2.1共价键

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第二章 分子结构与性质
第一节 共价键
复习
什么叫化学键? 什么叫离子键? 什么叫共价键?
化学键:元素相互化合,相邻的原子之间产生的 强烈的化学作用力。 离子键:使阴、阳离子结合成化合物的静电作用。 共价键:原子之间通过共用电子对所形成的相互 作用。
共价键 (1)成键微粒: 原子 。 (2)成键实质: 共用电子对 。 (3)形成条件: 非金属元素的原子相结合。 (4)分类
H2O 105° V形
CO2 180° 直线形
键角一定,表明共价键具有方向性。键角是描述分子 立体结构的重要参数,分子的许多性质与键角有关。
共价键的键参数与分子的结构、性质的关系
键能 键长 键角
决定 决定
分子的稳定性 分子的空间构型
决定
分子的性质
从下表中你可以获得哪些信息?
从表中可以看出,CO分子与N2分子在许多性质上 十分相似,这些相似性,可以归结为它们具有相 等的价电子数,导致它们具有相似的化学结构。
4.等电子体可以是分子,也可以是离子
类型
实例
二原子10电子 的等电子体
N2、CO、NO+、C22-、CN-
三原子16电子 的等电子体
三原子18电子 的等电子体
CO2、CS2、N2O、NCO-、NO2+、 N3-、NCS-、BeCl2(g) NO2-、O3、SO2
四原子24电子 的等电子体
五原子32电子 的等电子体
【思考与交流】P32
2.N2、O2、F2跟H2的反应能力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ次増强,从键能 的角度应如何理解这一化学事实?
从表2-1键能数据可知,N-H键、O-H键与H-F 键的键能依次增大,意味着形成这些键时放出 的能量依次增多,化学键越来越稳定。所以N2、 O2、F2与H2的反应能力依次增强。
2.键长 形成共价键的两个原子之间的核间距 共价半径: 相同原子的共价键键长的一半
【课堂练习】
1.下列说法中,错误的是( A ) 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
N2和H2在常温下很难发生化学反应,必须要高温 下才能反应,而F2与H2在冷暗处就能发生化学反 应,为什么?
二、键参数——键能、键长和键角
1.键能
①定义:气态基态原子形成1mol共价键释放的最 低能量(或拆开1mol共价键所吸收的能量)。
②单位: kJ·mol-1 ③数值: 释放能量,取正值 ④规律: 键能越大,键越牢固,分子越稳定
C-O
351
H-F
C=O
745
H-Cl
N-N
193
H-Br
N=N
418
H-I
N≡N
946
H-H
键能 176 607 142 497.3 413.4 462.8 390.8 568 431.8 366 298.7 436
由下表的数据判断,下列分子的稳定性:
A.Cl2 Br2 键
Cl-Cl Br-Br
二、键参数—键能、键长和键角 键能:气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量
破坏1mol化学键形成气态基态原子所需的最低能量 键能越大,化学键越稳定
应用:计算化学反应的反应热 ∆H=反应物键能总和-生成物键能总和
键长:形成共价键的两个原子之间的核间距 键长越短,键能越大,化学键越稳定
键角:两个共价键之间的夹角
有没有H3、H2Cl、Cl3分子?为什么?
H 原子、Cl原子都只有一个未成对电子,因 而只能形成H2、HCl、Cl2分子,不能形成H3、 H2Cl、Cl3分子。
2.共价键的特征 (1)具有饱和性
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,便可和几个自旋相反的 电子配对成键,这就共价键的“饱和性”。
【练习】
1.关于σ键和π键的比较,下列说法不正确的是 ( C) A.σ键是轴对称的,π键是镜面对称的
B.σ键是“头碰头”式重叠,π键是“肩并肩” 式重叠
C.σ键不能断裂,π键容易断裂
D.氢原子只能形成σ键,氧原子可以形成σ键 和π键
【练习】
2.原子间形成分子时,决定各原子相互结合的数
量关系的是( B )
科学探究 课本P29
1.已知氮分子的共价键是三键(N≡N),你能模仿图2-1、图2-2、 图2-3,通过画图来描述吗?(提示:氮原子各自用三个p轨道分 别跟另一个氮原子形成一个σ键和两个π键)
N2分子中共价键的成分:(基态N原子电子排 布1S22S22Px12Py12Pz1)
z
z
y
y
x
N2分子中含1个σ键和2个π键
H-Br 362.0 141 H-I 295.0 161
【思考与交流】P32
3.通过上述例子,你认为键长、键能对分子 的化学性质有什么影响?
一般地,形成的共价键的键能越大,键长越 短,共价键越稳定,含有该键的分子越稳定 ,化学性质越稳定。
3.键角
(1)概念: 多原子分子中,两共价键之间的夹角 叫做键角。
1.共价键的形成 (1)共价键的形成条件 A、两原子电负性相同或相近。 B、一般成键原子有未成对电子。 C、成键原子的原子轨道在空间重叠。
1.共价键的形成 (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 原子核间的电子密度增加,体系的能量降低。
NO3-、CO32-、BO33-、BF3、 SO3(g)
SiF4、CCl4、BF4-、SO42-、PO43-
练习:请你根据等电子原理在下表空格处填 上相应的化学式:
CH4 C2H6 CO32- CO2 C2O42- NH4+ N2H62+ NO3- NO2+ N2O4
解析:观察表中上下两种等电子体, 更换成相邻元素。
4.共价键的类型 (1) σ键 ①s-s σ键的形成
相互 靠拢
s—s
“头碰头” 形成σ键 X 轴对称 强度大, 不易断裂
② s-p σ键的形成
“头碰头” 形成σ键
1s 未成对电子的 3p 电子云相互靠拢
px—s
电子云相互重叠 X 轴对称
③p-p σ键的形成
“头碰头”
3p
未成对电子 的电子云相
3p
A.共价键的方向性 B.共价键的饱和性
C.原子的大小
D.共价键的稳定性
3.下列物质分子中无π键的是( C ) A.N2 B.O2 C.Cl2 D.C2H4
【练习】 4.σ键的常见类型有s-s、s-p、p-p,请指出下列 分子σ键所属类型:
HBr s-p NH3 s-p F2 p-p H2 s-s
5.
形成的共价键数=未成对电子数
(2)具有方向性
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。( s 轨道与 s 轨道 p 重叠形成的共价键无方 向性,例外)
3.形成共价键应遵循的原则 (1)电子配对原理
两原子各自提供1个自旋方向相反的电子彼此配对 (2)最大重叠原理
两个原子轨道重叠部分越大,形成的共价键越牢 固,分子越稳定。
键长是衡量共价稳定性的另一个参数
①键长的单位都是pm=10-12m ②键长越短,键能就越大,共价键越稳定 ③一般而言,原子半径越大,键长越大
由下表的数据判断,下列分子的稳定性
A. H2 Cl2
B. HCl HBr HI
键 键能 键长 键 键能 键长
H-H 436 74 H-F 565.0 92
Cl-Cl 242.7 198 H-Cl 428.0 128
I-I O-H
I2
B.NH3 H2O
键能

键能
242.7 N=O 607
193.7 O-O 142
152.7 O=O 497.3
462.8 N-H 390.8
【思考与交流】P32
1.计算1 molH2分别跟1 molCl2、1 mol Br2(蒸气)反应, 分别生成2molHCl和2molHBr分子,哪个反应放出的能量 多?结果又能说明什么?
2.钠和氯同样能形成电子对,但不是共价键而 是离子键?怎样去解释?完成表格
原子 Na Cl H Cl C O
电负性
0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5
电负性之差
2.1
0.9
1.0
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,形成的将是离子键;而共
价键是电负性不大的原子之间形成的化学键。
·· ·· ··
H ·+ ·H → H H
:CH....l·. ++ :·C..C·..··l·l:. →→:HC....l
C··.··.l : C..l
:
如何用电子云的概念来进一步理解共价键?
一、共价键 1.共价键的形成
用电子云描述氢原子形成氢分子的过程
相互 靠拢 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
同种元素形成的共价键的键能:单键<双键<叁键 σ键键能> π键键能 ⑤应用: 计算化学反应的反应热
表2-1 某些共价键键能/kJ·mol-1

键能

F-F
157
N-O
Cl-Cl
242.7
N=O
Br-Br
193.7
O-O
I-I
152.7
O=O
C-C
347.7
C-H
C=C
615
O-H
C≡C
812
N-H
互靠拢
px—px
电子云相互重叠 形成σ键 轴对称
X
(2)π键的形成 p轨道和p轨道除能形成σ键外,还能形成π键
“肩碰肩” 镜面对称
两个原子 相互接近
电子云重叠 π键的电子云 强度较小 易断裂
归纳:σ键和π键的比较
键类型
σ键
π键
原子轨道重叠方式 沿键轴方向 头碰头 沿键轴方向平行肩并肩
电子云形状
轴对称,可旋转 镜像对称,不可旋转
原子轨道重叠程度 牢固程度
较大
σ键强度大,不易 断裂,不活泼。
较小
π键强度较小,容 易断裂,活泼。
成键规律判断
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
注意: (1)s轨道与s轨道重叠形成σ键时,电子不是只在两核 间运动,而是电子在两核间出现的概率增大。 (2)因s轨道是球形的,故s轨道和s轨道形成σ键时,无 方向性。两个s轨道只能形成σ键,不能形成π键。 (3)两个原子间可以只形成σ键,但不能只形成π键。
一般,电负性之差大于1.7形成离子键;电负性 之差小于1.7形成共价键。
3.乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别有 几个σ键和几个π键组成?
乙烷分子中由7个σ键组成;乙烯分子中由5个σ键和 1个π键组成;乙烯分子中由3个σ键和2个π键组成。
N2
N≡N分子结构
CH3-CH3分子结构
CH2=CH2分子结构 CH≡CH分子结构
表2-3 CO分子和N2分子的某些性质
分子
熔点/℃
沸点/℃
在水中的溶 分子解离 分子的价 解度(室温) 能(kJ/mol) 电子总数
CO -205.05 -190.49 2.3 mL
1075
10
N2 -210.00 -195.81 1.6 mL
946
10
三、等电子原理 1.定义:原子总数相同、价电子总数相同的分子
极性键: 共用电子对偏移的共价键,A-B
非极性键: 共用电子对不偏移的共价键,A-A (5)共价键仅存在于共价化合物中吗?
不是,共价键也可以存在于离子化合物中,如 NaOH,NH4Cl中都含有共价键。还可以存在于非金 属单质中,如H2,O2,金刚石等
请用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成过程。
2.特点:具有相似的化学键特征 许多性质是相近的
注意:有时将原子总数、价电子总数相同的 离子也认为是等电子体
3.应用:
等电子体的许多性质是相近的,空间构型是相同的。 利用等电子体可以: (1)判断一些简单分子或离子的立体构型; (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。
7
3
【练习】
6.判断下列分子中,只含σ键的是 1 2 3 4 9 10 11 , 既含σ键又含有π键的是 5 6 7 8 。(填序号) (1) H2 (2)HCl (3)NH3 (4)H2O (5)CO2 (6)N2 (7)C2H4 (8)C2H2 (9)F2 (10)CH3CH3 (11)H2O2
键 H—H Br—Br Cl—Cl H—Cl H—Br 键能 436.0 193.7 242.7 431.8 366
∆H = 反应物键能总和 - 生成物键能总和
H2(g)+Cl2(g)= 2HCl(g) ∆H=-184.9KJ/mol H2(g)+Br2(g)= 2HBr(g) ∆H=-102.3KJ/mol 生成氯化氢放出的热量多,H-Cl键的键能大,稳定性强,不 易分解,HBr不稳定,易分解生成相应的单质。
(2)常见分子的键角 CO2 _1_8_0_°__ H2O __1_0_5_°_ CH4 _1_0_9_°_2_8′ P4 __6_0_°__
NH3 _1_0_7_°__ BF3 _1_2_0_°_(_平面三角形)
键角决定分子的空间构型
CH4 CCl4 109°28′
正四面体形
NH3 107°18′ 三角锥形
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