第三单元 共价键、原子晶体.ppt.ppt

第三单元共价键 原子晶体 一 共价键 一 共价键 1 定义 原子间通过共用电子对所形成的的化学键 2 特点成键微粒 原子成键本质 共用电子对成键原因 不稳定要趋于稳定 体系能量降低成键的条件 1 电负性相同或差值小的非金属原子之间 或金属与非金属原子之间 2 原子最外层未达到饱和状态 即原子有未成对电子 共价键具有 饱和性 方向性存在范围 非金属单质 共价化合物 离子化合物 1 非极性键 两个成键原子吸引电子的能力相同 电负性相同 共用电子对不发生偏移的共价键 2 极性键 两个成键原子吸引电子的能力不同 电负性不同 共用电子对发生偏移的共价键 3 共价键的类型 极性键和非极性键 图片投影 3 一般情况下 同种元素的原子之间形成非极性共价键 不同种元素的原子之间形成极性共价键 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越大 共价键的极性越大 交流讨论 1 下列分子中存在的共价键中 哪些是极性键 哪些是非极性键 2 下列共价键极性大小顺序是hfhclhbrhi n h键o h键h f键 n2 o2 f2 h2 h2o hcl 4 共价键 及其形成过程表示方法 电子式 结构式 1 写出氨分子的电子式和结构式 2 用电子式表示h和n形成nh3的过程 注意 离子键也可用电子式表示其形成过程 交流 氨气与盐酸反应的化学方程式和离子方程式 nh3 hcl nh4clnh3 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 氮原子有孤对电子 氢离子有空轨道 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 是一种特殊的共价键 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 铵根离子中的四个氮氢键完全一样 键长 键能相同 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 5 共价键参数 1 键能在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共价键的键能越大 两原子核的平均间距 键长越短 3 键角 相邻共价键之间的夹角 共价键方向性 6 共价键强弱 键长 成键原子的核间距 共价化合物 相邻的原子之间只以共价键相连的化合物属于共价化合物 如二氧化碳 水 甲烷等 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 分子越稳定 1 影响共价键键能的主要因素 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 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 p49 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 二 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 二 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 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 教科书p51 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 2 氮化硅是一种新合成的材料 它是一种超硬 耐磨 耐高温的物质 下列各组物质熔化时 所克服的作用力与氮化硅熔化所克服的微粒间的作用力都相同的是 a 硝石和金刚石b 晶体硅和水晶c 冰和干冰d 萘和蒽 b 练习 3 碳化硅 sic 具有类似金刚石的结构 其中碳原子和硅原子的位置是交替的 在下列三种晶体 金刚石 晶体硅 碳化硅中 它们的熔点从高到低的顺序是 a b c d a 练习 5 单质硼有无定形和晶体两种 参考下表数据 晶体硼的晶体类型属于 晶体 理由是 已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体 其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点 每个项点上各有1个b原子 通过视察图形及推算 此晶体体结构单元由 个硼原子构成 其中b b键的键角为 共含有 个b b 原子 熔点高 硬度大 12 60 30 练习 共价键的形成 交流与讨论 两个氢原子如何形成氢分子 1 氢原子电子排布式 2 基态氢原子轨道表示式 3 原子之间形成共价键的原因 原子轨道填满电子 且电子自旋相反 体系能量最底 最稳定 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 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 成键后能量达到最低 形成稳定的氢气分子 两个自旋方向相同的电子不能配对成键 从核间距和成键电子的自旋方向来观察能量的变化情况 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 最大重叠原理两个原子轨道发生重叠 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 1 共价键的形成原理 nh3分子中的共价键 2 共价键的形成本质 成键原子相互接近时 原子轨道发生重叠 自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对 两原子核间的电子密度增加 体系的能量降低 教科书p44 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 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 4 共价键的类型 键和 键 s轨道和p轨道形成稳定共价键的几种重叠方式 1 头碰头重叠 键 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 键的类型 键的类型 s s 键 px px 键 s px 键 pz pz 键 py py 键 氮分子中原子轨道重叠方式示意图 三 杂化轨道 分子空间构型 1 杂化轨道原子之间形成共价键时 原子轨道形状和伸展方向会发生改变 为了解释甲烷 乙烯 乙炔 苯等分子的空间构型 美国化学家鲍林于1931年提出了杂化轨道理论 运用该理论可以解释很多分子的空间构型 c原子轨道 c在形成甲烷分子的过程中 p48 c在形成乙烯分子的过程中 乙烯分子中原子轨道重叠方式示意图 c在形成乙炔分子的过程中 乙炔分子中轨道重叠方式示意图 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 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 氯氯键非极性键 氢氯键极性键 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