子对形成的相互作用。练习：用电子式表示H2、HCl、Cl2的形成过程H2 HCl Cl2 思：为什么H2、Cl2 是双原子分子，而稀有气体是单原子分子？2、形成共价键的条件：两原子都有单电子讨论：按共价键的共用电子对理论，是否有H3、H2Cl、Cl3的分子存在？3、共价键的特性一：饱和性讲：对于主族元素而言，内层电子一般都成对，单电子在最外层。如：H 1s1 、Cl 1s22s22p63s23p5 H、Cl最外层各缺一个电子，于是两原子各拿一电子形成一对共用电子对共用，由于Cl吸引电子对能力稍强，电子对偏向Cl（并非完全占有），Cl略带部分负电荷，H略带部分正电荷。讨论：共用电子对中H、Cl的两单电子自旋方向是相同还是相反？ 设问：前面学习了电子云和轨道理论，对于HCl中H、Cl原子形成共价键时，电子云如何重叠？例：H2的形成1s1 相互靠拢 1s1 电子云相互重叠 形成H2分子的共价键（H-H）由此可见，共价键可看成是电子云重叠的结果。电子云重叠程度越大，则形成的共价键越牢固。H2里的共价键称为键。形成键的电子称为电子。4、共价键的种类（1）键：（以“头碰头”重叠形式）a、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不变，这种特征称为轴对称。讲：H2分子里的键是由两个s电子重叠形成的，可称为S-S键。下图为HCl、Cl2中电子云重叠：未成对电子的电子云相互靠拢 电子云相互重叠 形成的共价单键的电子云图像 未成对电子的电子云相互靠拢 电子云相互重叠 形成的共价单键的电子云图像HCl分子里的键是由H的一个s电子和Cl的一个P电子重叠形成的，可称为S-P 键。Cl2分子里的键是由Cl的两个P电子重叠形成的，可称为P-P 键。b、种类：S-S 键 S-P 键 P-P 键思考：N2中两个N电子云如何重叠？结论：P电子和P电子除能形成键外，还能形成键, 形成键的电子称为电子。（2）键（以“肩并肩”重叠形式） 两个原子相互接近 电子云重叠 键的电子云a特征： 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，这种特征称为镜像对称。由此可见，共价键还具有方向性。3、共价键的特性二：方向性 （离子键没有饱和性和方向性。）小结：键和键比较键键重叠方式头碰头肩并肩强度强度较大不如键牢固成键电子S-S S-P P-PP-P键、键总称价键轨道，是分子结构的价键理论中最基本的组成部分。分析：哪些共价键是键，哪些共价键是键？一般规律是：共价单键是键；共价双键中有一个是键，另一个是键，共价叁键中含一个键和两个键。练习：乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个键和几个键组成？ 【巩固练习】1、下列关于化学键的说法不正确的是 （ D）A化学键是一种作用力 B化学键可以是原子间作用力，也可以是离子间作用力C化学键存在于分子内部 D化学键存在于分子之间2、下列物质中，属于共价化合物的是 （ C ）AI2 BBaCl2 CH2SO4 DNaOH3、对键的认识不正确的是 （ A ）A键不属于共价键，是另一种化学键 BS-S 键与S-P 键的对称性相同C分子中含有共价键，则至少含有一个键D含有键的化合物与只含键的化合物的化学性质不同5、乙烯分子中C-C之间有 1 个键， 1 个键。乙烯易发生加成反应是因为分子中C-C之间的一个 键易断裂。过渡：不同原子间的价键轨道，其强度、性质等也有所不同，如何比较？二、键参数在第一章中讨论过电离能，我们知道，原子失去电子要吸收能量。反过来，原子吸引电子，要放出能量。因此，原子形成共价键相互结合，放出能量，由此形成了键能的概念。、键能（1）概念：气态基态原子形成mol化学键所释放出的最低能量。（2）单位：kJmol，取正值。阅读：课本30页，表2-1思考：键能大小与键的强度的关系？键能化学反应的能量变化的关系？（3）意义：键能越大，形成化学键放出的能量越大，化学键越稳定，越不容易被打断。思考与交流：课本32页1、2 、键长（1）概念：形成共价键的两原子间的核间距。（相同原子的共价键键长的一半称为共价半径）（2）单位： pm（pm10-12m）（3）意义：键长越短，往往键能越大，共价键越牢固，形成的物质越稳定。小结：键能、键长都可以用来衡量共价键的稳定性。设问：多原子分子的形状如何？这就涉及到多原子分子中两共价键之间的夹角的问题。3、键角：多原子分子中的两个共价键之间的夹角。 是描述分子立体结构的重要参数。例如：CO2 结构为，键角为180，为直线形分子。 H2O键角105 形 CH4键角10928 正四面体总结： 键能、键长决定了共价键的稳定性；键长、键角决定了分子的空间构型。三、等电子原理阅读课本32页表等电子原理：原子总数相同，价电子总数也相同的微粒，其具有相似的化学键特征，使得许多性质相近。2等电子体：原子总数相同，价电子总数也相同的微粒。如：CO和N2，CH4和NH4+【巩固练习】1、能够用键能解释的是 （ A ）氮气的化学性质比氧气稳定 常温常压下，溴呈液体，碘为固体稀有气体一般很难发生化学反应 硝酸易挥发，硫酸难挥发2、与NO3-互为等电子体的是 （ AB ）SO3 BF3 CH4 NO23、根据等电子原理，下列分子或离子与SO42-有相似结构的是 （ B ）APCl5 BCCl4 CNF3 DN24、下列分子中键角最大的是 （D）ACH4 BNH3 CH2O DCO2 5、根据课本中有关键能的数据，计算下列反应中的能量变化：N2（g）+ 3H2（g）= 2NH3（g）；H = 92kJ/mol 2H2（g）+ O2（g）= 2H2O（g）；H= 482.07kJ/mol 第二节 分子的立体结构【学习重点】 1、分子的立体结构； 2、价层电子对互斥模型、杂化轨道理论和配位键。【学习难点】 1、分子的立体结构； 2、价层电子对互斥模型、杂化轨道理论。【知识要点】一、行行色色的分子1、共价键的形成具有方向性。单原子分子（稀有气体）、双原子分子不存在立体结构问题。大多数分子是由两个以上原子构成的，在多原子分子中，原子的空间关系不同，便形成不同的立体结构。常见典型分子的立体结构ABn立体结构范例双原子分子n=1直线型H2、HCl等三原子分子n=2直线型CO2、CS2、BeCl2等V形H2O、H2S等四原子分子n=3平面三角形BF3、CH2O等三角锥形NH3、H3O+、PCl3等五原子分子n=4正四面体型CH4、CCl4、NH4等 此外，还有一些结构特殊、更复杂的常见分子的结构见课本36页图212。2、分子的立体结构的测定：见课本P37【科学视野】 测定分子的立体结构【过渡】：C、O的价电子结构分别为2s22p2、2s22p4，C原子有两个单电子，2个p轨道垂直，理论上与O原子上的p电子应该“头碰头”重叠形成，夹角应为90，为何是180？二、杂化轨道理论 杂化轨道理论是一种价键理论，是 为了解释分子的立体结构提出的。1、杂化的概念：原子形成分子时，由于原子的相互影响，同一原子中若干能量相近的原子轨道，在外界条件的影响下重新组合形成一组新轨道过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫 。2、杂化结果：重新分配能量和空间，组成 和 都相等且成键能力更强的原子轨道。3、杂化的过程：杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在 、 和 等过程。例如：基态碳原子的电子排布为 ，其2s能级上的1个电子跃迁到2p能级上则形成激发态1s22s12p3（1s22s12px12py12pz1），此时2s与2p轨道的能量不相同，然后1个2s轨道与3个、2个或1个2p轨道混合而形成4个、3个或2个能量相等、成分相同、电子云形状（原子轨道的电子云轮廓图）完全相同的新的原子轨道，此过程即为杂化，形成的新的原子轨道分别称为sp3、sp2、sp杂化轨道，每个杂化轨道中有1个不成对电子且自旋平行，再与其它原子中的电子发生电子云重叠而形成键，可用下图表示： 激发 杂化 2s 2p 2s 2p sp3 基态 激发态 杂化轨道此处中心原子的2s和2px，2py，2pz等四条原子轨道发生杂化，形成一组新的轨道，即四条sp3杂化轨道，这些sp3杂化轨道不同于s轨道，也不同于p轨道。3、杂化轨道类型：（1）sp杂化：sp杂化轨道是由 个s轨道与 个p轨道杂化而得的。sp杂化得到夹角为 的 形杂化轨道。如CO2、BeCl2 、CS2、C2H2等。分析CO2化学键的形成：C、O原子形成CO2时，C原子的一个2s电子激发到能量相近的2p轨道上，同时原来空的2p轨道与2s轨道发生了sp杂化，形成了两个在同一条直线上能量相等的相同轨道，每个轨道上一个单电子，两个没有参与杂化的2p轨道保持原状，与这两个杂化轨道相互垂直（相当于3个2p轨道的分布，实际上是4个轨道：两个p轨道，两个sp杂化轨道）。这样O原子的一个p轨道先与C的一个杂化轨道重叠时形成键，该O原子的另一个p轨道则与C原子的一个p轨道形成键。另一个O原子的一个p轨道再与C余下的一个杂化轨道形成键，该O原子的另一个p轨道则与C余下的p轨道形成键键。实际上CO2中的两个键是相互垂直的。同理可得CS2、C2H2的结构。请分析BeCl2 、CS2、C2H2化学键的形成：（2）sp2杂化：sp2杂化轨道表示由 个s轨道与 个p轨道杂化而得。sp2杂化得到三个夹角为 的 形杂化轨道。如BF3、C2H4、HCHO等。分析BF3化学键的形成：B、F原子间形成BF3时，B原子的一个2s电子激发到一个空的2p轨道上，这个2s和2个有单电子的2p轨道发生sp2杂化，形成三个能量相等、相互间夹角为120的三个相同轨道（每个轨道上有一个单电子）。每个F原子的2p轨道与B的一个杂化轨道形成电子键，这样的三个键完全等同，在平面上对称分布，因而BF键间的夹角是120。BF3是平面三角形分子。请分析C2H4、HCHO化学键的形成：注意：sp杂化、sp2杂化这两种杂化形式还有未参与杂化的p轨道，可用于形成 键，而杂化轨道只用于形成 键或者用来容纳未参与成键的孤对电子。（3）sp3杂化：sp3杂化轨道表示由 个s轨道与 个p轨道杂化而得。 sp3杂化 sp3杂化得到夹角为 的 形杂化轨道。如CH4、CCl4等。分析CH4化学键的形成：C、H原子形成CH4时，C原子的一个2s电子激发到空的2p轨道上，这个2s 形轨道与3个2p轨道再发生sp3杂化，形成了4个能量相等的相互夹角是10928，在空间呈正四面体形分布的杂化轨道（每个轨道上一个单电子），4个H原子的s电子与这四个杂化轨道形成4个完全等同的键，在空间对称分布。因而CH4分子的键角是10928。请分析CCl4的化学键的形成：【思考】：为何CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3不是正四面体？三、价层电子对互斥模型（VSEPR models）不同的分子由于其原子在空间排列方式不同而导致分子的立体结构不同。但对于一些组成相似的分子，如CO2和H2O、NH3和BF3分子等，它们的空间结构并不相同，为什么？ 把分子分成两大类：一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键。如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。 另一类是中心原子上有 （未用于形成共价键的电子对）的分子。如H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角锥型。例如：可用AXna来表示只含一个中心原子的分子或离子的组成。各符号含义：A中心原子 X中心原子结合的原子（可以是一种，也可以是多种） n中心原子结合的原子的总数 A的价电子数X的化合价na 公式： m 2说明：阳离子时相当于中心原子失电子，则“”a，如NH4中，m=0阴离子时相当于中心原子得电子，则“”a，如SO42、PO43、NO3中，m=0 HCN、CH2O中m=0，H3O中m=1 若m为小数时，则进一步取整数，如NO2中m0.5，这时应当作m=1。 （因为单电子也要占据一个轨道） m+n指中心原子的孤对电子对数与相连的其他原子数之和，称为价层电子对数，即杂化轨道数。m+n23456空间构型直线形平面三角形正四面体三角双锥正八面体杂化类型spsp2sp3如：SO2 m=（622）/21 m+n1+2=3 为sp2杂化化学式中心原子含有孤对电子对数中心原子结合的原子数杂化轨道数杂化类型空间构型CO2CH4CH3ClH2OH2SNH3BF3CH2OC2H4C2H2NH2NH4+SO42写出HCN分子和CH2O分子的路易斯结构式。 分析：HCN中C原子以 杂化，CH2O中C原子以 杂化；HCN中含有 个键和 个键；CH2O中含有 个键和 个键。【巩固练习】1、关于原子轨道的说法正确的是 （ D）A、凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子