普通化学第五章-物质结构新课件.pptx

1、第5章物质结构基础一、波函数与量子数一、波函数与量子数1926年，奥地利物理学家薛定谔（年，奥地利物理学家薛定谔（Schrdinger）提）提出了微观粒子运动的波动方程，即出了微观粒子运动的波动方程，即薛定谔方程薛定谔方程：0)(822222222VEhmzyx其中，其中，为波动函数为波动函数，是空间坐标，是空间坐标x、y、z 的的函数。函数。E 为核外电子总能量，为核外电子总能量，V 为核外电子的为核外电子的势能，势能，h 为普朗克常数，为普朗克常数，m 为电子的质量。为电子的质量。波函数波函数变换为球面坐标：变换为球面坐标：x=r sin cos y=r sin sin z=r cos r

2、2=x2+y2+z2 附图附图5.3 5.3 球面坐标变换球面坐标变换 rsin zxyP(x,y,z)z=rcosx=rsincosy=rsinsinr2222222sin1)(sinsin1)(1rrrrrr0)(822VEhm 在在整个求解过程整个求解过程中，需要引入中，需要引入三个参数，三个参数，n、l 和和 m。结果可以得到一个含有三个参数和三个变量。结果可以得到一个含有三个参数和三个变量的函数的函数 =n,l,m(r,)由于由于n,l 和和m参数的取值是非连续的参数的取值是非连续的,故故被称为被称为量子数量子数。当。当n n、l l 和和 m m 的值确定时，的值确定时，波函数波函

3、数(原子轨道原子轨道)便可确定。便可确定。波函数可以被分解为波函数可以被分解为径向部分径向部分R(r)和和角度部分角度部分Y(,)，即：，即：(r,)=R(r)Y(,)0/301area0/3012area4102/030)2(2141areara02/030)2(81areara41cos)(214102/030areara02/030)(241arearacos43cossin)(214102/030arearasinsin)(214102/030arearacossin43sinsin43轨道轨道 (r,)R(r)Y()1s 2s 2pz 2px 2py 波函数波函数是描述核外电子运动状

4、态的函数，是描述核外电子运动状态的函数，也称为也称为原子轨道原子轨道。5-2-5量子数量子数主量子数主量子数(n)表示原子轨道或电子云离核距离和能级高低表示原子轨道或电子云离核距离和能级高低n=1、2、3、4、5.正整数正整数 n12345电子层电子层 第一层第一层 第二层第二层第三层第三层第四层第四层第五层第五层电子层电子层符号符号KLMNOn值越小，该电子层离核越近，能级越低值越小，该电子层离核越近，能级越低。5-2-5量子数量子数主量子数主量子数(n)表示原子轨道或电子云离核距离和能级高低表示原子轨道或电子云离核距离和能级高低n=1、2、3、4、5.正整数正整数 具有相同主量子数具有相同

5、主量子数n的电子几乎在同样的的电子几乎在同样的空间运动，被称为空间运动，被称为“一层一层”。对于单电子。对于单电子体系，体系，n决定了电子的能量决定了电子的能量E。n越大，能越大，能量量E越高。当越高。当n趋近于无穷大时，趋近于无穷大时，E=0，这，这是自由电子的能量。但是对于多电子原子，是自由电子的能量。但是对于多电子原子，核外电子的能量除了取决于主量子数核外电子的能量除了取决于主量子数n以以外，还与其他因素有关。外，还与其他因素有关。角量子数角量子数()表示原子轨道或电子云的形状表示原子轨道或电子云的形状=0、1、2、3.(n-1)的正整数的正整数 形状形状球形球形 哑铃形哑铃形 花瓣形花

6、瓣形 电子亚电子亚层符号层符号spdfg同一电子层同一电子层,值越小值越小,该电子亚层能级越低该电子亚层能级越低。n010120123符号符号1s2s2p3s3p 3d4s4p 4d 4f角量子数角量子数()表示原子轨道或电子云的形状表示原子轨道或电子云的形状在多电子原子中，和主量子数在多电子原子中，和主量子数n共同决定共同决定电子的能量电子的能量l l=0、1、2、3.(n-1)的正整数的正整数形状形状球形球形 哑铃形哑铃形 花瓣形花瓣形 电子亚电子亚层符号层符号spdfg同一电子层同一电子层,值越小值越小,该电子亚层能级越低该电子亚层能级越低 磁量子数磁量子数(m m)表示原子轨道或电子云

7、在空间的伸展方向表示原子轨道或电子云在空间的伸展方向 m m值：值：-、0、+的正整数的正整数,共共(2l+1+1)个个 m0-1、0、+-2、-1、0、+1、+2原子轨原子轨道符号道符号spy、pz、pxdxy、dyz、dz2、dxz、dx2-y2同一亚层内的各原子轨道同一亚层内的各原子轨道,在没有外加磁场在没有外加磁场下下,能量是相等的能量是相等的,称等价轨道称等价轨道(简并轨道简并轨道)。磁量子数磁量子数(m m)s 轨道轨道(l=0,m=0):m 一一种取值种取值,空间一种取向空间一种取向,一条一条 s 轨道轨道 p 轨道轨道(l=1,m=+1,0,-1)m 三种取值三种取值,三种取向

8、三种取向,三条等价三条等价(简并简并)p 轨道轨道 磁量子数磁量子数(m m)s 轨道轨道(l=0,m=0):m 一一种取值种取值,空间一种取向空间一种取向,一条一条 s 轨道轨道d 轨道轨道(l=2,m=+2,+1,0,-1,-2):m 五五种取值种取值,空间五种取向空间五种取向,五条等价五条等价(简并简并)d 轨道轨道 自旋量子数自旋量子数(m ms s)描述原子中每个电子的运动状态必须用描述原子中每个电子的运动状态必须用 四个量子数四个量子数：即即 主量子数主量子数(n)：电子所处的电子层：电子所处的电子层副量子数副量子数(l)：电子所处的电子亚层：电子所处的电子亚层及原子轨道、电子云的

9、形状及原子轨道、电子云的形状磁量子数磁量子数(m)：轨道在空间的伸展方向：轨道在空间的伸展方向自旋量子数自旋量子数(ms)：电子自旋方向：电子自旋方向描述电子的自旋状态描述电子的自旋状态m ms s值：值：+、顺时针方向或逆时针方向顺时针方向或逆时针方向2121综上所述，综上所述，n、l、m三个量子数可以决定三个量子数可以决定一个原子轨道。但原子中每个电子的运动一个原子轨道。但原子中每个电子的运动状态必须用状态必须用n、m、ms四个量子数来四个量子数来描述。四个量子数确定之后，电子在核外描述。四个量子数确定之后，电子在核外空间的运动状态就确定了。空间的运动状态就确定了。如如 n=2、=1、m=

10、-1、ms=+则可知是第二电子层、则可知是第二电子层、p亚层、亚层、py轨道轨道、自旋方向为自旋方向为的电子。的电子。1212nm轨道数轨道数电子数电子数(2n2)K 1s00122L 2s0428p10、16M 3s009218p10、16d20、1、210N 4s0016232p10、16d20、1、210f3-0、1、2、3142.3d轨道的主量子数和角量子数为轨道的主量子数和角量子数为A 1,2 B 2,3 C 3,2 D 3,3 1.下列各组量子数哪些是不合理，为什么？下列各组量子数哪些是不合理，为什么？A n=2,l=1,m=0 B n=2,l=2,m=-1 C n=3,l=0,m

11、=-1 D n=3,l=2,m=-23.写出下列各组量子数缺少的量子数写出下列各组量子数缺少的量子数,并指出其表示并指出其表示的原子轨道符号。的原子轨道符号。(1)n=3,l=?,m=-2,ms=+1/2 (2)n=4,l=1,m=?,ms=?1.n=3,l=2 m=-2,ms=+1/2 3dxy 2.n=4,l=1,m=-1 ms=+1/2 4py n=4,l=1,m=-1 ms=-1/2 4py n=4,l=1,m=0 ms=+1/2 4pz n=4,l=1,m=0 ms=-1/2 4pz n=4,l=1,m=1 ms=+1/2 4px n=4,l=1,m=1 ms=-1/2 4px5.1

12、 原子结构的近代概念 电子云是空间某单位体积内找到电子的概率分布电子云是空间某单位体积内找到电子的概率分布的图形，故也称为概率密度。的图形，故也称为概率密度。附图附图 电子云的统计概念（二维投影）电子云的统计概念（二维投影）a)单张照片；单张照片；b)二张照片二张照片 c)大量照片大量照片yxayxbyxb图图5.9 电子云示意图电子云示意图a)s电子云；电子云；b)p电子云；电子云；c)d电子云电子云电子云的角度电子云的角度分布与原子轨分布与原子轨道的角度分布道的角度分布之间的区别：之间的区别：电子云角度分布立体示意图电子云角度分布立体示意图形状较瘦形状较瘦没有正、负号没有正、负号电子云的径

13、向分布指在单位厚度的球壳内找到电子的电子云的径向分布指在单位厚度的球壳内找到电子的概率概率2s3s r r3s3p3d电子云的径向分布示意图电子云的径向分布示意图 在已发现的在已发现的118种元素中，除氢以外，都种元素中，除氢以外，都属于属于多电子原子多电子原子。多电子原子除电子与核的作用势能外，多电子原子除电子与核的作用势能外，还存在电子之间的作用势能，因此使得多电还存在电子之间的作用势能，因此使得多电子原子体系的子原子体系的势能部分势能部分的表达的表达非常复杂非常复杂。多电子原子轨道的能级取决于多电子原子轨道的能级取决于主量子数主量子数n和和角量子数角量子数l 主量子数主量子数n相同时，相

14、同时，l 越大，能量越高越大，能量越高 角量子数角量子数l 相同时，相同时，n越大，能量越高越大，能量越高 当主量子数当主量子数n和角量子数和角量子数l 都不同时都不同时，可以发生能级交错的现象。可以发生能级交错的现象。如如 E E4s4s E E3d3d,E,E6s6sEE4f4fEE5d5d思考：思考：为什么元素周期表为什么元素周期表1-71-7周期所填电子数周期所填电子数不是不是2n2n2 2,即即2 2、8 8、1818、3232、5050、7272、9898？原子核外电子的分布要服从以下规则：原子核外电子的分布要服从以下规则：泡里不相容原理泡里不相容原理 能量最低原理能量最低原理 洪

15、特规则洪特规则 此外，还有一些其它的补充规则，用以解释以此外，还有一些其它的补充规则，用以解释以上规则不足以说明实验事实的一些特例。上规则不足以说明实验事实的一些特例。在同一个原子中在同一个原子中,不允许两个电子的四个量子数不允许两个电子的四个量子数完全相同。完全相同。即同一个原子轨道最多只能容纳两个电即同一个原子轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反。子，且自旋相反。答：根据泡里原理，主量子数为答：根据泡里原理，主量子数为n 的电子层的电子层内允许内允许排排布的电子数最多为布的电子数最多为2n2个。个。思考；思考；第第n层最多可以排布几个电子？层最多可以排布几个电子？核外电子在原子轨道上的排布

16、，必须尽量占据能核外电子在原子轨道上的排布，必须尽量占据能量最低的轨道。量最低的轨道。图图5.10 原子轨道近似能级图原子轨道近似能级图当电子在当电子在n,l n,l 相同的数个等价轨道上分布时，每相同的数个等价轨道上分布时，每个电子尽可能占据磁量子数不同的轨道且自旋平行。个电子尽可能占据磁量子数不同的轨道且自旋平行。例例1.1.碳碳原子原子(1s22s22p2)的两个的两个p电子在三个能量电子在三个能量相同的相同的2p轨道上如何分布？轨道上如何分布？I II III共有以下三种排列方法：共有以下三种排列方法：两个电子在两个电子在p轨道上的分布轨道上的分布(2)2s(4)3s(1)1s(6)4

17、s(9)5s(16)7s(3)2p(12)6s(5)3p(8)4p(11)5p(15)6p(19)7p(7)3d(10)4d(14)5d(18)6d(13)4f(17)5f应用核外电子填入轨应用核外电子填入轨道顺序图，根据泡利道顺序图，根据泡利不相容原理、能量最不相容原理、能量最低原理、洪德规则，低原理、洪德规则，可以写出元素原子的可以写出元素原子的核外电子分布式核外电子分布式。如如 19K 1s22s22p63s23p64s1 26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 核外电子填入轨道的顺序核外电子填入轨道的顺序 当相同能量的轨道为全充满或半充满的状态时，能当相同能量的轨道为全充

18、满或半充满的状态时，能量较低。量较低。例例2.2.写出写出Z=24的铬元素的电子排布式的铬元素的电子排布式解解：原子序数为原子序数为24，不考虑补充规则时，排列，不考虑补充规则时，排列方式应是方式应是1s22s22p63s23p63d44s2，考虑补充规则时，考虑补充规则时，则为则为1s22s22p63s23p63d54s1实验证实，后者是正确结果实验证实，后者是正确结果思考：思考：2929号元素的的电子排布式如何？号元素的的电子排布式如何？1s22s22p63s23p63d104s1 由于化学反应中通常只涉及外层电子的改变，因由于化学反应中通常只涉及外层电子的改变，因此一般只需要写出外层电子

19、的排布式。外层电子的此一般只需要写出外层电子的排布式。外层电子的排布式也称为排布式也称为特征电子构型。特征电子构型。特征电子构型的书写规则特征电子构型的书写规则 主族元素主族元素：nsx npy 过渡金属过渡金属元素元素：(n-2)fx(n-1)dy nsz 离子离子：要写出同一层的全部电子分布。：要写出同一层的全部电子分布。例例3.写出写出26Fe原子的核外电子分布式和特征电原子的核外电子分布式和特征电子构型。子构型。解：解：原子序数为原子序数为26，因此核外电子排列方式应是，因此核外电子排列方式应是1s22s22p63s23p63d64s2特征电子构型则是：特征电子构型则是：3d64s2例

20、如例如:元素元素 电中性原子电中性原子 正离子正离子 特征电子构型特征电子构型 的的特征电子构型特征电子构型Fe 3d64s2 Fe2+3s2 3p6 3d6 Fe3+3s2 3p6 3d5Cu 3d104s1 Cu+3s2 3p6 3d10 Cu2+3s2 3p6 3d9 实验表明，当电中性原子失去电子形成正离子时，实验表明，当电中性原子失去电子形成正离子时，总是首先失去最外层电子，因此，总是首先失去最外层电子，因此，副族元素基态正离副族元素基态正离子的特征电子构型不符合构造原理子的特征电子构型不符合构造原理。1.已知某元素已知某元素+3价离子的电子构型为价离子的电子构型为1s22s22p6

21、3s23p63d5，该元素是，该元素是。Fe2.写出写出26号元素号元素Fe2+的外层电子分布式的外层电子分布式。Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 Fe2+3s2 3p6 3d63.写出写出25号元素号元素Mn2+的外层电子分布式的外层电子分布式 ，其未，其未成对电子数为成对电子数为 。Mn 1s22s22p63s23p63d54s2 Mn2+3s23p63d5我国化学家徐光宪教授根据原子轨道能量与我国化学家徐光宪教授根据原子轨道能量与量子量子数数n 和和l 的关系，的关系，归纳得到了一个近似规律：归纳得到了一个近似规律：)7.0(lnE例例4.根据上述规则计算根据上述规则计算

22、6s,4f,5d 以及以及6p 轨道的轨道的(n+0.7l)的值的值.解：解：s,f,d 以及以及p 轨道的轨道的l 值分别为值分别为0,3,2,1，代入上式得，代入上式得到到(n+0.7l)的值分别为的值分别为:6.0,6.1,6.4,6.7 即即E6s E4f E5d E一般而言，如果原子之间只有一般而言，如果原子之间只有1 1对电子，对电子，形成的共价键是单键，通常总是形成的共价键是单键，通常总是键；键；如果原子间的共价键是双键或是三键，如果原子间的共价键是双键或是三键，则有一个则有一个键和几个键和几个键组成。键组成。因此，因此，键称为分子的骨架键，而键称为分子的骨架键，而多原多原子分子

23、的空间构型主要由子分子的空间构型主要由键键的方向决的方向决定。定。例例N2NNxyz:NN:价键结构式价键结构式NN分子结构式分子结构式化学键示意图化学键示意图电子：形成电子：形成键的电子键的电子电子：形成电子：形成键的电子键的电子 价键理论的局限价键理论的局限问题问题2：如何认识共价键的方向性与如何认识共价键的方向性与H2O分子中分子中两个两个OH键的键角为键的键角为104.5的关系的关系？两个问题两个问题:问题问题1：CH4分子中有四个分子中有四个C-H 键，如何解释？键，如何解释？5.3.2 分子的极性和分子的空间构型分子的极性和分子的空间构型 键长键长分子中成键原子的两核间的距离称为键

24、长。分子中成键原子的两核间的距离称为键长。键长与键的强度有关，键长越小，键的强度越大。键长与键的强度有关，键长越小，键的强度越大。键角键角分子中相邻两键间的夹角称为键角。分子中相邻两键间的夹角称为键角。键能键能E E 298.15K，标准状态下单位物质量的气态物，标准状态下单位物质量的气态物质的共价键断裂生成气态原子所需的能量称为质的共价键断裂生成气态原子所需的能量称为键离解能键离解能(D)1.1.共价键参数共价键参数已知分子的键长和键角已知分子的键长和键角,就可确定分子的几何构型。就可确定分子的几何构型。键能的计算键能的计算双原子分子双原子分子双原子分子的键能等于键离解能。双原子分子的键能等

25、于键离解能。多原子分子多原子分子多原子分子的键能等于同类键各级离解能的平均值。多原子分子的键能等于同类键各级离解能的平均值。例例5 5 计算水中计算水中O OH H键的键能，已知水的两个键的键能，已知水的两个O OH H键的解离能分别为键的解离能分别为498 kJ498 kJmolmol-1-1和和428 kJ428 kJmolmol-1-1.解解：根据键能的定义，得根据键能的定义，得E(OH)=(498 kJmol-1+428 kJmol-1)/2=463 kJmol-1 2.2.分子极性和电偶极矩分子极性和电偶极矩 分子中分子中正、负电荷中心重合正、负电荷中心重合的分子称为的分子称为非极非

26、极性分子性分子，不能重合不能重合的分子则称为的分子则称为极性分子极性分子。分子极性大小可以用电偶极矩衡量分子极性大小可以用电偶极矩衡量。设正、负电荷设正、负电荷中心所带的电量为中心所带的电量为q，距离为，距离为l，则电偶极矩为，则电偶极矩为：=ql 的值越大，分子的极性就越大。的值越大，分子的极性就越大。分子极性分子极性 双原子分子双原子分子 同种元素同种元素的双原子分子必然的双原子分子必然是非极性分子是非极性分子。异种元素异种元素的双原子分子必然是的双原子分子必然是极性分子极性分子。多原子分子多原子分子 多原子分子的极性，取决于键的极性和分子多原子分子的极性，取决于键的极性和分子的空间构型。

27、的空间构型。空间结构对称空间结构对称的多原子分子的多原子分子=0，是是非极性分子非极性分子。附图极性分子附图极性分子NHNH3 3(a)(a)和非极性分子和非极性分子CHCH4 4(b)(b)价键理论的局限性价键理论的局限性价键理论能较好地说明一些双原子分子价价键理论能较好地说明一些双原子分子价键的形成键的形成 不能很好地说明多原子分子的价键形成和不能很好地说明多原子分子的价键形成和几何构型几何构型 如如CH4按价键理论按价键理论 C激发激发2s 2s2p 2p形成四个形成四个CH 键不完全键不完全相同。相同。与实际不符。与实际不符。实际测定实际测定正四面体形正四面体形3 3 杂化轨道理论杂化

28、轨道理论杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点在形成多原子分子的过程中在形成多原子分子的过程中,中心原子若干个中心原子若干个能量相近的原子轨道线形组合成一组新原子能量相近的原子轨道线形组合成一组新原子轨道，这一过程叫原子轨道的轨道，这一过程叫原子轨道的“杂化杂化”，产，产生的新轨道称为杂化轨道。生的新轨道称为杂化轨道。为解决价键理论的局限性，鲍林在价键理为解决价键理论的局限性，鲍林在价键理论中引入了杂化轨道的概念。论中引入了杂化轨道的概念。杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂化轨道化轨道

29、。y y yyx x x x y y yy y y yx xxx x x x +=+=+_杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力强，杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力强，形成化学键的键能大，生成的分子稳定。形成化学键的键能大，生成的分子稳定。有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂化轨道化轨道 。_ _+杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力强，杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力强，形成化学键的键能大，生成的分子稳定。形成化学键的键能大，生成的分子稳定。有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂有几个原子

30、轨道参与杂化，就形成几个杂化轨道化轨道 。杂化轨道有自身的波函数和能量，故其角度杂化轨道有自身的波函数和能量，故其角度分布图具有特定的形状和方向。分布图具有特定的形状和方向。原子轨道杂化，只能在形成分子的过程中发原子轨道杂化，只能在形成分子的过程中发生，孤立的原子轨道不能发生杂化生，孤立的原子轨道不能发生杂化只有能量相近的轨道才能发生杂化只有能量相近的轨道才能发生杂化(2s,2p)(2s,2p)杂化类型杂化类型sp杂化杂化个个s 轨道个轨道个p 轨道轨道杂化杂化轨道轨道数目数目杂化轨杂化轨道含量道含量轨道轨道夹角夹角杂化轨杂化轨道构型道构型成键成键类型类型分子分子构型构型实例实例s、p 180

31、直线形直线形 键键 直线形直线形BeCl2、CO21212杂化类型杂化类型sp杂化杂化个个s 轨道个轨道个p 轨道轨道例例 BeCl2Be2s 2s2p 2p激发激发sp杂化杂化sp2pBeClClClBeCl直线形直线形杂化杂化轨道轨道数目数目杂化轨杂化轨道含量道含量轨道轨道夹角夹角杂化轨杂化轨道构型道构型成键成键类型类型分子分子构型构型实例实例s、p 180直线形直线形 键键 直线形直线形BeCl2、CO21212杂化类型杂化类型sp2杂化杂化个个s 轨道轨道+2个个p 轨道轨道杂化轨杂化轨道数目道数目杂化轨杂化轨道含量道含量轨道轨道夹角夹角杂化轨道杂化轨道构型构型成键成键类型类型分子分子

32、构型构型3s、p 120正三角形正三角形 键键正三角形正三角形2313+_120杂化类型杂化类型sp2杂化杂化个个s 轨道轨道+2个个p 轨道轨道杂化轨杂化轨道数目道数目杂化轨杂化轨道含量道含量轨道轨道夹角夹角杂化轨道杂化轨道构型构型成键成键类型类型分子分子构型构型3s、p 120正三角形正三角形 键键正三角形正三角形2313例例 BCl3Bsp22p2s 2s2p 2p激发激发sp2杂化杂化120BClClCl杂化类型杂化类型sp3杂化杂化个个s 轨道轨道+3个个p 轨道轨道杂化轨杂化轨道数目道数目杂化轨杂化轨道含量道含量轨道夹轨道夹角角杂化轨道杂化轨道构型构型成键成键类型类型分子分子构型构

33、型4s、p 109 28正四面体正四面体 键键 正四面体正四面体3414+_109 28杂化类型杂化类型sp3杂化杂化个个s 轨道轨道+3个个p 轨道轨道杂化轨杂化轨道数目道数目杂化轨杂化轨道含量道含量轨道夹轨道夹角角杂化轨道杂化轨道构型构型成键成键类型类型分子分子构型构型4s、p 109 28正四面体正四面体 键键 正四面体正四面体3414例例 CH4C2s 2s2p 2p激发激发sp3杂化杂化sp3109 28 CHHHH杂化类型杂化类型不等性不等性sp3杂化杂化107 18例例 NH3N不等性不等性sp32s2p不等性不等性sp3杂化杂化三角锥形三角锥形杂化类型杂化类型不等性不等性sp3

34、杂化杂化例例 H2OO不等性不等性sp3不等性不等性sp3杂化杂化2s2p104 45折线折线(V)形形杂化类型杂化类型spsp2sp3杂化轨道杂化轨道构型构型直线形直线形三角三角形形四面体形四面体形杂化轨道杂化轨道中孤电子中孤电子对数对数分子几何分子几何构型构型直线形直线形三角三角形形正四面体正四面体 三角锥三角锥V形形键角键角180120109 28 107 18104 45分子极性分子极性无无无无无无有有有有指出以下三个分子的杂化轨道构型，分子几何构型及指出以下三个分子的杂化轨道构型，分子几何构型及其键角其键角CCl4 PCl3 CO2杂化类型杂化类型spsp2sp3杂化轨道杂化轨道构型

35、构型直线形直线形三角三角形形四面体形四面体形杂化轨道杂化轨道中孤电子中孤电子对数对数分子几何分子几何构型构型直线形直线形三角三角形形正四面体正四面体 三角锥三角锥V形形实例实例BeCl2CO2BF3SO3CH4、CCl4SiH4NH4+NH3H2O键角键角180120109 28 107 18104 45分子极性分子极性无无无无无无有有有有5.3.35.3.3 分子间相互作用力分子间相互作用力范德华力包含范德华力包含：取向力、诱导力和色散力取向力、诱导力和色散力分子间作用力：分子间作用力：包括范德华力、氢键、疏水作用等，比化学键要弱包括范德华力、氢键、疏水作用等，比化学键要弱得多。得多。范德华

36、力存在于所有分子中。范德华力存在于所有分子中。1.取向力取向力 取向力取向力分子固有电偶极之间的作用力，仅存在于极性分子中分子固有电偶极之间的作用力，仅存在于极性分子中。距离较远时距离较近时相互接近取向力示意图取向力示意图2.诱导力诱导力诱导力诱导力 固有偶极与诱导偶极之间的作用力，存在于极固有偶极与诱导偶极之间的作用力，存在于极性分子之间或极性分子与非极性分子之间性分子之间或极性分子与非极性分子之间。+-+-诱导力产生的示意图诱导力产生的示意图3.色散力色散力色散力色散力 当非极性分子相互靠近时，由于电子和原子核的当非极性分子相互靠近时，由于电子和原子核的不断运动，正负电荷中心不能始终保持重

37、合，产生瞬不断运动，正负电荷中心不能始终保持重合，产生瞬间偶极，瞬间偶极之间的相互作用称为色散力间偶极，瞬间偶极之间的相互作用称为色散力。色散力存在于所有分子之间，同类型分子距离相色散力存在于所有分子之间，同类型分子距离相等时，相对分子质量越大，其色散力越大等时，相对分子质量越大，其色散力越大。卤素单质按色散力从大到小：卤素单质按色散力从大到小：I2,Br2,Cl2,F2;卤化氢按色散力从大到小：卤化氢按色散力从大到小：HI,HBr,HCl,HF 分子间作用力的分类：分子间作用力的分类：1 1、极性分子与极性分子之间、极性分子与极性分子之间：取向力、诱导力、色散力取向力、诱导力、色散力 2 2

38、、非极性分子与非极性分子之间、非极性分子与非极性分子之间：色散力色散力 3 3、极性分子与非极性分子之间、极性分子与非极性分子之间：诱导力、色散力诱导力、色散力4.氢氢 键键 电负性很大的原子电负性很大的原子X（F、O、N）与）与H原子成键原子成键时，由于时，由于X吸引电子的能力很强，使氢原子带有较多吸引电子的能力很强，使氢原子带有较多正电荷，它与另一个电负性大且半径又小的原子正电荷，它与另一个电负性大且半径又小的原子Y（F、O、N）形成氢键：）形成氢键：XHY氢键具有方向性和饱和性。氢键具有方向性和饱和性。氢键可以是分子间的也可以是分子内的。氢键可以是分子间的也可以是分子内的。Y图图 氢键的

39、方向性和饱和性氢键的方向性和饱和性YX5.分子间力和氢键对物质性质的影响分子间力和氢键对物质性质的影响熔点和沸点熔点和沸点 分子间氢键使物质的熔点和沸点大幅升高，无分子间氢键使物质的熔点和沸点大幅升高，无氢键时，同类单质和化合物的熔点和沸点随分子摩氢键时，同类单质和化合物的熔点和沸点随分子摩尔质量的增加而升高。尔质量的增加而升高。例例6：卤素单质和卤化氢的沸点卤素单质和卤化氢的沸点(C)如下：说明理由。如下：说明理由。卤素单质：卤素单质：F2：-219.62；Cl2：-34.6；Br2：58.78；I2：184.35。卤化氢：卤化氢：HF：19.5；HCl：-84.1；HBr：-67；HI：-

40、35。图图 氢键对氢化物沸点的影响氢键对氢化物沸点的影响如：如：四氯化碳和苯相溶，水和甲醇相溶。四氯化碳和苯相溶，水和甲醇相溶。溶解性溶解性 溶剂与溶质间溶剂与溶质间的氢键或分子间的氢键或分子间作用力作用力大于大于溶质溶质之间的作用力之间的作用力，或，或溶质与溶剂之间有相似的结构、溶质与溶剂之间有相似的结构、极性等极性等，有利于溶质的溶解，即，有利于溶质的溶解，即相似相溶原理相似相溶原理。5.4 晶体结构晶体结构 固体物质可以分为晶体和非晶体两类。晶体中物质微固体物质可以分为晶体和非晶体两类。晶体中物质微粒粒(分子、原子或离子分子、原子或离子)按一定的按一定的周期性和对称性排列周期性和对称性排

41、列。晶体的特点：晶体的特点：具有一定的几何外形具有一定的几何外形 具有固定的熔点具有固定的熔点 各向异性各向异性附图附图5.20 5.20 晶体的晶体的各向异性各向异性5.4.1 晶体的基本类型晶体的基本类型晶体的分类晶体的分类根据晶体点阵点上粒子间的相互作用力，可以分为：根据晶体点阵点上粒子间的相互作用力，可以分为：离子晶体离子晶体点阵点上的物质微粒是正、负离子，粒子之间作用力是离子键力。点阵点上的物质微粒是正、负离子，粒子之间作用力是离子键力。原子晶体原子晶体点阵点上的物质微粒是原子，微粒之间的作用力是共价键点阵点上的物质微粒是原子，微粒之间的作用力是共价键。金属晶体金属晶体点阵点上的物质

42、微粒是金属离子，微粒之间作用力是金属键点阵点上的物质微粒是金属离子，微粒之间作用力是金属键。分子晶体分子晶体点阵点上的物质微粒是分子，微粒之间作用力是分子间力。点阵点上的物质微粒是分子，微粒之间作用力是分子间力。1.离子晶体离子晶体离子晶体的特点离子晶体的特点熔点高，硬度大，质脆，延熔点高，硬度大，质脆，延展性差。熔融状态可导电展性差。熔融状态可导电 离子晶体的熔点、硬离子晶体的熔点、硬度等性质可以相差很大，度等性质可以相差很大，主要主要与与晶格能晶格能有关有关。钠原子钠原子氯原子氯原子 图图 NaCl晶体晶体晶体的晶格能晶体的晶格能 298.15K298.15K，标准状态下，由，标准状态下，

43、由气态正、负离子气态正、负离子形成单位形成单位物质的量的物质的量的离子晶体离子晶体所所释放的能量释放的能量称为晶体的称为晶体的晶格能晶格能。离子晶体晶格能与离子电荷和离子半径有关。离子晶体晶格能与离子电荷和离子半径有关。rrZZEL晶格能越大，离子晶体越稳定。熔点和硬度就相应较高。晶格能越大，离子晶体越稳定。熔点和硬度就相应较高。试判断Na的卤化物的熔点高低。NaF：996；NaCl：801 ；NaBr：755 ；NaI：661 2.原子晶体原子晶体原子晶体的特点：原子晶体的特点：一般具有低配位、硬度高，强度大与熔点高等特点。一般具有低配位、硬度高，强度大与熔点高等特点。除金刚石外，除金刚石外

44、，SiC，SiO2，Si3N4，BN，AlN等都是原子晶体。等都是原子晶体。金刚石晶体的结构金刚石晶体的结构 方石英（方石英（SiO2）晶体结构）晶体结构3.金属晶体金属晶体自由电子可以在整个金属晶体的范围内运动。自由电子可以在整个金属晶体的范围内运动。金属晶体又具有独特的性质：金属晶体又具有独特的性质：展延性展延性金属离子之间可以错位移动。金属离子之间可以错位移动。导电导热性导电导热性金属中的自由电子可以定向移动。金属中的自由电子可以定向移动。金属晶体的硬度、强度、熔点等相差很大金属晶体的硬度、强度、熔点等相差很大具有高的价电子具有高的价电子/半径比的金属一般具有高的溶点、半径比的金属一般具

45、有高的溶点、强度和硬度，如钨。强度和硬度，如钨。4.分子晶体分子晶体特点：分子晶体的熔点、硬度和强度都很差分子晶体的熔点、硬度和强度都很差，如干冰、冰等晶体。图图5.28 二氧化碳的分子晶体结构二氧化碳的分子晶体结构1.原子轨道是原子中电子运动的轨迹。原子轨道是原子中电子运动的轨迹。2.钠原子和钾原子的钠原子和钾原子的1s轨道能量相同。轨道能量相同。3.s轨道的轨道的l=0，有自旋方向相反的两原子轨道。，有自旋方向相反的两原子轨道。4.通常情况下，元素的电子亲和能越大，表示该元素通常情况下，元素的电子亲和能越大，表示该元素的气态原子生成负离子的趋势越大，即非金属性的气态原子生成负离子的趋势越大

46、，即非金属性越强。越强。5.零族元素中原子序数增加电离能随之减小，这符合零族元素中原子序数增加电离能随之减小，这符合原子半径增加致使电离能减小的一般规律。原子半径增加致使电离能减小的一般规律。6.NCl3分子是三角锥形结构，这是因为分子是三角锥形结构，这是因为NCl3分子分子N原原子是以子是以sp3不等性杂化轨道成键的结果。不等性杂化轨道成键的结果。7.多原子分子中，键的极性越强，则分子的极性越强。多原子分子中，键的极性越强，则分子的极性越强。8.CO2分子间存在色散力、诱导力和取向力。分子间存在色散力、诱导力和取向力。9.分子晶体是依靠微弱的分子间作用力联系的，因此分子晶体是依靠微弱的分子间

47、作用力联系的，因此它的熔、沸点都很低，容易分解。它的熔、沸点都很低，容易分解。PCl3的空间构型是三角锥形，键角略小于的空间构型是三角锥形，键角略小于109 28，而，而SiCl4的空间构型是正四面体形，的空间构型是正四面体形，键角为键角为109 28，试用杂化轨道理论加以说明。，试用杂化轨道理论加以说明。将下列物质的熔点按照从高到低的顺序排列，将下列物质的熔点按照从高到低的顺序排列，并简单说明理由。并简单说明理由。SiC NaCl MgO NH3 N21.下列各组元素原子的第一电离能递增顺序正确的下列各组元素原子的第一电离能递增顺序正确的是是A SiPAs B BCN C OCN D HeN

48、eAr2.下列那个系列恰好是电负性减小的顺序下列那个系列恰好是电负性减小的顺序A.K Na Li B.Cl C N C.B Mg K D.N P S3.下列分子中，其中心原子是下列分子中，其中心原子是sp2杂化形式的是杂化形式的是A CH2Cl2 B BF3 C NH3 D BeCl24.下列下列4种价电子构型的原子中，电离能最低的是种价电子构型的原子中，电离能最低的是A.ns2np3 B.ns2np4 C.ns2 np5 D.ns2 np65.下列物质中，其分子具有三角形几何构型的是下列物质中，其分子具有三角形几何构型的是A ClF3 B.BF3 C.NH3 D PCl36.下列分子中，中心

49、原子在成键时以下列分子中，中心原子在成键时以sp3不等性杂化不等性杂化的是的是A.BeCl2 B.PH3 C.SiCl4 D.BF3 B C B B B B7.下列那种物质的沸点最高下列那种物质的沸点最高A CH4 B H2S C H2O D H2Se8.下列物质中，熔点最高的是下列物质中，熔点最高的是A KCl B Na C HCl D 金刚石金刚石9.下列物质中熔点最高的是下列物质中熔点最高的是A.NaCl B.Sn C.S8 D.SiC10.下列四种晶体中，熔点最高的是下列四种晶体中，熔点最高的是A HCl B NaCl C MgO D CS211.下列那种物质只需克服色散力就能使之沸腾

50、下列那种物质只需克服色散力就能使之沸腾A.HCl B.CO2 C.CO D.HBr12.下列哪种物质存在着氢键的作用力下列哪种物质存在着氢键的作用力A.CH4 B.H2S C.C2H5OH D.HCl13.下列化合物中不含有氢键的是下列化合物中不含有氢键的是A.HF B.NH3 C.CH4 D.C2H5OH14.下列那种物质只需克服色散力就能使之沸腾下列那种物质只需克服色散力就能使之沸腾A.HCl B.Cu C.CH2Cl2 D.CS215.下下列列各物质的分子间力只存在色散力的是各物质的分子间力只存在色散力的是A.CO2 B.NH3 C.HBr D.C2H5OH16.下列叙述中错误的是下列叙