共价键的形成类型

2020年4月18日星期六 第二单元共价键的形成与类型 专题3微粒间作用力与物质性质 一 共价键的形成 3 含有共价键的物质是否一定是共价分子 元素的电负性相差小于1 7 非金属元素原子之间形成的化学键就是共价键 某些金属与非金属元素原子之间形成的化学键也是共价键 通过学习有关共价键的知识 你知道下列问题的答案吗 1 通常哪些元素的原子之间能形成共价键 2 如何用电子式表示共价分子的形成过程 否 如NaOH 4 双个氢原子如何形成氢分子 v r 0 V 势能r 核间距 两个核外电子自旋方向相反的氢原子靠近 r0 v r 0 r0 V 势能r 核间距 r0 v r 0 r0 V 势能r 核间距 r0 v r 0 r0 V 势能r 核间距 v r 0 V 势能r 核间距 两个核外电子自旋方向相同的氢原子靠近 氢气分子形成过程的能量变化 从核间距和成键电子的自旋方向来观察能量的变化情况 相距很远的两个核外电子自旋方向相反的氢原子相互逐渐接近 在这一过程中体系能量将 先变小后变大 电子配对原理 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 两个原子轨道重叠部分越大 两核间电子的概率密度越大 电子云 形成的共价键越牢固 分子越稳定 1 共价键的形成条件 2 共价键的形成本质 重叠 相反 未成对 共用电子对 增加 降低 教科书P40 1 根据H2分子的形成过程 讨论F2分子和HF分子是怎么形成的 2 为什么N O F与H形成简单的化合物 NH3 H2O HF 中H原子数不等 3 共价键的特征 1 具有饱和性 在成键过程中 每种元素的原子有几个未成对电子通常就只能形成几个共价键 所以在共价分子中每个原子形成共价键数目是一定的 2 具有方向性 p 在形成共价键时 两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键 而且原子轨道重叠越多 电子在两核间出现的机会越多 体系的能量下降也就越多 形成的共价键越牢固 因此 一个原子与周围的原子形成的共价键就表现出方向性 s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性 例外 小结 共价键的形成条件 共价键的本质 共价键的特征 1 相距很远的两个自旋方向相反的H原子相互逐渐接近 在这一过程中体系能量将 A 先变大后变小B 先变小后变大C 逐渐变小D 逐渐增大 练习 B 2 下列不属于共价键的成键因素的是 共用电子对在两核间高频率出现 共用的电子必须配对 成键后体系能量降低 趋于稳定 两原子核体积大小要适中 练习 3 下列说法正确的是 A 有共价键的化合物一定是共价化合物B 分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物C 由共价键形成的分子一定是共价化合物D 只有非金属原子间才能形成共价键 B B C 5 写出下列物质的电子式 1 Br2 2 CO2 3 PH3 4 NaH 5 Na2O2 二 共价键的类型 氮气的化学性质不活泼 通常难以与其他物质发生化学反应 请你写出氮分子的电子式和结构式 分析氮分子中氮原子的原子轨道是如何重叠形成共价键的 并与同学交流讨论 氮分子中原子轨道重叠方式示意图 1 头碰头重叠 键 s轨道 s轨道 s轨道和p轨道形成稳定共价键的几种重叠方式 1 键和 键 1 键 X s s 原子轨道以 头碰头 方式互相重叠导致电子在两核间出现的机会增大而形成的共价键 X px px 形成 键的电子称为 电子 px px X px s 例 H2 Cl2 2HCl px s 2 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 ZZ 键的类型 键的类型 s s 键 px px 键 s px 键 pz pz 键 py py 键 小结 键与 键的比较 头碰头 重叠 肩并肩重叠 单键是 键 双键 三键中只有一个是 键 单键不可能是 键 双键中有一个 三键中有两个是 键 重叠程度较大 比较牢固 重叠程度较小 较易断裂 教科书P46 请写出乙烯 乙炔与溴发生加成反应的反应方程式 并思考 在乙烯 乙炔和溴发生的加成反应中 乙烯 乙炔分子断裂什么类型的共价键 乙烯分子中原子轨道重叠方式示意图 乙炔分子中轨道重叠方式示意图 有机物中的共价键 1 C H是 键 2 C C是 键 3 C C一个 键 一个 键 4 C 一个 键 两个 键 乙烯 乙炔分子中C C 键比较稳定不容易断裂 键比较容易断裂 乙烷 个 键 乙烯 个 键个 键 乙炔 个 键个 键 7 5 1 3 2 请指出乙烷 乙烯 乙炔分子中存在哪些类型的共价键 分别有几个 键 几个 键 苯分子中的大 键 1 键的常见类型有 1 s s 2 s px 3 px px 请指出下列分子 键所属类型 A HFB NH3C F2D H2 s px s px px px s s 7 3 教科书P47 1 根据氢原子和氟原子的核外电子排布 你知道F2和HF分子中形成的共价键有什么不同吗 2 根据元素电负性的强弱 你能判断F2和HF分子中共用电子对是否发生便移吗 2 极性键和非极性键 什么是非极性键 什么是极性键 极性键的强弱与共用电子对地偏向程度的关系是什么 1 非极性键 两个成键原子吸引电子的能力 电负性 共用电子对偏移的共价键 相同 不发生 相同 2 极性键 两个成键原子吸引电子的能力 电负性 共用电子对偏移的共价键 不同 发生 不同 氯氯键非极性键 氢氯键极性键 3 一般情况下 同种元素的原子之间形成共价键 不同种元素的原子之间形成共价键 非极性 极性 4 在极性共价键中 成键原子吸引电子能的差别越大 共用电子对的偏移程度 共价键的极性 越大 越强 练习 1 下列分子中含有非极性键的共价化合物是 A F2B C2H2C Na2O2D NH3E C2H6F H2O2G CO2 B E F 2 关于乙醇分子的说法正确的是 A 分子中共含有8个极性键B 分子中不含非极性键C 分子中只含 键D 分子中含有1个 键 C 3 下列分子中不含有 键的是 A Na2O2B CaC2C F2D C6H6E 氯乙烯 练习 A C 4 下列物质分子中无 键的是 A N2B O2C Cl2D C2H4 C 5 H2S分子中两个共价键的夹角接近90 其原因是 A 共价键的饱和性B s原子电子排布C 共价键的方向性D s原子中p轨道的形状 CD 在水溶液中 NH3能与H 结合生成NH4 请用电子式表示 和 形成NH 的过程并讨论NH 和H 是如何形成NH4 的 教科书P48 氨分子中 氮原子和氢原子通过什么键结合 极性共价键 写出氨分子的电子式和结构式 写出氨与盐酸反应的化学方程式和离子方程式 NH3 HCl NH4Cl NH3 H NH4 氨分子中各原子均达稳定结构 为什么还能与氢离子结合 H 氮原子有孤对电子 氢离子有空轨道 或 共用电子对全部由氮原子提供 配位键 由一个原子提供孤对电子 另一个原子提供空轨道形成的共价键称配位键 氨根离子与水合氢离子等是通过配位键形成的 配位键用 表示 箭头指向接受孤对电子的原子 如 铵根离子中的四个氮氢键完全一样 键长 键能相同 小结 极性键 单键双键三键 1 按成键方式分 2 按共用电子对有无偏移分 3 按两原子间的共用电子对的数目分 2 一种特殊的共价键 配位键 键 头碰头重叠 键 肩并肩重叠 非极性键 1 定义 1 共价键的类型 3 配位键的存在 2 配位键的成键条件 非极性键 极性键与配位键的比较 非极性键 极性键 配位键 共用电子对不发生偏移 共用电子对偏向一方原子 共用电子对由一方提供 相同非金属元素原子的电子配对成键 不同非金属元素原子的电子配对成键 一方原子有孤电子对 另一方原子有价层空轨道 H2 HCl NH4 已知水电离成为氢氧根离子和水合氢离子 试写出阳离子的结构 练习 共价键的键能与化学反应热 1 键能和键长 1 键能的定义 在101kPa 298K条件下 1mol气态AB分子生成气态A原子和B原子的过程所吸收的能量 称为AB键共价键得键能 如在101kPa 298K条件下 1mol气态H2生成气态H原子的过程所吸收的能量为436kJ 则H H键的键能为436kJ mol 1 共价键的键能用来衡量共价键牢固程度 共价键键能越大表示该共价键越牢固 即越不容易被破坏 2 键长 两原子核间的平均间距 原子间形成共价键 原子轨道发生重叠 原子轨道重叠程度越大 共价键的键能越大 两原子核的平均间距 键长越短 教科书P45表3 5 请结合表中数据分析 1 影响共价键强弱的因素2共价键强弱与分子稳定性的关系 1 影响共价键键能的主要因素 2 键能大小与分子稳定性的关系 对结构相似的分子 键长越短 键能越大 一般含该键的分子越稳定 1 一般情况下 成键电子数越多 键长越短 形成的共价键越牢固 键能越大 2 在成键电子数相同 键长相近时 键的极性越大 键能越大 小结 如果反应物的键能总和生成物的键能总和则为吸热反应 2 键能与化学反应中的 H关系 化学反应中发生旧化学键断开和新化学键形成 化学反应的实质 反应热应该为断开旧化学键 拆开反应物 原子 所需要吸收的能量与形成新化学键 原子重新组合成反应生成物 所放出能量的差值 旧键断裂所吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量 反应为吸热反应 反之为放热反应 由于反应后放出的热量使反应本身的能量降低 故规定 H为 则由键能求反应热的公式为 H 反应物的键能总和 生成物的键能总和 H 生成物的总能量 反应物的总能量 放热反应的 H为 H 0 吸热反应的 H为 H 0 反应物和生成物的化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化 利用键能计算化学反应中的 H P46 2 H 2 436kJ mol 498kJ mol 2 2 463 kJ mol 482kJ mol 1 H 946kJ mol 3 436kJ mol 2 3 393 kJ mol 104kJ mol 2 根据卤化氢键能的数据解释卤化氢分子的稳定性HFHClHBrHI 1 根据表3 5中的数据 计算下列化学反应中的能量变化 H 1 N2 g 3H2 g 2NH3 g 2 2H2 g O2 g 2H2O g 金属键 离子键和共价键的比较 静电作用 共用电子对 电性作用 无 无 既有方向性又有饱和性 金属元素的原子半径和单位体积内自由电子数目 阴 阳离子的电荷数和核间距 键长 成键电子数 极性 1 N2 O2 F2与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 2 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 练习 从表3 6数据可知 N H键 O H键与H F键的键能依次増大 意味着形成这些键时放出的能量依次增大 化学键越来越稳定 所以N2 O2 F2与H2的反应能力依次增强 一般情况下 分子的键长越短 键能越大 该分子越稳定 3 化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程 化学键的键能是形成 或拆开 lmol化学键时释放 或吸收 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 P P 198P O 360O O 498 则反应P4 白磷 3O2 P4O6的反应热 H为 A 一1638kJ molB 1638kJ molC 一126kkJ molD 126kJ mol 白磷P4O6 练习 A 原子晶体 金刚石具有很高的熔 沸点和很大的硬度 你能结合金刚石晶体的结构示意图解释其中的原因吗 由于金刚石晶体中所有原子都是通过共价键结合的 而共价键的键能大 如C C键的键能为348kJ mol 1 所以金刚石晶体熔 沸点很高 硬度很大 一 原子晶体 相邻间通过结合而成的具有结构的晶体 2 组成微粒 3 微粒间作用力 知识回顾 1 定义 共价键 空间网状 原子 原子 共价键 4 原子晶体的特点 晶体中单个分子存在 化学式只代表 没有 原子个数之比 熔 沸点 硬度 溶于一般溶剂 导电 很高 很大 难 不 5 影响原子晶体熔沸点 硬度大小的因素 共价键的强弱 键长的大小 一般键长越小 键能越 原子晶体的熔沸点越 硬度越 大 高 大 原子晶体 金刚石 金刚石晶胞 109 28 共价键 金刚石的晶体结构 金刚石晶胞 正四面体 金刚石的晶体结构模型 最小环为六元环 8 1 8 6 1 2 4 8 1 在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有个2 在金刚石晶体中每个碳原子形成共价键3 在金刚石晶体中最小碳环由碳原子来组成4 每个碳原子可形成个六元环 每个C C键可以形成个六元环 5 在金刚石晶体中碳原子个数与C C共价键个数之比是 在金刚石晶胞中占有的碳原子数 4个 1 2 6个 4 8个 12 小结 180 109 28 Si O 共价键 二氧化硅的晶体结构 1 在SiO2晶体中 每个硅原子与个氧原子结合 每个氧原子与个硅原子结合 在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是 2 在SiO2晶体中 每个硅原子形成个共价键 每个氧原子形成个共价键 3 在SiO2晶体中 最小环为元环 2 1 2 4 4 2 1 4 1 2 12 4 每个十二元环中平均含有硅原子 6 1 12 1 2 硅原子个数与Si O共价键个数之是 氧原子个数与Si O共价键个数之比是 每个十二元环中平均含有Si O键 12 1 6 2 小结 石墨的晶体结构模型 石墨的晶体结构 石墨晶体是层状结构 在每一层内 碳原子排成六边形 每个碳原子都与其他3个碳原子以共价键结合 形成平面的网状结构 在层与层之间 是以分子间作用力相结合的 由于同一层的碳原子间以较强的共价键结合 使石墨的熔点很高 但由于层与层之间的分子间作用力较弱 容易滑动 使石墨的硬度很小 像石墨这样的晶体一般称为过渡型晶体或混合型晶体 1 层状结构 最小碳环为平面正六边形 即为六元环 在同一平面上 2 每个碳原子为3个六元环所共有 每个C C键为2个六元环所共有 3 每个六元环中平均含有碳原子 6 1 3 2 每个六元环中平均含有C C键 6 1 2 3 即碳原子数 C C键键数 2 3 小结 金刚石与石墨的比较 正四面体空间网状 正六边形平面层状 共价键 共价键与范德华力 6个原子不同面 6个原子同面 4 3 6 1 6 1 6 1 2 3 6 1 12 1 2 6 1 3 2 仔细观察左边的示意图后 回答下列问题 金刚石与石墨的熔点均很高 那么二者熔点是否相同 为什么 若不相同 哪种更高一些 教科书P47 晶体硅 Si 金刚沙 SiC 都是与金刚石相似的原子晶体 请根据表3 6中数据分析其熔点 硬度的大小与其结构之间的关系 键长 C CC Si Si Si 所以熔点 硬度 金刚石 SiC Si 结构相似的原子晶体 成键的原子半径越小 键长越短 键能越大 晶体熔点越高 硬度越大 原子晶体的物理特性 在原子晶体中 由于原子间以较强的共价键相结合 而且形成空间立体网状结构 所以原子晶体的熔点和沸点高硬度大一般不导电且难溶于一些常见的溶剂 常见的原子晶体 某些非金属单质 金刚石 C 晶体硅 Si 晶体硼 B 等某些非金属化合物 碳化硅 SiC 晶体 氮化硼 BN 晶体某些氧化物 二氧化硅 SiO2 晶体 Al2O3晶体 晶体类型离子晶体金属晶体原子晶体 离子键金属键共价键 金属阳离子和自由电子原子 少数很高或很低 NaCl CsCl 微粒 结合力 熔沸点 典型实例 三种晶体的比较 金刚石 Cu Al 很高 较高 离子 解释 结构相似的原子晶体 原子半径越小 键长越短 键能越大 晶体熔点越高金刚石 硅 锗 1 怎样从原子结构角度理解金刚石 硅和锗的熔点和硬度依次下降 2 具有共价键的晶体叫做原子晶体 这种说法对吗 为什么 1 2003年