理学北京化工大学北方学院无机化学学习教案

1、会计学1理学北京化工大学北方理学北京化工大学北方(bifng)学院无学院无机化学机化学第一页，共82页。2022-4-16化学键理论离子键理论共价键理论金属键理论第1页/共82页第二页，共82页。2022-4-16111 1() ()436 ()941.69 () molkJ molEEHHkJ molENNkJ molECC 键能气体分子每断裂某键 单、双、叁时所需能量。单位：，符号 。例如1121233123598 ()()436 () () ()3 (kJ molHDHHEHHkJ molDDDNHE NHDDD双原子分子如：离解能键能多原子分子如：)6-1 键参数(cnsh)第2页/共

2、82页第三页，共82页。2022-4-16129 (110110) () 154 134 120 Lpmpmm nmmCCCCCCL pm 、键长成键原子核间的平均距离。符号 ，单位：，键长越短，共价键越牢。 、键角分子内相邻化学键之间的夹角。CHHHH109.5NHHH107.3HOH104.5第3页/共82页第四页，共82页。2022-4-166-2 价价 键键 理理 论论 一、离子键理论的基本要点1、离子键的本质是库仑静电作用力f = q+ q- /R2 q+ 、q- 为离子所带电荷, R为离子间距离。 离子键强度是用晶格能来描述的。2、离子键的特点：既无方向性，也无饱和性，3、离子键的

3、离子性与元素(yun s)的电负性差有关。 两元素(yun s)的电负性差( x=1.7)判断键的性质6-2-1 离子键离子键(了解了解(lioji)）第4页/共82页第五页，共82页。2022-4-161. 离子(lz)的电荷：原子在形成离子(lz)化合物过程中，失去或得到的电子数2. 离子(lz)的电子构型简单负离子(lz)一般最外层具有稳定的8电子构型。正离子(lz)：2电子构型 Li+ Be2+ 8电子构型 Na+ K+ Ca2+18电子构型 Cu+、 Ag+、 Zn2+ 、 Cd2+、 Hg2+18+2电子构型 Pb2+ 、 Sn2+ 、 Bi3+ 9-17电子构型 Fe2+ 、Fe

4、3+、 Cr3+、 Mn2+第5页/共82页第六页，共82页。2022-4-163. 离子半径：(1) 离子半径：根据晶体中相邻正负离子间的核间 距(d)测出的。d = r+ + r- （有效离子半径）离子半径变化规律： 具有同一(tngy)电子结构的正负离子中，负离子半径 一般比正离子半径大。rNa+= 98pm, rF- = 133pm 同一(tngy)元素不同价态的正离子，电荷数越少的离 子半径越大。rFe2+ rFe3+第6页/共82页第七页，共82页。2022-4-16 同一主族，从上到下，电荷数相同(xin tn)的离子半径依次增大。 同一周期主族元素正离子半径随离子电荷数增大而依

5、次减小。rNa+ rMg2+ rAl3+ 周期表中，每个元素与其邻近的右下角或左上角元素离子半径接近。即对角线规则。rLi+ rMg2+ ; rSc3+ rZr4+ ; rNa+ rCa2+第7页/共82页第八页，共82页。2022-4-16 6-2-2 共价键理论共价键理论(lln)经典的价键理论1916路易斯（美）现代的价键理论1927海特勒和伦敦（德）分子轨道理论1932密立根（美）和洪特（德）分类第8页/共82页第九页，共82页。2022-4-160DR0核间距R能量R0=74pm D=456kJmol-1两原子电子自旋相反(xingfn)，电子云分布在核间比较密集，能量降低，形成H2

6、；两原子电子自旋相同 ，电子云分布在核间比较稀疏，能量升高，不能形成H2；以H2分子为例第9页/共82页第十页，共82页。2022-4-16价键理论的基本要点：自旋方向相反的未成对价电子可以配对(pi du)，形成共价键2. 原子轨道最大程度地重叠最大重叠原理。共价键的本质(bnzh)：既是电性的又是波性的。第10页/共82页第十一页，共82页。2022-4-161sHH-H H22s2pOO O O22s2pNN N N2第11页/共82页第十二页，共82页。2022-4-16（2）共价键有方向性。共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠(chngdi)的方向（轨道的对称轴）形成，叫着最大重叠(ch

7、ngdi)原理。即重叠(chngdi)越多，电子在两核间出现的机会越大，形成的共价键也就越稳定。第12页/共82页第十三页，共82页。2022-4-16 、相同重叠有效重叠或正重叠、对称性原则不同、重叠非有效重叠或负重叠3 原子轨道的重叠第13页/共82页第十四页，共82页。2022-4-16 键电子云界面键电子云界面(jimin)图图 键电子云键电子云界面界面(jimin)图图 第14页/共82页第十五页，共82页。2022-4-16键第15页/共82页第十六页，共82页。2022-4-16第16页/共82页第十七页，共82页。2022-4-16第17页/共82页第十八页，共82页。2022

8、-4-16定义：由成键的两原子(yunz)中的一个原子(yunz)单独提供电子对进入另一个原子(yunz)的空轨道共用而成键，此种共价键称为配位键。NH3 + H+ NH4+HHNHH+第18页/共82页第十九页，共82页。2022-4-1663 分子分子(fnz)的几何构型的几何构型6-3-1 价键理论的局限性6-3-2 杂化轨道理论要点6-3-3 杂化轨道类型(lixng)与分子的几何构型第19页/共82页第二十页，共82页。2022-4-16 价键理论在解释多原子(yunz)分子，如CH4的空间构型及稳定性时遇到了困难。 C：价层电子轨道排布式为 理应CH4中4条键键长、键角、键能不一致

9、，实际完全一致。2s2p2s2p激发6-3-1价键理论(lln)的局限性第20页/共82页第二十一页，共82页。2022-4-16 1931年鲍林在年鲍林在“价键理论价键理论”的基础上提出了杂化轨道理论，进一步补充和发展了价键理论。的基础上提出了杂化轨道理论，进一步补充和发展了价键理论。 1、同一原子中能量相近、同一原子中能量相近(xin jn)的某些原子轨道，在成键过程中，重新组合，形成一组能量相等的新轨道。这一过程称为的某些原子轨道，在成键过程中，重新组合，形成一组能量相等的新轨道。这一过程称为“杂化杂化”。形成的新轨道称为。形成的新轨道称为“杂化轨道杂化轨道”。 2、杂化轨道的数目、杂化

10、轨道的数目=参加杂化的轨道数目。参加杂化的轨道数目。 3、杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力增强。、杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力增强。6-3-2杂化轨道(gudo)理论一. 杂化轨道理论(lln)的要点第21页/共82页第二十二页，共82页。2022-4-16232333223222 111 spspspdspsp ddspsp dd spspnsnpBeHHgClBeH杂化轨道类型：等等。、杂化：同一原子中 条轨道和 条轨道的杂化例如：、为直线型分子，如何成键？气态的形成1802121夹角：、成分：形状：一头大、一头小杂化轨道每条pssp2s2psp杂化激发：Be4二.杂化类型与分子(

11、fnz)几何构型第22页/共82页第二十三页，共82页。2022-4-16第23页/共82页第二十四页，共82页。2022-4-1612322222222A 212 psBBFnpnsspspCSHCCOHgCl价层电子构型为二构。的具有平面三角形的结气态的杂化。条和条杂化：同一原子中、杂化成键。均采用2s2p激发2s2psp2杂化2s2p杂化第24页/共82页第二十五页，共82页。2022-4-1612032 312夹角：成分：形状：一头大，一头小杂化轨道psspBFFF120BF3的平面三角形结构第25页/共82页第二十六页，共82页。2022-4-16第26页/共82页第二十七页，共82

12、页。2022-4-16第27页/共82页第二十八页，共82页。2022-4-162332324332334 313 BClBBrSOSOC HCONOspspnsnpspCH等均采用杂化成键。、杂化：同一原子中 条和 条的杂化。等性杂化的形成2s2p激发2psp3杂化杂化C第28页/共82页第二十九页，共82页。2022-4-16第29页/共82页第三十页，共82页。2022-4-16第30页/共82页第三十一页，共82页。2022-4-165 .109 43 41 3夹角：成分：形状：一头大、一头小杂化轨道每条等性pssp杂化轨道成键。等均采用34342444 spClOPOSOCClSiH

13、CHHHHCH4的正四面体结构第31页/共82页第三十二页，共82页。2022-4-1633 NHsp不等性杂化分子的形成3 .10743414341 3333夹角：成键者成分；成分含孤对电子者：成分；成分其中三条：成分形状：一头大、一头小不等性含有一对孤对电子杂化轨道中不同之处在于一条和等性ppssppssspNHspsp2s2p不等性sp3杂化杂化N第32页/共82页第三十三页，共82页。2022-4-16107.3HHHNNH3的三角锥构型第33页/共82页第三十四页，共82页。2022-4-16分子的形成OH22s2p不等性sp3杂化杂化OOHH104.5第34页/共82页第三十五页，

14、共82页。2022-4-16杂化。采用不等性杂化也有，如杂化有，不等性杂化不仅子不同：结合原子数，但结合原杂化轨道数数目不等道数目可能和结合原子不等性杂化：杂化轨且结合原子相同。，目和结合原子数目相等等性杂化：杂化轨道数22233 spSOspspCHCl第35页/共82页第三十六页，共82页。2022-4-16354sp dPCl、杂化：的形成激发、杂化032333 dpsP3s3p3dsp3d3d第36页/共82页第三十七页，共82页。2022-4-163265sp dSF、杂化：的形成激发、杂化042333 dpsS3s3p3dsp3d23d3s3p第37页/共82页第三十八页，共82页

15、。2022-4-16第38页/共82页第三十九页，共82页。2022-4-16O3的结构(jigu)：OOOsp22pz1杂化OOO34 OOO2s22px12py12pz0基态第39页/共82页第四十页，共82页。2022-4-16一 价层电子对互斥理论的基本要点二 判断ABn型分子或离子的几何(j h)构型的步骤三 价层电子对互斥理论的局限性 VP：valence shell electron pair 价层电子对 BP：bond pair of electrons 成键电子对 LP：lone pair of electrons 孤电子对6-3 价层电子对互斥理论(lln)(VSEPR)

16、(Valence shell electron-pair repulsion theory)第40页/共82页第四十一页，共82页。2022-4-16 1、ABn型分子或离子的几何构型，主要(zhyo)由A原子的价层电子对的相互排斥作用决定，分子或离子的几何构型总是采用电子对相互排斥最小的那种结构。 2、 ABn型分子或离子的几何构型，决定于中心原子A的价层电子对的数目和类型(BP和LP)。一 价层电子对互斥理论的基本(jbn)要点第41页/共82页第四十二页，共82页。2022-4-16P170 表6.5第42页/共82页第四十三页，共82页。2022-4-16LPLPLPBPBPBP斥力：

17、XeXeXeFFFFFF孤电子对间夹角 a三个均120 b一个120二个90 c一个180二个903、键角的大小和电子对之间斥力有关第43页/共82页第四十四页，共82页。2022-4-162 90 180XeF夹角越多，斥力越大。分子或离子的几何构型尽可能采用价层电子对斥力最小者。几何构型为直线型，键角3 .91 8 .91 3 .93 3 .107 1 .102 3 .107 333333SbHAsHPHNHABNFNHABAA键角电负性越大，键角越大相同，键角，键角变小对远离电负性增大，价层电子相同，随。，斥力越大，键角越大心原子成键电子对越靠近中第44页/共82页第四十五页，共82页。

18、2022-4-161 2 , AABnVPABAB、确定中心原子 的价层电子对数的价层电子数提供电子数电荷数卤素原子作中心原子 时 贡献所有价电子，作配体时，只给一个价电子。氧族原子作中心原子 时，贡献所有的价电子，作配原子 时，一个电子也不给。稀有气体作中心原子时，最外层电子均作价电子。奇数电子，当作电子对处理。 .nAB二 判断型分子或离子几何构型的步骤第45页/共82页第四十六页，共82页。2022-4-1644 CClClOVP例一：中的42) 1(047 42144 44VPClOVPCCl中：中：VPPOSO中的例二：343 42) 3(045 32036 343VPPOVPSO中

19、：中： 24VPNOXeF中的和例三：) 3( 5 . 22025 62148 24看作中：中：VPNOVPXeF第46页/共82页第四十七页，共82页。2022-4-16 0 2 3 4 5 2 6 nnVPVPBPLPABVPBPLPBPLPABVPAsp时，价层电子对和几何构型相同。杂化轨道、根据、确定的几何构型23332 2 3 4 5 6 nspspsp dsp dBPAB 几何直线型平面三角形正2345623456 BeHBFCClPClSFHgClBClCHPFSeF四面体三角双锥正八面体构型举例234623446 o BeClBBrSnHM FCOSOSiHGeClWF2232

20、3344 CSCONOSOPO第47页/共82页第四十八页，共82页。2022-4-16直线形形形三角锥形三角锥形几何构型杂化轨道， 3 1 2 1 2 11 1 2 2 3 2 3 2 4 3 4 4 4 4 3 0 3233332223232VVVVABLPBPspspspspspspspAVPClONOClOClOOHNHSOLPBPVPn第48页/共82页第四十九页，共82页。2022-4-16四面体构型正方形四方锥直线形形变形几何杂化轨道 2 1 3 2 1 4 5 2 3 4 6 6 5 5 5 232333345334TABLPBPdspdspdspdspdspAVP ICl I

21、F I ClFTeCln第49页/共82页第五十页，共82页。2022-4-16分子(fnz)构型小结P73表6.7第50页/共82页第五十一页，共82页。2022-4-160510 ()nABddd只适用于中心原子是主族元素的型分子或离子，副族、也可。只适用于孤立的分子或离子，不适用于固体。只能定性，而不能定量描述 键长、键角。 .三价层电子对互斥理论的局限性第51页/共82页第五十二页，共82页。2022-4-16 6-5 分子(fnz)间力和氢键 6-5-1 分子(fnz)的极性和变形性 6-5-2 分子(fnz)间力：色散力、诱导力、取向力 6-5-3 氢键第52页/共82页第五十三页

22、，共82页。2022-4-16极性分子：正、负电荷重心不相重合(chngh)的分子。非极性分子：正、负电荷重心相重合(chngh)的分子。1、双原子分子H2、Cl2、O2分子中存在非极性键，为非极性分子。HF、 HCl、HBr、HI分子中存在极性键，为极性分子。2、多原子分子分子由非极性键构成，整个分子是非极性的。分子由极性键构成，分子的极性则由空间构型决定。6-5-1 分子分子(fnz)的极性和变形性的极性和变形性第53页/共82页第五十四页，共82页。2022-4-16一、分子一、分子(fnz)的极性的极性例如：CO2 O=C是极性键 O=C=O分子呈现对称(duchn)构型，整个分子为非

23、极性分子。例如：CCl4 C-Cl 是极性键，分子(fnz)的空间构型为正四面体，为对称构型。分子(fnz)为非极性分子(fnz)。而CHCl3是极性分子(fnz)。ClClCClCl第54页/共82页第五十五页，共82页。2022-4-16第55页/共82页第五十六页，共82页。2022-4-16 2、分子的变形性和变形极化(j hu)分子的变形性-分子外形发生变形的性质。分子的变形极化(j hu)-分子发生变形产生两个极的过程。大小的标度。电场作用下变形性：极化率恒量分子在外外诱导偶极 E- +-第56页/共82页第五十七页，共82页。2022-4-16 6-5-2 分子间力：色散力、诱导

24、力、取向力 1、色散力 瞬时偶极和色散力 瞬时偶极-分子正负电荷重心瞬间不重合产生的偶极。(原子核不断振动、电子不断运动) 色散力-瞬时偶极之间的作用力。 异极相邻状态，不断消失(xiosh)和出现第57页/共82页第五十八页，共82页。2022-4-16色散力存在于所有分子之间 如 CH4-H2 CH4-H2O H2O-NH3影响色散力大小的因素 与分子的变形性有关。分子量越大，分子的变形性越大。 如 CH4 SiH4 GeH4 SnH4 色散力增大第58页/共82页第五十九页，共82页。2022-4-162、诱导(yudo)力诱导偶极-非极性分子受极性分子电场的作用而产生的两个(lin )

25、极。诱导力-诱导偶极和极性分子的固有偶极之间的作用力。 诱导力存在的范围 只要有固有偶极就会产生诱导偶极。 诱导力存在于：极性 - 非极性分子间如H2O-CH4 极性 - 极性分子间如H2O-NH3 诱导(yudo)偶极和诱导(yudo)力第59页/共82页第六十页，共82页。2022-4-163、取向力 固有(gyu)偶极和取向力 固有(gyu)偶极-极性分子原来就存在的两个极。 取向力-由于固有(gyu)偶极的取向而产生的作用力。对于极性分子2：偶极=固有(gyu)偶极+诱导偶极+ -+ -+ -+ -d1d2d2d1第60页/共82页第六十一页，共82页。2022-4-16 取向力存在范

26、围 只存在于极性分子之间 如 H2O-NH3 C2H5OH-H2O HF-H2O 总之：取向力只存在于极性-极性分子之间；诱导力存在于极性-极性分子和极性-非极性分子之间；色散力存在于所有分子之间。 对于大多数分子来说(除极性很大者)，色散力是主要的。 分子间力特点： 电性作用(zuyng)力范围小作用(zuyng)能一般几十千焦 无方向性和饱和性。第61页/共82页第六十二页，共82页。2022-4-16 4、分子间力对物质物理性质的影响 化学键是决定(judng)物质化学性质的主要因素。 物理性质：熔沸点、汽化热、熔化热、溶解度、粘度、硬度等。常提到的是熔沸点： 如 He Ne Ar Kr

27、 Xe F2 Cl2 Br2 I2 分子量增大，熔沸点升高第62页/共82页第六十三页，共82页。2022-4-16 H2O H2S H2Se H2TeH2O的分子量最小，推测H2O沸点应为-100C出现(chxin)反常的还有NH3 HF 1、氢键及形成条件 H和X形成的第一条键为共价键， H和Y形成的第二条键叫氢键。XHY6-5-3氢键(qn jin)第63页/共82页第六十四页，共82页。2022-4-16 氢键形成的条件(tiojin)：X、Y均电负性大、半径小，且Y要有孤对电子。 N O F Cl 电负性： 3.0 3.5 4.0 3.0 F、O、N符合 r/pm 71 60 67

28、99 形成氢键的条件(tiojin) 2、为什么要X、Y电负性大、半径小，Y还要有孤对电子？ 3、氢键的特征：有方向性，有饱和性。第64页/共82页第六十五页，共82页。2022-4-16 分子间氢键(qn jin) 如 H2O-NH3 NH3-NH3 H2O-H2O 分子内氢键(qn jin) 如 邻硝基苯酚、间硝基苯酚 氢键(qn jin)强度42kJmol-1以下。可认为是一种有方向性的分子间力。HONOOOHONO4、氢键(qn jin)的种类第65页/共82页第六十六页，共82页。2022-4-16 对熔沸点的影响 分子间氢键使熔沸点升高，如 HF H2O NH3 分子内氢键使熔沸点

29、降低(jingd)，如HNO3沸点只有86C 对溶解度的影响 如 HF NH3在水中溶解度大 5、氢键(qn jin)对物质物理性质的影响第66页/共82页第六十七页，共82页。2022-4-16 对粘度的影响 分子间氢键使粘度增大 如甘油、浓H3PO4、浓H2SO4粘度大 对密度的影响 冰浮在水面上，冰为巨大缔合物，疏松正四面体结构 nHF (HF)n n=2、3、4 有NH4HF2第67页/共82页第六十八页，共82页。2022-4-16 7-6离子极化7-6-1离子的电子构型7-6-2离子的极化和变形(bin xng)性7-6-3离子极化对物质结构和性质的影响第68页/共82页第六十九页

30、，共82页。2022-4-16 7-6-1离子的电子构型 1、原子(yunz)的价电子构型(复习) 主族 Na Mg Al Si P S Cl Sn 失电子时先失np，后失ns 副族 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 失电子(dinz)时先失ns，后失(n-1)d3s1 3s2 3s2 3p1 3s2 3p2 3s2 3p3 3s2 3p4 3s2 3p5 5s25p23d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s23d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2第69页/共82页第七十页，共82页。2022-4-162、阳离

31、子的电子(dinz)构型2eLi+ Be2+二周期 s 区8eNa+ Mg2+ Al3+K+ Sc3+ Ti4+s 区A、A、A 及B、B高价阳离子(917)eMn2+ Fe2+ Fe3+Co2+ Ni2+ Cu2+Au3+d 区低价阳离子 ds区高价阳离子18eCu+ Ag+ Au+Zn2+ Cd2+ Hg2+Ga3+ Ge4+ Sn4+ds 区和 p 区(四周期后)的高价阳离子(18+2)eTl+ Pb2+ Sn2+Sb3+ Bi3+p 区低价阳离子(四周期以后的)无电子型H+阳离子的电子(dinz)构型举例(j l)元素所属区和族第70页/共82页第七十一页，共82页。2022-4-16

32、如 Pb 核外电子(dinz)分别式（六A） Xe 4f145d106s26p2 Pb2+ (18+2)e, 电子(dinz)构型, 失去6p2后， 5s25p65d106s2为 18+2第71页/共82页第七十二页，共82页。2022-4-16 7-6-2离子的极化和变形(bin xng)性1、基本概念 离子极化-离子在电场中发生变形(bin xng)而产生诱导偶极的过程。+-+-m+n-阳离子阴离子+-+-m+n-+未极化的简单离子离子在电场中的极化第72页/共82页第七十三页，共82页。2022-4-16 离子极化现象普遍存在于离子晶体中(为什么？) 离子的变形性-离子在外电场(或异号离子)作用下，其外层电子与核发生相对位移而发生变形的性质。 离子的极化力-离子使异号电荷的离子极化而变形的能力。 阳离子和阴离子都有极化力和变形性两个方面(fngmin)，但阳离子极化力大，阴离子变形性大(为什么？)。一般情况下，考虑阳离子的极化力，阴离子的变形性。第73页/共82页第七十四页，共82页。2022-4-1632 : : 2 Z ZAlMgNarrLiNaKRbCs阳离子电荷高，极化力强：如阳离子半径小，极化、影响离子极化力力的因素强：如222222222232 2e 18e (182)e (91