物质结构与性质·共价键

1、20212021年年1010月月3131日星期日日星期日新课标人教版选修三新课标人教版选修三 物质结构与性质物质结构与性质 一百多种元素的原子通过什么作一百多种元素的原子通过什么作用形成数以千万计的物质用形成数以千万计的物质?化学键：化学键：分子或晶体中相邻原子之间强烈的相互作用。分子或晶体中相邻原子之间强烈的相互作用。离子键：离子键：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。共价键：共价键：原子间通过共用电子对形成的化学键。原子间通过共用电子对形成的化学键。1、离子键（1）成键微粒：（2）成键实质：（3）形成条件：阴、阳离子阴、阳离子静电作用静电作用活泼

2、金属活泼金属(A、A族族)与活泼非金属与活泼非金属(A、A族族)X1.7（4）表示方法用电子式表示离子化合物基础知识梳理用电子式表示离子化合物的形用电子式表示离子化合物的形成过程成过程基础知识梳理2、共价键、共价键（1）成键微粒：）成键微粒：（2）成键实质：）成键实质：（3）形成条件：）形成条件：中性原子中性原子共用电子对共用电子对X1.7同种或不同种同种或不同种非金属非金属元素间元素间,或不活泼金属与非金属元或不活泼金属与非金属元素间素间（4）分类）分类能用电子式表示能用电子式表示H2、HCl、Cl2 分子的形分子的形成过程吗？成过程吗？学与问学与问 我们在第一章中我们在第一章中学习了学习了

3、电子云和轨道理论电子云和轨道理论，如何如何用电子云概念进一步理解用电子云概念进一步理解H2、HCl、Cl2中的中的共价键共价键呢呢？ 电子云在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间电子云在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，电子带负电，因而可以形象的说，核间电的概率增大，电子带负电，因而可以形象的说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核原子核“黏结黏结”在一起了。在一起了。1.共价键的形成共价键的形成一、共价键一、共价键本质本质:密集于两核之间的电子云对两核产生了额密集于两核之间的电子云对两核产生了额外的引力

4、。外的引力。价键理论的要点价键理论的要点1.电子配对原理电子配对原理两原子各自占有自旋相反的成单的原子轨道相互两原子各自占有自旋相反的成单的原子轨道相互靠近时，发生电子云重叠，两核之间电子云密度靠近时，发生电子云重叠，两核之间电子云密度增大，能量减低。增大，能量减低。两个原子轨道重叠部分越大，两核间电子的概率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。密度越大，形成的共价键越牢固，分子越稳定。相互靠拢相互靠拢(a). s-s 键键(1). 键：键：原子轨道间以头碰头的方式重叠形成的共价键原子轨道间以头碰头的方式重叠形成的共价键2.共价键的类型(b). s

5、-p 键键 未成对电子的未成对电子的电子云相互靠拢电子云相互靠拢电子云相互重叠电子云相互重叠 未成对电子的未成对电子的电子云相互靠拢电子云相互靠拢电子云相互重叠电子云相互重叠(c)、p-p 键键类型类型 特点特点 s-s 键键s-p 键键p-p 键键HHHHClH例：例：H2例：例：HCl例：例：Cl2可绕键轴旋转可绕键轴旋转重叠程度大，稳定性高重叠程度大，稳定性高头碰头头碰头 轴对称轴对称 (2).键：键：原子轨道间以肩并肩的方式重叠形成的共价键原子轨道间以肩并肩的方式重叠形成的共价键 两个原子两个原子相互接近相互接近电子云重叠电子云重叠键的电子云键的电子云类型类型 特点特点 d-p 键键p

6、-p 键键例：金属配合物例：金属配合物 不能旋转不能旋转 重叠程度较小，稳定性较差重叠程度较小，稳定性较差 肩并肩肩并肩 镜面对称镜面对称 例：例：CH2=CH2键类型键类型 键键 键键原子轨道重叠方式原子轨道重叠方式电子云形状电子云形状原子轨道重叠程度原子轨道重叠程度牢固程度牢固程度成键判断规律成键判断规律沿键轴方向沿键轴方向 头碰头头碰头沿键轴方向平行沿键轴方向平行 肩并肩肩并肩轴对称，可旋转轴对称，可旋转镜面对称，不可旋转镜面对称，不可旋转键强度大键强度大,不易断裂，不活泼。不易断裂，不活泼。键强度较小键强度较小,容易断裂，活泼。容易断裂，活泼。共价单键是共价单键是键；键；共价双键中一个

7、是共价双键中一个是键键,另一个是另一个是键；键；共价三键中一个是共价三键中一个是键键,另两个为另两个为键键较大较大较小较小归纳：归纳：键和键和键的比较键的比较N N N N1 1、N N2 2分子中三条键的成键方式分子中三条键的成键方式分别是什么？分别是什么？科学探究科学探究1个个p-p键键和和2个个p-p键键N2中中1个个p-p键键和和2个个p-p键键的形成过程的形成过程科学探究科学探究N NN NzzyyxNNzy2 2、键的类型与成键原子电负性的关系：、键的类型与成键原子电负性的关系：科学探究科学探究原子原子Na ClNa ClH Cl H Cl C OC O电负性电负性电负性之差电负性

8、之差（绝对值）（绝对值）结论：当原子的电负性相差很大，化学反应形成的结论：当原子的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是电子对不会被共用，形成的将是 键键；而而 键是电键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。负性相差不大的原子之间形成的化学键。0.9 3.02.12.1 3.00.92.5 3.51.0离子离子共价 3 3、乙烷、乙烯、乙炔分子中的共价键分乙烷、乙烯、乙炔分子中的共价键分别是由几个别是由几个 键和几个键和几个 键组成。键组成。乙烷：乙烷： 个个键键乙烯：乙烯： 个个键键 个个键键乙炔：乙炔： 个个键键 个个键键7 75 51 13 32 2科学探究科学探究

9、 4.4.请写出乙烯、乙炔与溴发生加成反请写出乙烯、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？分子断裂什么类型的共价键？科学探究科学探究1、下列说法中正确的是、下列说法中正确的是A、p轨道之间以轨道之间以“肩并肩肩并肩”重叠可形成重叠可形成键键B、p轨道之间以轨道之间以“头碰头头碰头”重叠可形成重叠可形成键键C、s和和p轨道以轨道以“头碰头头碰头”重叠可形成重叠可形成键键D、共价键是两个原子轨道以、共价键是两个原子轨道以“头碰头头碰头”重叠重叠 形成的形成的

10、C课堂练习课堂练习2 2. .下列物质分子中无下列物质分子中无键的是键的是 A.N A.N2 2 B.OB.O2 2 C.Cl C.Cl2 2 D.CD.C2 2H H4 4C C课堂练习课堂练习733 3、课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习6. 下列说法正确的是下列说法正确的是A. 含有共价键的化合物一定是共价化合物含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分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物化合物C. 由共价键形成的分子一定是共价化合物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只有非金属原子间才能形成共价键7.

11、氮分子中的化学键是氮分子中的化学键是 A. 3个个键键 B. 1个个键，键，2个个键键 C. 个个键键 D. 1个个键，键，1个个键键 B B课堂练习课堂练习8. 在氯化氢分子中，形成共价键的原子在氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是轨道是A. 氯原子的氯原子的2p轨道和氢原子的轨道和氢原子的1s轨道轨道 B. 氯原子的氯原子的2p轨道和氢原子的轨道和氢原子的2p轨道轨道C. 氯原子的氯原子的3p轨道和氢原子的轨道和氢原子的1s轨道轨道 D. 氯原子的氯原子的3p轨道和氢原子的轨道和氢原子的3p轨道轨道C 课堂练习课堂练习9.在氟气分子中，形成共价键的原子轨道在氟气分子中，形成共价键的原子轨道

12、是是 ( )A、氟氟原子的原子的2p轨道和氟原子的轨道和氟原子的1s轨道轨道 B、氟原子的、氟原子的3p轨道和氟原子的轨道和氟原子的1s轨道轨道 C、氟原子的、氟原子的2p轨道和氟原子的轨道和氟原子的2p轨道轨道D、氟原子的、氟原子的3p轨道和氟原子的轨道和氟原子的3p轨道轨道 C课堂练习课堂练习10.关于乙醇分子的说法正确的是（关于乙醇分子的说法正确的是（ ）A.分子中共含有分子中共含有8个极性键个极性键B.分子中不含非极性键分子中不含非极性键C.分子中只含分子中只含键键D.分子中含有分子中含有1个个键键C课堂练习课堂练习 我们能用电子式表示我们能用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成分

13、子的形成 为什么不可能有为什么不可能有H3、H2Cl、Cl3分子的形成？分子的形成？（1）、共价键具有饱和性：）、共价键具有饱和性：一个原子形成的共价键的总数是有限的一个原子形成的共价键的总数是有限的 按照价键理论的电子配对原理，一个原子有按照价键理论的电子配对原理，一个原子有几个几个未成对电子未成对电子，便可和几个，便可和几个自旋相反自旋相反的电子的电子配对配对成键，这就共价键的成键，这就共价键的“饱和性饱和性”。跟踪练习跟踪练习. 1 . 分别写出下列非金属元素的原子电子配对成键分别写出下列非金属元素的原子电子配对成键数目数目 H 、A 、A 、A 。12313、共价键的特征、共价键的特征

14、 H 原子、原子、Cl原子原子都只有一个未成对电子，都只有一个未成对电子，因而只能形成因而只能形成H2、HCl、Cl2双原子双原子分子，不分子，不能形成能形成H3、H2Cl、Cl3三原三原分子分子。2 . 为什么不可能有为什么不可能有H3、H2Cl、Cl3分子的形成分子的形成？共价键尽可能沿着电子云重叠最多的方向形成。共价键尽可能沿着电子云重叠最多的方向形成。电子云都有一定的伸展方向，要实现最大重叠电子云都有一定的伸展方向，要实现最大重叠共价键必然具有一定的方向性。共价键必然具有一定的方向性。小结：小结：共价键特征共价键特征方向性方向性饱和性饱和性（2）.共价键的方向性共价键的方向性(原子形成

15、分子时相互原子形成分子时相互结合的数量关系结合的数量关系)(决定分子的空间构型决定分子的空间构型)二、键参数二、键参数键能、键长和键角键能、键长和键角1.1.键能：键能： 气态基态原子形成气态基态原子形成1mol1mol共价共价键释放的最低能量键释放的最低能量 或断裂或断裂1mol共价键形成气态原子所吸收的最低能量共价键形成气态原子所吸收的最低能量 说明说明 单位：单位：kJmolkJmol-1-1通常取正值通常取正值键能越大，化学键越牢固，形成的分子越稳定。键能越大，化学键越牢固，形成的分子越稳定。同种元素形成的共价键的键能：同种元素形成的共价键的键能： 单键单键双键双键 键键能键键能 2.

16、2.键长键长 ： 形成共价键的两个原子的核形成共价键的两个原子的核之之间的距离间的距离。 说明说明 ： 键长的单位都是键长的单位都是pm=10pm=10-12-12m m键长越短，键能越大，共价键越稳定键长越短，键能越大，共价键越稳定一般而言原子半径一般而言原子半径越大，键长越大越大，键长越大共价半径：共价半径：相同原子的共价键键长的一半称为共价半径。相同原子的共价键键长的一半称为共价半径。同种元素间形成的共价键的键长：同种元素间形成的共价键的键长： 单键单键双键双键叁键叁键 3 3、键角、键角一个原子形成的不同共价键之间的夹角。一个原子形成的不同共价键之间的夹角。（1）常见分子的键角）常见分

17、子的键角( 2 )意义：意义：键角决定了分子的空间构型键角决定了分子的空间构型( 3 )来源：来源：共价键的方向性共价键的方向性 CH4 CCl4 10928 NH310718 H2O 105 CO2 180 键能键能 键长键长 键角键角 衡量共价键的稳定性衡量共价键的稳定性 描述分子的立体结构描述分子的立体结构思考与交流思考与交流P P32321 1. .试利用表试利用表2-12-1的数据进行计算，的数据进行计算，1molH1molH2 2分别跟分别跟1molCl1molCl2 2、1molBr1molBr2 2（g g）反应，分别生成）反应，分别生成2molHCl2molHCl和和2mol

18、HBr2molHBr，哪一个反应释放的能量更多？如何，哪一个反应释放的能量更多？如何用计算的结果说明氯化氢分子和溴化氢分子哪用计算的结果说明氯化氢分子和溴化氢分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质？个更容易发生热分解生成相应的单质？形成形成2mo1HCl释放能量：释放能量：2431.8 kJ -(436.0kJ+242.7kJ)= 184.9 kJ形成形成2mo1HBr释放能量：释放能量：2366kJ -(436.0kJ+193.7kJ)= 102.97kJHCl释放能量比释放能量比HBr释放能量多释放能量多, ,因而生成的因而生成的HCl更稳定更稳定, ,即即HBr更容易发生热分解生成相应更

19、容易发生热分解生成相应的单质的单质. .键长越长，键能越小，键越易断裂，键长越长，键能越小，键越易断裂，化学性质越活泼。化学性质越活泼。3 3、通过上述例子，你认为键长、键能对分、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？子的化学性质有什么影响？2、N2、O2、F2跟跟H2的反应能力依次增强，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从键能的角度应如何理解这一化学事实? ?键能大小是：键能大小是：F-HO-HN-H1、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（ ）A、分子中键能越大，键越长，则分子越稳定。、分子中键能越大，键越长，则分子越稳定。B、只有非金属原子之间才能

20、形成共价键。、只有非金属原子之间才能形成共价键。C、水分子可以表示为、水分子可以表示为H-O-H，分子中键角，分子中键角180。D、H-O键键能键键能463 KJ/ mol ，故破坏，故破坏18克水分子克水分子 中的中的H-O键时需要吸收的能量为键时需要吸收的能量为2X463 KJ。D 练习练习2、能用键能大小解释的是、能用键能大小解释的是 （ ） A、N 2的化学性质比的化学性质比O2稳定。稳定。 B、硝酸易挥发，硫酸难挥发。、硝酸易挥发，硫酸难挥发。 C、惰性气体一般难发生化学反应。、惰性气体一般难发生化学反应。 D、通常情况下，、通常情况下，Br2呈液态，呈液态，I2呈固态。呈固态。A

21、练习练习五、等电子原理五、等电子原理1、等电子原理：、等电子原理：原子总数相同，价电子总数相同的粒子，具有相原子总数相同，价电子总数相同的粒子，具有相似的化学键特征，因而具有相近的性质。似的化学键特征，因而具有相近的性质。CO分子和分子和N2分子的某些性质分子的某些性质3.3.等电子原理的应用等电子原理的应用判断一些简单分子或离子的立体构型；判断一些简单分子或离子的立体构型；利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；利用等电子原理针对某物质找等电子体。利用等电子原理针对某物质找等电子体。2.等电子体等电子体原子总数相同，价电子总数相同的粒子互称原子总数相同

22、，价电子总数相同的粒子互称4.4. 常见的等电子体常见的等电子体二原子二原子10电子：电子：N2、CO、NO+、CN、C22二原子二原子11电子：电子：NO、O2三原子三原子16电子：电子：CO2、CS2、N2O、CNO、N3三原子三原子18电子：电子：NO2、O3、SO2四原子四原子24电子：电子：NO3、CO32、BF3、SO3(g)思考探究：思考探究：在在N2、CO2、 CO 、N2O之间互为等电子之间互为等电子体的是谁体的是谁?请预测：请预测：1、 N2O的几何构型的几何构型? 2、 CO 中的共价键类型？中的共价键类型？v11919年，年，Langmuir提出等电子体的概念，提出等电

23、子体的概念，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，空间结构相根据上述原理，下列各对粒子中，空间结构相似的是似的是( )vASO2与与O3 BCO2与与NO2vCCS2与与NO2 DPCl3与与BF3A 练习练习2、从实验测得不同物质中氧从实验测得不同物质中氧氧键之间的键长和键氧键之间的键长和键能数据如下表，其中能数据如下表，其中X、Y的键能数据尚未测定，但的

24、键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能的大小顺序为可根据规律推导键能的大小顺序为WZYX。该规。该规律是律是氧氧氧键氧键数据数据O22O2O2O2键长键长/1012 m149128121112键能键能/kJmol1XYZ497.3W628A.成键时电子数越多，键能越大成键时电子数越多，键能越大B键长越长，键能越小键长越长，键能越小C成键所用的电子数越少，键能越大成键所用的电子数越少，键能越大D成键时电子对越偏移，键能越大成键时电子对越偏移，键能越大B3、(1)根据等电子原理，仅由第二周期元素组成的共价根据等电子原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：分子中，互为等电子体的是：

25、_和和_；_和和_。 (2)根据等电子原理，由短周期元素组成的粒子，只根据等电子原理，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称等电子体，它们也具有相似的结构特征。也可互称等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与在短周期元素组成的物质中，与NO2互为等电子体互为等电子体的分子有：的分子有：_。答案：(1)N2COCO2N2O (2)SO2、O3科学视野：科学视野： 用质谱仪测定分子结构用质谱仪测定分子结构 现代化学常利用质谱仪测定分子的结构。它的基本现代化学常利用质谱仪测定分子的结构。它的基

26、本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的分子离子、碎片离离子和碎片离子等粒子。由于生成的分子离子、碎片离子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过子具有不同的相对质量，它们在高压电场加速后，通过狭缝进入磁场分析器得到分离，在记录仪上呈现一系列狭缝进入磁场分析器得到分离，在记录仪上呈现一系列峰，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子峰，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的结构。例如，图的结构。例如，图2727的纵坐标是相对丰度的纵坐标是相对丰度( (与粒子的与粒子的浓度成正比浓度成正比

27、) )，横坐标是粒子的质量与电荷之比，横坐标是粒子的质量与电荷之比(m(me)e)，简称质荷比。化学家通过分析得知，简称质荷比。化学家通过分析得知，m me e9292的峰是的峰是甲苯分子的正离子甲苯分子的正离子(C(C6 6H H5 5CHCH3 3) )，m me e9191的峰是丢失一的峰是丢失一个氢原子的的个氢原子的的C C6 6H H5 5CHCH2 2 ，m me e6565的峰是分子碎片的峰是分子碎片因此，化学家便可推测被测物是甲苯。因此，化学家便可推测被测物是甲苯。例题例题: :20022002年诺贝尔化学奖表彰的是在年诺贝尔化学奖表彰的是在“看清看清”生物大生物大分子真面目方面的科技成果，一项是美国科学家约分子真面目方面的科技成果，一项是美国科学家约翰翰芬恩与日本科学家田中耕一芬恩与日本科学家田中耕一“发明了对生物大发明了对生物大分子的质谱分析法分子的质谱分析法”；另一项是