物质结构与性质全套课件(第二章分子结构与性质)

第二章分子结构与性质20世纪初，在原子结构理论的基础上，建立了化学键的电子理论。共价键是现代化学键的理论核心．定义:成键元素:类型:本质:表示方法:原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。原子间的静电作用共价键极性共价键非极性共价键非金属与非金属用电子式表示知识回顾存在：不仅存在于非金属单质和共价化合物中，也存在于有些离子化合物中第一节共价键１．共价键的形成．（以氢分子的形成为例）按共价键的共用电子对理论，有没有可能存在H3、Cl3、H2Cl分子？为什么？用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成过程共价键具有饱和性问题与讨论H2N2HClH2OHF等均以共价键形成分子H－HN三NH－ClH－O－HH－F２．共价键的特征．（１）共价键具有饱和性．自旋方向相反的未成对电子配对形成共价键后，就不能再和其他原子中的未成对电子配对．所以每个原子所能形成共价键的数目取决于该原子中的未成对电子的数目．这就是共价键的饱和性．（２）共价键具有方向性．当原子通过原子轨道重叠形成共价键时，两原子轨道重叠的越多，两核间电子云越密集，形成的共价键就越牢固，这称为原子轨道的最大重叠原理．因此，共价键具有方向性．价键理论的要点1.电子配对原理2.最大重叠原理两原子各自提供1个自旋方向相反的电子彼此配对。现代物质结构理论认为:共价键的形成是由于成键原子电子云的重叠.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。——方向性1、H2分子的形成过程用电子云来描述共价键的形成过程HHHHσ键的特征：以形成化学键的两原子核的连线做为轴旋转操作，共价键电子云的图形不变,称为轴对称。（s-sσ键）HClH－Cl3.Cl－Cl的p-pσ键的形成2.H－Cl的s-pσ键的形成ClClClClS-S重叠S-P重叠小结:σ键成键方式“头碰头”P-P重叠用电子云来描述共价键的形成过程4、p-pπ键形成过程键特点:两个原子轨道以平行或“肩并肩”方式重叠；原子重叠的部分分别位于两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像，称为镜像对称由于键重叠程度要比键小,所以键的强度要比键大。“肩并肩”形成π键的电子称为π电子。σ键π键成键方向电子云形状牢固程度成键判断规律项目键型σ键与π键的对比沿轴方向“头碰头”平行或“肩并肩”轴对称镜像对称σ键强度大,不容易断裂π键强度较小,容易断裂共价单键是σ键,共价双键中一个是σ键,另一个是π键,共价三键中一个是σ键,另两个为π键•以上原子轨道相互重叠形成的σ键和π键，总称价键轨道1、N2中p-pσ键和p-pπ键的形成过程科学探究σπyNNπzπzπyN2N≡N分子结构３．共价键的类型．σ键：“头碰头”形成σ键的电子称为σ电子。s-sσ键(如H2)s-pσ键(如HCl)p-pσ键(如Cl2)电子云形状呈轴对称π键：“肩并肩”电子云形状呈镜像对称2、键的类型与成键原子电负性的关系：科学探究原子NaClHClCO电负性电负性之差（绝对值）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，形成的将是键；而键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。0.93.02.12.13.00.92.53.51.0离子共价科学探究3、乙烷、乙烯、乙炔分子中的共价键分别是由几个σ键和几个π键组成。乙烷：7个σ键乙烯：5个σ键一个π键乙炔：3个σ键两个π键课堂反馈1、σ键与π键的形成方式有何不同，有何形象的比喻？2、σ键与π键在对称上有何不同?3、σ键与π键谁更牢固?4、形成共价键的电子云是指成对电子还是未成对电子？5、哪些共价键是σ键，哪些共价键是π键?二、键参数:键长、键能、键角键长与键能的关系？键长越短，往往键能越大，共价键越稳定。键能：键长：气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量形成共价键的两个原子之间的核间距键角：在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角思考与交流•试利用键能数据进行计算，1molH2分别跟1molCl2、1molBr2(g)反应，分别生成2molHCl分子和2molHBr分子，哪一个反应释放的能量更多？如何用计算结果说明HCl分子和HBr分子哪个更容易发生热分解反应生成相应的单质？•N2、O2、F2跟H2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？•通过上例子，你认为键长、键能对分子的化学性质有什么影响？1、形成2mo1HCl释放能量：2×431.8kJ－(436.0kJ+242.7kJ)=184.9kJ形成2mo1HBr释放能量：2×366kJ－(436.0kJ+193.7kJ)=102.97kJHCl释放能量比HBr释放能量多,因而生成的HCl更稳定,即HBr更容易发生热分解生成相应的单质.2、键能大小是：F-HO-HN-H3、键长越长，键能越小，键越易断裂，化学性质越活泼。如键长I-HBr-HCl-HF-H汇报H2O105°NH3107°CH2＝CH2分子结构CH≡CH分子结构CO2180°CH4109°28’CH3－CH3分子结构73分子中最多几个原子共面，几个共线？最少呢？三、等电子体原理等电子体：原子总数、价电子总数相同的分子等电子体原理：原子总数、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近。分子熔点/℃水中溶解度(室温)分子解离能(kJ/mol)分子的价电子总数CO-205.052.3mL10N2沸点/℃-210.00-190.49-195.811.6mL107594610例举一些常见的等电子体：SO2O3NO2-SO3NO3-SiO32-C6H6B3N3H6NO2-NO2N2COC22-CO2N2OCS2NH3H3O+CH4NH4+CN－AlO2-例题:2002年诺贝尔化学奖表彰的是在“看清”生物大分子真面目方面的科技成果，一项是美国科学家约翰·芬恩与日本科学家田中耕一“发明了对生物大分子的质谱分析法”；另一项是瑞士科学家库尔特·维特里希“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”。质子核磁共振（PMR）是研究有机物结构的有力手段之一，在所有研究的化合物分子中，每一结构中的等性氢原子在PMR中都给出了相应的峰（信号），谱中峰的强度与结构中的等性H原子个成正比。例如乙醛的结构简式为CH3—CHO，在PMR中有两个信号，其强度之比为3:1。（1）结构式为的有机物，在PMR谱上观察峰给出的强度之比为；（2）某含氧有机物，它的相对分子质量为46.0，碳的质量分数为52.2%，氢的质量分数为13.0%，PMR中只有一个信号，请写出其结构简式。（3）实践中可根据PMR谱上观察到氢原子给出的峰值情况，确定有机物的结构。如分子式为C3H6O2的链状有机物，有PMR谱上峰给出的稳定强度仅有四种，其对应的全部结构，它们分别为：①3∶3②3∶2∶1③3∶1∶1∶1④2∶2∶1∶1，请分别推断出结构简式①②③④。第二节分子立体结构复习回顾共价键σ键π键键参数键能键长键角衡量化学键稳定性描述分子的立体结构的重要因素成键方式“头碰头”,呈轴对称成键方式“肩并肩”,呈镜像对称一、形形色色的分子O2HClH2OCO21、双原子分子（直线型）2、三原子分子立体结构（有直线形和V形）３、四原子分子立体结构（直线形、平面三角形、三角锥形、正四面体）C2H2CH2OCOCl2NH3P4４、五原子分子立体结构最常见的是正四面体CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH5、其它：C60C20C40C70资料卡片：形形色色的分子分子世界如此形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。那么分子结构又是怎么测定的呢早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规律后进行推测，如今，科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器，红外光谱就是其中的一种。分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于平衡位置时的模型。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子的立体结构。科学视野—分子的立体结构是怎样测定的？（指导阅读P39）测分子体结构：红外光谱仪→吸收峰→分析。同为三原子分子，CO2和H2O分子的空间结构却不同，什么原因？直线形V形三角锥形平面三角形同为四原子分子，CH2O与NH3分子的的空间结构也不同，什么原因？二、价层电子对互斥模型1、一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键，如CO2、CH2O、CH4等分子中的碳原子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数n来预测，概括如下：ABn立体结构范例n=2直线形CO2、CS2n=3平面三角形CH2O、BF3n=4四面体形CH4、CCl4n=5三角双锥形PCl5n=6八面体形SCl6分子CO2CH2OCH4电子式结构式中心原子有无孤对电子空间结构OCO:::::::::::HCH:HHO=C=OH-C-H=OH-C-H--HH无无无直线形平面三角形正四面体::HCH:O:::2、另一类是中心原子上有孤对电子(未用于形成共价键的电子对)的分子。ABn立体结构范例n=2V形H2On=3三角锥形NH3原因：中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。例如，H2O和NH3的中心原子分别有2对和l对孤对电子，跟中心原子周围的σ键加起来都是4，它们相互排斥，形成四面体，因而H2O分子呈V形，NH3分子呈三角锥形。中心原子代表物中心原子结合的原子数分子类型空间构型无孤对电子CO22AB2CH2O3AB3CH44AB4有孤对电子H2O2AB2NH33AB3直线形平面三角形正四面体V形三角锥形小结:价层电子对互斥模型应用反馈:化学式中心原子孤对电子数中心原子结合的原子数空间构型HCNSO2NH2－BF3H3O+SiCl4CHCl3NH4+0120100022233444直线形V形V形平面三角形三角锥形四面体正四面体正四面体课堂练习1.下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是（）A.CO2B.H2SC.PCl3D.SiCl42.下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是（）A.H2OB.CO2C.C2H2D.P4BBC3.若ABn型分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模型，下列说法正确的（）A.若n=2，则分子的立体构型为V形B.若n=3，则分子的立体构型为三角锥形C.若n=4，则分子的立体构型为正四面体形D.以上说法都不正确课堂练习C美国著名化学家鲍林（L.Pauling,1901—1994）教授具有独特的化学想象力：只要给他物质的分子式，他就能通过“毛估”法，大体上想象出这种物质的分子结构模型。请你根据价层电子对互斥理论，“毛估”出下列分子的空间构型。PCl5PCl3SO3SiCl4课堂练习三角双锥形三角锥形平面三角形正四面体值得注意的是价层电子对互斥模型只能解释化合物分子的空间构形，却无法解释许多深层次的问题，如无法解释甲烷中四个C---H的键长、键能相同及H—C—H的键角为10928′。因为按照我们已经学过的价键理论，甲烷的4个C—H单键都应该是σ键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到四面体构型的甲烷分子。碳原子:为了解决这一矛盾，鲍林提出了杂化轨道理论，第二节分子的立体结构第二课时复习提问：引新判断下列物质的VSEPR模型和立体结构BF3NH4+SO32-HCN平面三角形平面三角形正四面体正四面体四面体三角锥形直线形直线形1、杂化类型①sp3杂化基态激发2s2pC杂化激发态sp3C杂化2s2p以C原子为例1个s轨道和3个p轨道杂化形成4个sp3杂化轨道正四面体形键角109°28′4个sp3杂化轨道可形成4个σ键价层电子对数为4的中心原子采用sp3杂化方式三、杂化轨道理论②sp2杂化基态激发态以C原