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课件：1.2.1 化学键
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第三节　化学键教学设计(第二课时)
第三节　化学键　 高中化学 & & & 人教2003课标版
&初中化学中介绍了离子的概念，知道钠离子和氯离子由于静电作用结合成化合物氯化钠，又知道物质是由原子、分子或离子构成的，但并没有涉及到离子化合物、共价化合物以及化学键的概念。化学2中介绍在关化学键的内容，目的是使学生进一步从结构的角度认识物质的构成，从而揭示化学反应的实质。
本课时内容属于化学基本概念范畴，内容抽象。根据高一学生的心理特点，他们虽具有一定的理性思维能力，但抽象思维能力较弱，还是易于接受感性认识。因此，本节课的教学，应低起点，小台阶，充分利用现代化教学手段，进行多媒体辅助教学，来突出重点，突破难点。例如可以利用flash课件模拟离子键的形成过程。教学过程应遵循学生认知规律，课堂教学创设问题情景，体现知识的自动生成，把教材视为学材，倡导学生自主学习、合作探究。
【知识与技能】1．掌握离子键和离子化合物的概念；2．掌握离子键的形成过程和形成条件；3. 学会用电子式表示典型离子化合物的形成过程。【过程与方法】1．通过对离子键形成过程的教学，培养学生抽象思维和综合概括能力；2．通过电子式的书写，培养学生的归纳比较能力。【情感态度与价值观】1．培养学生用对立统一规律认识问题；2．培养学生怀疑、求实、严谨、合作和创新的精神；3．培养学生由个别到一般、从宏观到微观、从现象到本质的认识事物的科学方法。
离子键和离子化合物的概念，用电子式表示离子化合物的形成过程。
离子化合物的判断及用电子式表示离子化合物的形成过程。
多媒体设备及课件，金属钠、盛有氯气的集气瓶、小刀、滤纸、镊子、铁三角、石棉网、酒精灯、火柴。
7.1 第一学时　　　　离子键
&&&&教学活动
活动1【导入】导　入　新　课
学生集体背诵元素周期表（主族和0族），媒体展示元素周期表。【引入】到目前为止，发现的元素只有一百多种。但是，由它们组成的物质确有千千万万种。那么，是什么力量，什么作用使他们结合在一起，得到如此形形色色、丰富多彩的物质呢？这就是我们接下来要研究的课题。
活动2【活动】探究一　NaCl的形成过程
探究一：NaCl的形成过程：【猜一猜】来自海洋，晶莹剔透，美味佳肴，离不开它；&&&&&&&&&&&&&&&&&&&来自水中，只怕水冲，回到水里，无影无踪。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&学生猜出：氯化钠【提出问题】氯化钠是怎样形成的？【演示实验】[实验1-2]&引导学生观察现象，填写书上表格。让一学生描述现象后，再投影出正确结果。【交流研讨】氯化钠形成过程的微观分析。阅读教材，完成下表：（见学案）让一学生展示答案，教师点评。【多媒体展示】 观看NaCl形成的微观过程【思考与交流】Na＋、Cl－之间存在哪些作用力？学生回答：Na＋、Cl－之间存在着：阴、阳离子间的吸引、原子核间的排斥、电子之间的排斥，总的称为静电作用。
活动3【活动】探究三　　离子化合物及形成的表示方法：
【探究三】离子化合物及形成的表示方法：2．离子化合物：是指由& & & & & &&&构成的化合物。【思考】离子化合物包括哪些物质？活泼金属元素和活泼非金属元素形成的化合物、强碱和绝大部分的盐（包含铵盐）【练习】下列关于离子化合物的叙述中正确的是（&& ）&&&& &A. 离子化合物中都含有离子键&&& B. 离子化合物中的阳离子只能是金属离子& & & C. 离子化合物都能溶于水 & & & & &D. 酸、碱、盐等都是离子化合物3．离子化合物形成过程的表示方法--电子式电子式：在 & & & & & &&周围用 & & &&&或 & & & &&来表示 & & & & & & &&的式子。【多媒体展示】用电子式来表示氯化钠、K2S的形成过程。【学生练习】用电子式来表示氯化镁的形成过程。&&&&&&&&&&& 学生上台展示书写结果。【讨论交流】 用电子式表示离子化合物形成过程书写要点：（1）箭号左边写 & & & & &的电子式，注意 & & &&的摆放， & & & & &可以合并写；（2）箭号右边写& & & & &的电子式，由阴、阳离子的电子式组合而成。相同的离子 & & &&合并，尽可能对称；（3）简单阳离子只写 & & & &，阴离子不但要画出& & &&&，而且还应用于括号 & & &&括起来，并在右上角标出 & & & &电荷。（4）不能把“→”写成&& & & & &；（5）用 & & & & &&标明电子转移方向(也可不标)；（6）注意表示离子化合物与表示离子化合物形成过程是不同的，不要混淆。 & &
活动4【活动】课堂小结
本节课我们主要学习了化学键中的离子键及电子式的有关知识。知道离子键是阴、阳离子之间的静电作用，电子式不仅可以用来表示原子、离子，还可以用来表示物质及物质的形成过程。用图示表示见课件。
活动5【测试】课堂检测
【课堂检测】1、判断下列说法正确的是（&&&&&）&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&A.离子键就是使阴、阳离子结合成化合物的静电引力B.所有金属与所有非金属原子之间都能形成离子键C.在化合物CaCl2中，两个氯离子之间也存在离子键D.含有离子键的化合物一定是离子化合物2．用电子式表示：&&&①KCl的电子式;&&&&&&&&②&Na2O的形成过程。
活动6【作业】作　业
1．下列物质中，属于离子化合物的是&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （　　）A．食盐水　 B．KCl　　C．N2　　& D．H2O2．XY2是离子化合物，X和Y离子的电子层结构都与氖原子相同，则X、Y为（ 　 ）A．Ca和Cl&&&&&&&&& B．K和S&&&&&&&C．Ca和F&&& &&&&& &&&&&D．Mg和F3．下列物质中，含有离子键的是 &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&（&&& ）A．H2O&&& B．Cl2 &&&&&& &C．F2&& D．NaCl4．下列说法正确的是&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （&&& ）& &A．含有金属元素的化合物一定是离子化合物B.ⅠA族和ⅦA族原子化合时，一定生成离子键C．由非金属元素形成的化合物一定不是离子化合物D．活泼金属与活泼非金属化合时，能形成离子键5．下列不是离子化合物的是&&&&&&&&&&& &&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&（&&& ）A．H2O2 &&&B．NH4Cl& &&C．KOH&&& D．Na2O6．下列离子化合物中，离子组成与Ne和Ar的电子层结构分别相同的是 &&&&&&&&(&&& )A．NaCl&&&& B．LiI &&&C．NaF&& & D．CsI&&7．下列关于离子化合物的叙述正确的是&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& (&&& )A．离子化合物中都含有离子键&&&&&&&&&&B．离子化合物不一定含有离子键&&&C．离子化合物中的阳离子只能是金属离子D．溶于水可以导电的化合物一定是离子化合物8．用电子式表示氧化钠、溴化镁的形成过程
第三节　化学键　
课时设计 课堂实录
第三节　化学键　
1第一学时　　　　离子键
&&&&教学活动
活动1【导入】导　入　新　课
学生集体背诵元素周期表（主族和0族），媒体展示元素周期表。【引入】到目前为止，发现的元素只有一百多种。但是，由它们组成的物质确有千千万万种。那么，是什么力量，什么作用使他们结合在一起，得到如此形形色色、丰富多彩的物质呢？这就是我们接下来要研究的课题。
活动2【活动】探究一　NaCl的形成过程
探究一：NaCl的形成过程：【猜一猜】来自海洋，晶莹剔透，美味佳肴，离不开它；&&&&&&&&&&&&&&&&&&&来自水中，只怕水冲，回到水里，无影无踪。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&学生猜出：氯化钠【提出问题】氯化钠是怎样形成的？【演示实验】[实验1-2]&引导学生观察现象，填写书上表格。让一学生描述现象后，再投影出正确结果。【交流研讨】氯化钠形成过程的微观分析。阅读教材，完成下表：（见学案）让一学生展示答案，教师点评。【多媒体展示】 观看NaCl形成的微观过程【思考与交流】Na＋、Cl－之间存在哪些作用力？学生回答：Na＋、Cl－之间存在着：阴、阳离子间的吸引、原子核间的排斥、电子之间的排斥，总的称为静电作用。
活动3【活动】探究三　　离子化合物及形成的表示方法：
【探究三】离子化合物及形成的表示方法：2．离子化合物：是指由& & & & & &&&构成的化合物。【思考】离子化合物包括哪些物质？活泼金属元素和活泼非金属元素形成的化合物、强碱和绝大部分的盐（包含铵盐）【练习】下列关于离子化合物的叙述中正确的是（&& ）&&&& &A. 离子化合物中都含有离子键&&& B. 离子化合物中的阳离子只能是金属离子& & & C. 离子化合物都能溶于水 & & & & &D. 酸、碱、盐等都是离子化合物3．离子化合物形成过程的表示方法--电子式电子式：在 & & & & & &&周围用 & & &&&或 & & & &&来表示 & & & & & & &&的式子。【多媒体展示】用电子式来表示氯化钠、K2S的形成过程。【学生练习】用电子式来表示氯化镁的形成过程。&&&&&&&&&&& 学生上台展示书写结果。【讨论交流】 用电子式表示离子化合物形成过程书写要点：（1）箭号左边写 & & & & &的电子式，注意 & & &&的摆放， & & & & &可以合并写；（2）箭号右边写& & & & &的电子式，由阴、阳离子的电子式组合而成。相同的离子 & & &&合并，尽可能对称；（3）简单阳离子只写 & & & &，阴离子不但要画出& & &&&，而且还应用于括号 & & &&括起来，并在右上角标出 & & & &电荷。（4）不能把“→”写成&& & & & &；（5）用 & & & & &&标明电子转移方向(也可不标)；（6）注意表示离子化合物与表示离子化合物形成过程是不同的，不要混淆。 & &
活动4【活动】课堂小结
本节课我们主要学习了化学键中的离子键及电子式的有关知识。知道离子键是阴、阳离子之间的静电作用，电子式不仅可以用来表示原子、离子，还可以用来表示物质及物质的形成过程。用图示表示见课件。
活动5【测试】课堂检测
【课堂检测】1、判断下列说法正确的是（&&&&&）&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&A.离子键就是使阴、阳离子结合成化合物的静电引力B.所有金属与所有非金属原子之间都能形成离子键C.在化合物CaCl2中，两个氯离子之间也存在离子键D.含有离子键的化合物一定是离子化合物2．用电子式表示：&&&①KCl的电子式;&&&&&&&&②&Na2O的形成过程。
活动6【作业】作　业
1．下列物质中，属于离子化合物的是&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （　　）A．食盐水　 B．KCl　　C．N2　　& D．H2O2．XY2是离子化合物，X和Y离子的电子层结构都与氖原子相同，则X、Y为（ 　 ）A．Ca和Cl&&&&&&&&& B．K和S&&&&&&&C．Ca和F&&& &&&&& &&&&&D．Mg和F3．下列物质中，含有离子键的是 &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&（&&& ）A．H2O&&& B．Cl2 &&&&&& &C．F2&& D．NaCl4．下列说法正确的是&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （&&& ）& &A．含有金属元素的化合物一定是离子化合物B.ⅠA族和ⅦA族原子化合时，一定生成离子键C．由非金属元素形成的化合物一定不是离子化合物D．活泼金属与活泼非金属化合时，能形成离子键5．下列不是离子化合物的是&&&&&&&&&&& &&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&（&&& ）A．H2O2 &&&B．NH4Cl& &&C．KOH&&& D．Na2O6．下列离子化合物中，离子组成与Ne和Ar的电子层结构分别相同的是 &&&&&&&&(&&& )A．NaCl&&&& B．LiI &&&C．NaF&& & D．CsI&&7．下列关于离子化合物的叙述正确的是&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& (&&& )A．离子化合物中都含有离子键&&&&&&&&&&B．离子化合物不一定含有离子键&&&C．离子化合物中的阳离子只能是金属离子D．溶于水可以导电的化合物一定是离子化合物8．用电子式表示氧化钠、溴化镁的形成过程
精品导学案
中小学教师帮209化学键_百度文库
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第三节 化学键(4)
化学键本章教学要求1．认识化学键的本质； 2．掌握离子键的形成及其特点； 3．掌握离子的特征，离子极化概念； 4．掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的 特征，会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释 简单的分子结构； 5．初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道 特点； 6．理解金属键理论，特别是能带理论，会用能带理论 解释固体分类； 7．认识分子间作用力和氢键的本质，会解释其对物质 性质的影响。上页 下页 目录 返回2.1 化学键的定义 Definition of chemical bond 2.2 离子键理论 Ionic bond theory 2.3 共价键的概念与路易斯结构式 Concept of the covalent bond theory and Lewis’ structure formula 2.4 用以判断共价分子几何形状的价层电子对互斥 理论 VSEPR for judging the configuration of the covalence molecular 2.5 原子轨道的重叠 ― 价键理论 Superposition of atomic orbital ―valence bond theory 2.6 分子轨道理论 Molecular orbital theory 2.7 金属键理论 Metallic bond theory 2.8 分子间作用力和氢键 Intermolecular forces and hydrogen bond上页 下页 目录 返回化学键的定义 Definition of chemical bond1. 什么是化学键2Na (s) + Cl2 (g) 颜色 银灰色 状态 固体 导电性 极强 通电下 无变化 黄绿色 气体 极弱 2NaCl (s) 无色 晶体 极弱，熔融导电无变化熔融下反应逆转上页 下页 目录 返回不同的外在性质反映了不同的内部结构各自内部的结合力不同Pauling L在《The Nature of The Chemical Bond》 中提出了用得最广泛的化学键定义：如果两个原子（ 或原子团）之间的作用力强得足以形成足够稳定的、 可被化学家看作独立分子物种的聚集体，它们之间就 存在化学键。简单地说，化学键是指分子内部原子之 间的强相互作用力。上页 下页 目录 返回2. 已明确了的化学键类型电 价 键离子配键 离子键 电价配键 电子对键 （单、双、 非极性键 叁键） 单电子键 三电子键 共轭 π 键 多中心键 离子偶极配键 极 性 键 共价配键 配 键化 学 键共 价 键 多原 子共 价键 金 属 键双原 子共 价键上页 下页 目录 返回2.2 离子键理论 Ionic bond theory2.2.1 离子键及其特点（1）离子键的形成- ne-nNa(3s1 ) ??496?mol?1 ? nNa ? (2s 2 2p 6 ) ? kJ? ? ? I?1??? ? nNaCl ?静电引力nCl(3s 2 3p 5 ) ???348.7?mol?1 ? nCl? (3s 2 3p 6 ) ??kJ? ? ? E?形成条件 XA C XB & 2.0上页 下页 目录 返回? ne-形成化学键 -450 kJ? -1 mol（2）离子键的特点● 没有方向性和饱和性（库仑引力的性质所决定） ● 键的极性与元素的电负性有关q? ? q? ● 本质是静电引力（库仑引力）f ? 2 RNaClCsCl上页 下页 目录 返回xA-xB 离子性百分率(%) 离子键中键的极性 0.2 01 0.4 04 元素电负性的关系 0.6 09 0.8 15 1.0 22 1.2 30 1.4 39 1.6 47 1.8 55 2.0 63 2.2 70 2.4 76 也可用 Hannay & Smyth 公式 2.6 82 2.8 86 来计算键的离子性。 3.0 89 离子性=[16(△x)+3.5 (△x)2]×100% 3.2 92与上页 下页 目录 返回（3 )晶格能 (lattice energy) ? 定义 1mol 的离子晶体解离为自由气态离子时所吸收 的能量，以符号U 表示。 MX (S) M+ (g) + X- (g) ? 作用 度量离子键的强度。晶格类型相同时，U与正、 负离子电荷数成正比，与离子间距离r0成反比。 化合物NaF NaCl NaBr NaI MgO CaO SrO BaO离子电荷+1,-1 +1,-1 +1,-1 +1,-1 +2,-2 +2,-2 +2,-2 +2,-2ro/pm ΔU/kJ? -1 t (m. p.)/℃ mol231 282 298 323 210 240 257 256 923 786 747 704 3 791 3 401 3 223 3 054 993 801 747 661 2 852 2 614 2 430 1 918上页 下页 目录 返回晶格能可以通过各种 方法计算得到（本课程不 要求），最常用的有以下 几种方法：● 波恩-哈勃循环 ● 玻恩-兰达公式 ● 水合能循环法1 ? f H ? S ? I ? D ? (? E ) ? (?U ) 2 1 θ ?U ? ?? f H ? S ? I ? D ? E 2θ上页 下页 目录 返回碱金属卤化物的晶格能Lattice energy卤化物LiF LiCl LiBr LiI NaF NaCl NaBr NaI KF KCl KBr KI实验值 (热化学循环 ) 781.2 718.4 914.2 770.3 728.4 680.7 812.1 701.2 671.1 632.2计算值 (波恩-兰达公式) 766.1 708.4 902.0 755.2 718.8 663.2 797.5 687.4 659.8 623.0最佳值 797.9 739.7 915.0 788.0 739.3 692.0 813.4 708.8 679.5 640.2上页 下页 目录 返回（4） 离子极化 (ionic polarization) ?极化和变形 ●分子中原子的核外电子受电场的作用，电子云发生变形，这种现象称为极化。●离子自身也受其他离子电场的作用 ，也可以发 生极化，其结果都是使电子云变形，并使正离子和负离子之间产生了额外的吸引力。●负离子的半径一般较大，外壳上有较多的电子，易 于被诱导，变形性大。通常研究离子间的相互作用时， 一般考虑正离子的极化作用和负离子的变形性。上页 下页 目录 返回?极化作用和变形性 ●极化作用的强弱 影响极化作用的强弱因素决定 于离子的半径、电荷和电子构型。离子电荷愈高、半径愈小，极化作用愈强。正离子的电子层结构对 极化作用也有影响。 ●变形性的大小 离子的半径愈大，变形性愈大。变 形性也与电子构型有关，外层具有9～17个电子的 离子变形性比稀有气体构型的要大得多。●附加极化作用 负离子被极化后，在一定程度上 增强了负离子对正离子的极化作用， 结果正离子变 形被极化，正离子被极化后，又增加了它对负离子 的极化作用。这种加强的极化作用称为附加极化。上页 下页 目录 返回?离子极化对化合物性质的影响 随着离子极化的增强，离子间的核间距缩短，会引 起化学键型的变化，键的性质可能从离子键逐步过渡到 共价键.即经过一系列中间状态的极化键，最后可转变 为极化很小的共价键。 离子相互极化的增强键的极性增大理想离子键 基本上是离子键 过渡键型 基本上是共价键 （无极化） （轻微极化） （较强极化） （强烈极化） 上页 下页 目录 返回◆离子极化对化合物性质的影响 ● 熔点和沸点降低 如，在BeCl2等化合物中，Be2＋ 半径最小，又是2电子构型，因此Be2＋ 有很大的极化 能力，使Cl－发生比较显著的变形，Be2＋和Cl－之间的 键有较显著的共价性。因此BeCl2具有较低的熔、沸点 （410℃） 。 ● 溶解度降低 离子极化使离子键逐步向共价键过渡，根据相似相溶的原理，离子极化的结果必然导致化合物在水中溶解度的降低。● 化合物的颜色 在一般情况下，如果组成化合物的两种离子都是无色的，则化合物也无色，如NaCl、 KNO3，如果其中一种离子无色，则另一种离子的颜色 就是该化合物的颜色，如 K2CrO4 呈黄色。上页 下页 目录 返回◆较强的极化作用也会影响离子化合物晶型的转变化合物 r+/r晶体类型 配位数AgF 0.85 NaCl 6:6AgCl 0.63 NaCl 6:6AgBr 0.57 NaCl 6:6AgI 0.51 ZnS 4:4化合物 r+/r配位数CuF 0.72 4:4CuCl 0.53 ZnS 4:4CuBr 0.49 ZnS 4:4CuI 0.44 ZnS 4:4晶体类型 ZnS上页 下页 目录 返回Question 1●为什么下列各物质溶解度依次减小，颜色逐渐加深？ AgF（白色） AgCl（白色） AgBr（淡黄色） AgI（黄色）Solution●为什么Na2S易溶于水，ZnS难溶于水？可用离子极化观点解释。上页 下页 目录 返回2.2.2 离子的特征离子化合 物的性质取决于离子键 的强度取 决 于1. 离子电荷 (charge) 子失去电子数目。正、负离 子的性质? 正离子通常只由金属原子形成，其电荷等于中性原 ? 负离子通常只由非金属原子组成，其电荷等于中性 原子获得电子的数目;出现在离子晶体中的负离子2 还可以是多原子离子(SO 4? ) 。上页 下页 目录 返回2. 离子半径 (radius) ?严格讲，离子半径无法确定副篇内容（电子云无明确边界）?核间距（nuclear separation） 的一半 ?关键是如何分割（X射线衍射 法）?三套数据，使用时应是自洽的?推荐使用R. D. Shanon半径数据 （考虑到配位数的影响）离子半径随 配位数的变化上页 下页 目录 返回离子半径变化规律Ionic radius 1) 对同一主族具有相同电荷的离子而言，半径自上而下增大。例如： Li+＜Na+＜K+＜Rb+＜Cs+；F-＜Cl-＜Br-＜I2) 对同一元素的正离子而言, 半径随离子电荷升高而减 小。例如: Fe3+＜Fe2+ 3) 对等电子离子而言，半径随负电荷的降低和正电荷的 升高而减小。例如： O2-＞F-＞Na+＞Mg2+＞Al3+ 4) 相同电荷的过渡元素和内过渡元素正离子的半径均随原子序数的增加而减小，第 1 章介绍原子半径时提到“镧系收缩”的概念, 该概念也适用于电荷数为+3 和Ln3+ 离子。上页 下页 目录 返回Question 2副篇内容能得到真正的“离子半径”吗的? Solution 不论是阴离子还是阳离子，其电荷密度都随半径的增 大而减小。可以设想, 在阴、阳离子相互“接触”的那一 点上, 电荷密度是最小的。如果能测得相邻离子间电荷密 度的变化曲线并找出极小值所在的部位, 该部位就是离子 间 的分界线。可惜的是, 极小值的精 确位置很难确定, 它极易受实验不 精确性和两个相邻离子本身性质的 影响，电荷密度曲线上出现的是范 围颇大的一个最低密度区，而不是 一个极小值。上页 下页 目录 返回3. 离子的电子构型 (electronic configuration) ◆ 稀有气体组态(8电子和2电子组态) ◆ 拟稀有气体组态(18电子组态) ◆ 含惰性电子对的组态(18＋2电子组态) ◆ 不规则组态(9～17电子组态) 不同类型的正离子对同种负离子的结合力大小: 8 电子构 型的离子 18或18+2 电子 层构型的 离子&9～17电子层 构型的离子&上页 下页 目录 返回2.3 共价键的概念与路易斯结构式 Concept of the covalent bond theory and Lewis structural formula2.3.1 共价键的相关概念 Concepts of the covalent bond theory2.3.2 路易斯结构式 Lewis structural formula上页 下页 目录 返回2.3.1 共价键的相关概念G. N. Lewis 在1916年假定化学键所涉 及的每一对电子处于两个相邻原子之间为其共享，用A―B表示。双键和叁键相应于两对或三对共享电子。分子的稳定性是因 为共享电子对服从“八隅律”(octet rule)。 共价单键 single covalent bond共享电子对――共价键共价双键 double covalent bond 共价叁价 triple covalent bond上页 下页 目录 返回2.3.2 路易斯结构式1. 按原子的键合关系写出元素符号并将相邻原子用单 键连接。在大多数情况下,原子间的键合关系是已知 的, 例如, NO2 中的键合关系不是N―O―O, 而是 O―N―O。 2. 将各原子的价电子数相加, 算出可供利用的价电子总数。如果被表达的物种带有电荷, 则价电子总数 应减去正、负电荷数。 3. 扣除与共价单键相应的电子数(单键数×2)后，将 剩余的价电子分配给每个原子, 使其占有适当数目 的非键合电子。 4. 如果剩余的电子不够安排，可将一些单键改为双键 或叁键。上页 下页 目录 返回形式电荷的概念Formal charge副篇内容形式电荷是以 “纯共价” 概念为基础而得到的一个 参数。相对于净电荷，每个原子 形式电荷=（母体原子的价电子数）C（孤对电子的数目）1 C（ ×共享电子的数目） 2具有A-B结构的双原子具有A=B-C结构的双原子上页 下页 目录 返回Question 3Solution写出氯酸根离子 ClO ? 的路易斯 3结构式。Cl 原子的电负性小于 O 原子，意味着不存在 O－ O 之间的键合. 合理的排布应该如下所示：O Cl O O OClOOClO ? 离子中价电子总数等于26，扣除3个单键的6 3个电子，余下的20个电子以孤对方式分配给四个原子, 使 它们均满足八隅律的要求。上页 下页 目录 返回Question 4Solution写出 NO+ 离子的路易斯结构式。NO+ 离子只可能有一种排布方式，见下图最左边一个：N O N O + N O + N O +NO+NO+ 离子中价电子总数等于10 ，扣除 1 个单键的 2 个电子， 余下的 8 个电子无论按上图中第二个那样以 孤对方式分配给两个原子，还是按上图中第三或第四个 那样将 N－O 单键改为双键，都不能使两个原子同时满 足八隅律的要求。这一要求只有将单键改为叁键才能满足。上页 下页 目录 返回Question 5Solution写出 BF4- 离子的 Lewis 结构。各原子共提供3+4×7=31个价电子；离子的一价负电 荷表明还应加一个电子。因此必须在5个原子周围画上 16对电子的 32 个圆点。F FFBFFFBFF负电荷属于整个离子而不是个别原子！上页 下页 目录 返回路易斯结构式的局限性limitations 1. [SiF6]2-，PCl5 和 SF6 中的中心原子价层 电子数分 别为 12，10 和 12 (超价化合物)。2. 对于 氧分子的结构，显然后两种表示方法对。? ? ? ? ? ?O?O? ?? ?O ?O? ? ????? ?? ?O?? ? ? ?O ?? ?3. 有些物种的合理结构能写出不止一个。鲍林的共振 论应运而生 。O ON+ OON OOO N OO上页 下页 目录 返回Question 6Solution什么叫超价化合物？副篇内容化学上将σ 成键作用中涉及价电子数目超过价轨 道数的化合物叫超价化合物 (Hypervalent compound)。例如，SF6 是一个超价分子, 参与成键的价电子数为12, 而参与成键的价轨道数仅为10(S原子的1条3s轨道和3条3p轨道 ， 以及6个F原子各 自的1条2p轨道)。PCl5 也是个超价 分子, 价电子数(10)大于价轨道数(9) 。上页 下页 目录 返回2.4 用以判断共价分子几何形状的 价层电子对互斥理论 VSEPR for judging the configuration of the covalence molecular1. 基本要点● 分子或离子的空间构型与中心原子的 价层电子对数 目有关 VP = BP + LP价层 成键 孤对● 价层电子对尽可能远离, 以使斥力最小 LP-LP & LP-BP & BP-BP ● 根据 VP 和 LP 的数目, 可以推测出分子的空间构型上页 下页 目录 返回2. 分子形状的确定方法● 首先先确定中心原子A的价层电子对数VP VP = 1/2[A的价电子数+X提供的价电子数 ±离子电荷 1 数( 负 )] 例: VP( SO2?)= (6+4×0+2)=4 4 正或者 VP = BP + LP = 与中心原子成键的原子数 +（中心原子价电子数-配位原子未成对电子数之和) 例：XeF2 XeF4 XeOF4 XeO2F2 2 2+(8-2×1)/2 = 5 4+(8-4×1)/2 = 6 5+(8-1×2-4 ×1)/2 = 6 4+(8-2×2-2 ×1)/2 = 52上页 下页 目录 返回● 确定电子对的空间排布方式 中心原子上不含孤对电子的共价分子的几何形状通式 AB2 共用 电子对 2 原子A在原子B周围的排列方式 （理想的BAB键角） 直线(180°) 平面三角形(120°) 结构AB3AB434正四面体(109°28’)三角双锥(BaABa, 180°) (BeABe, 120°) (BeABa, 90°) BaC轴向B原子，Be平伏B原子 正八面体(90°, 180°) 上页 下页 目录 返回AB55AB66● 确定孤对电子数和分子空间构型LP=0 分子的空间构型=电子对的空间构型BeH2 VP= (2+2)=2 BF3 CH41 2 1 VP= 2 (3+3)=3 1 VP= 2 (4+4)=4 1 2 1 2LP = 0 LP = 0 LP = 0PC15 VP= (5+5)=5SF6 VP= (6+6)=6LP = 0LP = 0上页 下页 目录 返回LP≠0分子的空间构型≠电子对的空间构型使价层电子对斥力最小总电子 电子对 对数 成键 未成对 分子构型 电子对 实例理想构型 电子对2323 300 1上页 下页 目录 返回总电子 电子对 对数成键未成对 分子构型 电子对实例理想构型 电子对4403122上页 下页 目录 返回总电子 电子对 对数成键未成对 分子构型 电子对实例理想构型 电子对55 40 12 3孤对电子优先代替 平伏位置上的原子和相 关键对电子3 2上页 下页 目录 返回总电子 电子对 对数成键未成对 分子构型 电子对实例理想构型 电子对6605第二对孤对电子 优先代替第一对孤 对电子反位的原子 和相关键对电子142上页 下页 目录 返回上页 下页 目录 返回这两个问题还是要注意的！Pay attention!当分子中有? 键时, ? 键 应排在相当于孤对电子的 F 位置 ！FFS=O F VP= (6+4)=51 2键的极性和中心原子的电负性会使键角改变: : Cl110 18'o124o 21'1 VP= (4+0+2)=3 F C=O 2N102o F H FN107 o18' HClH上页 下页 目录 返回Question 7Solution判断 OF2 分子的基本形状。写出路易斯结构式, 并读出中心原子周围价 电子对的总数:F― O―F 中心原子价层有 4 对电子。4 对 价电子的理想排布方式为正四面体, 但考虑到其中包括两个孤对,所以分子的实际几何形状为角形, 相当于 AB2E2 型分子。上页 下页 目录 返回Question 8Solution判断 XeF4 分子的基本形状中心原子 Xe 的价电子数为 8，F 原子的未成对电子数为1。可以算得中心原子价电子对的总数和孤对数分别 为: (价层电子对总数) = 4＋(8－4)/2 = 6 (孤电子对的数目) = (8－4)/2 = 2中心原子价层有 6 对电子。理 想排布方式为正八面体, 但考 虑到其中包括两个孤对, 所以 分子的实际几何形状为平面四 方形, 相当于AB4E2 型分子。上页 下页 目录 返回2.5 原子轨道的重叠―价键理论 Superposition of atomic orbital ― valence bond theory2.5.1 共价作用力的本质和共价键的 特点 Nature of the covalence force of characterizations of the covalence bond 2.5.2 杂化轨道 Hybrid orbital上页 下页 目录 返回有关共价键的疑问Question Question ● 电子对的享用与提供电子的原子轨道间存在什么 关系？● 怎样解释形成双键和叁键的原子间共享 2 对、3对电子？● 能否用原子轨道在空间的取向解释分子的几何形 状？解决了这些问题才能揭示成键本质上页 下页 目录 返回2.5.1 共价作用力的本质和共价键的特点1. 价键理论(valence bond theory)基本观点带有相反电荷的两个离子(例如A+ 和B-)彼引接近的 过程中, 系统能量的变化可表示为两核之间距离的函数。曲线的最低点相应于吸引力等于排斥力的状态, 该状态下两核间的平 衡距离 R0 叫做核间距(符号为 d )，与核间距 d 对应的势能(Ed)则是由气态正、负离子形成离子键过程中放出的 能量。上页 下页 目录 返回H2分子的形成显然，图形反映了两个中性原子间通过共用电子对 相连形成分子，是基于电子定域于两原子之间，形成了 一个密度相对大的电子云（负电性），这就是价键理论的基础。因此，共价键的形成条件为：? 键合双方各提供自旋方向相反的未 成对电子(想一想自旋方向相同呢？) ? 键合双方原子轨道应尽可能最大程 度地重叠 ? 能量最低原理上页 下页 目录 返回2. 共价键的特征● 结合力的本质是电性的●具有饱和性（是指每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨道数是一定的） 例如： H Cl H O H N N●具有方向性（是因为每种元素的原子能提 供用于形成共价键的轨道是具有一定的方向）上页 下页 目录 返回3. 共价键的键型◆σ键：重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆 形，表明电子云密度绕键轴（原子核之间的连线）对称。形象的称为“头碰头”。σ轨道可由各种方式组成上页 下页 目录 返回◆ π键：重叠轨道的电子云密度绕键轴不完全对称。 形象的称为 “肩并肩”。? δ键：d 轨道重叠形成的（本课程不要求）上页 下页 目录 返回4. 配位键（共价键里的一种特殊形式）形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另一方 提 供空轨道。NHH? 4?BF4 ?F?COH?N?HF?B?FHF2s 2p2 2π C?O π2s 2 2p 4上页 下页 目录 返回5. 键参数（bond parameters ）化学键的性质在理论上可以由量子力学计算作定量 讨论，也可以通过表征键的性质的某些物理量来描述， 如：电负性、键能、键长、键角和键级。 ■ 键长(bond length)：二甲基嘧啶胺与ZnCl2 在无水乙醇中形成的配 合物 三斜晶系分子中两个原子核间的平均距离■ 键角(bond angle)：分子中键与键之间的夹角 这两个参数可以通过X射线单晶 衍射等实验手段测量得到.a =0.73280 nm ? =95.638° b =0.97584 nm β=98.919° c =1.41329 nm ? = 95.751°上页 下页 目录 返回■ 键能(bond energy): 表示在通常外界条件下物质原子间相互作用的强弱。 定义为：在298 K和100 kPa下将1mol气态双原子分子断 裂成2 mol气态原子所需要的能量。 D (H ― Cl) = 431 kJ? -1 mol D (Cl ― Cl) = 244 kJ? -1 mol 对双原子分子：离解能 = 键能 对多原子分子：键能指平均键能例如 NH3D1 ? D2 ? D3 427 ? 375 ? 356 E (N - H) ? ? 3 3 -1 ? 386 (kJ ? mol )上页 下页 目录 返回键能 E 与反应焓变的关系bond energy & reaction enthalpy2H2 (g) + O2(g) K 2E(H CH) E(O L O) + 2O(g)?r H? m2H2O(g)4E(O-H)4H(g)K ΔrHm= 2E(H CH) + E(O L O) C 4E(O-H)? ?r Hm = ? E (反应物) - ? E (生成物)上页 下页 目录 返回什么物理量 可以衡量分子的极性？■ 偶极矩 bond dipole moment (m) 大小相等，符号相反彼此相距为 d 的 两个电荷（+q和-q）组成的体系称为 偶极子， 其电量与距离之积，就是 分子的偶极矩。 例如：m=q?d????H ? Cl m ? 3.43 ?10?30 C ? m上页 下页 目录 返回分子μ /10C30C?m H2 0 N2 0 CO2 0 CS2 0 H2 S 3.66 SO2 5.33 H2O 6.16 HCl 3.43 HBr 2.63 HI 1.27 CO 0.40 HCN 6.99键 1.键级(BO) 1 BO = (成键轨道中的电子数C 的 2 强 反键轨道中的电子数） 度 2.键能(E) 空 分 3.键角 间子 构的 4.键长 型 键 的 5.键矩(m): m =q? l 极 性上页 下页 目录 返回2.5.2 杂化轨道（hybrid orbital ）问题一 如果 H2O 和 NH3 分子中的 O－H 键和 N－H键是由 H 原子的 1s 轨道与 O 原子和 N 原子中单 电子占据的2p 轨道重叠形成的，HOH 和 HNH 键 角应为 90°；事实上, 上述两个键角各自都远大于 90°。问题二 Pauling提出杂化轨道理论。新理论必须解决如下问题：●原子轨道为什么可以杂化？ ●原子轨道为什么需要杂化？●如何求得杂化轨道的对称轴间的夹角？上页 下页 目录 返回1. 基本要点● 成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的 价电子轨道――杂化轨道 ● 杂化前后轨道数目不变 ● 杂化后轨道伸展方向，形状和能量发生改变总之，杂化后的轨道●轨道成分变了 ●轨道的能量变了 ●轨道的形状变了上页 下页 目录 返回变了结果当然是更有利于成键！2. 杂化形式● sp3杂化2p 2s 2s 2psp3激发杂化四个 sp3 杂化轨道杂化轨道基态碳原 子的结构 CH4中共价 键形成上页 下页 目录 返回● sp2杂化2p 2s 2s 2p sp2激发2s2p轨道杂化 三个 sp2 杂化轨道基 态 硼 原 子 的 结 构杂化轨道BCl3 中共 价键的形成上页 下页 目录 返回● sp杂化2p 2s 2s 2p 2psp激发杂化两个 sp 杂化轨道基态铍原 子的结构杂化轨道H－Be－HBeH2 中共 价键的形成上页 下页 目录 返回D不等性杂化‖Nonequvalent hybridizationH2O中O原子采取 sp3 不等性杂化2psp3 sp3 杂化2s基态氧原 子的 结 构杂化轨道?HOH ? 104ο30'H2O中共价键形成上页 下页 目录 返回NH3中N 原子采取 sp3 不等性杂化sp3杂化基态氮原 子的 结 构杂化轨道?HNH ? 107ο 18'NH3中共价键形成上页 下页 目录 返回Question 9Solution试用杂化轨道理论解释下面问题：● NH3、H2O 的键角为什么比 CH4 小？CO2 的键角为 何是180°？ 乙烯为何取120 °的键角？ 杂化形式不同 ● 在 BCl3 和 NCl3 分子中，中心原子的氧化数和配体 数都相同，为什么两者的空间分子结构却不同？ 还是杂化形式不同 ● 在 sp2 和 sp 杂化轨道中，是否也存在不等性杂化？ 各举一例！ 例如 SO2 和 CO上页 下页 目录 返回s-p-d 杂化轨道s-p-d hybrid orbitalsp3dsp3d2上页 下页 目录 返回假设理论f ? ? ? 3(1 ? ? )?0 1/4 1/3 1/2 3/4 1 P sp3 sp2 sp s3 p s f 3=1.732 2(最大) 1.991 1.993 1.732 1Pauling(1 ? ? i )(1 ? ? j ) ? i 和? j分别为它们所含的s成分 cos g ij ? ?计算了两个杂化轨道之间夹角? i? j注意这些都是 量子化学的内容， 本课程不作要求.上页 下页 目录 返回杂化轨道理论小结共用 电子 对数 结构 直线型 sp 杂化 轨道 理想 夹角 平面 三角形 sp2 2 3Hybrid orbital theory456正四 面体 sp3三角 双锥 dsp3正八 面体 d2sp3上页 下页 目录 返回离域 ? 键（大定 运动所形成的键 表示符号：? 键）义：多个原子上相互平行的 p 轨道连贯重叠 在一 起构成一个整体， 而 p 电子在这个 整体内?n m形成条件： ● 参与成键的原子应在一个平面上，而且每个原子都能提供1个相互平行的 p 轨道● n&2m 作 的 理化性质 下页 目录 返回 上页 用：“离域能”会增加分子的稳定性；影响物质离域 ? 键（大价电子总数 分子或离子 19 ClO2 18 O34 ?3? 键）17 NO2 16 CO2 2个?键 类 型表 示 式??5 3? ? ???3 3?? ?4 3? ?O ? Cl ? O ..? ? ? ?.? ?? ?O ? O ? O ??? ? ? ? ? ??? ?? ?O? N?O? ? ? ? ? ????? ?? ?O?C?O? ? ??? ?? ?上页 下页 目录 返回2.6 分子轨道理论 Molecular orbital theory2.6.1 H2 和 “He2 ‖ 中的分子轨道 Molecular orbital in H2 and DHe2‖ 2.6.2 第 2 周期元素双原子分子的分子轨道 Molecular orbital in diatomicmolecule of the second period上页 下页 目录 返回2.6.3 第 2 周期元素双原子分子的电子 组态 Electron configuration in diatomic molecule of the second period 2.6.4 分子轨道理论与价键理论的比较 Comparison of molecular orbital with valence bond theory上页 下页 目录 返回问题的提出Question Question ● O2有磁矩，为2.62×10-23 A? 2 m● O3 中的 O-O 键长处于单键与双键之间Question● 存在 H ? 和 He ? 2 2 物种 H? 2 键长/pm 106 键能/kJ? -1 mol 268299108 He ? 2 ● NO等含奇数电子的分子结构● 预言“He2‖、DBe2‖、DNe2‖等的不存在于是新的理论又诞生了！这里只作简单介绍。上页 下页 目录 返回几个有关的基本概念什么是分子轨道？Basic concept分子轨道(molecular orbital): 描述分子中电子运动的 波函数，指具有特定能量的某电子在相互键合的两个或 多个原子核附近空间出现概率最大的区域，是多电子、 多中心的, 电子属于整个分子。分子轨道由原子轨道线性 组合而成 。例如: A+B→ABΨ I ? CaΨ A ? CbΨ BΨⅡ ? C 'aΨ A－C ' bΨ B（结构化学再讲！本课程不要求。）上页 下页 目录 返回成键三原则：▲ 能量相近原理▲ 最大重叠原理 ▲ 对称性匹配 决定成键的效率 决定是否能成键处理分子轨道的方法首先弄清分子轨道的数目和能级; 再由原子算出 可用来填充这些轨道的电子数; 最后, 按一定规则将 电子填入分子轨道, 像写原子的电子组态那样写出分 子的电子组态。上页 下页 目录 返回电子填入分子轨道时服从以下规则1. 尽量先占据能量最低的轨道, 低能级轨道填满 后才进入能级较高的轨道;2. 每条分子轨道最多只能填入 2 个自旋相反的电子; 3. 分布到等价分子轨道时总是尽可能分占轨道。上页 下页 目录 返回2.6.1 H2 和 “He2 ‖ 中的分子轨道两个H原子相互接近时, 由两条 1s 轨道组合得到能 级不同、在空间占据的区域亦不同的两条分子轨道。能级 较 低 的 一 条 叫 成 键 分 子 轨 道 ( bonding molecular orbital), 能级较高的一条叫反键分子轨道(antibonding molecular orbital)。上页 下页 目录 返回“He2 ” 中的分子轨道两个 He 原子(电子组态为1s2 )相互接近时: 两个1s? 原子轨道组合得到一条? 1s 和一条 ? 1s轨道，4 个电子恰好 2 ? ? 填满 ? 1s和 ? 1s轨道, 分子的电子组态应为? 1s? 1s2。成键电 子数与反键电子数相等, 净结果是产生的吸引力与排斥力相抵消, 即两个 He 原子间不形成共价键。? 1?s量1s? 1s DHe2‖1s能HeHe上页 下页 目录 返回2.6.2 第 2 周期元素双原子分子的分子 轨道5 条原子轨道中，1s 原子轨道基本保持原子特征, 组合为分子轨道时可不予考虑（有时叫做非键轨道）。 由于 p 轨道参与组合, 导致了 键(“肩并肩”重叠)形成?的可能。上页 下页 目录 返回第 2 周期元素双原子分子的分子轨道图for B2, C2 and N2for O2 and F2上页 下页 目录 返回?E = E(2p) C E(2s)Li ?E/eV 1.85 Be 2.73 263 B 4.60 444能级颠倒现象C 5.3 511 0 N 5.8 560 O 14.9 1438 F 20.4 1968?E/kJ?molC-1 178当2s和2p原子轨道能 级相差较小（一般 10 eV 左右）时，必须考虑 2s 和 2p 轨道之间的相互作用（ 也可称为杂化），以致造 成 σ 2p 能级高于 π 2p 能级的 颠倒现象。510 15 20 2p2530 35 40Li Be B C N O F2s上页 下页 目录 返回上页 下页 目录 返回2.6.3 第 2 周期元素双原子分子的电子 组态形成分子轨道后，按填充原理（与原子轨道中电子的 填充类似）填充电子就得到分子轨道排布式。 第2周期元素Li2 Be2 B2 C2 N2 O2 F22 1s21s2 ? 2s同核双原子分子包括 Li2，Be2，B2， C2，N2，O2，F21s21s2 ? 2s ? 2 s2 2?21s21s2 ? 2s ? 2 s?21 1 ? 2p ? 2pyx2 2 2 ? 1s21s2 ? 2s ? 2 2 ? 2 p ? 2 p s y z和 Ne2 分子。它们的电子组态如右。2 2 ? 2 2 1s21s2 ? 2s ? 2 2 ? 2 p ? 2 p ? 2 px s y z2 ?2 2 ? ? 2 2 1s21s2 ? 2s ? 2 s ? 2 px ? 2 p y ? 2 p z ? 2 1 y ? 2 1 z p p2 2 ?2 2 2 1s21s2 ? 2s ? 2 s ? 2 px ? 2 p y ? 2 p zyNe21s21s2 ?2 2s? ??2 2s2 2 px?2 2 py?? ? ? 22 ? 22 p p?2 2 py2 2 pz???2 2 pzz? ? 22 px上页 下页 目录 返回Question 10Solution或写出 N2 和 O2 的分子轨道电 子排布式并求算其键级。* N 2 ( ? 1s )2 ( ? 1s )2 ( ? 2s )2 ( ? *s )2 ( ? 2p )4 ( ? 2p )2 2?KK( ??)2 ( ? *s )2 ( ? 2py )2 ( ? 2pz )2 ( ? 2p 2s 2? ) ?2键级 BO = ( 10 - 4 )/2 = 3或KO: 3 O2 分子中还有两个 π 2 键，即 :OK ,当然具有顺磁性键级 BO = ( 8 - 4 ) /2 = 2上页 下页 目录 返回?KK( ?O2 KK ( ? 2s )2 ( ? *s )2 ( ? 2p )4 ( ? 2p )4 ( ? * p )2 2 2??)2 ( ? *s )2 ( ? 2p )2 ( ? 2py )2 ( ? 2pz )2 ( ? * py )1( ? * pz )1 2s 2 2 2?Question 11Solution两个特定原子之间的键级对 键的强度和键长各有何影响？键级越大，键的强度也越大，键长就越短。下图中以 键焓B表示键的强度, 给出5对原子之间的键强、键长与 键级的关系。上页 下页 目录 返回第一和第二周期元素 双原子分子的某些性质物种 电子总数 键级H2 DHe2 ‖ Li2 2 4 6 8 1 0 1 0键长/pm74 － 267 －键的解离能/kJ? -1 mol436 － 111 －DBe2‖B2 C2 N2 O2+1012 14 15 16 17 18 20 1412 3 2.5 2 1.5 1 0 3159124 109 112 121 130 141 － 113295593 946 641 498 398 158 － 1 075O2O2-F2 DNe2‖ CO NO152.5115631上页 下页 目录 返回异核双原子分子轨道的形成图示HF[(1s)2 (2s)2 (2p x )2 (2p y )2? 2 ]上页 下页 目录 返回Question 12Solution为什么在 HF 形成分子时是 H 原子的 1s 轨道和 F 原子的 2p 轨道 形成成键分子轨道？在形成分子轨道时，两轨道能量 相差越小，越有利于形成 MO。 E1s (H) = - 1318 kJ? -1 mol E3p (Cl) = - 1259 kJ? -1 molE2p (O) = - 1332 kJ? -1 molE3s (Na) = - 502 kJ? -1 mol上页 下页 目录 返回Question 13Solution2s画出 LiH 的分子轨道图。 3σ1s 2σ 1s 1σLi原子LiH分子H原子LiH [ (1s)2 (2s)2 ] 非键 成键上页 下页 目录 返回几种异核双原子分子轨道的形成图示上页 下页 目录 返回等电子原理isoelectronic species 指两个或两个以上的分子或离子，它们的原子数目相同，电子数目也相同，常具有相似的电子结构，相似的几何构型，而且有时在性质上也有许多相似之处。分子CO N2E/kJ?mol-1.7μ/10-30A?cm0. 40 0m.p./ ℃C200 C210b.p./ ℃C190 C196d/g?ml-10.793 0.766M.W28 28? CO2， N2O， N 3 ， ? ，等都是直线形构型 NO22 ? BO 3? ，CO3? ，NO3 ，等均为三角形构型 3ClO ? ，SO2?， 3? ，SiO 4? 均为四面体构型 PO4 4 4 4上页 下页 目录 返回O3 的分子结构O 原子 O3 中的中心 氧原子ozoneOozoneO4 ?3Osp3杂化y3O3 的分子结构E3反键分子轨道E0氧原子轨道y2 y1E2非键分子轨道 量E1成键分子轨道4 ? 3 分子轨道能上页 下页 目录 返回2.6.4 分子轨道理论与价键理论的比较（1）成键原理不同。VB+MO（2）实现有效成键必须满足能量近似原则、最大重叠原则和对称性匹配原则 。 （3）价键理论可以很好地说明分子结构与分子几何形状之 间的关系，但不能表示出轨道的相对能级；分子轨道 法的缺点是不能给出轨道的空间图像，但却可以相当 成功地预言某一特定的化学键能否形成。上页 下页 目录 返回2.7 金属键理论 Metallic bond theory对于金属锂：Li (g) →Li (c) ,反映出金属锂的化学键： △H = -161.5 kJ? -1 mol● 这么大的相变焓，说明它不是范德华力● 电负性差值只有 x = 0.97，说明不能形成离子键 ● 晶体是体心立方晶体，排除了是共价键的可能上页 下页 目录 返回D改性共价键‖金属原子和 金 属正离子沉浸 在“ 电子海(electron sea )‖中。上页 下页 目录 返回金属的能带理论energy band theory 分子轨道理论将金属晶体看作一个巨大分子，结合在 一起的无数个金属原子形成无数条分子轨道，某些电子就 会处在涉及构成整块金属原子在内的轨道。这样就产生了 金属的能带理论（金属键的量子力学模型）。上页 下页 目录 返回能带理论中的一些重要概念 能带理论中的一些重要概念能带(energy band): 一组连续状态的分子轨道 导带(conduction band): 电子在其中能自由运动的能带 价带(valence band): 金属中最高的全充满能带 禁带(forbidden energy gap): 能带和能带之间的区域上页 下页 目录 返回能带理论的基本要点energy band theory （1）成键时价电子必须是“离域”的，属于整个金属晶 格的原子所共有； （2）金属晶格中原子密集，能组成许多分子轨道，相邻 的分子轨道间的能量差很小 ，以致形成“能带 ”； （3）“能带”也可以看成是紧密堆积的金属原子的电子 能 级发生的重叠， 这种能带是属于整个金属晶体的； （4）以原子轨道能级的不同，金属晶体中可有不同的能带，例如导带、价带、禁带等； （5）金属中相邻的能带有时可以互相重叠。上页 下页 目录 返回金属锂的能带结构Metal lithium 由于每个锂原子只有1个价电子，该离域轨道应处于半满状态。电子成对地处于能带内部能级最低的轨道上，使能级较高的一半轨道空置。 在充满了的那一半能带的最高能级上,电子靠近能量较低 的空能级,从而很容易离开原来能级,进入能量略高的空能 级。上页 下页 目录 返回固体根据能带理论的分类Classification of solid● 金属的电导率随温度升高而下降● 半导体的电导率随温度升高而上升上页 下页 目录 返回副篇内容Question 14Solution金属 Mg 由 s 轨道组合而成的导带 已填满电子，但它仍是导体。为什么？Mg 原子的 3p空 轨道形成一个空能带 该能带与 3s 能带发生 部分重叠。这样，3s 能带上的电子就可向 3p能带移动了。因而 事实上金属镁的确能 导电。上页 下页 目录 返回2.8 分子间作用力和氢键 Intermolecular forces and hydrogen bonding2.8.1 分子间作用力 Intermolecular forces 2.8.2 氢键Hydrogen bonding上页 下页 目录 返回2.8.1 分子间作用力分立共价分子的原子间以共价键结合，但形成晶体 (分子晶体)时则靠分子间作用力。如果将原子晶体、离 子晶体和金属晶体中的质点(原子或离子)比作构成建筑 物的砖块，分子晶体中的分立分子则可比作建筑物的 “预制件”。分子间作用力就是指预制件之间的结合力 。 ● 偶极矩 (dipole moment, ? ) 表示分子中电荷分布状况的物理量，定义为正、负 电重心间的距离与电荷量的乘积。分子电偶极矩是个矢 量。对双原子分子而言，分子偶极矩等于键的偶极矩； 对多原子分子而言，分子偶极矩则等于各个键的偶极矩 的矢量和。上页 下页 目录 返回● 多原子分子的极性不但取决于键的极性，而且取决 于分子的几何形状 。Cl O O H2 O(μ=6.17×10-30C? m)C O H +NH NH3 HC O + CO2(μ=0)COClCCl CCl4Cl(μ=4.90×10-30C? m)(μ=0)● 极性分子固有的偶极叫永久偶极(permanent dipole)；非极性分 子在极性分子诱导下产生的偶极叫诱导偶极(induced dipole)； 由不断运动的电子和不停振动的原子核在某一瞬间的相对位移 造成分子正、负电荷重心分离引起的偶极叫瞬间偶极 (instanteneous dipole)。 上页 下页 目录 返回1. 偶极-偶极作用力 (dipole-dipole force)偶极-偶极作用力是指极性分子与极性分子的永久 偶极间的静电引力。这种作用力的大小与分子的偶极矩 直接相关。 偶极-偶极相互作用力对物质性质的影响 性质 SiH4 PH3 相对分子质量 t(m.p.)/℃ t(b.p.)/℃ 32.092 －185.0 －111.2 33.998 －133.81 －87.78H2 S 34.076－ 85.60 －60.753.67 μ/10-30 C? m 0 1.83 三种物质的熔点和沸点按列出的顺序依次升高，被 认为偶极-偶极作用力按同一顺序增大而引起的。上页 下页 目录 返回2. 色散力(dispersion force)指分子的瞬间偶极与瞬间诱导偶极之间的作用力，也 叫伦敦力(London force)。 通常情况下非极性分子的正电荷重心与负电荷重心重合,但原子核和电子的运动可导致电荷重心瞬间分离，从而 产生瞬间偶极。瞬间偶极又使邻近的另一非极性分子产生 瞬间诱导偶极，不难想像，两种偶极处于异极相邻状态 。上页 下页 目录 返回3. 范德华力的本质▲ 永远存在于分子或原子间的吸引力 ▲ 作用能比化学键小1~2个数量级 ▲ 没有方向性和饱和性 ▲ 作用范围只有几个pm▲ 三种力中主要是色散力分子间作用力的分配 (kJ? -1) mol 取向力 分子 诱导力Ar 0.000 0.000色散力8.5总和8.5CO HI HBr HCl NH3 H2O0.003 0.025 0.69 3.31 13.31 36.390.008 0.113 0.502 1.00 1.55 1.938.75 25.87 21.94 16.83 14.95 9.008.75 26.00 23.11 21.14 29.60 47.31上页 下页 目录 返回色散力大小依赖于分子的大小和形状● 随分子体积的增大而增大, 导致沸点同样升高CH3CH2CH3 b.p. -44.5℃ CH3CH2CH2CH3 b.p. -0.5℃ CH3CH2CH2CH2CH3 b.p. 36℃● 随分子结构密实程度的增大而减小,导致沸点同样下降CH3 O CH3－C－CH3 O CH3CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3 O CH3b.p. 36℃b.p. 28℃b.p. 9.5℃● 除极少数强极性分子(如 HF，H2O)外，大多数分子间 力都以色散力为主上页 下页 目录 返回2.8.2 氢键1. 氢键存在的证明氢键也是很弱的力。与同 系物性质的不同就是由氢键引 起的。上页 下页 目录 返回2. 氢键的结构特点这种方向与富电r X R H θd子氢化物中孤对电子Y占据的轨道在空间的 伸展方向有关。现代结构研究证明，大 部分物质氢键 中的 ? 角并不 是180°。上页 下页 目录 返回3. 氢键的类型▲ 有非对称和对称之分 ▲ 有分子内和分子间之分 ▲ 有强弱之分（与元素的电负性有关）不同类型氢键的解离焓氢键（? ? ? ） 解离焓近似值/ kJ?mol-1 29 不对称氢键 F―H……FH 25 不对称氢键 HO―H……OH2 17 不对称氢键 H2N―H……NH3 不对称氢键 对称氢键 HS―H……SH2 类型F……H……F上页 下页 目录 返回7 1654. 氢键对化合物性质的影响▲ m.p.，b.p.▲ 粘度 OCH ▲ 酸性Na+ C O-C O? ?O ?CCOC Na+?? CO ?H▲ 化学反应性上页 下页 目录 返回一个非常令人感兴趣的问题！指水分子彼 此间通过氢键形成笼，将外来中性分子或离子 (Cl2, CH4, Ar, Xe等)包于笼内的水合物(分子晶体)上页 下页 目录 返回Question 15Solution已知 1 m3 可燃 “冰”能释放164 m3 的CH4 气体，试估算晶 体中水与甲烷的分子比。164m3÷22.4m3 / kJ?mol-1=7.32 kJ?mol-1若水合物的密度与冰的相同，即1g ?cm-3,则 n(H2O):n(CH4)= 1× ×16 :7.32=6.7:1 18推算可燃冰的组成可能是8CH4? 2O。 46H上页 下页 目录 返回
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