化学选修三第二章第一节共价键

第1页共6页选修三第二章第1节共价键一、路易斯理论1916年,美国的Lewis提出共价键理论.认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势,求得本身的稳定.而达到这种结构,并非通过电子转移形成离子键来完成,而是通过共用电子对来实现。通过共用一对电子,每个H均成为He的电子构型,形成共价键。又如:Lewis的贡献在于提出了一种不同于离子键的新的键型，解释了X比较小的元素之间原子的成键事实。但Lewis没有说明这种键的实质，适应性不强。在解释BCl3,PCl5等未达到稀有气体结构的分子时，遇到困难：二、价键理论(ValenceBondTheory)1、共价键的形成A、B两原子各有一个成单电子，当A、B相互接近时，两电子以自旋相反的方式结成电子对，即两个电子所在的原子轨道能相互重叠，则体系能量降低，形成化学键，亦即一对电子则形成一个共价键。形成的共价键越多，则体系能量越低，形成的分子越稳定。因此，各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键。例如：H2中可形成一个共价键；HCl分子中，也形成一个共价键。N2分子怎样呢?已知N原子的电子结构为：2s22p3每个N原子有三个单电子，所以形成N2分子时，N与N原子之间可形成三个共价键。写成：形成CO分子时，与N2相仿，同样用了三对电子，形成三个共价键。不同之处是，其中一对电子在形成共价键时具有特殊性。即C和O各出一个2p轨道重叠，而其中的电子是由O单独提供的。这样的共价键称为共价配位键。于是，CO可表示成：配位键形成条件：一种原子中有孤对电子，而另一原子中有可与孤对电子所在轨道相互重叠的空轨道。在配位化合物中，经常见到配位键。2、共价键的特征——饱和性、方向性饱和性：几个未成对电子（包括原有的和激发而生成的），最多形成几个共价键。例如：O有两个单电子，H有一个单电子，所以结合成水分子，只能形成2个共价键；C最多能与H形成4个共价键。方向性：各原子轨道在空间分布是固定的，为了满足轨道的最大重叠，原子间成共价键时，当然要具有方向性。如:HClCl的3pz和H的1s轨道重叠，要沿着z轴重叠，从而保证最大重叠，而且不改变原有的对称性。再CONN第2页共6页如：Cl2分子，也要保持对称性和最大重叠。3、共价键键型成键的两个原子间的连线称为键轴。按成键与键轴之间的关系，共价键的键型主要为两种：（1）键键特点：将成键轨道，沿着键轴旋转任意角度，图形及符号均保持不变。即键轨道对键轴呈圆柱型对称，或键轴是n重轴。H—C1的s—pσ键和C1一C1的p—pσ键的形成（2）键：为“肩并肩”重叠。N2分子中：两个原子沿z轴成键时，pz与pz“头碰头”形成键，此时，px和px，py和py以“肩并肩”重叠，形成键。1个键，2个键。［小结］1、共价键的形成条件：(1)两原子电负性相同或相近(2)一般成键原子有未成对电子(3)成键原子的原子轨道在空间上发生重叠2、共价键的本质：成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系能量降低键型项目σ键类型：s—sσ、s—pσ、p—pσ等。π键成键方向沿轴方向“头碰头”平行或“肩并肩”电子云形状轴对称镜像对称、两块组成牢固程度键强度大，不易断裂x键强度较小，容易断裂成键判断规律共价单键全是σ键，共价双键中一个是σ键，另一个是π键；共价叁键中一个σ键，另两个为π键第3页共6页三、键参数1．键能①概念：气态基态原子形成１mol化学键所释放出的最低能量。②单位：kＪ／mol③键能越大，形成化学键放出的能量越大，化学键越稳定。2．键长①概念：形成共价键的两原子间的核间距②单位：１pm（１pm＝10－１２m）③键长越短，共价键越牢固，形成的物质越稳定。表几种碳碳键的键长和键能键长/pm键能/kJ·mol-1C—C154345.6C==C133602.0120835.1另外，相同的键，在不同化合物中，键长和键能不相等。例如：CH3OH中和C2H6中均有C—H键，而它们的键长和键能不同。3．键角：多原子分子中的两个共价键之间的夹角是分子中键与键之间的夹角(在多原子分子中才涉及键角)。如：H2S分子，H—S—H的键角为92°，决定了H2S分子的构型为“V”字形；又如：CO2中，O—C—O的键角为180°，则CO2分子为直线形。因而，键角是决定分子几何构型的重要因素。四、等电子原理1．等电子体：原子数相同，价电子数也相同的微粒。如：CO和N２，CH４和NH４＋2．等电子体结构相似［补充练习］1．下列分子中，两核间距最大，键能最小的是（）A．H２B．Br2C．Cl2D．I２2．下列说法中，错误的是（）A．键长越长，化学键越牢固B．成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固C．对双原子分子来讲，键能越大，含有该键的分子越稳定D．原子间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键3．能够用键能解释的是（）A．氮气的化学性质比氧气稳定B．常温常压下，溴呈液体，碘为固体C．稀有气体一般很难发生化学反应D．硝酸易挥发，硫酸难挥发4．与ＮＯ３－互为等电子体的是（）A．SO３B．BF３C．CH４D．NO２5．根据等电子原理，下列分子或离子与SO４２－有相似结构的是（）A．PCl５B．CCl４C．NF３D．N6．H－H的键能为436kＪ／mol。它所表示的意义是。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？。能量数值。当两个原子形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大，共价键的键能，两原子核间的平均距离――键长。7．(1)下表中的数据表示破坏1mol化学键需消耗的能量（即键能，单位为kJ•mol-1），根据键能数据计算以下反应的反应热△H：CH4（g）+4F2（g）=CF4（g）+4HF（g）△H=化学键C-HC-FH-FF-F第4页共6页键能414489565158(2)表中是部分化学键的键能数据：化学键P—PP—OO==OP==O键能/kJ·mol－1197360499x已知白磷的燃烧热为2378.0kJ/mol，白磷完全燃烧的产物结构如图所示，则上表中x＝________。［答案］1．D2．A3．A4．AB5．B6．每2mol气态Ｈ原子形成１molH2释放出436kＪ能量吸收能量436kＪ越大越短7．(1)-1928kJ/mol(2)P4＋5O2===P4O10，根据燃烧热可得(4x＋12×360)－(6×197＋5×499)＝2378.0，求得x＝433.75。1.氢分子中的化学键量子力学计算表明,两个具有电子构型的H彼此靠近,两个1s电子以自旋相反的方式形成电子对,使体系的能量降低.H0,表示由2H形成H2时,放出热量.相反过程:吸热,即破坏H2的键要吸热(吸收能量),此热量D的大小与H2分子中的键能有关。计算还表明,若两个1s电子保持以相同自旋的方式,则r越小,V越大。此时,不形成化学键.如图中上方红色曲线所示,能量不降低。H2中的化学键可以认为是电子自旋相反成对,使体系的能量降低.从电子云角度考虑,可认为H的1s轨道在两核间重叠,使电子在两核间出现的几率大,形成负电区,两核2.价键理论将对H2的处理结果推广到其它分子中,形成了以量子力学为基础的价键理论(V.B.法)1)共价键的形成A,B两原子各有一个成单电子，当A,B相互接近时,两电子以自旋相反的方式结成电子对,即两个电子所在的原子轨道能相互重叠,则体系能量降低,形成化学键,亦即一对电子则形成一个共价键.形成的共价键越多,则体系能量越低,形成的分子越稳定.因此,各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键.例如:H2中,可形成一个共价键。HCl分子中,也形成一个共价键.N2分子怎样呢?已知N原子的电子结构:每个N原子有三个单电子,所以形成N2分子,N与N原子之间可形成三个共价键。写成:形成CO分子时,与N2相仿,同样用了三对电子,形成三个共价键.不同之处是,其中一对电子在形成共价键时第5页共6页吸引核间负电区,使H结合在一起。如图:具有特殊性:C和O各出一个2p轨道,重叠,而其中的电子是由O单独提供的。这样的共价键称为共价配位键.于是,CO可表示成：配位键形成条件:一种原子中有对电子,而另一原子中有可与对电子所在轨道相互重叠的空轨道.在配位化合物中,经常见到配位键.在形成共价键时,单电子也可以由对电子分开而得到,如CH4:C原子:2s中一个电子跃迁到空的2p轨道中(注:需要吸收能量!),称为激发.则形成CH4分子时,C与4个H成键。这将比形成2个共价键释放更多的能量,足以补偿激发时吸收的能量。同样,对PCl5的分子成键也容易解释了:2)共价键的方向性和饱和性共价键的数目由原子中单电子数决定(包括原有的和激发而生成的.例如:O有两个单电子,H有一个单电子,所以结合成水分子,只能形成2个共价键;C最多能与H形成4个共价键.原子中单电子数决定了共价键的数目。即为共价键的饱和性。各原子轨道在空间分布是固定的,为了满足轨道的最大重叠,原子间成共价键时,当然要具有方向性。例:HClCl的3pz和H的1s轨道重叠,要沿着z轴重叠,从而保证最大重叠,而且不改变原有的对称性.Cl2分子,也要保持对称性和最大重叠:而不能如此重叠:破坏了对称性3)共价键的键型成键的两个原子间的连线称为键轴.按成键与键轴之间的关系,共价键的键型主要为两种:a)键键特点:将成键轨道,沿着键轴旋转任意角度,图形及符号均保持不变。即键轨道对键轴呈圆柱型对称,或键轴是n重轴。4)键参数化学键的形成情况,完全可由量子力学的计算得出,进行定量描述。但通常用几个物理量加以描述,这些物理量称为键参数.a)键能AB(g)——A(g)+B(g)H=EAB=DAB对于双原子分子，解离能DAB等于键能EAB，但对于多原子分子，则要注意解离能与键能的区别与联系，如NH3:第6页共6页b)键键特点:成键轨道围绕键轴旋转180°时,图形重合,但符号相反。如:两个2Pz沿z轴方向重叠:YOZ平面是成键轨道的节面,通过键轴.则键的对称性为:通过键轴的节面呈现反对称(图形相同,符号相反).为“肩并肩”重叠.N2分子中:两个原子沿z轴成键时，Pz与Pz“头碰头”形成键,此时,Px和Px,Py和Py以“肩并肩”重叠,形成键.1个键,2个键.三个D值不同,而且:另外,E可以表示键的强度,E大,则键强。b)键长分子中成键两原子之间的距离,叫键长,一般键长越小,键越强。例如:另外,相同的键,在不同化合物中,键长和键能不相等.例如,CH3OH中和C2H6中均有C-H键,而它们的键长和键能不同。c)键角是分子中键与键之间的夹角(在多原子分子中才涉及键角).如,H2S分子,H-S-H的键角为92°,决定了H2S分子的构型为“V”字形;又如:CO2中,O-C-O的键角为180°,则CO2分子为直线形。因而,是决定分子几何构型的重要因素。