第二章1共价键

第二章分子结构与性质1共价键铜梁中学左先群课前预习内容化学键：概念、存在范围、类型、与反应本质的关系、用电负性判断类型电子式：概念、各种微粒电子式的书写、表示化合物的形成过程共价键：定义、成键微粒、成键实质、非极性键和极性键、形成共价键的条件、本质、存在范围共价化合物：定义、类型、极性分子与非极性分子、表示形式（分子晶体——化学式或分子式、原子晶体——化学式）（1）两个成键原子均提供原子轨道形成的共价键相互靠拢电子云“”重叠形成H2分子的共价键H2分子电子云模型H2分子中的共价键——s-s？键头碰头s↑↓↑↑核间距离由小到大↑能量H2分子的形成过程：两个氢原子的1s电子的自旋方向相反，当它们相互靠近时,两个原子核间的电子云密度变浓，两个原子组成的体系总能量变低，低于两个氢原子能量之和.当两个氢原子核间距离达到某一距离r0时，体系的总能量达最低，表示在两个氢原子间生成了稳定的共价键,形成了H2分子。当核间距离进一步缩短时，由于两上带正电荷的氢原子核之间的强烈排斥，又使系统的能量升高。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，因而可以形象地说，核间电子好比在核间架起一座带负电荷的桥梁，把带正电荷的两个原子核“黏结”在一起了。若两个成键原子的电子自旋方向相同，当它们相互接近时，原子间总是排斥作用占主导地位，所以两个带有自旋方向相同的电子的氢原子不可能形成氢分子。请分组讨论HCl和Cl2分子中共价键的形成过程温馨提示：原子轨道重叠方式共用电子对最易出现的位置HCl中的H－Cl键H的s轨道Cl的p轨道“头碰头”重叠H－Cl共价键（2）两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键——s-p？键Cl2分子中的Cl－Cl键Cl的p轨道Cl的p轨道Cl－Cl共价键(3)两个成键原子均提供p原子轨道形成的共价键“头碰头”重叠——p－p？键N1s2s2pN≡N思考：当X方向的电子云以“头碰头”的形式重叠之后，Y、Z方向的电子云以什么形式去重叠？XYZXYZ探究N2分子共价键的形成过程+IYXpY—pY+IYZZPZ—PZ原子轨道在核间连线两侧进行重叠“肩并肩”方式形成的共价键——p－p？键从上述形成方式可知：共价键可以是“头碰头”形成的，也可以是“肩并肩”形成的。因此我们根据这种重叠方式的不同，将共价键分成了σ键、π键一、共价键的类型（σ键、π键）(一)σ键1、形成共价键的未成对电子的原子轨道采用“头碰头”的方式重叠，这种共价键叫σ键此键在两个原子核的连线上2、σ键的类型根据成键电子原子轨道的不同分为s-sσ键、s-pσ键、p-pσ键3、σ键的特征：(1)以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键的电子云图形不变(即键沿着两个原子核的连线伸展)(2)形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性(通常两原子之间首先形成σ键)4、σ键的存在：共价单键肯定是σ键；共价双键(或三键)中有σ键(通常只有一个是σ键)(二)π键1、π键2、p－pπ键的形成形成共价键的未成对电子的原子轨道，采取“肩并肩”的方式重叠，这种共价键叫π键P轨道“肩并肩”重叠π键在两原子核连线的两侧P轨道3、π键的特征(1)每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核连线构成的平面的两侧。(如果以它们之间包含原子核平面为镜面，它们互为镜象，这种特征称为镜像对称)(2)形成π键时，电子云重叠程度比σ键小，π键没有σ键牢固4、π键的存在π键通常存在于共价双键和共价三键中请你总结：(三)σ键和π键存在的一般规律：1、共价单键为键；2、共价双键中有个是键，有个是键3、共价三键中有个是键，另个是键σσσππN≡N形成的是个键和个键p－pσp－pπ12请指出C2H6、C2H4的共价键类型及个数一一一两σ键π键重叠方式重叠程度对称情况键能参与成键轨道化学活泼性实例请你总结(四)σ键和π键的比较头碰头肩并肩大小沿键轴方向，圆柱形对称通过含键轴的一个平面，在两侧镜像对称大小s－ss－pp－pp－p不活泼活泼（易反应）H2、HCl、Cl2CH2=CH2价键轨道：由原子轨道相互重叠形成的σ键和π键总称为价键轨道。价键轨道是分子结构中的价键理论中最基本的组成部分。(五)请你了解这个概念：(六)共价键的特征实验事实:H、Cl都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2，而不能形成H3、H2Cl、Cl3等分子。N原子p能级上有三个未成对电子，故N可形成三个共价键，如NH31、共价键的饱和性共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋方向相反的电子配对成键，形成几个共价键，这就是共价键的“饱和性”实验事实:共价键形成时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现概率越多，形成的共价键越牢固。共价键的方向性决定了分子的空间构型2、共价键的方向性同种分子中(如HX)成键原子电子云(原子轨道)重叠程度越大，形成的共价键越牢固，分子结构越稳定。如HX的稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI电子所在的原子轨道都有一定的形状，所以要取得最大重叠，共价键必然有方向性。(六)共价键的特征共价键具有饱和性和方向性共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成共价键的方向性决定了分子的空间构型当成键电子的电子云重叠程度越大，形成的键越牢固（七）共价键强弱的判断1、由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的原子半径越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。如原子半径：H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI2、由键能判断：共价键键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多3、由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多4、由电负性判断：元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力大，形成的共价键更稳定。二、共价键的键参数（一）键长——分子内中两个成键原子的核间距离称为键长（形成共价键的两个原子之间的核间距）键能、键长、键角共价键的键参数是说明共价键性质的重要数据1、键长的大小与原子的大小、原子以及的性质（单键、双键、叁键、键级、共轭等）因素有关。一般来说：d(C－C)＞d(C=C)＞d(C≡C)d(H－I)＞d(H－Br)＞d(H－Cl)＞d(H－F)CO分子中的C=O键介于碳碳双键和碳碳叁键之间O2＋、O2、O2－、O22－中的氧氧键依次增长半径核电荷数化学键2、键长对分子稳定性的影响稳定性——指分子受热是否发生分解的性质，是热稳定性一般来说，键长越短，键的强度越，键越，分子越；键长越长，键的强度越，键越，分子越。大牢固稳定小不牢固不稳定键长是衡量共价键性的一个重要参数稳定3、了解：共价半径——共价键的键长可以分解成键合原子的共价半径（这个半径是个测定值，不是该原子的原子半径）之和。（因成键时原子轨道发生重叠，键长成键原子的原子半径之和）小于（二）键能气态基态原子形成1mol化学键的最低能量常温下基态化学键成气态原子所需要的能量即：拆开1mol键需要吸收的能量(或生成1mol的键放出的能量)释放分解1、了解：对于双原子分子，键能就是键解离能对于多原子分子，断开其中一个键并不得到气态自由原子，这时所断开键的能量会不相同，故只能得到平均值。因此在比较键能数据的大小时，一定要有可比性。如我们通常比较H－X键(结构相似的分子中，化学键能越大，分子越稳定)2、键能的单位为：，常用表示。键键能(kJ·mol－1)键键能(kJ·mol－1)键键能(kJ·mol－1)键键能(kJ·mol－1)H－H436.0F－F157C－C347.7N－N193O－O142Cl－Cl242.7C=C615N=N418O=O497.3Br－Br193.7C≡C812N≡N946C－H413.4I－I152.7C－O351N－O176O－H462.8H－F568C=O745N=O607H－Cl431.8H－Br366H－I298.7N－H390.8kJ·mol－1EA－B3、键能越小，键越，含有该键的分子越，受热生分解如N≡N的键能为946kJ·mol－1，氧分子里的键能493kJ·mol－1，故空气中N2比O2稳定。键能为衡量共价键的参数不稳定不牢固越易键能越，即形成化学键时的能量越，形成的化学键.稳定性大释放多越牢固（三）键角原子分子中原子核的连线的夹角，即分子中与之间的夹角。例：H2O中两个O－H之间的夹角为104°30′，折线形；CO2中两个C=O键成直线，夹角为180°，直线形；甲烷分子中的C－H键夹角为109°28′，正四面体形；NH3键角107°，三角锥形。多共价键共价键1、共价分子中含有两个以上的共价键才可以形成键角。象HCl分子中无键角之说。2、键角的大小严重影响分子的许多性质，例如分子的极性，从而影响其溶解性，熔、沸点等3、多原子共价化合物中共价键形成键角，表明共价键具有方向性。键角是描述共价化合物立方体结构的重要参数。(键角对分子的极性判断也十分重要。判断立体结构中正负电荷的重心是否重合)键长与键角一起决定该分子的空间构型、键长和键能一起决定该分子的稳定性五、特殊的共价键——配位键1、定义：共用电子对由某原子(或离子)单方面提供与另一原子(或离子)共用所形成的特殊共价键2、理解：一方提供共用电子对，一方提供电子对活动的空间3、存在：NH4＋、H3O＋、含多个O的含氧酸根在NH4＋中的4个N－H的键长、键能均相等，键角也相等，故NH4＋为空间正四体。4、表示方法：用“→”表示。箭头指向提供空间的一方六、等电子原理及应用1、等电子原理的基本观点2、等电子体原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的，立体构型相同。此原理称为等电子原理。满足等电子原理的分子互称为等电子体。注意：等电子体的价电子总数相同、而组成原子的核外电子总数不一定相等。3、CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，是等电子体，其性质对比如下：分子熔点/℃沸点/℃在水中的溶解度(室温)键能/kJ·mol－1分子的价电子总数CO－205.05－191.492.3mL107510N2－210.00－195.811.6mL94610举例说明4、等电子体类型实例空间构型双原子10电子N2、CO、NO＋、C22－、CN－直线型（形）三原子16电子CO2、CS2、N2O、NCO－、NO2＋、N3－、NCS－、BeCl2(g)直线型（形）三原子18电子NO2－、O3、SO2V形四原子24电子NO3－、CO32－、BO33－、CS32－、BF3、SO3(g)平面三角形五原子32电子SiF4、CCl4、BF4－、SO42－、PO43－四个σ键，正四面体型七原子48电子SF6、PF6－、SiF62－、AlF63－六个σ键，正八面体型5、等电子电子的应用(1)判断一些简单分子或离子的空间构型(2)利用等电子体在性质上的相似性制造新材料(3)利用等电子原理针对某物质找等电子体共价型分子中最外层8e－稳定结构的判断|化合价|＋最外层电子数=共用电子对数＋最外层电子数键能与反应热的关系：△H=E(反应物的键能之和)－E(生成物的键能之和)