第三單元共價鍵 原子晶體 共價鍵1 定義 2 成鍵微粒 3 成鍵本質(zhì) 4 成鍵元素 5 存在范圍 6 表示方法 原子之間通過共用電子對所形成的相互作用 原子 原子間通過共用電子對所產(chǎn)生的強(qiáng)烈的相互作用 一般非金屬之間部分金屬與非金屬之間 非金屬單質(zhì) h2 o2 共價化合物 nh3 ch4 h2o 離子化合物 naoh nh4cl 電子式 結(jié)構(gòu)式 不穩(wěn)定要趨于穩(wěn)定 體系能量降低 7 成鍵原因 a 電子式 b 結(jié)構(gòu)式 共價鍵的表示方法 共價鍵的形成 交流與討論 兩個氫原子如何形成氫分子 1 氫原子電子排布式 2 基態(tài)氫原子軌道表示式 3 原子之間形成共價鍵的原因 原子軌道填滿電子 且電子自旋相反 體系能量最低 最穩(wěn)定 v r 0 v 勢能r 核間距 兩個核外電子自旋方向相反的氫原子靠近 r0 v r 0 r0 v 勢能r 核間距 r0 v r 0 r0 v 勢能r 核間距 r0 v r 0 r0 v 勢能r 核間距 v r 0 v 勢能r 核間距 兩個核外電子自旋方向相同的氫原子靠近 氫氣分子形成過程的能量變化 相距很遠(yuǎn)的兩個核外電子自旋方向相反的氫原子相互逐漸接近 在這一過程中體系能量將先變小后變大 成鍵后能量達(dá)到最低 形成穩(wěn)定的氫氣分子 兩個自旋方向相同的電子不能配對成鍵 從核間距和成鍵電子的自旋方向來觀察能量的變化情況 1 共價鍵的形成條件 a 兩原子電負(fù)性或 b 一般成鍵原子有電子 且自旋方向相反 c 成鍵原子的原子軌道在空間 一 共價鍵的形成 相同 之差小于1 7 未成對 重疊 2 共價鍵的本質(zhì) 成鍵原子相互接近時 原子軌道發(fā)生 自旋方向的電子形成 兩原子核間的電子密度 體系的能量 重疊 相反 未成對 共用電子對 增加 降低 3 共價鍵的特征 1 具有飽和性在成鍵過程中 每種元素的原子有幾個未成對電子通常就只能形成幾個共價鍵 所以在共價分子中每個原子形成共價鍵數(shù)目是一定的 2 具有方向性 在形成共價鍵時 兩個參與成鍵的原子軌道總是盡可能沿著電子出現(xiàn)機(jī)會最大的方向重疊成鍵 而且原子軌道重疊越多 電子在兩核間出現(xiàn)的機(jī)會越多 體系的能量下降也就越多 形成的共價鍵越牢固 因此 一個原子與周圍的原子形成的共價鍵就表現(xiàn)出方向性 s軌道與s軌道重疊形成的共價鍵無方向性 例外 4 共價鍵的類型 鍵和 鍵 s軌道和p軌道形成穩(wěn)定共價鍵的幾種重疊方式 1 頭碰頭重疊 鍵 p s 鍵 p p 鍵 2 鍵 原子軌道以 肩并肩 方式相互重疊導(dǎo)致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價鍵 i x z z pz pz 形成 鍵的電子稱為 電子 原子軌道在核間連線兩側(cè)以 肩并肩 方式重疊形成的共價鍵 叫 鍵 鍵的類型 鍵的類型 s s 鍵 p p 鍵 s p 鍵 p p 鍵 p p 鍵 鍵的常見類型有 1 s s 2 s p 3 p p 請指出下列分子 鍵所屬類型 a hbrb nh3c f2d h2 課堂練習(xí) s p s p p p s s 氮分子中原子軌道重疊方式示意圖 歸納 鍵與 鍵的對比 頭碰頭 肩并肩 沿鍵軸的方向 與軌道對稱軸相互平行的方向 軸對稱 鏡面對稱 重疊程度較大 比較牢固 重疊程度較小 較易斷裂 共價單鍵為 鍵 共價雙鍵中有一個 鍵 另一個是 鍵 共價三鍵由一個 鍵和兩個 鍵組成 乙烷 個 鍵乙烯 個 鍵個 鍵乙炔 個 鍵個 鍵 7 乙烯分子中軌道重疊方式示意圖 乙炔分子中軌道重疊方式示意圖 問題探究 請寫出乙烯 乙炔與溴發(fā)生加成反應(yīng)的反應(yīng)方程式 并思考 在乙烯 乙炔和溴發(fā)生的加成反應(yīng)中 乙烯 乙炔分子斷裂什么類型的共價鍵 鍵的重疊程度小于 鍵 所以 鍵不如 鍵穩(wěn)定 有機(jī)物中的共價鍵 1 c h是 鍵 2 c c是 鍵 3 c c一個 鍵 一個 鍵 4 c 一個 鍵 兩個 鍵 乙烯 乙炔分子中c c 鍵比較穩(wěn)定不容易斷裂 鍵比較容易斷裂 拓展視野 拓展視野苯分子中的共價鍵 請大家看課本p46 p47的相應(yīng)內(nèi)容 相同 不發(fā)生 相同 不同 發(fā)生 不同 按鍵的極性分 極性鍵與非極性鍵 一般情況下 兩個成鍵原子間的電負(fù)性差值越大 形成的共價鍵的極性越強(qiáng) 練習(xí) 1 指出cl2 hcl co n2 h2o h2等分子中存在的共價鍵 并說明哪些是極性鍵 哪些是非極性鍵 2 根據(jù)電負(fù)性大小 將c h n h o h和f h鍵按極性由強(qiáng)到弱的順序排列 交流與討論 1 極性鍵 非極性鍵 hclcoh2o cl2n2h2 2 鍵的極性由強(qiáng)到弱的順序 f ho hn hc h 問題探究三 配位鍵 在水溶液中 nh3能與h 結(jié)合生成 請用電子式表示 和 形成 的過程并討論 和 是如何形成 4 的 寫出氨與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式和離子方程式 氮原子有孤對電子 氫離子有空軌道 nh3 hcl nh4cl nh3 h nh4 氨分子中各原子均達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 為什么還能與氫離子結(jié)合 h 或 共用電子對全部由氮原子提供 配位鍵 銨根離子與水合氫離子等是通過配位鍵形成的 h 由一個原子提供一對電子與另一個接受電子對的原子形成共價鍵 這樣的共價鍵稱為配位鍵 在銨根離子中 四個n h鍵的鍵長 鍵能 鍵角均相等 表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)也完全相同 所以銨根離子通常用下式表示 h 或 1 關(guān)于乙醇分子的說法正確的是 a 分子中共含有8個極性鍵b 分子中不含非極性鍵c 分子中只含 鍵d 分子中含有1個 鍵 c 課堂練習(xí) 課堂練習(xí) 2 下列分子中含有非極性鍵的共價化合物是 a f2b c2h2c na2o2d nh3 b 三 共價鍵的鍵能與化學(xué)反應(yīng)熱 2 共價鍵的鍵能用來衡量共價鍵牢固程度 共價鍵鍵能越大表示該共價鍵越牢固 即越不容易被破壞 1 共價鍵的鍵能 在101kpa 298k條件下 1mol氣態(tài)ab分子生成氣態(tài)a原子和氣態(tài)b原子的過程所吸收的能量 稱為ab間共價鍵的鍵能 3 鍵長 成鍵兩原子間的平均間距 4 共價鍵鍵能與鍵長的關(guān)系 請認(rèn)真分析p49表3 5 結(jié)論 鍵長越短 鍵能越大 共價鍵越穩(wěn)定 二 鍵能與反應(yīng)過程中能量變化的關(guān)系 p49問題解決核心問題是如何利用鍵能來計(jì)算反應(yīng)過程中的能量變化 已知 h h 鍵能為436kj mol cl cl鍵能為243kj mol h cl鍵能為431kj mol 通過計(jì)算確定反應(yīng) h2 g cl2 g 2hcl g 的反應(yīng)熱 拆開化學(xué)鍵要消耗能量 形成化學(xué)鍵會放出能量 化學(xué)反應(yīng)的過程就是拆開反應(yīng)物的化學(xué)鍵 形成生成物的化學(xué)鍵的過程 如果反應(yīng)物的鍵能總和生成物的鍵能總和 則為吸熱反應(yīng) 解題回顧 結(jié)論 由于反應(yīng)后放出的熱量使反應(yīng)本身的能量降低 故規(guī)定 h為 則由鍵能求反應(yīng)熱的公式為 h總 h反應(yīng)物 h生成物 h反應(yīng)物 h生成物分別代表反應(yīng)物 生成物鍵能總和 反應(yīng)物和生成物的化學(xué)鍵的強(qiáng)弱決定著化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化 放熱反應(yīng)的 h為 h 0 吸熱反應(yīng)的 h為 h 0 試?yán)帽?的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算 1mo1h2分別跟lmolcl2 lmolbr2 蒸氣 反應(yīng) 分別形成2mo1hcl分子和2molhbr分子 哪一個反應(yīng)釋放的能量更多 如何用計(jì)算的結(jié)果說明氯化氫分子和溴化氫分子哪個更容易發(fā)生熱分解生成相應(yīng)的單質(zhì) 思考 鍵長 鍵能對分子的化學(xué)性質(zhì)有什么影響 1 形成2mo1hcl釋放能量 2 431 8kj 436 0kj 242 7kj 184 9kj形成2mo1hbr釋放能量 2 366kj 436 0kj 193 7kj 102 97kjhcl釋放能量比hbr釋放能量多 因而生成的hcl更穩(wěn)定 即hbr更容易發(fā)生熱分解生成相應(yīng)的單質(zhì) 解釋 因此 鍵長越長 鍵能越小 鍵越易斷裂 化學(xué)性質(zhì)越活潑 p50問題解決 2 h 2 436kj mol 498kj mol 2 2 463 kj mol 482kj mol 1 h 946kj mol 3 436kj mol 2 3 393 kj mol 104kj mol 2 h x的鍵能分別是 h f 567kj molh cl 431kj molh br 366kj molh i 298kj mol結(jié)論 鍵能越大 分子的穩(wěn)定性越強(qiáng) 二 原子晶體 金剛石具有很高的熔 沸點(diǎn)和很大的硬度 你能結(jié)合金剛石晶體的結(jié)構(gòu)示意圖解釋其中的原因嗎 由于金剛石晶體中所有原子都是通過共價鍵結(jié)合的 而共價鍵的鍵能大 如c c鍵的鍵能為348kj mol 1 所以金剛石晶體熔 沸點(diǎn)很高 硬度很大 二 原子晶體 相鄰間通過結(jié)合而成的具有結(jié)構(gòu)的晶體 2 組成微粒 3 微粒間作用力 知識回顧 1 定義 共價鍵 空間網(wǎng)狀 原子 原子 共價鍵 常見的原子晶體 某些非金屬單質(zhì) 金剛石 c 晶體硅 si 晶體硼 b 等某些非金屬化合物 碳化硅 sic 晶體 氮化硼 bn 晶體某些氧化物 二氧化硅 sio2 晶體 4 原子晶體的特點(diǎn) 晶體中單個分子存在 化學(xué)式只代表 沒有 原子個數(shù)之比 熔 沸點(diǎn) 硬度 溶于一般溶劑 導(dǎo)電 很高 很大 難 不 5 影響原子晶體熔沸點(diǎn) 硬度大小的因素 共價鍵的強(qiáng)弱 鍵長的大小 一般形成共價鍵的兩原子半徑越小鍵長越小 鍵能越 原子晶體的熔沸點(diǎn)越 硬度越 大 高 大 正四面體 金剛石的晶體結(jié)構(gòu)模型 最小環(huán)為六元環(huán) 8 1 8 6 1 2 4 8 1 在金剛石晶體中每個碳原子周圍緊鄰的碳原子有個2 在金剛石晶體中每個碳原子形成共價鍵3 在金剛石晶體中最小碳環(huán)由碳原子來組成4 在金剛石晶體中碳原子個數(shù)與c c共價鍵個數(shù)之比是5 在金剛石晶胞中占有的碳原子數(shù) 4個 1 2 6個 4 8個 小結(jié) 180 109 28 si o 共價鍵 二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu) sio2晶體結(jié)構(gòu) 1 在sio2晶體中 每個硅原子與個氧原子結(jié)合 每個氧原子與個硅原子結(jié)合 在sio2晶體中硅原子與氧原子個數(shù)之比是 2 在sio2晶體中 每個硅原子形成個共價鍵 每個氧原子形成個共價鍵 3 在sio2晶體中 最小環(huán)為元環(huán) 2 1 2 4 4 2 1 4 1 2 12 4 每個十二元環(huán)中平均含有硅原子 6 1 12 1 2 硅原子個數(shù)與si o共價鍵個數(shù)之是 氧原子個數(shù)與si o共價鍵個數(shù)之比是 每個十二元環(huán)中平均含有si o鍵 12 1 6 2 小結(jié) sio2 根據(jù)sio2的結(jié)構(gòu)計(jì)算si o的原子個數(shù)比為 1molsio2晶體中含有si o鍵的數(shù)目為 4na 1 2 sio2空間結(jié)構(gòu)中最小的環(huán)含有 個原子 12 解釋 結(jié)構(gòu)相似的原子晶體 原子半徑越小 鍵長越短 鍵能越大 晶體熔點(diǎn)越高金剛石 碳化硅 晶體硅 交流與討論 1 怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石 硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降 2 具有共價鍵的晶體叫做原子晶體 這種說法對嗎 為什么 石墨的晶體結(jié)構(gòu)模型 石墨的晶體結(jié)構(gòu) 石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu) 在每一層內(nèi) 碳原子排成六邊形 每個碳原子都與其他3個碳原子以共價鍵結(jié)合 形成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 在層與層之間 是以分子間作用力相結(jié)合的 由于同一層的碳原子間以較強(qiáng)的共價鍵結(jié)合 使石墨的熔點(diǎn)很高 但由于層與層之間的分子間作用力較弱 容易滑動 使石墨的硬度很小 像石墨這樣的晶體一般稱為過渡型晶體或混合型晶體 1 層狀結(jié)構(gòu) 最小碳環(huán)為平面正六邊形