物质结构与性质全套课件(第二章分子结构与性质)

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
H－H N三N H－Cl H－O－H H－F
２．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．
CO2 180°
CH4 109°28’
CH3－CH3分子结构
7
3
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/℃ 沸点/℃
水中溶解度 (室温)
1、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）
O2 H2O
HCl CO2
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）
C2H2
CH2O
COCl2
NH3
P4
４、五原子分子立体结构 最常见的是正四面体
CH4
5、其它：
CH3CH2OH
CH3COOH
C6H6
C8H8
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
形成π键 的电子称
键的强度要比键大。
为π电子。
σ键与π键的对比
键型
σ键
π键
项目
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
牢固程度 成键判断规律
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
科学探究 1、N2中p-pσ键和p-pπ键的形成过程
πz
πy
σ
N
N
πy
πz
N≡N分子结构
N2
３．共价键的类型．
σ键电：“子头云碰形头状”呈轴对称 s-s σ键 (如H2)
形成σ键的电子 称为σ电子。
s-p σ键 (如HCl)
p-p σ键 (如Cl2)
π键：“肩并肩” 电子云形状呈镜像对称
科学探究
2、键的类型与成键原子电负性的关系：
原子
Na Cl H Cl C O
键能： 气态基态原子形成1mol化学键 释放的最低能量
键长： 形成共价键的两个原子之间的核 间距
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，1 mol H2分别跟1mol Cl2、1 mol Br2(g)反应，分别生成2 mol HCl分 子和2 mol HBr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？
汇报
1 、 形 成 2 mo1HCl 释 放 能 量 ： 2×431.8 kJ － (436.0kJ+242.7kJ)= 184.9 kJ
形 成 2 mo1HBr 释 放 能 量 ： 2×366kJ － (436.0kJ+193.7kJ)= 102.97kJ
测分子体结构：红外光谱仪→吸收峰→分析。
直线形 V形
同为三原子分子，CO2 和 H2O 分子的空间结 构却不同，什么原因？
平面三角形 三角锥形
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
3.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
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
▪ 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
-NO2 N2O CS2
AlO2-
NH3 H3O+
CH4 NH4+
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。
物中，也存在于有些离子化合物中
表示方法: 用电子式表示
第一节 共价键
１．共价键的形成．（以氢分子的形成为例）
问题与讨论
用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成过程
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？
共价键具有饱和性 H2 N2 HCl H2O HF 等均以共价键形成分子
HCl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-H>O-H>N-H 3、键长越长，键能越小，键越易断裂，化学性 质越活泼。如 键长I-H>Br-H>Cl-H>F-H
H2O 105° NH3 107°
CH2＝CH2分子结构
CH≡CH分子结构
（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，
价键理论的要点
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
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
用电子云来描述共价键的形成过程
1、H2分子的形成过程（s-sσ键）
H
H
H
H
σ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。
2.H－Cl的s-p σ键的形成
H Cl
H－Cl
Cl
3.Cl－Cl的p-p σ键的形成
Cl
Cl
Cl
小结: σ键成键方式 “头碰头”
S-S重叠
S-P重叠
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 “肩并肩”
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
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
其对应的全部结构，它们分别为：①3∶3 ②3∶2∶1
③3∶1∶1∶1 ④2∶2∶1∶1，请分别推断出结构简式
①
②③ ④
。
第二节 分子立体结构
复习回顾
共价键
σ键 成键方式 “头碰头”,呈轴对称 π键 成键方式 “肩并肩”,呈镜像对称
键参数
键能
衡量化学键稳定性
键长 键角 描述分子的立体结构的重要因素
一、形形色色的分子
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。
小结:
价层电子对互斥模型
中心原子 无孤对电子
代表物
CO2 CH2O CH4
中心原子 结合的原子数
2 3 4
空间构型
直线形 V形 V形
平面三角形 三角锥形
正四面体 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 （ B）
A.CO2 B.H2S C.PCl3 D.SiCl4 2.下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是
（ B）C A.H2O B.CO2 C.C2H2 D.P4
课堂练习
分子类 型
空间构型
AB2
直线形
AB3 平面三角形
AB4 正四面体
H2O
2
AB2
V形
有孤对电子 NH3
3
AB3 三角锥形
化学式
HCN SO2 NH2－ BF3 H3O+ SiCl4 CHCl3 NH4+
应用反馈:
中心原子 孤对电子数
0 1 2
0
1 0 0 0
中心原子结合 的原子数
2 2 2
3 3
4 4 4
分子解离能 (kJ/mol)
分子的 价电子
总数
CO -205.05 -190.49 2.3 mL
1075
10
N2 -210.00 -195.81 1.6 mL
946
10
例举一些常见的等电子体：
N2 SO2
SO3 C6H6
CO C22- CN－
O3
NO2-
NO3- SiO3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-
B3N3H6
NO2 CO2
电负性 0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5
电负性之差 （绝对值）
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 共键价 是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。
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。
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。
数n来预测，概括如下：
ABn 立体结构 n=2 直线形
n=3 平面三角形
n=4 四面体形 n=5 三角双锥形 n=6 八面体形
范例
CO2、 CS2 CH2O、BF3 CH4、 CCl4 PCl5 SCl6
分子
电子式
: :
CO2
:O::C::O:
结构式
中心原子 有无孤对电子
空间结构
O=C=O
无 直线形
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．
知识回顾
定义: 原子之间通过共用电子对所形成的相互作
用，叫做共价键。
成键元素: 非金属与非金属 类型: 共价键 极性共价键
非极性共价键
本质: 原子间的静电作用
存在： 不仅存在于非金属单质和共价化合
=
:O: :
CH2O
: H:C :H
O H-C-H
无
平面 三角形
:: --
CH4
H H:C :H
H H H-C-H H
无
正 四面体
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 n=2
n=3
立体结构 V形 三角锥形
范例
H2O NH3
原因： 中心原子上的孤对电子也要占据中心原子
CH3OH
资料卡片： 形形色色的分子 C60
C20
C40
C70
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
科学视野—分子的立体结构是怎样测定的？
（指导阅读P39）
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。