2.1共价键模型 课件 2024-2025学年高二化学下学期鲁科版（2019）选择性必修2

第1节 共价键模型 选择性必修二 第2章 微粒间相互作用与物质性质 LOGO 共价键的形成与特征 共价键的形成 以氢分子的形成为例(用电子云表示形成过程) 1s1 1s1 E0为两个远离的氢原子的能量之和 H H 核间距 E0 当两个核外电子自旋状态相同的氢原子靠近时 LOGO 2 共价键的形成与特征 图1 氢分子形成过程中体系能量的变化 形成氢分子的共价键(H－H) 1s1 1s1 H H 当两个核外电子自旋状态不同的氢原子靠近时 两个s轨道相互重叠 电子在核间出现概率增大 电子同时受到两个原子核的吸引，体系的能量逐渐下降 共价键的形成 能量降低 能量最低 LOGO 3 共价键的形成与特征 (1)共价键的定义：原子间通过共用电子形成的化学键称为共价键。 (2)共价键的形成： 形成共价键时,原子轨道在两个原子核间重叠,自旋状态相反的未成对电子形成共用电子对。电子出现在两个原子核之间的概率增大,共用电子对同时受到两个原子核的吸引,导致整个体系的能量降低,稳定性增强。 (3)共价键的本质： 本质：电子在两个原子核之间出现的概率增大，使它们同时受到两个原子核的吸引，从而导致体系能量降低，形成共价键。 注：共价键包括原子核与共用电子对间的静电吸引和电子与电子、两原子核间的静电排斥,是多种电性作用的平衡状态。 电性作用 LOGO 4 共价键的形成与特征 (4)共价键的形成条件 (5)共价键的表示方法 用”一”表示一对共用电子所形成的共价键;用“=”表示原子间共用两对电子所形成的共价键;用“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键。 通常电负性相同或差值小的非金属元素原子之间形成共价键 Cl－Cl O=O N≡N LOGO 5 共价键的形成与特征 【思考】为什么只能有H2、HCl、Cl2，不可能有H3、H2Cl和Cl3 ？ ↓↑ ↓↑ ↑ ↓↑ ↓↑ 1s 2s 2p 用轨道表示式表示HF分子中共用电子对的形成： F ↓ 1s H 原子轨道(电子云)重叠 按照价键理论，未成对的电子通过相互配对形成共价键，因为每个原子最外层轨道的数目是一定的，所以每个原子所能形成共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的。 共价键的饱和性 ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓ Cl 3s 3p N ↓↑ ↓ ↓ ↓ 2s 2p 未成对电子数：1 未成对电子数：3 Cl2 Cl—Cl N2 N≡N H ↑ 1s 未成对电子数：1 NH3 H—N—H | H 共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系 LOGO 6 共价键的形成与特征 共价键的方向性 s轨道 无空间取向 p轨道 空间取向 在形成共价键时，原子轨道重叠得多，电子在核间出现的概率大，所形成的共价键就牢固。 共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，即共价键具有方向性。 分子的空间结构与共价键的方向性密切相关 【思考】是不是所有的共价键都具有饱和性和方向性？ √ × LOGO 7 共价键的类型 通过“人工固氮”将空气中的氮气转化为含氮化合物用于生产化肥或其他化工产品是人类突破的重要课题。解决这个课题的难点在于氮分子中的共价三键使构成氮分子的两个氮原子紧紧地结合在一起，由此氮气的性质非常稳定。请从轨道重叠的角度解释氮分子中的共价三键是如何形成的。 N ↓↑ ↓↑ ↑ ↑ ↑ 1s 2s 2p LOGO 8 共价键的类型 1.σ键与π键(按原子轨道重叠方式分类) (1)σ键 σ键 s－s σ键 s－p σ键 p－p σ键 成键时，原子轨道以“头碰头”方式重叠形成的共价键。 特征： 1.以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变，这种特征称为轴对称 HCl H2 Cl2 2.形成σ键的原子轨道重叠程度较大，σ键的强度较大，有较强的稳定性。 LOGO 9 共价键的类型 (2)π键 π 键( p - p π 键 ) 成键时，原子轨道以“肩并肩”方式重叠形成的共价键 1.σ键与π键(按原子轨道重叠方式分类) 特征： 1.每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成平面的两侧，如果以他们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像，这种特征称为镜面对称。 2.形成π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时小，π键没有σ键牢固。 3.π键通常存在于双键或三键中。 LOGO 10 共价双键中有一个____键、一个____键； 共价单键为____键； 共价键的类型 z z y y x p-p σ键 π键 判断σ键、π键的一般规律 σ π 共价三键由一个_____键和两个______键组成。 σ π σ LOGO 11 共价键的类型 有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。 (1)只有σ键的是_____________(填序号，下同)；既有σ键又有π键的是_______。 ①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ (2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是______。 ⑦ (3)含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是______________。 ①③⑤⑥⑧⑨ (4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是_____________。 ②④⑤⑥⑧⑨ LOGO 12 共价键的类型 根据价键理论，氧分子的结构是 O=O，这样的氧分子中的电子已经完全配对，氧分子应当是逆磁性分子。但事实上，将液态氧倒入配有磁铁的仪器中时，氧分子被磁场吸引而悬浮在磁场中（图2-1-5）。这说明氧分子是顺磁性分子，即分子中存在着未成对电子。 分子轨道理论认为，分子中的每个电子都是在整个分子中运动的，分子中的单电子运动状态可以用分子轨道来描述。 LOGO 13 共价键的类型 2.极性键和非极性键(按共用电子对是否偏移分类) (1)非极性键 构成分子的是同种元素的两个原子，它们吸引电子的能力相同，所以共用的电子不偏向其中任何一个原子，参与成键的原子都不显电性，这种共价键叫作非极性共价键，简称非极性键。 (2)极性键 构成分子的两个原子是不同元素的原子时，由于两个原子吸引电子的能力不同，共用的电子必然偏向吸引电子能力大的原子一方，这个原子因附近电子出现的概率较大而带部分负电荷，而另一原子则带部分正电荷，这种共价键叫作极性共价键，简称极性键。 原子的电负性差值越大，形成的共价键极性越强,如H-F为强极性键，H-I为弱极性键。 判断H2O2分子中各种键的极性？ LOGO 14 键参数 1.键长 两个成键原子的原子核间的距离（简称核间距）。 一般而言，化学键的键长愈短，化学键就愈强，键就愈牢固。 键长 可通过晶体的X射线衍射实验测定 (1)概念： (2)键长与分子空间结构的关系: 键长是影响分子空间结构的因素之一。如CH4分子的空间结构是正四面体,而CH3Cl只是四面体而不是正四面体,原因是C-H键和C-Cl键的键长不相等。 LOGO 15 键参数 ②根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。如键长:H-I>H-Br>H-Cl。 (3)判断键长的方法 ①根据共用电子对数判断。相同的两原子形成共价键时，当两个原子形成双键或者三键时,由于原子轨道的重叠程度增大。单键键长>双键键长>三键键长。 LOGO 16 键参数 2.键能 (1)概念： 在298 K、1×105 Pa条件下，断开1 mol AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A—B键的键能，常用EA-B表示。键能通常取正值，单位为kJ/mol。 原子半径:F<Cl<Br<I，键长:H—F<H—Cl<H—Br<H—I, 则键能:H—F>H—Cl>H—Br>H—I。 【思考】比较HF、HCl、HBr、HI分子中键能的大小。 键能愈大，断开时需要的能量就愈多，化学键就愈牢固。 LOGO 17 键参数 某些共价键的键能（kJ·mol－1） 键 键能 H－H 436.0 Cl－Cl 242.7 Br－Br 193.7 I－I 152.7 H－Cl 431.8 H－Br 366 H－I 298.7 Ⅱ.从计算结果看 HCl 和 HBr 哪个更容易分解呢？ ΔH = 反应物总键能 - 生成物总键能 ΔH (HCl) = [ ( 436 + 242.7 ) - 2×431.8 ] kJ/mol = - 184.9 kJ/mol ΔH (HBr) = [ ( 436 + 193.7 ) - 2×366 ] kJ/mol = - 102.3 kJ/mol Ⅰ.利用数据计算，1 mol H2 分别与1 mol Cl2、1mol Br2 （蒸气）反应，分别形成 2 mol HCl 和 2 mol HBr ，哪一个反应释放的能量更多？  HBr 分解需吸收能量少，更易分解。 LOGO 18 键参数 键 键能 C－C 347 C=C 614 C≡C 839 N－N 193 N＝N 418 N≡N 945 某些共价键的键能（kJ·mol－1） Ⅲ.碳碳单键、碳碳双键和碳碳三键之间键能关系？ 碳碳单键＜碳碳双键＜碳碳三键 Ⅳ.为何碳碳双键的键能不是碳碳单键的二倍，碳碳三键的键能不是碳碳单键的三倍？ 碳碳单键：1个σ键 碳碳双键：1个σ键，1个π键 σ键与π 键强度不同 乙烯分子中σ 键强于π 键 键能越大，共价键越牢固 氮分子中π键强于σ键 键能：定量地表示化学键的强弱 LOGO 19 键参数 ①判断共价键的强弱。原子间形成共价键时,原子轨道重叠程度越大,体系能量降低越多,释放能量越多,形成共价键的键能越大,共价键越牢固。 ②判断分子的稳定性。一般来说,结构相似的分子,共价键的键能越大,分子越稳定。如分子的稳定性:HF>HCl>HBr>HI。 ③利用键能计算化学反应的热效应。△H=反应物的键能总和-生成物的键能总和 归纳总结：键能的应用 【注意】由分子构成的物质，其熔、沸点与共价键的键能和键长无关，而分子的稳定性由键长和键能大小决定。 LOGO 20 键参数 归纳总结：判断共价键的稳定性 ①由原子半径和共用电子对判断：成键原子的半径越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。 ②由键能判断：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越大。 ③由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越大。 ④由电负性判断：元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力越大，形成的共价键越稳定。 C-F比C-H更稳定 LOGO 21 键参数 3.键角 在多原子分子中，两个化学键的夹角称为键角。 三角锥形 角形 直线形 键角：描述分子空间结构的参数 可通过晶体的X射线衍射实验测定 键能 键长 键角 决定 决定 分子的稳定性 分子空间结构 决定 分子的性质 键的 强弱 决定 归纳 键参数对物质性质的影响 LOGO 22 键参数 防晒霜中所含的有效成分的分子中含有π键，这些分子中的π电子可在吸收紫外线后被激发，从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。 防晒霜为何能防晒呢？ LOGO 23 分子光谱 定义：分子从一种能级改变到另一种能级时吸收或发射的光谱。 影响因素：分子内部的运动；分子中键长、键角、电荷分布等 应用：测定和鉴别分子结构、测定物质浓度 分类：远红外光谱或微波谱 红外光谱 紫外—可见光谱 CO分子轨道能级图 能量 LOGO 24 练习 1. 下列各说法中正确的是( ) A.分子中键能越高，键长越长，则分子越稳定 B.元素周期表中的ⅠA族(除H外)和ⅦA族元素的原子间不能形成共价键 C.水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180° D.H—O的键能为463 kJ·mol－1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×463 kJ B 2.键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是( ) A.键角是描述分子空间结构的重要参数 B.因为H—O的键能小于H—F的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱 C.H—F的键长是H—X中最长的 D.碳碳三键和碳碳双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍 A LOGO 25 温故知新 共价键是原子间通过共用电子对所形成的化学键。 用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成过程 H2： HCl： H + Cl →H Cl × · · · · · · · · · · · · · · × · · · · H + H → H H Cl2： Cl + Cl → Cl Cl · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 思考： 如何用原子轨道的概念理解共价键的形成？这些分子中共用电子对是怎样运动的？为什么H与Cl、O结合时原子个数比不相同？为什么N2很稳定？ LOGO 26 练习 B LOGO 27 练习 ②④ ⑥ ⑤ LOGO 28 练习 B LOGO 29 练习 D LOGO 30 $$