第一節(jié)

共價(jià)鍵第二章

分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)湖北省利川市第一中學(xué)【知識(shí)回顧】用電子式表示NaCl、HCl和H2的形成過程。Na+ClNaClHClH+Cl離子鍵共價(jià)鍵陰、陽離子間通過靜電作用所形成的化學(xué)鍵原子間通過共用電子對(duì)所形成的化學(xué)鍵。分極性共價(jià)鍵（極性鍵）和非極性共價(jià)鍵（非極性鍵）。如何用原子軌道的概念來進(jìn)一步理解共價(jià)鍵的形成？H··H＋H:H現(xiàn)代價(jià)鍵理論的基本要點(diǎn)：a.電子配對(duì)原理：b.最大重疊原理：兩原子各自提供一個(gè)自旋方向相反的電子彼此配對(duì)。兩原子軌道重疊部分越大，兩核間電子的概率密度越大，形成的共價(jià)鍵越牢固，分子越穩(wěn)定電子云在兩個(gè)原子核間重疊，意味著電子出現(xiàn)在核間的概率增大，電子帶負(fù)電，因而可以形象的說，核間電子好比在核間架起一座帶負(fù)電的橋梁，把帶正電的兩個(gè)原子核“黏結(jié)”在一起了。一、共價(jià)鍵

按照現(xiàn)代價(jià)鍵理論中的電子配對(duì)理論，一個(gè)原子有幾個(gè)未成對(duì)電子，便可和幾個(gè)自旋相反的電子配對(duì)成鍵，這就是共價(jià)鍵的“飽和性”；如果原子沒有未成對(duì)電子，則不能形成共價(jià)鍵。①飽和性H··H＋H:H↑1S↓1S↑↓↑↓↑↓↓3s23p5HClH+Cl所以只能有H2、HCl、Cl2等而不可能有H3、H2Cl、Cl3等1s1↑共價(jià)鍵的飽和性決定了共價(jià)化合物的分子組成。1、共價(jià)鍵的特點(diǎn)②方向性共價(jià)鍵的方向性決定了共價(jià)化合物的立體構(gòu)型。CH4

NH3

H2OCO2

正四面體形三角錐形V形直線形

除s軌道是球形對(duì)稱外，其他原子軌道在空間都有一定是的分布特點(diǎn)，按照現(xiàn)代價(jià)鍵理論中的最大重疊原理，兩原子在形成共價(jià)鍵時(shí)將盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向形成，所以共價(jià)鍵有方向性。（注意：s-s軌道重疊無方向性）——σ鍵和π鍵1）σ鍵氫分子、氯化氫分子和氯分子的形成過程2、共價(jià)鍵的類型（1）σ鍵的概念1S1SH2的s-sσ鍵（2）σ鍵的分類H2中的σ鍵是由兩個(gè)s軌道重疊形成的①s-sσ鍵原子軌道相互重疊未成對(duì)電子的原子軌道互相靠攏σ鍵是兩原子在成鍵時(shí)，原子軌道以“頭碰頭”的方式重疊形成的共價(jià)鍵。②s-pσ鍵1S3PHCl的s-pσ鍵HCl中的σ鍵是由H提供s軌道和Cl提供的p軌道重疊形成的Cl2中的σ鍵是由兩個(gè)p軌道重疊形成的③p-pσ鍵3P3PCl2p-pσ鍵兩個(gè)3p軌道沿著鍵軸方向以“頭碰頭”方式重疊，形成p—pσ鍵①軸對(duì)稱：②穩(wěn)定：③可旋轉(zhuǎn)：（3）σ鍵的特征以形成化學(xué)鍵的兩原子核的連線為軸作旋轉(zhuǎn)操作，共價(jià)鍵電子云的圖形不變，這種特征稱為軸對(duì)稱。形成σ鍵的原子軌道重疊程度較大，故σ鍵有較強(qiáng)穩(wěn)定性。以形成σ鍵的兩原子核的連線為軸，任何一個(gè)原子均可以旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)并不破壞σ鍵的結(jié)構(gòu)。2）π鍵氮原子形成氮分子的過程p-pσ鍵p-pπ鍵p-pπ鍵↑↑↑2p3軌道氮分子的形成過程↓↓↓2p3軌道原子軌道，采取“肩并肩”的方式重疊，這種共價(jià)鍵叫π鍵p-pπ鍵的形成過程（2）π鍵的類型：（1）π鍵概念

主要是p-pπ鍵

原子軌道相互重疊未成對(duì)電子的原子軌道互相靠攏形成的π鍵①鏡面對(duì)稱：②強(qiáng)度小：③不能旋轉(zhuǎn)：（3）π鍵的特征：每個(gè)π鍵的電子云由兩塊組成，它們互為鏡像。形成π鍵時(shí)電子云重疊程度比σ鍵小，π鍵不如σ鍵牢固，比較容易斷裂。比如：乙烯易發(fā)生加成反應(yīng)。特例：N2分子中的π鍵比σ鍵穩(wěn)定。以形成π鍵的兩個(gè)原子核的連線為軸，任意一個(gè)原子并不能單獨(dú)旋轉(zhuǎn)，若單獨(dú)旋轉(zhuǎn)則會(huì)破壞π鍵。O2中

p-pσ鍵和

p-pπ鍵的形成過程p-p

σ鍵p-p

π鍵兩對(duì)孤電子對(duì)電子云↑↓↑↑2P4軌道↑↓↓↓2P4軌道3）σ鍵和

π鍵的成鍵規(guī)律②共價(jià)單鍵是σ鍵；共價(jià)雙鍵中一個(gè)σ鍵，另一個(gè)π鍵；共價(jià)三鍵由一個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵H-HO=ON≡NCl-C-ClO∣∣①s-s電子、s-p電子只形成σ鍵；p-p電子既形成σ鍵，又形成π鍵；且p-p電子先形成σ鍵，后形成π鍵。1個(gè)σ鍵，1個(gè)π鍵1個(gè)σ鍵1個(gè)σ鍵，2個(gè)π鍵3個(gè)σ鍵，1個(gè)π鍵注意：σ鍵能單獨(dú)存在，π鍵不能單獨(dú)存在共價(jià)鍵的類型σ鍵π鍵原子軌道重疊方式原子軌道重疊程度對(duì)稱類型鍵的強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)情況成鍵情況“頭碰頭”“肩并肩”大小軸對(duì)稱鏡面對(duì)稱鍵的強(qiáng)度大，鍵牢固鍵的強(qiáng)度小，易斷裂單鍵可以繞鍵軸任意旋轉(zhuǎn)，不破壞σ鍵不能旋轉(zhuǎn)，否則破壞π鍵單鍵都是σ鍵，雙鍵含一個(gè)σ鍵和一個(gè)π鍵，三鍵含一個(gè)σ鍵和二個(gè)π鍵4）σ鍵和

π鍵的比較【探究】共價(jià)鍵【問題和預(yù)測(cè)】（1）觀察乙烷、乙烯和乙炔的分子結(jié)構(gòu)，分析分子中的共價(jià)鍵分別由幾個(gè)σ鍵和幾個(gè)π鍵構(gòu)成？①乙烷中含有1個(gè)C-C鍵和6個(gè)C-H鍵，所以乙烷中含有7個(gè)σ鍵；

②乙烯中含有1個(gè)C=C鍵和4個(gè)C-H鍵，即含有5個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵；

③乙炔中含有1個(gè)三鍵和2個(gè)C-H鍵，即含有3個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵；（2）解釋乙烯分子中π鍵是如何形成的？預(yù)測(cè)乙炔分子中π鍵是如何形成的？乙烯分子：每個(gè)碳原子s軌道、2個(gè)p軌道（sp2雜化軌道）分別與2個(gè)氫原子、另一個(gè)碳原子形成3個(gè)σ鍵，共5個(gè)σ鍵；每個(gè)碳原子p軌道均有一個(gè)未成對(duì)電子，兩個(gè)p軌道以“肩并肩"相互重疊，形成π鍵。乙炔分子：每個(gè)碳原子s軌道、1個(gè)p軌道分別（sp雜化軌道）與1個(gè)氫原子、另一個(gè)碳原子形成2個(gè)σ鍵，共3個(gè)σ鍵；碳原子中另外兩個(gè)p軌道與碳原子中的兩個(gè)p軌道以“肩并肩”相互重疊，形成兩個(gè)π鍵?！纠L制圖示】模仿圖2-3所示，繪制乙炔分子中π鍵。（提示：兩個(gè)碳原子各自用2個(gè)p軌道形成π鍵。）【問題與討論】鈉和氯通過得失電子同樣是形成電子對(duì)，為什么這對(duì)電子不被鈉原子和氯原子共用形成共價(jià)鍵而形成離子鍵呢？你能從原子的電負(fù)性差別來理解嗎？原子NaClHClCO電負(fù)性電負(fù)性之差（絕對(duì)值）結(jié)論：當(dāng)原子的電負(fù)性相差很大，化學(xué)反應(yīng)形成的電子對(duì)不會(huì)被共用，形成的將是_____鍵；而_____鍵是電負(fù)性相差不大的原子之間形成的化學(xué)鍵。0.93.02.13.02.53.52.10.91.0離子共價(jià)共價(jià)鍵本質(zhì)：原子之間通過共用電子對(duì)（或原子軌道重疊）形成共價(jià)鍵特征：具有方向性和飽和性成鍵方式σ鍵原子軌道“頭碰頭”重疊，電子云呈軸對(duì)稱特征π鍵原子軌道“肩并肩”重疊，電子云呈鏡面對(duì)稱特征共價(jià)三鍵——1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵共價(jià)單鍵——1個(gè)σ鍵共價(jià)雙鍵——1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵一般規(guī)律課堂小結(jié)共價(jià)鍵的強(qiáng)弱用什么來衡量？我們?nèi)绾斡没瘜W(xué)語言來描述不同分子的空間結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性？鹵化氫分解的百分?jǐn)?shù)/%HCl0.0014HBr

0.5HI33分析下表中鹵化氫在1000℃時(shí)的分解率，你能得出什么結(jié)論？結(jié)論：HCl、HBr、HI越來越易分解說明：①鹵化氫的熱穩(wěn)定性大小為：HCl＞HBr＞HI②H-Cl、H-Br、H-I中的σ鍵牢固。【問題提出】1、鍵能氣態(tài)分子中1mol化學(xué)鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量。1）概念：2）單位:3）條件：鍵能通常是298.15K、101kPa條件下的標(biāo)準(zhǔn)值。kJ/mol。鍵能通常取正值。4）數(shù)據(jù)：提示：斷開CH4中的4個(gè)C—H，所需能量并不相等，因此，CH4中的C—H只能是平均值，而表2-1中的C—H鍵能是更多分子中的C—H鍵能的平均值。鍵能可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，更多卻是推算獲得的。二、鍵參數(shù)——鍵能、鍵長與鍵角某些共價(jià)鍵的鍵能（kJ·mol－1）①相同原子間的鍵能：②碳碳雙鍵鍵能小于碳碳單鍵鍵能的兩倍，碳碳叁鍵小于碳碳單鍵的三倍：③氮氮雙鍵鍵能大于氮氮單鍵鍵能的兩倍，氮氮叁鍵大于氮氮單鍵的三倍：④特例：5）鍵能規(guī)律：單鍵＜雙鍵＜三鍵

碳碳鍵：σ鍵鍵能＞π鍵鍵能

氮氮鍵：σ鍵鍵能＜π鍵鍵能第二周期氫化物鍵能依次增大

N-H反常鹵素單質(zhì)鍵能：Cl2>Br2>I2F2反常問題：已知N—N、N==N和N≡N鍵能之比為1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C==C、C≡C鍵能之比為1.00∶1.77∶2.34。如何用這些數(shù)據(jù)理解氮分子不容易發(fā)生加成反應(yīng)而乙烯和乙炔容易發(fā)生加成反應(yīng)？提示鍵能數(shù)據(jù)表明，N≡N的鍵能大于N—N的鍵能的三倍，N=N的鍵能大于N—N的鍵能的兩倍；而C≡C的鍵能卻小于C—C的鍵能的三倍，C=C的鍵能小于C—C的鍵能的兩倍，說明乙烯和乙炔中的π鍵不牢固，易發(fā)生加成反應(yīng)，而N2分子中N≡N非常牢固，所以氮分子不易發(fā)生加成反應(yīng)。一般來說，結(jié)構(gòu)相似的分子中，共價(jià)鍵的鍵能越大，分子越穩(wěn)定。但乙烯、乙炔性質(zhì)活潑，氮?dú)庑再|(zhì)不活潑。6）鍵能的應(yīng)用①判斷共價(jià)鍵的穩(wěn)定性（鍵能越大，共價(jià)鍵越穩(wěn)定）

②判斷分子的穩(wěn)定性（一般鍵能越大，分子越穩(wěn)定）③估算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱同一化學(xué)鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量與氣態(tài)原子結(jié)合形成化學(xué)鍵所釋放的能量在數(shù)值上是相等的，故根據(jù)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)可計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱.ΔH=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能2、鍵長1）概念：

構(gòu)成化學(xué)鍵的兩個(gè)原子的核間距。不過，分子中的原子始終處于不斷振動(dòng)之中，鍵長只是振動(dòng)著的原子處于平衡位置時(shí)的核間距。原子半徑?jīng)Q定共價(jià)鍵的鍵長。原子半徑越小，共價(jià)鍵的鍵長越短。3）鍵長大?。簆m（1pm＝10-12m）2）單位：4）共價(jià)鍵鍵長規(guī)律：②成鍵原子相同時(shí)，鍵長：單鍵鍵長＞雙鍵鍵長＞三鍵鍵長①同種類型的共價(jià)鍵，成鍵原子的原子半徑越大，鍵長越大。①根據(jù)原子半徑判斷其他條件相同時(shí)，成鍵原子的半徑越小，鍵長越短。如鍵長：H－I>H－Cl>H－F；Br－Br>Cl－Cl>F－F；Si－Si>Si－C>C－C。②根據(jù)共用電子對(duì)數(shù)目判斷對(duì)于相同的兩原子形成的共價(jià)鍵而言，當(dāng)兩個(gè)原子間形成雙鍵、叁鍵時(shí)，由于原子軌道的重疊程度增大，原子之間的核間距減小，鍵長變短，故單鍵鍵長>雙鍵鍵長>三鍵鍵長。如鍵長：C－C>C=C>C≡C。5）鍵長判斷方法從以下數(shù)據(jù)中可以得到什么結(jié)論：③相同的成鍵原子：單鍵鍵長>雙鍵鍵長>叁鍵鍵長①通常，鍵能越大，鍵長越短，共價(jià)鍵越穩(wěn)定。②同種類型的鍵，成鍵原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，鍵越牢固。H-FH-ClH-BrH-I鍵長（pm）92128141161鍵能（kJ/mol）5674313662986）鍵能與鍵長的關(guān)系C-CC=CC≡CCl-ClF-F154134120198141347598820242.7157④特例：如F-F鍵（比Cl-Cl鍵?。┰颍河捎谠影霃叫?，鍵長短，但由于鍵長短，兩原子形成共價(jià)鍵時(shí)，原子核之間的距離小，排斥力大，鍵能小鍵長是衡量共價(jià)鍵強(qiáng)弱的另一重要參數(shù)7）鍵長的應(yīng)用①判斷共價(jià)鍵的穩(wěn)定性鍵長越短，鍵能越大，表明共價(jià)鍵越穩(wěn)定。②分子的空間結(jié)構(gòu)鍵長是影響分子空間結(jié)構(gòu)的因素之一。如CH4分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，而CH3Cl分子的空間結(jié)構(gòu)是四面體形而不是正四面體形，原因是C-H和C-Cl的鍵長不相等。問題：乙烯、乙炔為什么比乙烷活潑？雖然鍵長C≡C＜C=C＜C－C，鍵能C≡C＞C=C＞C－C，但乙烯、乙炔在發(fā)生加成反應(yīng)時(shí)，只有π鍵斷裂(π鍵的鍵能一般小于σ鍵的鍵能)，即共價(jià)鍵部分?jǐn)嗔选?）概念3、鍵角在多原子分子中，兩個(gè)相鄰共價(jià)鍵之間的夾角鍵長和鍵角的數(shù)值可通過晶體的X射線衍射實(shí)驗(yàn)獲得多原子分子的鍵角一定，表明共價(jià)鍵具有方向性。鍵角是描述分子結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，分子的許多性質(zhì)都與鍵角有關(guān)

2）意義①鍵長和鍵角決定分子的空間結(jié)構(gòu)。②常見分子中的鍵角與分子空間結(jié)構(gòu)。分子立體構(gòu)型鍵角實(shí)例正四面體109°28′甲烷、四氯化碳平面型120°苯、乙烯三角錐型107°氨氣V型（或角型）105°水分子直線型180°二氧化碳、乙炔3）鍵角的應(yīng)用CH4

NH3

H2OCO2

苯

問題：如圖白磷和甲烷均為正四面體結(jié)構(gòu)：它們的鍵角是否相同，為什么？提示不同，白磷分子的鍵角是指P—P之間的夾角，為60°；而甲烷分子的鍵角是指C—H的夾角，為109°28′。特別提醒由分子構(gòu)成的物質(zhì)，其熔、沸點(diǎn)與共價(jià)鍵的鍵能和鍵長無關(guān)；而分子的穩(wěn)定性由鍵長和鍵能大小決定。解析：對(duì)于反應(yīng)H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)

ΔH＝436.0kJ·mol－1＋242.7kJ·mol－1－2×431.8kJ·mol－1＝－184.9kJ·mol－1。對(duì)于反應(yīng)H2(g)＋Br2(g)

===2HBr(g)

ΔH＝436.0kJ·mol－1＋193.7kJ·mol－1－2×366kJ·mol－1＝－102.3kJ·mol－1。（1）計(jì)算，1molH2分別跟1molCl2、1molBr2(蒸氣)反應(yīng)，分別形成2molHCl和2molHBr，哪一個(gè)反應(yīng)釋