2.1 共价键模型（教学课件）化学鲁科版选择性必修2

第二章 微粒间相互作用与物质性质 第一节　 共价键模型 鲁科版选择性必修2 共价键的形成与特征 1 知识导航 共价键的类型 2 键参数 3 知识导航 重点：共价键的形成和分类、σ健、π健含义、键参数及其对分子性质的影响。 难点：共价键的形成和分类 1.通过共价键模型的深度剂析，知道共价键的方向性、饱和性含义，并能解释简单分子中各元素原子的个数比。 明·教学目标 教学模型：问题驱动→概念建构→应用迁移 2.通过分析氮气分子中原子轨道重叠方式，能说出σ健、π健含义，并能判新常见分子的共价键类型。 3.知道键能、键长、键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。 思考： 水分子是怎么构成冰的？水分子的共价键究竟是怎样形成的？共价键具有哪些特征？共价键能分成哪些类型？ 引·新课导入 欣赏松花江美丽的冰花 问题驱动 情景导入 思考： 水分子是怎么构成冰的？水分子的共价键究竟是怎样形成的？共价键具有哪些特征？共价键能分成哪些类型？ 引·新课导入 欣赏松花江美丽的冰花 问题驱动 情景导入 01 共价键的形成与特征 探·知识奥秘 一、共价键的形成与特征 氢气在氧气和氯气中燃烧分别生成水（H2O）和氯化氢（HCl）。在这两种化合物的分子内部，原子之间都是通过共用电子形成了共价键。 共用电子对 共价键 探·知识奥秘 一、共价键的形成与特征 氢气在氧气和氯气中燃烧分别生成水（H2O）和氯化氢（HCl）。在这两种化合物的分子内部，原子之间都是通过共用电子形成了共价键。 H 结构不稳定 如何获得稳定结构？ +1 1 +8 2 6 O O · · ·· ·· H· ·H 用电子式表示 · · O ·· · · H H ·· 探·知识奥秘 氢原子与氯原子结合成氯化氢分子时原子个数比为 1∶1，而氢原子与氧原子结合成水分子时原子个数比却为 2∶1，这又是为什么？ 一、共价键的形成与特征 氢原子与氯原子结合成氯化氢分子时原子个数比为1：1 而氢原子与氧原子结合成水分子时原子个数比却为2∶1 探·知识奥秘 根据原子结构的量子力学理论，氢分子的形成为例研究共价键的形成 一、共价键的形成与特征 ①根据原子结构的量子力学理论，基态氢原子核外的一个电子处于 1s 轨道上。当两个氢原子相距很远时，它们之间的相互作用可以忽略不计 ②体系的能量等于两个氢原子的能量之和；随着两个氢原子逐渐接近，它们的原子轨道会相互重叠，使电子在核间区域出现的概率增大，原子核对两个电子都产生吸引作用，使体系的能量逐渐下降。 ③当两个氢原子的核间距为 0.074 nm 时体系能量最低，两个氢原子各提供一个电子以自旋状态不同的方式相互配对形成氢分子。如果两个氢原子进一步接近，原子核以及电子之间的排斥作用又将导致体系的能量上升。 探·知识奥秘 根据原子结构的量子力学理论，氢分子的形成为例研究共价键的形成 一、共价键的形成与特征 当两个氢原子的核间距为 0.074 nm 时体系能量最低 探·知识奥秘 一、共价键的形成与特征 ⑴根据原子结构的量子力学理论，氢分子的形成为例研究共价键的形成 1. 共价键的形成 根据对氢分子形成过程的分析可以得知，正是由于电子在两个原子核之间出现的概率增大，使得它们同时受到两个原子核的吸引（图 2-1-2），从而导致体系能量降低，形成共价键。 探·知识奥秘 2.共价键 ⑴定义：原子间通过共用电子形成的化学键。 ⑶形成条件：通常，电负性相同或差值小的非金属元素原子之间形成的化学键为共价键。 一、共价键的形成与特征 ⑵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。 ⑷共价键表示方法：为简便起见，人们常常用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键。 探·知识奥秘 一、共价键的形成与特征 H2 HCl H2O H—H H—Cl H—O—H 单键 CO2 N2 N≡N O=C=O 共价双键 共价三键 ③共价三键：原子间共用三对电子所形成的共价键 ①单键：原子间共用一对电子所形成的共价键 ②共价双键：原子间共用两对电子所形成的共价键 探·知识奥秘 为什么只能有H2、HCl、Cl2，不可能有H3、H2Cl和Cl3 ？ 例如，氯原子中只有一个未占满的轨道，其中有一个未成对电子 Cl ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ 3s2 3p5 Cl ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ 3s2 3p5 所以两个氯原子之间可形成一个共价键结合为氯分子，表示为 Cl—Cl 共价键的饱和性 一、共价键的形成与特征 探·知识奥秘 ⑴共价键的饱和性 3.共价键的特征 一、共价键的形成与特征 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，这称为共价键的饱和性。 ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓ 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 探·知识奥秘 一、共价键的形成与特征 水分子为什么会有一定的空间结构？ 共价键的方向性 探·知识奥秘 ⑵共价键的方向性 3.共价键的特征 一、共价键的形成与特征 ①除 s 轨道是球形对称外，其他原子轨道都具有一定的空间取向 S轨道 无空间取向 P轨道 空间取向 ②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。 探·知识奥秘 一、共价键的形成与特征 3.共价键的特征 ⑵共价键的方向性 ③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 探·知识奥秘 一、共价键的形成与特征 氢分子的形成 H H H H 两个s轨道重叠 ↑ 1s1 ↓ 1s1 电子出现在核间的概率增大 σ键： 以两核连线为轴，电子云的图形对称 （轴对称） 02 共价键的类型 探·知识奥秘 二、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。 从轨道重叠的角度解释氮分子中的共价三键的形成 氮气的电子式和结构式分别如下: 氮原子的价电子排布是 2s2 2p3 探·知识奥秘 二、共价键的类型 从轨道重叠的角度解释氮分子中的共价三键的形成 氮气分子中p轨道的成键情况 3p 探·知识奥秘 二、共价键的类型 从轨道重叠的角度解释氮分子中的共价三键的形成 z z y y x p-p σ键 π键 探·知识奥秘 1.σ键与π键 ①人们将原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键称为 σ 键。 ②除了氮分子中存在 σ 键外，HCl、Cl2、H2 中的共价键也都是 σ 键。 二、共价键的类型 p-p σ键 s-s σ键 ⑴σ键: 探·知识奥秘 二、共价键的类型 1.σ键与π键 ⑴σ键: s-p σ键 p-p σ键 ③σ键：以两核连线为轴，电子云的图形对称，（轴对称） 探·知识奥秘 二、共价键的类型 1.σ键与π键 ⑵π键: ①原子轨道以"肩并肩"方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键 ②π键:电子云由两块组成，互为镜像，镜面对称 探·知识奥秘 二、共价键的类型 1.σ键与π键 ⑵π键: 氮分子的 N≡N 中有一个 σ 键、两个 π 键 探·知识奥秘 1.σ键与π键 ⑶判断σ键、π键的一般规律 σ π 共价单键为____键； 共价双键中有一个____键、一个____键； 共价三键由一个_____键和两个______键组成。 σ π σ 二、共价键的类型 析·典型范例 【例1】画出乙烯、乙炔的结构简式，判断原子轨道成键类型 二、共价键的类型 乙烯分子中键的类型 乙炔分子中键的类型 析·典型范例 二、共价键的类型 【例2】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 探·知识奥秘 H2和HCl都是原子通过共用电子对形成的，为什么HCl中H显+1价、Cl显-1价，而H2中的原子却不显电性？ 二、共价键的类型 电子对不偏移 电子对偏向Cl H H . . Cl ： H ●● ●● 共用电子对不偏移 共用电子对偏移(偏向Cl而偏离H) 非极性键 极性键 探·知识奥秘 2. 极性键和非极性键 二、共价键的类型 （1）非极性键 ①定义： 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特征： 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 ③形成条件： 同种元素的原子之间，成键原子电负性相同 探·知识奥秘 二、共价键的类型 2. 极性键和非极性键 （2）极性键 ①定义： 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。 ②特征： 共用的电子偏向吸引电子能力大的原子一方，成键原子显电性。 ③形成条件： 非同种元素的原子之间，成键原子电负性不相同。 探·知识奥秘 二、共价键的类型 2. 极性键和非极性键 （3）分子极性强弱的判断及应用 ①可用成键原子所属元素电负性的差值大小判断形成的共 价键是否有极性及极性的强弱，原子的电负性差值越大，形成的共价键的极性就越强。 ②分子中共价键的极性强弱会影响物质的性质，由此键的极性成为解释和预测物质性质、 判断反应活性部位和反应产物的常用工具。 探·知识奥秘 二、共价键的类型 氧分子的顺磁性实验与光电子能谱 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。 探·知识奥秘 利用分子轨道理论能够很好地解释氧分子是顺磁性分子 二、共价键的类型 ①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。 ②分子轨道可以用能级相近的原子轨道线性组合来表示。 ③图给出了氧分子的分子轨道能级和电子排布示意图（仅画出12个外层电子的占据轨道），按照核外电子排布的三个原则，最高能量的两个电子根据洪特规则以自旋方向相同的方式分占能量相同的两个π*2p分子轨道，这样氧分子存在未成对电子。 探·知识奥秘 光电子能谱为分子轨道理论提供了实验基础 二、共价键的类型 ①若入射光的能量超过一定值，就能够将电 子击出，由此产生的电子称为光电子 ②通过光电子能谱可以了解分子轨道能级的信息 探·知识奥秘 水分子为什么会有一定的空间结构？ 共价键有长度和角度等 03 键参数 探·知识奥秘 三、键参数 1. 键长 ①两个成键原子的原子核间的距离（简称核间距）叫作该化学键的键长。 ②一般而言， 化学键的键长愈短，化学键就愈强，键就愈牢固。 ③键长是影响分子空间结构的因素之一。 ④键长的数值可以通过晶体 X 射线衍射实验进 行测定，也可以通过理论计算求得。 探·知识奥秘 2.键角 ①在多原子分子中，两个化学键的夹角叫作键角。 ②键角可通过晶体 X 射线衍射实验测定，常用于描述多原子分子的空间结构。 三、键参数 直线形 V形 三角锥形 键长,键角决定分子空间构型 探·知识奥秘 3.键能 ①在 101.3 kPa、298 K 条件下，断开1mol 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。 三、键参数 ②表示方法：EA—B 单位：kJ·mol-1 ③应用：定量地表示化学键的强弱 ④键能愈大，断开时需要的能量就愈多，化学键就愈牢固; 键能愈小，断开时需要的能量就愈少，化学键就愈不牢固。 探·知识奥秘 三、键参数 请同学们观察下表，并找出数据中存在的规律?(从成键个数，成键原子的半径分析) 探·知识奥秘 三、键参数 请同学们观察下表，并找出数据中存在的规律?(从成键个数，成键原子的半径分析) 探·知识奥秘 三、键参数 请同学们观察下表，并找出数据中存在的规律?(从成键个数，成键原子的半径分析) 形成共价键的原子的原子半径越大，键长越大，键能越小，分子越不稳定。 碳原子成键原子相同，单键的键能<双键的键能<三键的键能 探·知识奥秘 三、键参数 紫外光为什么会对人体有害 波长为 300 nm 的紫外光的光子所具有的能量约为 399 kJ·mol-1，这一能量比蛋白质 分子中重要的化学键，如 C—C 键、C—N 键和 C—S 键的键能都大。因此，紫外光的能量 足以使这些化学键断裂，从而破坏蛋白质分子。 防晒霜之所以能有效地减轻紫外光对人体的伤害，其原因之一是它的有效成分的分子 中有 π 键。这些分子中的 π 键的电子在吸收紫外光后被激发，从而能阻挡部分紫外光。 探·知识奥秘 4.分子光谱 三、键参数 ⑴分子和原子一样，也有特征能级。分子从一种能级改变到另一种能级时吸收或发射的 光谱称为分子光谱。 ⑵分子中的键长、键角、电荷分布等结构特征都会影响分子光谱。 ⑶分子光谱的分类 ①分子的转动，吸收或发射 的光处在远红外区或微波区，称为远红外光谱或微波谱； ②分子中原子间的振动，通常振动光谱在近 红外区和中红外区，一般称为红外光谱； ③分子中 电子在不同能级的分子轨道间跃迁，得到紫外-可见光谱。 探·知识奥秘 4.分子光谱 三、键参数 ⑷应用：测定和鉴别分子结构、测定物质浓度 理·核心要点 共价键模型 共价键的形成与特征 共价键的类型 键参数 共价键的形成 共价键 σ键与π键 极性键和非极性键 氧分子的顺磁性实验与光电子能谱 键长 键角 键能 共价键的特征 分子光谱 练·技能实战 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 练·技能实战 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 感谢 您的聆听 THANKS https://www.zxxk.com/user/13354804 鲁科版选择性必修2 Lavf55.33.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) $