分子结构市公开课一等奖省赛课获奖课件

第二章分子结构

内容提要本章简述了三种类型化学键理论：离子键、共价键（配位键）和金属键；介绍了当代价键理论和分子轨道理论初步知识，讨论了分子结构和物理性质之间关系。1分子结构第1页本章讲解内容第一节化学键参数和分子性质第二节离子键第三节共价键第四节分子轨道理论第五节金属键和键型过渡第六节分子间力和氢键2分子结构第2页研究分子

主要研究以下三方面内容

1分子化学组成

2分子中原子间化学键

3分子空间构型：分子中原子空间排布，键长键角和几何几何形状3分子结构第3页

本章教学要求4．认识分子间作用力和氢键本质，会用其解释对物质性质影响.1．认识化学键本质；2．掌握价键理论内容；会用价键理论解释共价键特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释简单分子结构；3．初步认识分子轨道，掌握第二周期元素分子轨道特点；4分子结构第4页第一节化学键参数和分子性质1-1键参数键能、键长、键角、键极性1-2分子性质分子极性：极性分子0

非极性分子=0分子磁性:顺磁性分子(有成单电子)抗磁性分子(没有成单电子)5分子结构第5页1-1键参数化学键──原子或离子之间直接,主要和强烈相互作用称为化学键。键参数──用于表征化学键性质物理量称为键参数。双原子分子键能就是其离解能惯用符号“D”来表示6分子结构第6页一、键能在标准状态、298K时,断开1mol气态AB化学键,使其成为气态A和B时所需要能量，称为AB键能。惯用符号△rH0。AB(g)→A(g)+B(g)D(A-B)=△rH0(AB键能或AB离解能)其它类似概念:AB(s)──>AB(l)△rH0

(AB熔化热)AB(s)──>AB(g)△rH0(AB升华热)AB(l)──>AB(g)△rH0(AB蒸发烧,汽化热)7分子结构第7页多原子分子中键能：（通常是指标准下气态分子拆开成气态原子时，每种键所需能量平均值。）断裂气态分子中某一个键，形成两个碎片时，需能量叫做分子中这个键解离能。取决于原子本身和其它原子关系。例|：NH3为平均键能NH3(g)=NH2(g)+H(g)D1=435NH2=NH(g)+H(g)D2=398ΔHθ=391KJ.mol-1平均值NH(g)=N(g)+H(g)D3=3398分子结构第8页键能意义键能越大,表示键强度越大，分子稳定性越强。AB键能:单键<双键<叁键

注意：同种单键(或双键等)在不一样化合物中也有差异。9分子结构第9页二、键长两个原子结合形成化学键时,核间距离称为键长。AB键长中：单键>双键>叁键普通说来,键长越短,键能越大。三、键角当一个原子同另外两个原子结合形成化学键时,它们核间距夹角称为键角。10分子结构第10页在NH3分子中，因为孤电子对靠近N原子，它对周围三个N-H键产生排斥作用，所以键角∠HNH总是小于CH4中键角∠HCH。NH3分子结构

利用键角和键长数据,能够表征分子空间结构。从而解释分子一些性质。11分子结构第11页四、键极性非极性键由两个相同原子组成化学键,它们正负电荷重心完全重合,这类化学键称为非极性键极性键由两个不一样原子组成化学键,因为它们电负性不一样,它们正负电荷重心不重合,这类化学键称为极性键正负电荷重心距离越大,极性越强。键极性能够由原子电负性差大小进行比较。ClClCl—Cl非极性键ClHH—Cl极性键-ClNa+Na—Cl离子键（强极性键）12分子结构第12页1-2分子性质一分子极性

假如分子正电荷重心和负电荷重心完全重合,则称为非极性分子。假如不重合,则称为极性分子。非极性分子：Cl—Cl、CCl4、O=C=O、极性分子：H—ClOHH凡含有对称中心或含有对称元素公共交点分子就是非极性分子。-q+qd13分子结构第13页衡量分子极性强弱物理量是偶极矩。偶极子──大小相等,符号相反,彼此距离为d两个电荷组成体系称为偶极子。一个极性分子就是一个偶极子。分子正电荷中心称为偶极子正极,负电荷中心称为负极。-q+qd14分子结构第14页偶极矩偶极子电量q和正负电荷重心距离d乘积称为电偶极矩,简称偶极矩,表示为:μ=q·d一个电荷电量(电子电量)是1.6×10-19C(库仑),分子直径为10-10m,所以分子电偶极矩大小数量级为10-30(C·m)。它又是一个矢量,方向从正极到负极。-q+qd偶极子偶极矩越大，分子极性越强。一些物质偶极矩列于表2-4（P99）15分子结构第15页二、分子磁性1、电子运动产生磁性单电子自旋运动其周围会产生一个小磁场,两个自旋相反电子在一个轨道上运动,它们产生小磁场方向相反,相互抵消。2、抗磁性物质分子中无未成对电子物质称为抗磁性物质。3、顺磁性物质分子中有未成对电子物质,称为顺磁性物质。这类物质分子在外磁场作用下,能产生一个对着外加磁场方向磁矩,称为抗磁性。↑↓NS这类物质在外磁场作用下,能顺着磁场方向产生一个磁矩,这种性质称为顺磁性。顺磁性物质成单电子数目越多，产生磁矩越大。16分子结构第16页成单电子数目与磁矩关系：μm=n(n+2)μm

单位是：B·M(玻尔磁子)依据磁矩大小可双计算分子中未成对电子数目。应该指出，物质抗磁性是普遍存在现象。顺磁性物质磁场中也会产生诱导磁矩，反抗外加磁场，只不过是顺磁性超出抗磁性而已。n未成对电子数目17分子结构第17页想一想：试预计以下物质磁矩大小：Fe(H2O)62+、Fe(H2O)63+、Zn2+

成单电子数45018分子结构第18页第二节离子键2-1离子型化合物生成过程能量改变一、氯化钠生成过程玻恩-哈伯循环二、氯化钠晶格能2-2离子键本质2-3离子特征离子键本质是正负离子间静电引力作用离子键特征

没有方向性,没有饱和性。19分子结构第19页2-1离子型化合物生成过程能量改变一、氯化钠生成过程玻恩-哈伯循环Q=S+1/2D+E+I+UU=Q–S–1/2D–E–INaCl晶格能:U=-(△H1+△H2)Na(s)+——Cl2(g)───→NaCl(s)12Na(g)+Cl(g)Na+(g)+Cl-(g)NaCl(g)△H1△H2NaCl键能升华热S离解能1/2D电离能I电子亲和势E晶格能UQ△H320分子结构第20页二、氯化钠离子键晶格能晶格能——在标态下,由气态正负离子结合成为1mol离子晶体时放出来热量，称为该离子晶体晶格能,用符号“U”表示。Na+(g)+Cl-(g)→NaCl(s)U=-△rH=-(△H1+△H2)

作用：衡量离子键强弱。说明：晶格能越大,晶体越稳定。21分子结构第21页2-2离子键本质离子键和离子化合物离子键本质就是正负离子间静电引力(库仑引力)。q+q-dF=————q+·q-d2所以,离子化合物不能写出它分子式,只能用化学式表示其组成。如食盐用NaCl表示。库仑力

离子键特征：

没有方向性,也没有饱和性。正负离子经过静电作用而形成化学键称为离子键。由离子键形成化合物称离子化合物。 离子电子云可看作呈球状，它电荷是对称平均分布，离子在空间各个方向上吸引力是一样，所以离子键没有方向性。 只要空间条件允许，一个离子能够同时和几个带相反电荷离子相互吸引，所以离子键没有饱和性。Na+CL－

6个Na+周围有6个CL－，6个CL－

周围有6个Na+。22分子结构第22页2-3离子特征1、离子半径（1）半径确定（2）改变规律

①从族中，从上而下，离子半径增大②同周中：正离子伴随正电荷增多，半径减小负离子伴随正电荷增多，半径增大③同一元素正离子半径小于它原子半径，简单负离子半径大于它原子半径。ΥNa+>ΥMg2+>ΥΥF－<ΥO2-④同一元素形成不一样价态离子时，正电离越高，离子半径越小。Fe3+<Fe2+<Fe

LiFNaFKFΥM+6095133溶点104099585623分子结构第23页2、离子电荷：CaoKF2590856阴阳离子相同1：1电荷不一样电荷大熔沸点高24分子结构第24页3、离子电子构型：IB：Cu+Ag+Au+Ga3+Tn3+TL3+→18eIIB：Zn2+Cu2+Hg2+Ge4+Sn4+Pb4+→18e④18+2电子构型：Ge2+Sn2+Pb2+Ga+Tn+TL+⑤不饱和电子构型：9～17之间过渡金属离子IIIB例：IA（碱金）IB（碱土）NaClNa+Υ=95PmCuClCu+Υ=96Pm性质不一样，溶解性NaCl溶解，CuCl沉淀①2电子构型：Li+Be2+1S2最外层为2个电子离子；②8电子构型：IAIIAAL3+

Sc3+最外层8个电子离子；③18电子构型：nS1nS2IBIIB是外层。25分子结构第25页3-1当代价键理论(VB法)一、H2共价键形成和本质二、当代价键理论基本关键点三、键和键一、“杂化”和“杂化轨道”三、NH3和H2O分子结构二、sp型杂化第三节共价键3-2杂化轨道理论26分子结构第26页假如两个电子是自旋相同,则它们空间运动轨道不能重合,体系能量因电子间斥力作用而升高,不能形成共价键。3-1当代价键理论(VB法)一、H2共价键形成和本质当H2两个电子相互靠近时,假如电子自旋方向相反,则两个电子运动空间轨道发生重合,电子云在两原子核间几率密度增大,体系能量降低.当降到D点时,核间距为R0,当R小于R0时,两原子核间斥力占为主要作用,体系能量升高,所以斥力将推开原子核间距离回到R0处。R0就是共价键键长:R0=74pm27分子结构第27页共价键形成条件:两个原子成单电子自旋方向必须相反。共价键性质含有饱和性含有方向性原子形成共价键数目取决于原子未成对电子数目原子轨道间重合只有符合最大重合方向,才能形成共价键。在形成氯化氢分子时,只有当氢原子电子沿着X轴与氯原子轨道成键时,轨道重合最多,才能得到稳定共价键。二、当代价键理论基本关键点128分子结构第28页键和键键──两个原子轨道沿着键轴方向以“头碰头”方式重合而形成键称为键。比如S--S,S─Px,Px─Px轨道重合按照这种方式重合。键特点是它电子云分布是沿键轴呈圆柱形对称(图)。111129分子结构第29页键──两个原子轨道沿着键轴方向以“肩并肩”方式重合而形成键称为键。Py──PyP,Pz──Pz轨道重合按照这种方式重合键特点:电子云分布是以经过键轴且垂直于成键P轨道平面为对称两个“冬瓜”形N2分子中两个N原子间形成了一个键和两个键因为键重合程度要比键小,所以键强度要比键大。1130分子结构第30页1.分子或离子空间构型与中心原子价层电子对数目相关VP=BP+LP(价层)(成键)(孤对)2.价层电子对尽可能远离,以使斥力最小LP-LP>LP-BP>BP-BP3.依据VP和LP,推测分子空间构型三价层电子对互斥理论（VSEPR理论）介绍

ValenceShellElectronPairRepulsionTheory（一）、VSEPR理论基本关键点简称VP法31分子结构第31页（二）、推测方法(AXm)(1)确定中心原子A价层电子对数VP标准:①A价电子数=主族序数;

②配体X:H和卤素每个原子各提供一个价电子,氧与硫不提供价电子;

③正离子“-”电荷数,负离子“+”电荷数。例:VP()=(6+4×0+2)=4VP价电子对数＝[中心原子价电子数＋其它原子提供单键电子数＋离子负电荷数（或减去离子正电荷数）]÷232分子结构第32页(2)确定电子对空间排布方式VP=2直线形VP=3平面三角形VP=4正四面体VP=5三角双锥VP=6正八面体AAAAA::::::::::::::::::::33分子结构第33页确定中心原子价电子对数z

价电子对数＝[中心原子价电子数＋其它原子提供单键电子数＋离子负电荷数（或减去离子正电荷数）]÷2CH4所以C价电子对数=（4+4）÷2=4四面体说明：①氧族原子做配体认为没有提供电子 ②氧族原子做中心离子认为已提供6个电子

AsO43-As价电子数：5,其它原子提供单键电子数：0（氧原子与中心原子是以双键结合）,负电荷数：3所以As价电子对数=（5+3）÷2=4 四面体34分子结构第34页(3)确定孤对电子数和分子空间构型①LP=0分子空间构型=电子正确空间构型VP=(2+2)=2LP=0VP=(6+6)=6LP=0VP=(4+4)=4LP=0VP=(5+5)=5LP=0VP=(3+3)=3LP=035分子结构第35页例试依据上述标准判断XeF4稳定构型价电子对数＝(8+4)÷2=6价电子对构型为八面体XeF4可能构型有两种：XeXeFFFFFFFF(a)(b)所以XeF4分子构型是平面四面形90°孤—孤：0190°孤—成：8690°成—成：45构型：（a）（b）

36分子结构第36页四杂化轨道理论:（解释分子空间构型和稳定性）●原子轨道为何需要杂化？●原子轨道为何能够杂化？●怎样求得杂化轨道对称轴间夹角？新理论必须处理以下问题在众多科学家追求中，Pauling建立了新化学键理论——杂化轨道理论.37分子结构第37页1成键时中心原子能级相近价电子轨道相混杂，形成新价电子轨道——杂化轨道；●轨道成份变了●轨道能量变了●轨道形状变了结果，当然是更有利于成键喽！2杂化后轨道伸展方向、形状、成份和能量发生改变；3杂化前后轨道数目不变。一、理论基本关键点总之，杂化后轨道变了38分子结构第38页

杂化轨道理论（解释分子空间构型）

1、杂化过程:基态原子─>激发态原子─>杂化态原子。

2、杂化条件:参加杂化原子轨道必须是能量相近原子轨道。杂化过程原子轨道总数不变。

3、杂化轨道类型：sp型和dsp型。sp型分为

sp杂化、sp2杂化、sp3杂化。39分子结构第39页

1sp杂化2s2p2s2psp2p杂化态基态激发态Cl－Be－Cl二、杂化形式2s2p轨道实例：BeCl2Be:2s240分子结构第40页

一个s轨道和一个p轨道杂化形成两个直线型sp杂化轨道。每个sp杂化轨道中,含有1/2S和1/2P成份。sp型杂化中心原子采取sp型杂化，分子构型为直线型如CO2、BeCl2。键角180°。结论41分子结构第41页

2sp2杂化2s2p轨道2s2p2s2psp2杂化态基态激发态2p实例：BCl3B:2s22p142分子结构第42页

一个s轨道和二个p轨道杂化形成叁个互成平面三角形sp2杂化轨道。每个轨道含有1/3S和2/3P成份。sp2型杂化结论中心原子采取sp2型杂化，分子构型为平面三角形。如BF3，键角120°。43分子结构第43页2p2s2s2psp3杂化态3sp3杂化基态激发态2s2p轨道实例：CH4C:2s22p12p144分子结构第44页sp3型杂化一个s轨道和三个p轨道杂化形成四个sp3杂化轨道,分别指向正四面体四个顶角。每个sp3杂化轨道含有1/4s和3/4p成份。结论中心原子采取sp3型杂化，分子构型为正四面体。如CCl4、CH4,键角109.5

°45分子结构第45页1轨道成份变了：变成s轨道和p轨道混合成份；3轨道能量变了：变得比杂化前更低了。2轨道形状变了：变得一头大，一头小；杂化轨道理论：解释了多原子分子共价键形成、分子稳定性及分子构型。总结结果，确实更有利于成键了！46分子结构第46页（三）、NH3和H2O分子结构1、NH3分子结构在NH3分子中,N原子有一对电子占据一个sp3杂化轨道,称为孤电子对,其它三个(2SP3)轨道上电子分别与三个H原子结合形成三角锥体结构,因为孤电子对对成键电子排斥作用,使三个N-H键角互成107.3°(正四面体是109.5°)。如图所表示。147分子结构第47页2、H2O分子结构在H2O分子中,O原子有二对孤对电子占据二个sp3杂化轨道,其它两个单电子占据二个sp3杂化轨道。因为两对孤电子对对成键电子排斥作用更强，使两个O-H键角互104.5°(正四面体是109.5°)。148分子结构第48页小结:杂化轨道类型与分子空间构型杂化轨道类型参加杂化轨道杂化轨道数成键轨道夹角分子空间构型实例

中心原子s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p2443Be(ⅡA)B(ⅢA)C,Si(ⅣA)N,P(ⅤA)O,S(ⅥA)Hg(ⅡB)不等性sp杂化、sp2杂化、sp3杂化sp349分子结构第49页（四）、杂化理论基本关键点：（1）原子轨道组合：能量相近可组合，得到杂化轨道数目与原子轨道数目相同，杂化轨道能量完全相同（2）杂化轨道在成键时要满足体系斥力最少：决定成键时含有方向性。（3）杂化轨道在成键时轨道进行最大重合，满足最大重合原理，这么键最强，分子最稳定。50分子结构第50页第四节分子轨道理论介绍4-1分子轨道含义一、原子轨道线性组合二、组合标准ΨA=ψa+ψbΨB=ψa-ψb1、对称性标准2、最大重合标准3、能量近似标准三、分子轨道类型和电子云界面图4-3分子轨道中电子排布4-2分子轨道形成4-4键级51分子结构第51页在原子中,电子空间运动状态称为原子轨道,能够用ψn,lm来描述,类似地,分子轨道理论把分子看作是一个整体,在分子中电子空间运动状态称为分子轨道。分子轨道也能够用对应ψ来描述。原子轨道类型有s,p,d…分子轨道类型也分为,,…第四节分子轨道理论介绍4-1分子轨道含义P-P52分子结构第52页一、原子轨道线性组合分子轨道是由不一样原子间原子轨道按照线性组合方式得到,比如两个原子A和B原子轨道ψa和ψb组成份子轨道时,线性组合方式以下:ΨA=ψa+ψbΨB=ψa-ψb线性组合时,有多少个原子轨道,就组合成多少个分子轨道。ABψa-ψbψa+ψbΨA（成键轨道）ΨB（反键轨道）4-2分子轨道形成53分子结构第53页二、组合标准1对称性标准──两个原子轨道对称性要相同才能组成份子轨道。当两个原子轨道组合时,以键轴为轴,旋转180°,假如轨道符号都不变或都变号,则两个轨道对称性一致;假如一个轨道符号不变,另一个发生变号,则是对称性不一致。详细地说就是:S-SS─PxPx─PxPy─PyPz─Pz

是对称性一致。它们能够组合成份子轨道。S─Py,Px─Py,Px─Pz

是对称性不一致。它们不能组合成份子轨道。+S+-Px+-Py+-Pz键轴方向判断对称性是否一致方法54分子结构第54页2、最大重合标准──对称性一致原子轨道组合成份子轨道时,总是按照最大重合方向进行组合。

比如,s─s、s─px、px─px轨道组合以“头碰头”方式组合成为轨道。py─py、pz─pz轨道组合以“肩并肩”方式组合成为轨道。3、能量近似标准──组合成份子轨道原子轨道,必须是能量相近轨道,能量差异大原子轨道不能组成有效分子轨道。55分子结构第55页1、分子轨道s─s轨道组合:由两个H原子1s轨道线性组合能够得到两个分子轨道,一个是成键轨道,表示以下:

1s=ψ1s+ψ1s另一个是反键轨道,表示以下:

1s*=ψ1s-ψ1s成键轨道能量比组合前原子轨道能量低。反键轨道能量比组合前原子轨道能量高图 1s分子轨道形成波函数界面图电子云界面图*1s分子轨道形成见图三、分子轨道类型和电子云界面图56分子结构第56页px─px轨道组合:

2px=ψ2px+ψ2px

2px*=ψ2px–ψ2px轨道电子云是经过键轴呈圆柱形对称。57分子结构第57页58分子结构第58页2、分子轨道pz─pz轨道组合:成键轨道2pz=ψ2pz+ψ2pz反键轨道2pz

*=ψ2pz-ψ2pz轨道电子云是以经过键轴且垂直于成键p轨道平面为对称。分子轨道电子云界面图形状与波函数界面图相同，但没有正负号。59分子结构第59页四、O2和N2分子轨道形成

在第二周期元素双原子分子中,从Li2至N22s和2p轨道能量差较小,能够发生组合,而O2和F22s和2p轨道能量差较大,不能发生组合。组合后2s能量有所降低,2p能量有所升高,使到2p能量比2p能量低。如图所表示。O2和N2分子轨道形成能量示意图如图所表示60分子结构第60页4-3分子轨道中电子排布排布标准和电子填充原子轨道三标准相同：能量最低原理、保里不相容原理、洪特规则分子轨道形成过程,电子排布表示式:2N(1s22s22p3)─→N2[KK(2s)2(2s*)2(2p)4(2p)2]2O(1s22s22p4)─→O2[KK(2s)2(2s*)2(2p)2(2p)4(2p*)2]N2和O2分子轨道中电子排布示意图61分子结构第61页N2分子轨道中电子排布示意图分子轨道电子排布式:62分子结构第62页第二周期同核双原子分子：O2(O,F)或63分子结构第63页非键电子、键和键非键电子──当一个成键轨道和它反键轨道都填满电子时,它们能量效应相互抵销,相当于电子末参加成键,这种状态电子称为非键电子。如上述N2和O2分子中KK(2s)2(2s*)2电子就是非键电子。键──当一个轨道填有电子,而它反键轨道没有电子或未被填满时,就形成了一个键。如上述N2和O2分子中(2p)2键──当一个轨道填有电子,而它反键轨道没有电子或未被填满时,就形成了一个键。如上述N2分子中(2p)4组成两个二电子键，O2分子中(2p)4(2p*)2组成两个三电子键O2分子结构式：O——O：······O2分子中,每个三电子键有一个未成对电子,共有两个未成对电子,这就解释了它顺磁性原因。64分子结构第64页键级意义：同种原子形成键，键级越大,键长就越短,键能就越大,键级=0,表示没有成键作用，比如He2分子不存在，它键级=0。键级=————————————————————————————成键轨道电子总数-反键轨道电子总数22H(1s1)─→H2[(1s)2]键级=12He(1s2)─→He2[(1s)2(1s*)2]键级=02N(1s22s22p3)─→N2[KK(2s)2(2s*)2(2p)4(2p)2]

键级=32O(1s22s22p4)─→O2[KK(2s)2(2s*)2(2p)2(2p)4(2p*)2]