化学键与分子结构省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第第2 2章章化学键与化学键与分子结构分子结构Chemical Bond and Molecular StructureChapter 2Chemical Bond and Molecular 第1页1认识化学键本质。认识化学键本质。2掌握价键理论内容,会用价键理论解释共价键掌握价键理论内容,会用价键理论解释共价键 特征,会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释特征,会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释 简单分子结构。简单分子结构。3初步认识分子轨道理论,掌握第二周期元素分子初步认识分子轨道理论,掌握第二周期元素分子 轨道特点。轨道特点。本章教学要求本章教学要求第2页2.1 化学键定义化学键定
2、义 Definition of chemical bond2.2 共价键概念与路易斯结构式共价键概念与路易斯结构式 Concept of the covalent bond theory and Lewis structure formula2.3 用以判断共价分子几何形状价层电子对互斥用以判断共价分子几何形状价层电子对互斥 理论理论 VSEPR for judging the configuration of the covalence molecular 2.4 原子轨道重合原子轨道重合 价键理论价键理论 Superposition of atomic orbital valence bo
3、nd theory2.5 分子轨道理论分子轨道理论 Molecular orbital theory第3页2.1 化学键定义化学键定义 Definition of chemical bond1.什么是化学键什么是化学键2Na(s)+Cl2(g)2NaCl(s)颜色颜色 银灰色银灰色 黄绿色黄绿色 无色无色状态状态 固体固体 气体气体 晶体晶体导电性导电性 极强极强 极弱极弱 极弱,熔融导电极弱,熔融导电 通电下通电下 无改变无改变 无改变无改变 熔融下反应逆转熔融下反应逆转 钠及氯化钠电导率钠及氯化钠电导率钠及氯化钠电导率钠及氯化钠电导率第4页 Pauling L 在在The Nature o
4、f The Chemical Bond中中提提出出了了用用得得最最广广泛泛化化学学键键定定义义:假假如如两两个个原原子子(或或原原子子团团)之之间间作作用用力力强强得得足足以以形形成成足足够够稳稳定定、可可被被化化学学家家看看作作独独立立分分子子物物种种聚聚集集体体,它它们们之之间间就就存存在在化化学学键键。简简单单地地说说,化化学学键键(chemical bond)是是指指分分子子内内部部原原子子之之间间强相互作用力。强相互作用力。不一样外在性质反应了不一样内部结构不一样外在性质反应了不一样内部结构各自内部结协力不一样各自内部结协力不一样Pauling L 美美1901-1994C 第5页2
5、.已经明确化学键类型已经明确化学键类型化化学学键键共共价价键键金金属属键键离子配键离子配键离子偶极配键离子偶极配键离子键离子键 电价配键电价配键配配键键双原双原子共子共价键价键多原多原子共子共价键价键电子对键电子对键(单、双、(单、双、叁键)叁键)单电子键单电子键三电子键三电子键共轭共轭 键键多中心键多中心键极极 性性 键键 共价配键共价配键非极性键非极性键电电价价键键离域键离域键离域键离域键第6页2.2 共价键概念与路易斯结构式 Concept of covalent bond and Lewis structural formula 2.2.1 共价键相关概念共价键相关概念 Concept
6、s of covalent bond2.2.2 路易斯结构式路易斯结构式 Lewis structural formula第7页2.2.1 共价键相关概念共价键相关概念 Lewis G N在在19假定分子中两个相邻原子假定分子中两个相邻原子 共享一对电子,使每个原子含有稀有气体组态,共享一对电子,使每个原子含有稀有气体组态,分子称为分子称为共价分子共价分子。形成化学键称为。形成化学键称为共价键共价键 (covalent bond)。如:。如:Cl2(ClCl),H2O(HOH)Lewis G N 美美 1875 1946 PC 配位共价键(配位共价键(coordinate covalent b
7、ond coordinate covalent bond)、电子对给予体、电子对给予体、电子对接收体。如:电子对接收体。如:Ni(CO)4,Ag(NH3)2+共价单键、双键、叁键。共价单键、双键、叁键。键级(键级(bond order bond order)。如:如:N2H2(HN=NH),N2(NN)非极性共价键(非极性共价键(非极性共价键(非极性共价键(non-polar non-polar non-polar non-polar covalent bond)和极性共价键和极性共价键和极性共价键和极性共价键 (polar polar covalent bond)成键原子电负性不一样引发成键
8、原子电负性不一样引发成键原子电负性不一样引发成键原子电负性不一样引发 非极性共价键非极性共价键非极性共价键非极性共价键极性共价键极性共价键极性共价键极性共价键离子键(电负性差值大于离子键(电负性差值大于离子键(电负性差值大于离子键(电负性差值大于2 2 2 2)电正性原子电正性原子电正性原子电正性原子与与与与电负性原子电负性原子电负性原子电负性原子相对概念相对概念相对概念相对概念第8页2.2.2 路易斯结构式路易斯结构式1.1.按按原原子子键键合合关关系系写写出出元元素素符符号号并并将将相相邻邻原原子子用用单单键键连连接接。在在大大多多数数情情况况下下,原原子子间间键键合合关关系系是是已已知知
9、,比比如如,NO2 中中键键合合关关系系不不是是 NOO,而而是是ONO 或或 O:N:O 。普普通中心原子电负性较小通中心原子电负性较小。2.2.将将各各原原子子价价电电子子数数相相加加,算算出出可可供供利利用用价价电电子子总总数数。假假如如被被表表示示物物种种带带有有正正电电荷荷,则则价价电电子子总总数数应应减减去去正正电电荷荷数数;假假如如被被表表示示物物种种带带有有负负电电荷荷,则则价价电电子子总总数数应应加加上上负负电电荷荷数数3.扣扣 除除 与与 共共 价价 单单 键键 对对 应应 电电 子子 数数(单单 键键 数数 2)后后,将将 剩剩 下下 价价 电电 子子 分分 配配 给给
10、每每 个个 原原 子子,使使 其其 占占 有有 适适 当当 数数 目目 非键合电子。非键合电子。4.4.假如剩下电子不够安排,可将一些单键改为双键或叁键。假如剩下电子不够安排,可将一些单键改为双键或叁键。第9页 写出氯酸根离子写出氯酸根离子 路易斯结路易斯结构式。构式。Cl(3s23p5),O(2s22p4)Cl 原原子子电电负负性性小小于于 O 原原子子,意意味味着着不不存存在在 OO 之间键合之间键合.合理排布应该以下所表示:合理排布应该以下所表示:ClOOOClOOOQuestion 1Question 1Solution 离离子子中中价价电电子子总总数数等等于于 26,扣扣除除 3 个
11、个单单键键 6 个个电电子子,余余下下 20 个个电电子子以以孤孤对对方方式式分分配配给给四四个个原原子子,使使它们均满足八隅律要求。它们均满足八隅律要求。:第10页写出写出 NO+离子路易斯结构式。离子路易斯结构式。N(2s22p3)O(2s22p4)NO+离子只可能有一个排布方式,见下列图最左边一个:离子只可能有一个排布方式,见下列图最左边一个:NO+离离子子中中价价电电子子总总数数等等于于 10,扣扣除除 1 个个单单键键 2 个个电电子子,余余下下 8 个个电电子子不不论论按按上上图图中中第第二二个个那那样样以以孤孤对对方方式式分分配配给给两两个个原原子子,还还是是按按上上图图中中第第
12、三三或或第第四四个个那那样样将将 NO 单单键键改改为为双双键键,都都不不能能使使两两个个原原子子同同时时满满足足八隅律要求。这一要求只有将单键改为叁键才能满足。八隅律要求。这一要求只有将单键改为叁键才能满足。NONO+NO+NO+NOQuestion 2Question 2Solution第11页 各原子共提供各原子共提供 3+47=31个价电子;离子一价负电个价电子;离子一价负电荷表明还应加一个电子。所以必须在荷表明还应加一个电子。所以必须在5个原子周围画上个原子周围画上 16 对电子对电子 32 个圆点。个圆点。负电荷属于整个离子而不是个别原子!负电荷属于整个离子而不是个别原子!写出写出
13、 BFBF4 4-离子离子 Lewis 结构。结构。FBFFFFBFFFQuestion 3Question 3Solution第12页1.SiF62-,PCl5 和和 SF6 中中心原子价层中中心原子价层 电子数分别电子数分别为为 12,10 和和 12(超价化合物超价化合物)。2.不能解释氧分子顺磁性。不能解释氧分子顺磁性。3.有有些些物物种种合合理理结结构构能能写写出出不不止止一一个个。如如NO3-,不不能能解解释释离离子子中中三三个个NO键键等等长长,键键角角均均为为120o。鲍鲍林林共共振论振论应运而生应运而生。NOOO+NOOONOOO第13页 分子或离子空间构型与中心原子分子或离
14、子空间构型与中心原子 价层电子对数价层电子对数 目相关目相关VP =BP +LP价层价层 成键成键 孤对孤对 价层电子对尽可能远离价层电子对尽可能远离,使分子尽可能采取对称结构,使分子尽可能采取对称结构,以使排斥力最小以使排斥力最小LP-LP LP-BP BP-BP 依据依据 VP 和和 LP 数目数目,能够推测出分子空间构型能够推测出分子空间构型1.基本关键基本关键点点2.3 用以判断共价分子几何形状用以判断共价分子几何形状 价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论(VSEPR)第14页2.分子形状确定方法例例:XeF2 2+(8-21)/2=5 XeF4 4+(8-41)/2=6 XeOF4
15、5+(8-12-4 1)/2=6 XeO2F2 4+(8-22-2 1)/2=5价层电子对总数价层电子对总数价层电子对总数价层电子对总数 键电子对数键电子对数键电子对数键电子对数 孤电子对数孤电子对数孤电子对数孤电子对数 与中心原子与中心原子与中心原子与中心原子成键原子数成键原子数成键原子数成键原子数 (中心原子价电子数配位原子未成对电子数中心原子价电子数配位原子未成对电子数中心原子价电子数配位原子未成对电子数中心原子价电子数配位原子未成对电子数之和之和之和之和 )/2/2 对于带电原子团,正离子应对于带电原子团,正离子应对于带电原子团,正离子应对于带电原子团,正离子应孤电子对数孤电子对数孤电
16、子对数孤电子对数一项上减去离子一项上减去离子一项上减去离子一项上减去离子电荷绝对值,负离子应加上离子电荷绝对值电荷绝对值,负离子应加上离子电荷绝对值电荷绝对值,负离子应加上离子电荷绝对值电荷绝对值,负离子应加上离子电荷绝对值第15页 确定电子对空间排布方式通式通式共用共用电子对电子对原子原子B在原子在原子A周围排列方式周围排列方式 (理想(理想 BAB 键角)键角)结构结构中心原子上不含孤对电子共价分子几何形状中心原子上不含孤对电子共价分子几何形状2直线直线(180)AB2AB33平面三角形平面三角形(120)AB44正四面体正四面体(10928)AB55三角双锥三角双锥(BaABa,180)
17、(BeABe,120)(BeABa,90)Ba轴向轴向B原子,原子,Be平伏平伏B原子原子AB66正八面体正八面体(90,180)第16页 确定孤对电子数和分子空间构型确定孤对电子数和分子空间构型 举例举例LP=0 分子空间构型分子空间构型=电子正确空间构型电子正确空间构型BeH2BF3CH4PC15SF6VP=2 LP=0VP=3 LP=0VP=4 LP=0VP=5 LP=0VP=6 LP=0第17页总电子总电子 电子对电子对 成键成键 未成键未成键 分子构型分子构型 实例实例 对数对数 理想构型理想构型 电子对电子对 电子对电子对 2 2 0 3 3 0 3 2 1第18页总电子总电子 电
18、子对电子对 成键成键 未成键未成键 分子构型分子构型 实例实例 对数对数 理想构型理想构型 电子对电子对 电子对电子对 4 4 0 4 同上同上 3 1 4 同上同上 2 2第19页总电子总电子 电子对电子对 成键成键 未成键未成键 分子构型分子构型 实例实例 对数对数 理想构型理想构型 电子对电子对 电子对电子对 5 5 0 4 1 3 2 2 3 孤对电子优先代替孤对电子优先代替平伏位置上原子和相关平伏位置上原子和相关键对电子键对电子第20页总电子总电子 电子对电子对 成键成键 未成键未成键 分子构型分子构型 实例实例 对数对数 理想构型理想构型 电子对电子对 电子对电子对 6 6 0 5
19、 1 4 2 第第二二对对孤孤对对电电子子优优先先代代替替第第一一对对孤孤对对电电子子反反位位原原子子和和相关键对电子相关键对电子第21页判断判断 OF2 分子基本形状。分子基本形状。中心原子周围价电子对总数及孤电子对数:(价层电子对总数)=2(62 1)/2=4 (孤电子对数目)=(62 1)/2=2中中心心原原子子价价层层有有 4 对对电电子子。4 对对价价电电子子理理想想排排布布方方式式为为正正四四面面体体,但但考考虑虑到到其其中中包包含含两两个个孤孤对对,所所以以分子实际几何形状为角形,相相当于当于 AB2E2 型分子。型分子。Question 4Question 4Solution第
20、22页判断判断 XeF4 分子基本形状分子基本形状 中中心心原原子子价价层层有有 6 对对电电子子。理理想想排排布布方方式式为为正正八八面面体体,但但考考虑虑到到其其中中包包含含两两个个孤孤对对,所所以以分子实际几何形状为平面四方形,相当于相当于 AB4E2 型分子。型分子。中中心心原原子子 Xe 价价电电子子数数为为 8,F 原原子子未未成成对对电电子子数数为为1。能够算得中心原子价电子正确总数和孤对数分别为。能够算得中心原子价电子正确总数和孤对数分别为:(价层电子对总数)=4(841)/2=6 (孤电子对数目)=(84 1)/2=2Question 5Question 5Solution第
21、23页2.4 原子轨道重合原子轨道重合价键理论价键理论 Superposition of atomic orbital valence bond theory2.4.1 共价作用力本质和共价键共价作用力本质和共价键 特点特点 Nature of the covalence force of characterizations of the covalence bond 2.4.2 杂化轨道杂化轨道 Hybrid orbital 第24页 怎样解释形成双键和叁键原子间共享怎样解释形成双键和叁键原子间共享 2 对、对、3 对电子?对电子?电子正确享用与提供电子原子轨道间存在什么电子正确享用与提供电
22、子原子轨道间存在什么 关系?关系?能否用原子轨道在空间取向解释分子几何形能否用原子轨道在空间取向解释分子几何形 状?状?处理了这些问题才能处理了这些问题才能揭示成键本质揭示成键本质第25页1.价键理论价键理论(valence bond theory)2.共价键特征(共价键特征(characters of covalent bond)3.共价键键型(共价键键型(types of covalent bond)4.配位键配位键 (coordinate covalent bond)5.键参数(键参数(bond parameters)2.4.1 共价作用力本质和共价键特点共价作用力本质和共价键特点第26
23、页 1.价键理论价键理论(valence bond theory)带带有有相相反反电电荷荷两两个个离离子子(比比如如 A+和和 B-)彼彼引引靠靠近近过过程程中中,系系统统能能量量改变可表示为两核之间距离函数。改变可表示为两核之间距离函数。曲曲线线最最低低点点对对应应于于吸吸引引力力等等于于排排斥斥力力状状态态,该该状状态态下下两两核核间间平平衡衡距距离离R0叫叫做做核核间间距距(nuclear separation,符符号号为为 d),与与核核间间距距 d 对对应应势势能能(Ed)则则是是由由气气态态正正、负负离离子子形形成成离离子子键键过过程中放出能量。程中放出能量。第27页 显然,图形反
24、应了两个中性原子间经过共用电子对显然,图形反应了两个中性原子间经过共用电子对相连形成份子,是基于电子定域于两原子之间,形成了相连形成份子,是基于电子定域于两原子之间,形成了一个密度相对大电子云(负电性),这就是价键理论基一个密度相对大电子云(负电性),这就是价键理论基础。础。所以,所以,共价键形成条件共价键形成条件为:为:能量最低原理能量最低原理 键合双方各提供自旋方向相反未键合双方各提供自旋方向相反未 成对电子成对电子(想一想自旋方向相同呢?想一想自旋方向相同呢?)键合双方原子轨道应尽可能最大程键合双方原子轨道应尽可能最大程 度地重合度地重合H2分子形成分子形成第28页2.共价键特征共价键特
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