高中化學 第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教學案 蘇教版選修3

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第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第一節(jié) 共價鍵 【教學目標】 1、復習化學鍵的概念，能用電子式表示常見物質(zhì)的離子鍵或共價鍵的形成過程。 2、知道共價鍵的主要類型δ鍵和π鍵。 3、說出δ鍵和π鍵的明顯差別和一般規(guī)律。 4、認識鍵能、鍵長、鍵角等鍵參數(shù)的概念 5、能用鍵參數(shù)――鍵能、鍵長、鍵角說明簡單分子的某些性質(zhì) 6、知道等電子原理，結(jié)合實例說明“等電子原理的應用” 【教學重點、難點】 1、價層電子對互斥模型 2、鍵參數(shù)的概念，等電子原理 【教學過程】 復習引入：NaCl、HCl的形成過程 離子鍵：陰陽離子間的相互作用。 共價鍵：原子間通過共用電子對形成的相互作用。 使離子相結(jié)合或原子相結(jié)合的作用力通稱為化學鍵。 共價鍵是現(xiàn)代化學鍵理論的核心。 第一節(jié) 共價鍵 一、 共價鍵 1、定義：原子間通過共用電子對形成的相互作用。 練習：用電子式表示H2、HCl、Cl2的形成過程 H2 HCl Cl2 思：為什么H2、Cl2 是雙原子分子，而稀有氣體是單原子分子？ 2、形成共價鍵的條件：兩原子都有單電子 討論：按共價鍵的共用電子對理論，是否有H3、H2Cl、Cl3的分子存在？ 3、共價鍵的特性一：飽和性 講：對于主族元素而言，內(nèi)層電子一般都成對，單電子在最外層。 如：H 1s1 、Cl 1s22s22p63s23p5 H、Cl最外層各缺一個電子，于是兩原子各拿一電子形成一對共用電子對共用，由于Cl吸引電子對能力稍強，電子對偏向Cl（并非完全占有），Cl略帶部分負電荷，H略帶部分正電荷。 討論：共用電子對中H、Cl的兩單電子自旋方向是相同還是相反？ 設問：前面學習了電子云和軌道理論，對于HCl中H、Cl原子形成共價鍵時，電子云如何重疊？ 例：H2的形成 1s1 相互靠攏 1s1 電子云相互重疊 形成H2分子的共價鍵（H-H） 由此可見，共價鍵可看成是電子云重疊的結(jié)果。電子云重疊程度越大，則形成的共價鍵越牢固。 H2里的共價鍵稱為δ鍵。形成δ鍵的電子稱為δ電子。 4、共價鍵的種類 （1）δ鍵：（以“頭碰頭”重疊形式） a、特征：以形成化學鍵的兩原子核的連線為軸作旋轉(zhuǎn)操作，共價鍵電子云的圖形不變， 這種特征稱為軸對稱。 講：H2分子里的δ鍵是由兩個s電子重疊形成的，可稱為S-Sδ鍵。 下圖為HCl、Cl2中電子云重疊： 未成對電子的電子云相互靠攏 電子云相互重疊 形成的共價單鍵的電子云圖像 未成對電子的電子云相互靠攏 電子云相互重疊 形成的共價單鍵的電子云圖像 HCl分子里的δ鍵是由H的一個s電子和Cl的一個P電子重疊形成的，可稱為S-P δ鍵。 Cl2分子里的δ鍵是由Cl的兩個P電子重疊形成的，可稱為P-P δ鍵。 b、種類：S-S δ鍵 S-P δ鍵 P-P δ鍵 思考：N2中兩個N電子云如何重疊？ 結(jié)論：P電子和P電子除能形成δ鍵外，還能形成π鍵, 形成π鍵的電子稱為π電子。 （2）π鍵（以“肩并肩”重疊形式） 兩個原子相互接近 電子云重疊 π鍵的電子云 a．特征： 每個π鍵的電子云由兩塊組成，分別位于由兩原子核構(gòu)成平面的兩側(cè)，如果以它們之間包含原子核的平面為鏡面，它們互為鏡像，這種特征稱為鏡像對稱。 由此可見，共價鍵還具有方向性。 3、共價鍵的特性二：方向性 （離子鍵沒有飽和性和方向性。） 小結(jié)：δ鍵和π鍵比較 δ鍵 π鍵 重疊方式 頭碰頭 肩并肩 強度 強度較大 不如δ鍵牢固 成鍵電子 S-S S-P P-P P-P δ鍵、π鍵總稱價鍵軌道，是分子結(jié)構(gòu)的價鍵理論中最基本的組成部分。 分析：哪些共價鍵是δ鍵，哪些共價鍵是π鍵？ 一般規(guī)律是：共價單鍵是δ鍵；共價雙鍵中有一個是δ鍵，另一個是π鍵，共價叁鍵中含一個δ鍵和兩個π鍵。 練習：乙烷、乙烯和乙炔分子中的共價鍵分別由幾個δ鍵和幾個π鍵組成？ 【鞏固練習】 1、下列關(guān)于化學鍵的說法不正確的是 （ D） A．化學鍵是一種作用力 B．化學鍵可以是原子間作用力，也可以是離子間作用力 C．化學鍵存在于分子內(nèi)部 D．化學鍵存在于分子之間 2、下列物質(zhì)中，屬于共價化合物的是 （ C ） A．I2 B．BaCl2 C．H2SO4 D．NaOH 3、對δ鍵的認識不正確的是 （ A ） A．δ鍵不屬于共價鍵，是另一種化學鍵 B．S-S δ鍵與S-P δ鍵的對稱性相同 C．分子中含有共價鍵，則至少含有一個δ鍵 D．含有π鍵的化合物與只含δ鍵的化合物的化學性質(zhì)不同 5、乙烯分子中C-C之間有 1 個σ鍵， 1 個π鍵。乙烯易發(fā)生加成反應是因為分子中C-C之間的一個 π 鍵易斷裂。 過渡：不同原子間的價鍵軌道，其強度、性質(zhì)等也有所不同，如何比較？ 二、鍵參數(shù) 在第一章中討論過電離能，我們知道，原子失去電子要吸收能量。反過來，原子吸引電子，要放出能量。因此，原子形成共價鍵相互結(jié)合，放出能量，由此形成了鍵能的概念。 １、鍵能 （1）概念：氣態(tài)基態(tài)原子形成１mol化學鍵所釋放出的最低能量。 （2）單位：kJ／mol，取正值。 閱讀：課本30頁，表2-1 思考：①鍵能大小與鍵的強度的關(guān)系？ ②鍵能化學反應的能量變化的關(guān)系？ （3）意義：鍵能越大，形成化學鍵放出的能量越大，化學鍵越穩(wěn)定，越不容易被打斷。 思考與交流：課本32頁1、2 ２、鍵長 （1）概念：形成共價鍵的兩原子間的核間距。（相同原子的共價鍵鍵長的一半稱為共價半徑） （2）單位： pm（１pm＝10-12m） （3）意義：鍵長越短，往往鍵能越大，共價鍵越牢固，形成的物質(zhì)越穩(wěn)定。 小結(jié)：鍵能、鍵長都可以用來衡量共價鍵的穩(wěn)定性。 設問：多原子分子的形狀如何？這就涉及到多原子分子中兩共價鍵之間的夾角的問題。 3、鍵角：多原子分子中的兩個共價鍵之間的夾角。 是描述分子立體結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。 例如：CO2 結(jié)構(gòu)為Ｏ＝Ｃ＝Ｏ，鍵角為180，為直線形分子。 　 H2O　鍵角105 Ｖ形 CH4　鍵角10928′ 正四面體 總結(jié)： 鍵能、鍵長決定了共價鍵的穩(wěn)定性；鍵長、鍵角決定了分子的空間構(gòu)型。 三、等電子原理 閱讀課本32頁表２－３ １．等電子原理：原子總數(shù)相同，價電子總數(shù)也相同的微粒，其具有相似的化學鍵特征，使得許多性質(zhì)相近。 2．等電子體：原子總數(shù)相同，價電子總數(shù)也相同的微粒。 如：CO和N2，CH4和NH4+ 【鞏固練習】 1、能夠用鍵能解釋的是 （ A ） Ａ．氮氣的化學性質(zhì)比氧氣穩(wěn)定 Ｂ．常溫常壓下，溴呈液體，碘為固體 Ｃ．稀有氣體一般很難發(fā)生化學反應 Ｄ．硝酸易揮發(fā)，硫酸難揮發(fā) 2、與NO3-互為等電子體的是 （ AB ） Ａ．SO3　 Ｂ．BF3　　 Ｃ．CH4　 Ｄ．NO2 3、根據(jù)等電子原理，下列分子或離子與SO42-有相似結(jié)構(gòu)的是 （ B ） A．PCl5　 B．CCl4　 C．NF3　 D．N2 4、下列分子中鍵角最大的是 （　D?。? A．CH4 B．NH3 C．H2O D．CO2 5、根據(jù)課本中有關(guān)鍵能的數(shù)據(jù)，計算下列反應中的能量變化： N2（g）+ 3H2（g）==== 2NH3（g）；△H = —92kJ/mol 2H2（g）+ O2（g）=== 2H2O（g）；△H= —482.07kJ/mol 第二節(jié) 分子的立體結(jié)構(gòu) 【學習重點】 1、分子的立體結(jié)構(gòu)； 2、價層電子對互斥模型、雜化軌道理論和配位鍵。 【學習難點】 1、分子的立體結(jié)構(gòu)； 2、價層電子對互斥模型、雜化軌道理論。 【知識要點】 一、行行色色的分子 1、共價鍵的形成具有方向性。單原子分子（稀有氣體）、雙原子分子不存在立體結(jié)構(gòu)問題。大多數(shù)分子是由兩個以上原子構(gòu)成的，在多原子分子中，原子的空間關(guān)系不同，便形成不同的立體結(jié)構(gòu)。 常見典型分子的立體結(jié)構(gòu) ABn 立體結(jié)構(gòu) 范例 雙原子分子 n=1 直線型 H2、HCl等 三原子分子 n=2 直線型 CO2、CS2、BeCl2等 V形 H2O、H2S等 四原子分子 n=3 平面三角形 BF3、CH2O等 三角錐形 NH3、H3O+、PCl3等 五原子分子 n=4 正四面體型 CH4、CCl4、NH4＋等 此外，還有一些結(jié)構(gòu)特殊、更復雜的常見分子的結(jié)構(gòu)見課本36頁圖2—12。 2、分子的立體結(jié)構(gòu)的測定：見課本P37【科學視野】 測定分子的立體結(jié)構(gòu) 【過渡】：C、O的價電子結(jié)構(gòu)分別為2s22p2、2s22p4，C原子有兩個單電子，2個p軌道垂直，理論上與O原子上的p電子應該“頭碰頭”重疊形成，夾角應為90，為何是180？ 二、雜化軌道理論 雜化軌道理論是一種價鍵理論，是 為了解釋分子的立體結(jié)構(gòu)提出的。 1、雜化的概念：原子形成分子時，由于原子的相互影響，同一原子中若干能量相近的原子軌道，在外界條件的影響下重新組合形成一組新軌道過程叫做軌道的雜化，產(chǎn)生的新軌道叫 。 2、雜化結(jié)果：重新分配能量和空間，組成 和 都相等且成鍵能力更強的原子軌道。 3、雜化的過程：雜化軌道理論認為在形成分子時，通常存在 、 和 等過程。例如：基態(tài)碳原子的電子排布為 ，其2s能級上的1個電子躍遷到2p能級上則形成激發(fā)態(tài)1s22s12p3（1s22s12px12py12pz1），此時2s與2p軌道的能量不相同，然后1個2s軌道與3個、2個或1個2p軌道混合而形成4個、3個或2個能量相等、成分相同、電子云形狀（原子軌道的電子云輪廓圖）完全相同的新的原子軌道，此過程即為雜化，形成的新的原子軌道分別稱為sp3、sp2、sp雜化軌道，每個雜化軌道中有1個不成對電子且自旋平行，再與其它原子中的電子發(fā)生電子云重疊而形成σ鍵，可用下圖表示： ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓↑ ↑ 激發(fā) 雜化 → → 2s 2p 2s 2p sp3 基態(tài) 激發(fā)態(tài) 雜化軌道 此處中心原子的2s和2px，2py，2pz等四條原子軌道發(fā)生雜化，形成一組新的軌道，即四條sp3雜化軌道，這些sp3雜化軌道不同于s軌道，也不同于p軌道。 3、雜化軌道類型： ↓↑ （1）sp雜化：sp雜化軌道是由 個s軌道與 個p軌道雜化而得的。 sp雜化得到夾角為 的 形雜化軌道。如CO2、BeCl2 、CS2、C2H2等。 分析CO2化學鍵的形成： C、O原子形成CO2時，C原子的一個2s電子激發(fā)到能量相近的2p軌道上，同時原來空的2p軌道與2s軌道發(fā)生了sp雜化，形成了兩個在同一條直線上能量相等的相同軌道，每個軌道上一個單電子，兩個沒有參與雜化的2p軌道保持原狀，與這兩個雜化軌道相互垂直（相當于3個2p軌道的分布，實際上是4個軌道：兩個p軌道，兩個sp雜化軌道）。這樣O原子的一個p軌道先與C的一個雜化軌道重疊時形成σ鍵，該O原子的另一個p軌道則與C原子的一個p軌道形成π鍵。另一個O原子的一個p軌道再與C余下的一個雜化軌道形成σ鍵，該O原子的另一個p軌道則與C余下的p軌道形成鍵π鍵。實際上CO2中的兩個π鍵是相互垂直的。同理可得CS2、C2H2的結(jié)構(gòu)。 請分析BeCl2 、CS2、C2H2化學鍵的形成： （2）sp2雜化：sp2雜化軌道表示由 個s軌道與 個p軌道雜化而得。 sp2雜化得到三個夾角為 的 形雜化軌道。如BF3、C2H4、HCHO等。 分析BF3化學鍵的形成： B、F原子間形成BF3時，B原子的一個2s電子激發(fā)到一個空的2p軌道上，這個2s和2個有單電子的2p軌道發(fā)生sp2雜化，形成三個能量相等、相互間夾角為120的三個相同軌道（每個軌道上有一個單電子）。每個F原子的2p軌道與B的一個雜化軌道形成電子σ鍵，這樣的三個σ鍵完全等同，在平面上對稱分布，因而B—F鍵間的夾角是120。BF3是平面三角形分子。 請分析C2H4、HCHO化學鍵的形成： 注意：sp雜化、sp2雜化這兩種雜化形式還有未參與雜化的p軌道，可用于形成 鍵，而雜化軌道只用于形成 鍵或者用來容納未參與成鍵的孤對電子。 （3）sp3雜化：sp3雜化軌道表示由 個s軌道與 個p軌道雜化而得。 sp3雜化 sp3雜化得到夾角為 的 形雜化軌道。如CH4、CCl4等。 分析CH4化學鍵的形成： C、H原子形成CH4時，C原子的一個2s電子激發(fā)到空的2p軌道上，這個2s 形軌道與3個2p軌道再發(fā)生sp3雜化，形成了4個能量相等的相互夾角是10928′，在空間呈正四面體形分布的雜化軌道（每個軌道上一個單電子），4個H原子的s電子與這四個雜化軌道形成4個完全等同的σ鍵，在空間對稱分布。因而CH4分子的鍵角是10928′。 請分析CCl4的化學鍵的形成： 【思考】：為何CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3不是正四面體？ 三、價層電子對互斥模型（VSEPR models） 不同的分子由于其原子在空間排列方式不同而導致分子的立體結(jié)構(gòu)不同。但對于一些組成相似的分子，如CO2和H2O、NH3和BF3分子等，它們的空間結(jié)構(gòu)并不相同，為什么？ 把分子分成兩大類：一類是中心原子上的價電子都用于形成共價鍵。如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。 另一類是中心原子上有 （未用于形成共價鍵的電子對）的分子。如H2O和NH3中心原子上的孤對電子也要占據(jù)中心原子周圍的空間，并參與互相排斥。因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角錐型。 例如：可用AXna來表示只含一個中心原子的分子或離子的組成。 各符號含義：A——中心原子 X——中心原子結(jié)合的原子（可以是一種，也可以是多種） n——中心原子結(jié)合的原子的總數(shù) A的價電子數(shù)－︱X的化合價︳na 公式： m ＝ 2 說明：①陽離子時相當于中心原子失電子，則“－”a，如NH4＋中，m=0 陰離子時相當于中心原子得電子，則“＋”a，如SO42—、PO43—、NO3—中，m=0 HCN、CH2O中m=0，H3O＋中m=1 ②若m為小數(shù)時，則進一步取整數(shù)，如NO2中m＝0.5，這時應當作m=1。 （因為單電子也要占據(jù)一個軌道） ③m+n指中心原子的孤對電子對數(shù)與相連的其他原子數(shù)之和，稱為價層電子對數(shù)，即雜化軌道數(shù)。 m+n 2 3 4 5 6 空間構(gòu)型 直線形 平面三角形 正四面體 三角雙錐 正八面體 雜化類型 sp sp2 sp3 ∕ ∕ 如：SO2 m=（6－22）/2＝1 m+n＝1+2=3 為sp2雜化 化學式 中心原子含有 孤對電子對數(shù) 中心原子結(jié)合的 原子數(shù) 雜化軌道數(shù) 雜化類型 空間構(gòu)型 CO2 CH4 CH3Cl H2O H2S NH3 BF3 CH2O C2H4 C2H2 NH2— NH4+ SO42－ 寫出HCN分子和CH2O分子的路易斯結(jié)構(gòu)式。 分析：HCN中C原子以 雜化，CH2O中C原子以 雜化；HCN中含有 個σ鍵和 個π鍵；CH2O中含有 個σ鍵和 個π鍵。 【鞏固練習】 1、關(guān)于原子軌道的說法正確的是 （ D） A、凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子其幾何構(gòu)型都是正四面體 B、CH4分子中的sp3雜化軌道是由4個H原子的1s 軌道和C原子的2p軌道混合起來而形成的 C、sp3雜化軌道是由同一個原子中能量相近的s 軌道和p軌道混合起來形成的一組能量相近的新軌道 D、凡AB3型的共價化合物，其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵 2、對SO2與CO2說法正確的是 （ D） A、都是直線形結(jié)構(gòu) B、中心原子都采取sp雜化軌道 C、S原子和C原子上都沒有孤對電子 D、SO2為V形結(jié)構(gòu)，CO2為直線形結(jié)構(gòu) 3、寫出下列分子的路易斯結(jié)構(gòu)式（是用短線表示鍵合電子，小黑點表示未鍵合的價電子的結(jié)構(gòu)式），并指出中心原子可能采用的雜化軌道類型，并預測分子的幾何構(gòu)型。