1、第二章第二章 分分子结构与性质子结构与性质第一节第一节 共价键共价键 2020世纪初，在原子结构理论的基础上，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现代化学键的理论核心定义定义:成键元素成键元素:类型类型:本质本质:表示方法表示方法:原子之间通过原子之间通过共用电子对共用电子对所形成的相互作所形成的相互作用，叫做用，叫做共价键。共价键。原子间的静电作用原子间的静电作用共价键共价键极性共价键极性共价键非极性共价键非极性共价键非金属与非金属非金属与非金属用电子式表示用电子式表示知识回顾知识回顾存在存在：不仅存在于非金属单
2、质和共价化合不仅存在于非金属单质和共价化合物中，也存在于有些离子化合物中物中，也存在于有些离子化合物中一、共价键一、共价键共价键的形成共价键的形成（以氢分子的形成为例）（以氢分子的形成为例）按共价键的共用电子对理论，有没有可能存在按共价键的共用电子对理论，有没有可能存在 HH3 3 、ClCl3 3 、HH2 2ClCl分子？为什么？分子？为什么？用电子式表示用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成过程分子的形成过程共价键共价键具有具有饱和性饱和性问题与讨论问题与讨论H H2 2 N N2 2 HClHCl H H2 2O HF O HF 等均以共价键形成分子等均以共价键形成分子HH N三三
3、N HCl HOH HF（）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，这称为原子轨道的共价键就越牢固，这称为原子轨道的最大重叠原最大重叠原理理因此，共价键具有方向性因此，共价键具有方向性价键理论的要点1.电子配对原理电子配对原理两原子各自提供两原子各自提供1个自旋方向相反个自旋方向相反的电子彼此配对的电子彼此配对。现代物质结构理论认为现代物质结构理论认为:共价键的形成是共价键的形成是由于成键原子电子云的重叠由于成键原子电子云的重叠.两个原
4、子轨道重叠部分越大，两核间电两个原子轨道重叠部分越大，两核间电子的概率密度越大，形成的共价键越牢子的概率密度越大，形成的共价键越牢固，分子越稳定。固，分子越稳定。方向性方向性1 1、HH2 2分子的形成过程分子的形成过程用电子云来描述共价键的形成过程用电子云来描述共价键的形成过程HHHH键键的的特征：以形成化学键的两原子核的特征：以形成化学键的两原子核的连线做为轴旋转操作，共价键电子云的连线做为轴旋转操作，共价键电子云的图形不变图形不变,称为称为轴对称轴对称。（s-s键）键）HClHCl3.Cl3.ClClCl的的p-pp-p 键的形成键的形成2.H2.HClCl的的s-ps-p 键的形成键的
5、形成ClClClClS-S重叠重叠S-PS-P重叠重叠P-P重叠重叠小结小结:键成键方式键成键方式“头碰头头碰头”用电子云来描述共价键的形成过程用电子云来描述共价键的形成过程4 4、p-pp-p键形成过程键形成过程 键键特点特点:两个原子轨道以平行或两个原子轨道以平行或“肩并肩肩并肩”方式重叠；原子重叠的部分分别位于两原方式重叠；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，含原子核的平面为镜面，它们互为镜像，称为称为镜像对称镜像对称由于由于 键重叠程度要比键重叠程度要比 键小键小,所以所以 键的强度要比键
6、的强度要比 键大。键大。“肩并肩肩并肩”形成 键的电子称为 电子。键键键键成键方向成键方向电子云形状电子云形状牢固程度牢固程度成键判断规律成键判断规律项目项目键型键型键与键与键的对比键的对比沿轴方向沿轴方向“头碰头头碰头”平行或平行或“肩并肩肩并肩”轴对称轴对称镜像对称镜像对称键强度大键强度大,不容易断裂不容易断裂键强度较小键强度较小,容易断裂容易断裂共价单键是共价单键是键键,共价双键中一个是共价双键中一个是键键,另一个是另一个是键键,共价三键中一个是共价三键中一个是键键,另两个为另两个为键键以上原子轨道相互重叠形成的以上原子轨道相互重叠形成的键和键和键键 ，总称价键轨道，总称价键轨道1、N2
7、中中p-p键和键和p-p键的形成过程键的形成过程科学探究科学探究yNNzzyN2NNNN分子结构分子结构共价键的类型共价键的类型键：键：“头碰头头碰头”形成形成 键的电子键的电子称为称为 电子。电子。s-s 键键(如如H2)s-p 键键(如如HCl)p-p 键键 (如如Cl2)电子云形状呈轴对称键：键：“肩并肩肩并肩”电子云形状呈镜像对称两种键的比较（两种键的比较（N2的形成）的形成）2 2、键的类型与成键原子电负性的关系：、键的类型与成键原子电负性的关系：科学探究科学探究原子原子Na Na ClClH H ClCl C OC O电负性电负性电负性之差电负性之差（绝对值）（绝对值）结论：当原子
8、的电负性相差很大，化学反应形成的结论：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，形成的将是电子对不会被共用，形成的将是 键；而键；而 键键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。0.9 3.02.12.1 3.00.92.5 3.51.0离子离子共价科学探究科学探究3 3、乙烷、乙烯、乙炔分子中的共价键分、乙烷、乙烯、乙炔分子中的共价键分别是由几个别是由几个 键和几个键和几个 键组成。键组成。乙烷：乙烷：7 7个个键键 乙烯乙烯 ：5 5个个键一个键一个键键 乙炔：乙炔：3 3个个键两个键两个键键课堂反馈课堂反馈1 1、键与键与 键的形成方
9、式有何不同，有何形象的比喻？键的形成方式有何不同，有何形象的比喻？2 2、键与键与 键在对称上有何不同键在对称上有何不同?、键与键与 键谁更牢固键谁更牢固?、什么是价键轨道、什么是价键轨道?、形成共价键的电子云是指成对电子还是未成对电子？、形成共价键的电子云是指成对电子还是未成对电子？、电子云的重叠是怎样将两个原子核、电子云的重叠是怎样将两个原子核“黏结黏结”在一起的在一起的?、哪些共价键是、哪些共价键是 键，哪些共价键是键，哪些共价键是 键键?二、键参数二、键参数:键长、键能、键角键长、键能、键角键长与键能的关系？键长与键能的关系？键长越短，键能越大，共价键越稳定。键长越短，键能越大，共价键
10、越稳定。键能：键能：键长：键长：气态基态原子形成气态基态原子形成1mol化学键化学键释放的最低能量释放的最低能量形成共价键的两个原子之间的核形成共价键的两个原子之间的核间距间距键角：键角：在原子数超过在原子数超过2的分子中，两个共价的分子中，两个共价键之间的夹角键之间的夹角思考与交流思考与交流 试利用键能数据进行计算，试利用键能数据进行计算，1 mol H2分别跟分别跟1mol Cl2、1 mol Br2(g)反应，分别生成反应，分别生成2 mol HCl分子分子和和2 mol HBr分子，哪一个反应释放的能量更多？分子，哪一个反应释放的能量更多？如何用计算结果说明如何用计算结果说明HCl分子
11、和分子和HBr分子哪个更容分子哪个更容易发生热分解反应生成相应的单质？易发生热分解反应生成相应的单质？N2、O2、F2跟跟H2的反应能力依次增强，从键能的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？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？质有什么影响？1 1、形成、形成2 mo1HCl2 mo1HCl释放能量：释放能量：2 2431.8 kJ 431.8 kJ(436.0kJ+242.7kJ)=184.9 kJ(436.0kJ+242.7kJ)=184.9 kJ形成形成2 mo1HBr2 mo1H
12、Br释放能量：释放能量：2 2366kJ 366kJ(436.0kJ+193.7kJ)=102.97kJ(436.0kJ+193.7kJ)=102.97kJHClHCl释放能量比释放能量比HBrHBr释放能量多释放能量多,因而生成的因而生成的HClHCl更稳定更稳定,即即HBrHBr更容易发生热分解生成相应的单质更容易发生热分解生成相应的单质.2 2、键能大小是：、键能大小是：F-HO-HN-HF-HO-HN-H3 3、键长越长，键能越小，键越易断裂，化学性键长越长，键能越小，键越易断裂，化学性质越活泼。如质越活泼。如 键长键长I-HBr-HCl-HF-H汇报汇报H2O 105NH3 107C
13、H2CH2分子结构分子结构CHCH分子结构分子结构CO2 180CH4 10928CH3CH3分子结构分子结构73分子中最多几个原子共面，几个共线？最少呢？分子中最多几个原子共面，几个共线？最少呢？三、等三、等电子体原理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，它们的许多的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近。性质相近。分子 熔点/水中溶解度(室温)分子解离能(kJ/mol)分子的价电子总数CO-205.052.3 mL10N2沸点/-
14、210.00-190.49-195.811.6 mL107594610例举一些常见的等电子体：SO2O3NO2-SO3NO3-SiO32-C6H6B3N3H6NO2-NO2N2COC22-CO2N2OCS2NH3H3O+CH4NH4+CNAlO2-例题例题:20022002年诺贝尔化学奖表彰的是在年诺贝尔化学奖表彰的是在“看清看清”生物大生物大分子真面目方面的科技成果，一项是美国科学家约分子真面目方面的科技成果，一项是美国科学家约翰翰芬恩与日本科学家田中耕一芬恩与日本科学家田中耕一“发明了对生物大发明了对生物大分子的质谱分析法分子的质谱分析法”；另一项是瑞士科学家库尔；另一项是瑞士科学家库尔特
15、特维特里希维特里希“发明了利用核磁共振技术测定溶液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中生物大分子三维结构的方法”。质子核磁共振。质子核磁共振（PMRPMR）是研究有机物结构的有力手段之一，在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所有研究的化合物分子中，每一结构中的等性氢原子在子在PMRPMR中都给出了相应的峰（信号），谱中峰中都给出了相应的峰（信号），谱中峰的强度与结构中的等性的强度与结构中的等性H H原子个成正比。例如乙醛原子个成正比。例如乙醛的结构简式为的结构简式为CHCH3 3CHOCHO，在，在PMRPMR中有两个信号，中有
16、两个信号，其强度之比为其强度之比为3:13:1。（1）结构式为）结构式为 的有机物，在的有机物，在PMR谱上谱上观察峰给出的强度之比为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）某含氧有机物，它的相对分子质量为46.0，碳，碳的质量分数为的质量分数为52.2%，氢的质量分数为，氢的质量分数为13.0%，PMR中只有一个信号，请写出其结构简式中只有一个信号，请写出其结构简式 。（3）实践中可根据）实践中可根据PMR谱上观察到氢原子给出的峰谱上观察到氢原子给出的峰值情况，确定有机物的结构。如分子式为值情况，确定有机物的结构。如分子式为C3H6O2的链的链状有机物，有状有机物，有PMR谱上峰给出的稳定强度仅有四种，谱上峰给出的稳定强度仅有四种，其对应的全部结构，它们分别为：其对应的全部结构，它们分别为：3 3 3 2 1 3 1 1 1 2 2 1 1，请分别推断出结构简式，请分别推断出结构简式 。（1 1）2 2：2 2：2 2：2 2：2 2或者或者1 1：1 1：1 1：1 1：1 1（2 2）CHCH3 3OCHOCH3 3（3 3）CHCH3 3COOCHCOOCH3 3 CHCH3 3CHCH2 2COOH COOH CHCH3 3CHCH（OHOH）CHO CHO HOCHHOCH2 2CHCH2 2CHOCHO参考答案：参考答案：
