高二化学共价键和原子晶体

无论是自然界存在的，还是人工合成的物质，大多数是含有共价键的物质。共价键是一种重要的化学键。,2. 共价键的成键微粒：原子,1. 共价键的定义：原子间通过共用电子对所形 成的的化学键。,我们已经了解的共价键的概念：,3. 共价键的存在：,非金属单质共价化合物离子化合物,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。,学生活动1：写出下列分子的电子式和结构式,以上物质中哪些是离子化合物？哪些是共价化合物？,?思考,学以致用,1、共价化合物中只含有共价键2、离子化合物中一定含有离子键，也可能含有共价键,上一页,通过学习有关共价键的知识，你知道下列问题的答案吗？为什么氢分子是双原子分子而氦分子却是单原子分子呢？通过哪些元素的原子之间能形成共价键？如何用电子式表示共价分子的形成过程？含有共价键的物质是否一定是共价分子？,共价键的形成,问题探究：,2个氢原子一定能形成氢分子吗？,两个核外电子自旋方向相反的氢原子靠近,v,r,0,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,r0,v,r,0,r0,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,v,r,0,V：势能 r：核间距,1、共价键的形成,（1）有自旋方向相反的未成对电子,（2）原子轨道要实现最大限度的重叠,2、共价键的形成本质,成键原子相互接近时，原子轨道发生 ，自旋方向 ， 的 电子形成 ，两原子核间的电子密度 ，体系的能量 。,重叠,相反,未成对,共用电子对,增 加,降低,教科书 P40,3、共价键的特征,（1）具有饱和性,形成的共价键数 = 未成对电子数,在成键原子中，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。,回忆：,你已经认识到的原子中各种电子云的形状和伸展方向？,（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,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？,思考：,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,N2H2OCO2NH3,3. 用电子式表示下列共价分子的形成 的过程,练 习,共价键理论的发展,路易斯价键理论现代价键理论（VB法）分子轨道理论（MO法）,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,ss,+,+,+,+,+,+,+,+,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,pxpx,形成键的电子称为电子,pp,+,X,+,pxs,+,+,例： H2 + Cl2 = 2HCl,p 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,Z Z,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 P42,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,乙烷： 个键；乙烯： 个键 个键；乙炔： 个键 个键,7,苯分子中的大键,1.键的常见类型有(1)s-s, (2)s-p,(2)p-p，请指出下列分子键所属类型: A. HF B. NH3 C. F2 D. H2 E. O2,s-p,s-p,p-p,s-s,p-p,教科书P43,2. 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,氢氯键非极性键,教科书 P43,3、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，成键元素的电负性差值越大，共用电子对的偏移程度 ，共价键的极性 。,越大,越 大,非金属氢化物中键的极性最强的是 。,氢氟键,练 习,3. 下列分子中含有非极性键的共价化合物是 （ ）A. F2 B. C2H2 C. Na2O2 D. NH3 E. CH3COONa F. C2H6G. H2O2 H. CO2,4.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,练 习,5.下列分子中不含有键的是: A. O2 B. CaC2 C. F2 D. C6H6 E. 氯乙烯 F. Na2O2,练 习,4. 只有在化合物中才能存在的化学键是（ ） A. 离子键 B. 共价键 C. 极性键 D. 非极性键,AC,练 习,5.下列物质分子中无键的是 （ ） A. N2 B. O2 C. Cl2 D. C2H4,C,6. 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,练 习,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,3. 配位键,由一个原子提供一对电子(孤对电子),另一个原子(有空的原子轨道)接受孤对电子形成共价键，这样的共价键称为配位键。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,6.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,问题：,2008年北京奥运会中使用以氢氧燃料电池为动力的汽车；神州6号发射用的是偏二甲肼作燃料；乙炔在纯氧中燃烧温度可达3000。这说明物质中蕴藏着什么呢？实验表明，气态氢原子形成1molH2 要释放出436kJ的能量。如果要使1molH2分解为2molH原子，你认为是吸收能量还是放出能量？,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。,2键长：两原子核间的平均间距,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HH键的键能为436kJmol-1,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,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：,教科书P45,（1）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。（2）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。（3）放热反应的H为“”，H0； 吸热反应的H为“+”， H0。（4）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。,3. 利用键能计算化学反应中的H,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,教科书P46,1N2、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，NH键、OH键与HF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)：PP：198 PO：360 OO：498，则反应P4 (白磷)+3O2P4O6的反应热H为 ( ),A一1638 kJ/mol B+1638 kJ/mol C一126k kJ/mol D+126 kJ/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？,讨论小结：,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CC键的键能为348kJmol-1。所以金刚石晶体熔、沸点很高，硬度很大。,原子晶体,概念：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。构成原子晶体的粒子是原子，原子间以较强的共价键相结合。,金刚石,10928,共价键,金刚石的晶体结构,金刚石晶胞,1：在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少个？2：在金刚石晶体中每个碳原子形成几个共价键？3：在金刚石晶体中碳原子个数与CC共价键个数之比是多少？4: 在金刚石晶体中最小碳环由几个碳原子来组成?5.在金刚石晶胞中占有的碳原子数？,问题：,4个,1：2,6个,4个,8个,180,10928,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；硅原子个数与SiO 共价键个数之比是 ；氧原子个数与SiO 共价键个数之比是 。3. 在SiO2 晶体中，最小环为 元环。,问题：,2,1：2,4,4,2,1：4,1：2,12,教科书 P47,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,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年美国科学杂志报道：在超高压下，科学家用激光器将CO2加热到1800K，成功制得了类似石英的CO2原子晶体。下列关于CO2晶体的叙述中不正确的是( ) A. 晶体中C、O原子个数比为12 B. 该晶体的熔点、沸点高、硬度大 C. 晶体中COC键角为180 D. 晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构,