2.1 共价分子的空间结构 第1课时（教学课件）化学沪科版选择性必修2

第2章 分子结构与性质 2.1　 共价分子的空间结构 第1课时 共价键的形成与性质 沪科版选择性必修2 知识导航 共价键的类型与性质 2 共价键的形成与本质 1 明·学习目标 1.认识共价键的形成和本质。 2.知道共价键的类型和性质。 引·新课导入 共价键是如何形成的？ 1919年，欧文·朗缪尔首次使用“共价”来描述原子间的成键过程。 美国的 Lewis，1916年提出共价键理论。 德国化学家海特勒和伦敦等提出后由鲍林等人发展的现代价键理论。 01 共价键的形成与本质 共价键的形成与本质 探·知识奥秘 共价键的形成 化学键的类型与电负性的差值的关系 离子键 H和Cl的电负性的差值 Na和Cl的电负性的差值 共价键 0 0.9 2.1 电负性的差值 成键原子之间的电负性差值 大于1.7 小于1.7 通常形成离子键，相应的化合物为离子化合物 通常形成共价键，相应的化合物为共价化合物 共价键的形成与本质 探·知识奥秘 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，从而导致体系能量降低，形成共价键。 共价键的形成与本质 探·知识奥秘 共价键的本质 原子之间通过共用一对自旋状态不同的电子所形成的化学键 是两个原子核与共用电子对的电性相互作用。 共价键的概念 共价键的本质 共价键的形成与本质 探·知识奥秘 共价键的饱和性与方向性 H、Cl均只1个未成对e-，形成H2、HCl、Cl2，不形成H3、H2Cl、Cl3。 【思考交流】为什么不可能有H3、H2Cl、Cl3分子的形成？ 【结论】饱和性：决定分子组成。 一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋状态相反的电子配对成键。 形成的共价键数 = 未成对电子数 1s 2s 2p 3s 3p 17Cl ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 1s ↑ 1H 共价键的形成与本质 探·知识奥秘 共价键的饱和性与方向性 H2 He O2 Ne H:H O O N2 N N ↑ 1s ↓↑ ↓↑ 2s 2p ↓↑ 2s 2p ↑ ↑ ↓↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ 1s ↓↑ ↓↑ 2s 2p ↓↑ ↓↑ 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。 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 共价键的形成与本质 探·知识奥秘 请你思考！ 水分子为什么会有一定的空间结构？ 共价键的方向性 共价键的饱和性与方向性 共价键的形成与本质 探·知识奥秘 共价键的饱和性与方向性 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 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。 共价键的形成与本质 探·知识奥秘 共价键的饱和性与方向性 CH4 NH3 H2O CO2 正四面体形 三角锥形 V形 直线形 电子所在的原子轨道都具有一定的形状，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。它决定了分子的空间构型。 析·典型范例 A 02 共价键的类型与性质 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 H H H H 电子云 如何利用原子轨道更进一步表示H2中共价键的形成？ 1.σ键 相互靠拢 原子轨道相互重叠 “头碰头” 形成H-H H-H键是由两个H原子的s轨道“头碰头”重叠形成。 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 ①s-s σ键 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 H Cl Cl2的形成的电子云描述 HCl的形成的电子云描述 Cl Cl Cl Cl H－Cl ② s-p σ键 ③ p-p σ键 1.σ键 “头碰头”，轴对称，重叠大，键稳定 特征：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。 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 小结：σ键 概念：两原子在成键时，原子轨道以“头碰头”的方式重叠形成的共价键。 ①特征：电子云的对称方式： 轴对称 ②旋转:以形成σ键的两原子核的连线为轴， 任何一个原子均可以旋转，旋转时并不破坏σ键的结构。 ③稳定性：形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强稳定性。 ④方向性：要使两个原子轨道重叠部分最大，原子轨道必须按一定的 方向进行重叠。(s-s σ键无方向性) 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 2.π键 叶绿素铜钠盐 p轨道和p轨道除能形成σ键外，还能形成π键——由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成。 p-p π键的形成 形成：由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成 未成对电子的原子轨道相互靠拢 原子轨道相互重叠 形成π键 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 叶绿素铜钠盐 类型：p-p π键等，不存在s-s π键、s-p π键等。 π键的电子云具有镜面对称性，即每个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，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像，故π键不能旋转。 特征：镜面对称 旋转：形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转 稳定性：形成π键时，原子轨道重叠程度比σ键的小，通常情况下，π键没有σ键牢固 存在：共价双键、共价三键中 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 叶绿素铜钠盐 观看氮气中氮氮三键形成的过程，思考：如何判断共价键是σ键或是π键？ 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 x y z x y z “头碰头” p-p σ键 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 y z x y z “肩并肩” “肩并肩” y z x y z p-p σ键 p-p π键 p-p π键 σ键：1个p-p σ键 π键：2个p-p π键 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 CH3－CH3分子结构 探究共价键的类别和个数？ σ键：1个C-C键，6个C-H键 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 CH2＝CH2分子结构 σ键：1个C-C键，4个C-H键 π键：1个C-C π键 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 CH≡CH分子结构 π键：2个C-C π键 σ键：1个C-C键，2个C-H键 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的类型 叶绿素铜钠盐 σ键和π键的特点和判断规律： 1.σ键的轨道重叠程度较大，键的强度较大，键较为牢固，不活泼； 2.π键的轨道重叠程度较小，键的强度较小，不如σ键牢固，较活泼，较易断裂； 3.共价单键是σ键；共价双键中一个键是σ键，另一个键是π键；共价三键中一个键是σ键，另外两个键是π键。 σ键和π键的判断 注意：分子中存在π键，则一定存在σ键，但若存在σ键，则不一定存在π键。 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的极性 电荷分布均匀 共用电子对不偏移 电荷分布不均匀 共用电子对偏移 根据分子的结构式可以看出有的原子共用一对电子，有的共用两对电子，可以将共价键进行分类 Cl－Cl O=O N≡N H－O－H O=C=O 分 类 标 准 类 型 原子轨道重叠方式 σ 键、 π 键 共用电子对数目 单键、双键、三键 共用电子对是否偏移 极性键、非极性键 为什么电子对会偏移？电子对是怎样偏移的？ 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的极性 共价键 成键原子的种类 电子对是否偏移 成键原子的电性 示例 极性共价键 非极性共价键 不同种原子 同种原子 发生偏移 不发生偏移 一个原子呈正电性(δ+) 一个原子呈负电性(δ-) 电中性 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的极性 由于原子形成共价键时电子对发生偏移，其实质是键合原子对键合电子的吸引力不同，即元素的电负性不同。 共价键极性产生的原因： 一般：电负性差值＜1.7为共价键，且电负性差值越大，共用电子对偏移程度越大，键的极性越大。如：H-F > H-Cl> H-Br > H-I 判断共价键极性的标准： 同种元素形成非极性共价键，不同种元素形成极性共价键。 是否是由同种原子构成。 Cl Cl 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的极性 δ+ δ+ H2O - + 正、负电荷中心不重合的分子 极性分子 正、负电荷中心重合的分子 非极性分子 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的极性 键的极性的表示方法——极性向量 极性向量可形象地描述极性键的电荷分布情况，极性向量指向的一端，说明该处负电荷更为集中。非极性键无极性向量，说明在非极性键里，正负电荷的中心是重合的。 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的稳定性 CH4 CH3CH2OH CH3COOH C6H6 共价键的强弱用什么来衡量？ 我们如何用化学语言来描述不同分子的空间结构和稳定性？ 键能、键长均是定量衡量共价键强弱的参数 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的稳定性 气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所需要的能量，单位是kJ·mol－1。 【问题】键能是什么？ 键能越大 吸收的能量越多 共价键越牢固 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的稳定性 通常是298.15 K(25 ℃)、101 kPa条件下的标准值，可通过实验测定，更多的却是推算获得的，键能数据是平均值。 共价键 键能（kJ·mol-1） H-CH3 → · CH3 ＋H· 439.3 H-CH2 → CH2 ＋H· 442.0 H-CH → CH ＋H· 442.0 H-C → C· ＋ H· 338.6 · · · · · · · · · · · · · · 断开CH4中的4个C-H ，所需能量并不相等，因此，CH4中C-H键的键能是平均值。 【数据分析】结合上表，计算C-H 键键能平均值。 = 415.5 kJ·mol-1 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的稳定性 键能在化学学习中的运用有哪些？ 定量衡量共价键强弱 判断分子的稳定性 利用键能估算化学反应热效应 键能越大，气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量越多，共价键越牢固。 一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越稳定。 ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的稳定性 键 F－F Cl－Cl Br－Br I－I C－C C=C C≡C C－O C＝O N－N N＝N N≡N 键能 157 242.7 193.7 152.7 347.7 615 812 351 745 193 418 946 键 N－O N＝O O－O O＝O C－H N－H O－H H－F H－Cl H－Br H－I H－H 键能 176 607 142 497.3 413.4 390.8 462.8 568 431.8 366 298.7 436.0 相同原子间的键能： 思考与讨论： 观察表，你能发现哪些规律？ 拓展：一般情况下， σ键的键能比π键的大，但N2中σ键不如π键牢固。 成键原子相同的共价键的键能 单键＜ 双键＜ 三键（不存在倍数关系） 共价键的类型与性质 探·知识奥秘 共价键的稳定性 【思考交流】什么是键长？ 构成化学键的两个原子的核间距。 单位：pm (1 pm = 10-12 m) 键长越短 键能越大 共价键越稳定 键长是定量衡量共价键强弱的另一个参数 键长越短 键能越大 共价键越稳定 【归纳总结】 析·典型范例 1.下列说法正确的是（ ） A.在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长 B.键长：N—H>P—H C.H—Cl的键能为431.8 kJ·mol－1，H—Br的键能为366 kJ·mol－1，这可以说明 HCl比HBr分子稳定 D.键能越大，表示该分子越容易受热分解 C 键能越大，越不易分解 键能越大，含有该键的物质越稳定 半径越大，键长越长，原子半径：P>N 核间距 析·典型范例 2.某些化学键的键能(kJ·mol－1)如表所示： 化学键 键能 H—H 436 Cl—Cl 242.7 Br—Br 193.7 I—I 152.7 H—Cl 431.8 H—Br 366 H—I 298.7 (1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量_________kJ。 184.9 (2)在一定条件下，1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应，放出热量由多到少的顺序是___(填字母)。 a.Cl2＞Br2＞I2 b.I2＞Br2＞Cl2 c.Br2＞I2＞Cl2 预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热____(填“多”或“少”)。 a 多 1.下列有关共价键参数的比较中，不正确的是 A．键能： B．键长： C．分子中的键角： D．乙烯分子中碳碳键的键能：σ键>π键 练·技能实战 C 2.已知各共价键的键能(一定条件下，气态原子生成1mol化学键放出的热量)如表所示，下列说法不正确的是 A．化学键的稳定性：H－I＜H－Cl＜H－F B．表中最易断裂的共价键是F－F键 C．H2(g)+F2(g)═2HF(g)          △H=+25kJ•mol-1 D．431kJ•mol-1＞E(H－Br)＞298kJ•mol⁻1 练·技能实战 C 3．对乙酰氨基酚主要用于感冒引起的发热，也用于缓解疼痛，其分子结构如图所示。下列说法错误的是 A．该分子中sp2杂化和sp3杂化的碳原子个数比为7：1 B．该分子中所有碳原子不可能处于同一平面上 C．该分子中含有20个σ键 D．苯环中的大键是由碳原子6个未参与杂化的2p轨道以“肩并肩”的方式重叠而成 练·技能实战 B 感谢 您的聆听 THANKS 沪科版选择性必修2