物质结构与性质全套课件(第二章分子结构与性质).ppt

第二章分子结构与性质 20世纪初 在原子结构理论的基础上 建立了化学键的电子理论 共价键是现代化学键的理论核心 定义 成键元素 类型 本质 表示方法 原子之间通过共用电子对所形成的相互作用 叫做共价键 原子间的静电作用 共价键 极性共价键 非极性共价键 非金属与非金属 用电子式表示 知识回顾 存在 不仅存在于非金属单质和共价化合物中 也存在于有些离子化合物中 共价键的形成 以氢分子的形成为例 按共价键的共用电子对理论 有没有可能存在H3 Cl3 H2Cl分子 为什么 用电子式表示H2 HCl Cl2分子的形成过程 共价键具有饱和性 问题与讨论 H2N2HClH2OHF等均以共价键形成分子 H HN三NH ClH O HH F 共价键的特征 共价键具有饱和性 自旋方向相反的未成对电子配对形成共价键后 就不能再和其他原子中的未成对电子配对 所以每个原子所能形成共价键的数目取决于该原子中的未成对电子的数目 这就是共价键的饱和性 共价键具有方向性 当原子通过原子轨道重叠形成共价键时 两原子轨道重叠的越多 两核间电子云越密集 形成的共价键就越牢固 这称为原子轨道的最大重叠原理 因此 共价键具有方向性 价键理论的要点 1 电子配对原理 2 最大重叠原理 两原子各自提供1个自旋方向相反的电子彼此配对 现代物质结构理论认为 共价键的形成是由于成键原子电子云的重叠 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 方向性 1 H2分子的形成过程 用电子云来描述共价键的形成过程 H H 键的特征 以形成化学键的两原子核的连线做为轴旋转操作 共价键电子云的图形不变 称为轴对称 s s 键 3 Cl Cl的p p 键的形成 2 H Cl的s p 键的形成 小结 键成键方式 头碰头 用电子云来描述共价键的形成过程 4 p p 键形成过程 键特点 两个原子轨道以平行或 肩并肩 方式重叠 原子重叠的部分分别位于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 称为镜像对称 由于 键重叠程度要比 键小 所以 键的强度要比 键大 肩并肩 形成 键的电子称为 电子 项目 键型 键与 键的对比 沿轴方向 头碰头 平行或 肩并肩 轴对称 镜像对称 键强度大 不容易断裂 键强度较小 容易断裂 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 以上原子轨道相互重叠形成的 键和 键 总称价键轨道 1 N2中p p 键和p p 键的形成过程 科学探究 N2 N N分子结构 共价键的类型 键 头碰头 形成 键的电子称为 电子 s s 键 如H2 s p 键 如HCl p p 键 如Cl2 电子云形状呈轴对称 键 肩并肩 电子云形状呈镜像对称 2 键的类型与成键原子电负性的关系 科学探究 0 93 0 2 1 2 13 0 0 9 2 53 5 1 0 离子 共价 科学探究 3 乙烷 乙烯 乙炔分子中的共价键分别是由几个 键和几个 键组成 乙烷 7个 键乙烯 5个 键一个 键乙炔 3个 键两个 键 课堂反馈 1 键与 键的形成方式有何不同 有何形象的比喻 2 键与 键在对称上有何不同 3 键与 键谁更牢固 4 形成共价键的电子云是指成对电子还是未成对电子 5 哪些共价键是 键 哪些共价键是 键 二 键参数 键长 键能 键角 键长与键能的关系 键长越短 往往键能越大 共价键越稳定 键能 键长 气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量 形成共价键的两个原子之间的核间距 键角 在原子数超过2的分子中 两个共价键之间的夹角 思考与交流 试利用键能数据进行计算 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 N2 O2 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 通过上例子 你认为键长 键能对分子的化学性质有什么影响 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 如键长I H Br H Cl H F H 汇报 H2O105 NH3107 CH2 CH2分子结构 CH CH分子结构 CO2180 CH4109 28 CH3 CH3分子结构 7 3 分子中最多几个原子共面 几个共线 最少呢 三 等电子体原理 等电子体 原子总数 价电子总数相同的分子 等电子体原理 原子总数 价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征 它们的许多性质相近 例举一些常见的等电子体 SO2 O3 NO2 SO3 NO3 SiO32 C6H6 B3N3H6 NO2 NO2 N2 CO C22 CO2 N2O CS2 NH3 H3O CH4 NH4 CN AlO2 例题 2002年诺贝尔化学奖表彰的是在 看清 生物大分子真面目方面的科技成果 一项是美国科学家约翰 芬恩与日本科学家田中耕一 发明了对生物大分子的质谱分析法 另一项是瑞士科学家库尔特 维特里希 发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法 质子核磁共振 PMR 是研究有机物结构的有力手段之一 在所有研究的化合物分子中 每一结构中的等性氢原子在PMR中都给出了相应的峰 信号 谱中峰的强度与结构中的等性H原子个成正比 例如乙醛的结构简式为CH3 CHO 在PMR中有两个信号 其强度之比为3 1 1 结构式为的有机物 在PMR谱上观察峰给出的强度之比为 2 某含氧有机物 它的相对分子质量为46 0 碳的质量分数为52 2 氢的质量分数为13 0 PMR中只有一个信号 请写出其结构简式 3 实践中可根据PMR谱上观察到氢原子给出的峰值情况 确定有机物的结构 如分子式为C3H6O2的链状有机物 有PMR谱上峰给出的稳定强度仅有四种 其对应的全部结构 它们分别为 3 3 3 2 1 3 1 1 1 2 2 1 1 请分别推断出结构简式 复习回顾 共价键 键 键 键参数 键能 键长 键角 衡量化学键稳定性 描述分子的立体结构的重要因素 成键方式 头碰头 呈轴对称 成键方式 肩并肩 呈镜像对称 一 形形色色的分子 O2 HCl H2O CO2 1 双原子分子 直线型 2 三原子分子立体结构 有直线形和V形 四原子分子立体结构 直线形 平面三角形 三角锥形 正四面体 C2H2 CH2O COCl2 NH3 P4 五原子分子立体结构 最常见的是正四面体 CH4 CH3CH2OH CH3COOH C6H6 C8H8 CH3OH 5 其它 C60 C20 C40 C70 资料卡片 形形色色的分子 分子世界如此形形色色 异彩纷呈 美不胜收 常使人流连忘返 那么分子结构又是怎么测定的呢 早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规律后进行推测 如今 科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器 红外光谱就是其中的一种 分子中的原子不是固定不动的 而是不断地振动着的 所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型 当一束红外线透过分子时 分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线 再记录到图谱上呈现吸收峰 通过计算机模拟 可以得知各吸收峰是由哪一个化学键 哪种振动方式引起的 综合这些信息 可分析出分子的立体结构 科学视野 分子的立体结构是怎样测定的 指导阅读P39 测分子体结构 红外光谱仪 吸收峰 分析 同为三原子分子 CO2和H2O分子的空间结构却不同 什么原因 思考 直线形 V形 三角锥形 平面三角形 同为四原子分子 CH2O与NH3分子的的空间结构也不同 什么原因 思考 VSEPRmodels 二 价层电子对互斥模型 1 一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键 如CO2 CH2O CH4等分子中的碳原子 它们的立体结构可用中心原子周围的原子数n来预测 概括如下 ABn立体结构范例n 2直线形CO2 CS2n 3平面三角形CH2O BF3n 4四面体形CH4 CCl4n 5三角双锥形PCl5n 6八面体形SCl6 O C O 无 无 无 直线形 平面三角形 正四面体 2 另一类是中心原子上有孤对电子 未用于形成共价键的电子对 的分子 ABn立体结构范例n 2V形H2On 3三角锥形NH3 原因 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 例如 H2O和NH3的中心原子分别有2对和l对孤对电子 跟中心原子周围的 键加起来都是4 它们相互排斥 形成四面体 因而H2O分子呈V形 NH3分子呈三角锥形 直线形 平面三角形 正四面体 V形 三角锥形 小结 价层电子对互斥模型 应用反馈 0 1 2 0 1 0 0 0 2 2 2 3 3 4 4 4 直线形 V形 V形 平面三角形 三角锥形 四面体 正四面体 正四面体 课堂练习 1 下列物质中 分子的立体结构与水分子相似的是 A CO2B H2SC PCl3D SiCl42 下列分子的立体结构 其中属于直线型分子的是 A H2OB CO2C C2H2D P4 B BC 3 若ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子 运用价层电子对互斥模型 下列说法正确的 A 若n 2 则分子的立体构型为V形B 若n 3 则分子的立体构型为三角锥形C 若n 4 则分子的立体构型为正四面体形D 以上说法都不正确 课堂练习 C 美国著名化学家鲍林 L Pauling 1901 1994 教授具有独特的化学想象力 只要给他物质的分子式 他就能通过 毛估 法 大体上想象出这种物质的分子结构模型 请你根据价层电子对互斥理论 毛估 出下列分子的空间构型 PCl5PCl3SO3SiCl4 课堂练习 三角双锥形 三角锥形 平面三角形 正四面体 碳原子 为了解决这一矛盾 鲍林提出了杂化轨道理论 第二节分子的立体结构第二课时 复习提问 引新 判断下列物质的VSEPR模型和立体结构 BF3NH4 SO32 HCN 平面三角形平面三角形 正四面体正四面体 四面体三角锥形 直线形直线形 1 杂化类型 sp3杂化 基态 激发态 以C原子为例 1个s轨道和3个p轨道杂化形成4个sp3杂化轨道 正四面体形键角109 28 4个sp3杂化轨道可形成4个 键 价层电子对数为4的中心原子采用sp3杂化方式 三 杂化轨道理论 sp2杂化 基态 激发态 以C原子为例 1个s轨道和2个p轨道杂化形成3个sp2杂化轨道 平面三角形键角120 乙烯的成键 大 键C6H6 C6H6的大 键 价层电子对数为3的中心原子采用sp2杂化方式 sp杂化 基态 以C原子为例 1个s轨道和1个p轨道杂化形成2个sp杂化轨道 直线形键角180 乙炔的成键 价层电子对数为2的中心原子采用sp杂化方式 其它杂化方式 dsp2杂化 sp3d杂化 sp3d2杂化 d2sp3杂化 sp3d2杂化 例如 sp3d2杂化 SF6 构型 正八面体 此类杂化一般是金属作为中心原子用于形成配位化合物 氮原子的杂化过程 氮原子的2s和3个2p轨道采取sp3方式杂化 形成四个sp3轨道 但是有3个sp3轨道有1个电子 可以参与成键 剩余1个sp3轨道有2个电子 即有一对孤对电子 该轨道不参与成键 除C原子外 N O原子均有以上杂化 2 杂化轨道理论要点 同一原子中能量相近的不同种原子轨道在成键过程中重新组合 形成一系列能量相等的新轨道的过程叫杂化 形成的新轨道叫杂化轨道 只用于形成 键或容纳孤对电子 杂化轨道数目等于各参与杂化的原子轨道数目之和 杂化轨道成键能力强 有利于成键 杂化轨道成键时 满足化学键间最小排斥原理 不同的杂化方式 键角大小不同 杂化轨道数目 价层电子对数 中心原子杂化方式判断 2 直线形 sp BeCl2CO2 3 平面三角形 sp2 SO3C6H6 4 四面体形 sp3 SO42 CCl4H2ONH3 P41思考与交流 确定BF3 H3O HCN中心原子的杂化轨道类型 对有机物中C的杂化情况单键sp3杂化双键 苯 sp2杂化三键sp杂化 Cu H2O 4 2 为什么CuSO4 5H2O晶体是蓝色而无水CuSO4是白色 Cu2 与H2O是如何结合的呢 配位键 Cu H2O 4 2 1 配位键 1 定义 2 配位键的形成条件 一方提供孤电子对 配体 一方提供空轨道 提供孤电子对的原子与接受孤电子对的原子之间形成的共价键 注意 配位键与共价键性质完全相同 四 配合物理论简介 3 配位键的表示方法 2 配合物 2 配合物的组成 1 定义 通常把接受孤电子对的金属离子 或原子 与某些提供孤电子对的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 读作 硫酸四水合铜 内界微粒不电离 除水外 是否有其他电子给予体 实验探究 2 2 取实验 2 1 所得硫酸铜溶液1 3实验 根据现象分析溶液成分的变化并说明你的推断依据 写出相关的离子方程式 Cu OH 2 Cu NH3 4 SO4 H2O 写出上述反应过程离子方程式 Cu OH 2 4NH3 Cu NH3 4 2 2OH 蓝色沉淀 深蓝色溶液 Cu2 2NH3 H2O Cu OH 2 2NH4 蓝色溶液 蓝色沉淀 银氨溶液的配制 Ag NH3 H2O AgOH NH4 AgOH 2NH3 H2O Ag NH3 2 OH 2H2O 思考 Fe3 是如何检验的 Fe3 3SCN Fe SCN 3血红色 配位数可为1 6 注意 能形成配合物的离子不能大量共存 2 向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液 不能生成AgCl沉淀的是 B 1 冰晶石 六氟合铝酸钠 Na3 AlF6 写出冰晶石电离方程式 一 键的极性和分子的极性 1 离子键 共价键 2 极性键与非极性键 1 极性键与非极性键 复习回忆 非极性键 共用电子对无偏向 电荷分布均匀 极性键 共用电子对有偏向 电荷分布不均匀 2 共用电子对不偏向或有偏向是由什么因素引起的呢 这是由于原子对共用电子对的吸引力不同造成的 1 键的极性的判断依据是什么 共用电子对是否有偏向 同种非金属元素原子间形成的共价键是非极性键 不同种非金属元素原子间形成的共价键是极性键 1 何谓电负性 2 分别以H2 HCl为例 探究电负性对共价键极性有何影响 复习回忆 练习与巩固 指出下列物质中化学键的类型F2HFNaOHN2Na2O2H2O2CH3COOH 练习与巩固 1 含有非极性键的离子化合物是 A NaOHB Na2O2C NaClD NH4Cl2 下列元素间形成的共价键中 极性最强的是 A F FB H FC H ClD H O 根据电荷分布是否均匀 共价键有极性 非极性之分 以共价键结合的分子是否也有极性 非极性之分呢 分子的极性又是根据什么来判定呢 讨论 一 键的极性和分子的极性 2 极性分子与非极性分子 极性分子 正电中心和负电中心不重合 非极性分子 正电中心和负电中心重合 共用电子对 HCl分子中 共用电子对偏向Cl原子 Cl原子一端相对地显负电性 H原子一端相对地显正电性 整个分子的电荷分布不均匀 为极性分子 以极性键结合的双原子分子为极性分子 含有极性键的分子一定是极性分子吗 分析方法 从力的角度分析 在ABn分子中 A B键看作AB原子间的相互作用力 根据中心原子A所受合力是否为零来判断 F合 0 为非极性分子 极性抵消 F合 0 为极性分子 极性不抵消 思考 C O键是极性键 但从分子总体而言CO2是直线型分子 两个C O键是对称排列的 两键的极性互相抵消 F合 0 整个分子没有极性 电荷分布均匀 是非极性分子 180 F1 F2 F合 0 104 30 F1 F2 F合 0 O H键是极性键 共用电子对偏O原子 由于分子是折线型构型 两个O H键的极性不能抵消 F合 0 整个分子电荷分布不均匀 是极性分子 BF3 NH3 120 107 18 三角锥型 不对称 键的极性不能抵消 是极性分子 F1 F2 F3 F 平面三角形 对称 键的极性互相抵消 F合 0 是非极性分子 109 28 正四面体型 对称结构 C H键的极性互相抵消 F合 0 是非极性分子 思考与交流 1 常见分子的构型及分子的极性 双原子分子 H2 Cl2无无直线型非极性 HCl有无直线型极性 H2O有104 30 折线型极性 CO2有180 直线型非极性 三原子分子 四原子分子 NH3有107 18 三角锥型极性 BF3有120 平面三角形非极性 CH4有109 28 正四面体型非极性 五原子 分子的极性 分子的空间结构 键角 键的极性 键的极性与分子极性的关系 A 都是由非极性键构成的分子一般是非极性分子 B 极性键结合形成的双原子分子一定为极性分子 C 极性键结合形成的多原子分子 可能为非极性分子 也可能为极性分子 D 多原子分子的极性 应有键的极性和分子的空间构型共同来决定 2 判断ABn型分子极性的经验规律 若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素原子的最外层电子数 则为非极性分子 若不等则为极性分子 练习 判断下列分子是极性分子还是非极性分子 PCl3 CCl4 CS2 SO2 非极性分子 什么事实可证明H2O中确实存在极性 实验 思考 动画放映 自学 科学视野 表面活性剂和细胞膜 1 什么是表面活性剂 亲水基团 疏水基团 肥皂和洗涤剂的去污原理是什么 2 什么是单分子膜 双分子膜 举例说明 3 为什么双分子膜以头向外而尾向内的方式排列 思考 二 范德华力及其对物质性质的影响 气体在加压或降温是为什么会变为液体 固体 因为存在一种把分子聚集在一起的作用力而我们把这种作用力称为分子间作用力 又叫范德华力 1 范德华力大小 范德华力很弱 约比化学键能小1 2数量级 二 范德华力及其对物质性质的影响 2 范德华力与相对分子质量的关系 结构相似 相对分子质量越大 范德华力越大 二 范德华力及其对物质性质的影响 3 范德华力与分子的极性的关系 相对分子质量相同或相近时 分子的极性越大 范德华力越大 二 范德华力及其对物质性质的影响 4 范德华力对物质熔沸点的影响 二 范德华力及其对物质性质的影响 二 范德华力及其对物质性质的影响 把分子聚集在一起的作用力 又称范德华力 相邻原子之间 作用力强烈 影响物质的化学性质和物理性质 分子之间 作用力微弱 影响物质的物理性质 熔 沸点及溶解度等 练习 下列叙述正确的是 A 氧气的沸点低于氮气的沸点B 稀有气体原子序数越大沸点越高C 分子间作用力越弱分子晶体的熔点越低D 同周期元素的原子半径越小越易失去电子 二 范德华力及其对物质性质的影响 科学视野 壁虎与范德华力 探究 为什么水的沸点比H2S H2Se H2Te的沸点都要高 氢键 是由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子 如水分子中的氢 与另一个分子中电负性很强的原子 如水分子中的氧 之间的作用力 氢键的概念 三 氢键及其对物质性质的影响 三 氢键及其对物质性质的影响 氢键的本质 是一种静电作用 是除范德华力外的另一种分子间作用力 氢键的大小 介于化学键与范德华力之间 不属于化学键 但也有键长 键能 氢键的表示 三 氢键及其对物质性质的影响 氢键的种类 三 氢键及其对物质性质的影响 氢键对物质熔沸点影响 分子间氢键使物质熔沸点升高分子内氢键使物质熔沸点降低 极性溶剂里 溶质分子与溶剂分子间的氢键使溶质溶解度增大 而当溶质分子形成分子内氢键时使溶质溶解度减小 氢键对物质溶解度的影响 比较熔沸点 HFHClH2OH2S邻羟基苯甲醛 对羟基苯甲醛 课堂讨论 应用与拓展 为什么NH3极易溶于水 冰的硬度比一般固体共价化合物大 为什么 课后习题5 三 氢键及其对物质性质的影响 资料卡片 某些氢键的键长和键能 科学视野 生物大分子中的氢键 练习 04广东 下列关于氢键的说法中正确的是 A 每个水分子内含有两个氢键B 在所有的水蒸气 水 冰中都含有氢键C 分子间能形成氢键 使物质的熔沸点升高D HF稳定性很强 是因为其分子间能形成氢键 小结 定义 范德华力 氢键 共价键 作用微粒 分子间普遍存在的作用力 已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一分子中电负性很强的原子之间的作用力 原子之间通过共用电子对形成的化学键 相邻原子之间 分子间或分子内氢原子与电负性很强的F O N之间 分子之间 强弱 弱 较强 很强 对物质性质的影响 范德华力越大 物质熔沸点越高 对某些物质 如水 氨气 的溶解性 熔沸点都产生影响 物质的稳定性 蔗糖和氨易溶于水 难溶于四氯化碳 而萘和碘却易溶于四氯化碳 难溶于水 现象 相似相溶 的规律 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 水和甲醇相互溶解 氢键存在增大了溶解性 四 溶解性 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 思考与交流 溶质分子与溶剂分子的结构越相似 相互溶解越容易 溶质分子的分子间力与溶剂分子的分子间力越相似 越易互溶 小结 PtCl2 NH3 2可以形成两种固体 一种为淡黄色 在水中的溶解度小 另一种为黄绿色 在水中的溶解度较大 请回答下列问题 PtCl2 NH3 2是平面四边形结构 还是四面体结构 请在以下空格内画出这两种固体分子的几何构型图 淡黄色固体 黄绿色固体 淡黄色固体物质是由分子组成 黄绿色固体物质是由分子组成 填 极性分子 或 非极性分子 黄绿色固体在水中溶解度比淡黄色固体大 原因是 五 手性 观察一下两组图片 有何特征 一对分子 组成和原子的排列方式完全相同 但如同左手和右手一样互为镜像 在三维空间无论如何旋转不能重叠 这对分子互称手性异构体 有手性异构体的分子称为手性分子 中心原子称为手性原子 手性分子在生命科学和生产手性药物方面有广泛的应用 如图所示的分子 是由一家德国制药厂在1957年10月1日上市的高效镇静剂 中文药名为 反应停 它能使