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1、关于共价关于共价键键理理论论第1页，讲稿共47张，创作于星期日一、路易斯结构式19161916年年,美国的美国的 Lewis Lewis 提出共价键理论提出共价键理论.认为同种原子间以及认为同种原子间以及电负性接近的原子之间可以通过共用电子对形成分子，通过共用电子对电负性接近的原子之间可以通过共用电子对形成分子，通过共用电子对形成的化学键称为形成的化学键称为共价键共价键（covalent bondcovalent bond），形成的分子称为），形成的分子称为共价共价分子分子。在分子中，每个原子应具有稳定的稀有气体原子的在分子中，每个原子应具有稳定的稀有气体原子的8 8电子外层电电子外层电子构型
2、（子构型（HeHe为为2 2电子），习惯上成为电子），习惯上成为“八隅体规则八隅体规则”(Octet(Octet Rule)Rule)。而要达到这种结构，并非通过电子转移形成离子键来完成。而要达到这种结构，并非通过电子转移形成离子键来完成,而而是通过是通过共用电子对共用电子对来实现。来实现。第2页，讲稿共47张，创作于星期日一、路易斯结构式OHH.HNHH.HCHHCOOH.NN.H H2 2O OCHCH3 3COOHCOOHNHNH3 3N N2 2第3页，讲稿共47张，创作于星期日一、路易斯结构式写出写出HNO3、CO32和和SO42的路易斯结构式的路易斯结构式:第4页，讲稿共47张，创
3、作于星期日二、共价键的形成v氢原子稳定还是氢气分子稳定？氢原子稳定还是氢气分子稳定？v氢原子形成氢气分子是放热还是吸热？氢原子形成氢气分子是放热还是吸热？vH+H HH+H H2 2+436 kJ+436 kJv形成氢气分子后，有什么不同形成氢气分子后，有什么不同v结论：形成共价化学键有利于降低体系能量结论：形成共价化学键有利于降低体系能量第5页，讲稿共47张，创作于星期日v两个氢原子悄悄地靠近两个氢原子悄悄地靠近v共价键的定义：通过电子云（原子轨道）的重叠（共用电子对）共价键的定义：通过电子云（原子轨道）的重叠（共用电子对）形成的化学键形成的化学键v共价键的本质：电性作用。原子核对重叠负电区
4、域的吸引，使共价键的本质：电性作用。原子核对重叠负电区域的吸引，使成键两原子相互接近。成键两原子相互接近。二、共价键的形成第6页，讲稿共47张，创作于星期日二、共价键的形成v1 1形成共用电子对的两个电子必须自旋相反形成共用电子对的两个电子必须自旋相反v为什么为什么HeHe元素无法和氢形成共价键？元素无法和氢形成共价键？v2 2必须形成共用电子对必须形成共用电子对v形成共价键时必须先有单电子形成共价键时必须先有单电子 1s11s1第7页，讲稿共47张，创作于星期日v1.1.饱和性饱和性v形成共价键有最大成键数形成共价键有最大成键数v最大成键数取决于最外层电子数最大成键数取决于最外层电子数v2.
5、2.方向性方向性v电子云的最大重叠原理电子云的最大重叠原理v重叠越多，原子核对重叠负电区域吸引越大重叠越多，原子核对重叠负电区域吸引越大二、共价键的形成HClHClHClHCl第8页，讲稿共47张，创作于星期日二、共价键的形成v2.2.方向性方向性第9页，讲稿共47张，创作于星期日二、共价键的形成v2.2.方向性方向性HHHH2 2 2 2S S S S第10页，讲稿共47张，创作于星期日二、共价键的形成键：原子轨道以键：原子轨道以“头碰头头碰头”的形式重叠所形成的的形式重叠所形成的键键HFHF的生成的生成第11页，讲稿共47张，创作于星期日二、共价键的形成键：原子轨道以键：原子轨道以“头碰头
6、头碰头”的形式重叠所形成的的形式重叠所形成的键键x xs-ss-pp-px第12页，讲稿共47张，创作于星期日二、共价键的形成键：原子轨道以键：原子轨道以“头碰头头碰头”的形式重叠所形成的的形式重叠所形成的键键举例说明下面三种键举例说明下面三种键第13页，讲稿共47张，创作于星期日二、共价键的形成键：键：原子轨道以原子轨道以“肩并肩肩并肩”的形式重叠形成的键的形式重叠形成的键从原子轨道重叠程度来看，从原子轨道重叠程度来看，p p键轨道较键轨道较s s键重叠程度小，键重叠程度小，键能小于后者，键能小于后者，所以所以 键的稳定性低于键的稳定性低于 键键第14页，讲稿共47张，创作于星期日二、共价键
7、的形成NNxyz:NN:N N2 2价键结构式价键结构式路易斯结构式路易斯结构式 :NN:化学键示意图化学键示意图第15页，讲稿共47张，创作于星期日三、价层电子对互斥理论H2OH2SCO32-SO32-第16页，讲稿共47张，创作于星期日三、价层电子对互斥理论v吉列斯比(R.J.Gillespie)和尼霍尔姆(Nyholm)在20世纪50年代提出了一种简单的模型用来判断某一个分子或离子的立体结构，定名为价层电子对互斥模型，简称VSEPR模型(Valence Shell Electron Pair Repulsion的缩写)。第17页，讲稿共47张，创作于星期日三、价层电子对互斥理论v要点：在
8、AXm型分子中，分子的立体构型是价层电子对相互排斥的结果，价层电子对指包括成键电子对和未成键的孤对电子对，分子的几何构型总是采取电子对相互排斥最小的那种结构。第18页，讲稿共47张，创作于星期日三、价层电子对互斥理论1.通通式式AXAXn nE Emm表表示示所所有有只只含含一一个个中中心心原原子子的的分分子子或或离离子子组组成成，A A：中中心心原原子子，X X：配配位位原原子子(端端位位原原子子)，下下标标n n：配配位位原原子子的的个个数数，E E：中心原子上的孤对电子对，：中心原子上的孤对电子对，mm：孤电子对数。：孤电子对数。2.2.AXAXn nE Emm中中(n n+mm)的的数
9、数目目称称为为价价层层电电子子对对数数，VSEPRVSEPR模模型型认认为为，分分子子中中的的价价层层电电子子对对总总是是尽尽可可能能地地互互斥斥，均均匀匀地地分分布布在在分分子子中中，因因此此，m+nm+n的的数数目目决决定定了了分分子子或或离离子子中中的的价价层层电电子子对对在在空空间间的的分分布布(与分子立体构型不同与分子立体构型不同)，可画出，可画出VSEPRVSEPR理想模型。理想模型。第19页，讲稿共47张，创作于星期日三、价层电子对互斥理论v价层电子对互斥理论的判断规则价层电子对互斥理论的判断规则vm=(A(A的族序数的族序数离子电荷数离子电荷数-X-X的化合价的化合价XX的个数
10、的个数)/2)/2v价层电子对数价层电子对数=m+n=m+nv例：求例：求PO43-，NH4+，CCl4，NO2 ，ICl4-，OCl2 分分子或离子中心原子的价层电子对数子或离子中心原子的价层电子对数AXnEmCO32-第20页，讲稿共47张，创作于星期日三、价层电子对互斥理论v价层电子对互斥理论的判断规则价层电子对互斥理论的判断规则v根据中心原子根据中心原子A A的价层电子对数，找出对应的理想结构的价层电子对数，找出对应的理想结构图形。如果出现有奇电子，可把这个单电子当作一个电图形。如果出现有奇电子，可把这个单电子当作一个电子对来看待。子对来看待。价层电子对：价层电子对：2 2 直线型直线
11、型CO2第21页，讲稿共47张，创作于星期日三、价层电子对互斥理论价层电子对：价层电子对：3 3 平面三角形平面三角形BF3NO2第22页，讲稿共47张，创作于星期日三、价层电子对互斥理论价层电子对：价层电子对：4 4 正四面体正四面体CCl4第23页，讲稿共47张，创作于星期日三、价层电子对互斥理论价层电子对：价层电子对：5 5 三角双锥三角双锥PCl5第24页，讲稿共47张，创作于星期日三、价层电子对互斥理论价层电子对：价层电子对：6 6 正正八面体八面体SF6XeF4第25页，讲稿共47张，创作于星期日三、价层电子对互斥理论v例：判断例：判断PO43-，NH4+，CCl4，SO2 ，IC
12、l4-，OCl2，SO42-分子或离子的空间构型分子或离子的空间构型第26页，讲稿共47张，创作于星期日甲烷分子实测的和甲烷分子实测的和VSEPR模型预测的立体结构都是正四面体。模型预测的立体结构都是正四面体。CH4中心中心原子碳的原子碳的4个价电子层原子轨道个价电子层原子轨道2s和和2px,2py,2pz分别跟分别跟4个氢原子的个氢原子的1s原原子轨道重叠形成子轨道重叠形成键，无法解释键，无法解释4个个C-H键是等同的，因碳原子的键是等同的，因碳原子的3个个2p轨道相互正交轨道相互正交(90)，而，而2s轨道是球形的。轨道是球形的。泡林假设，泡林假设，甲烷的中心原子甲烷的中心原子碳原子在成键
13、时，碳原子在成键时，4 4个价电子层原子轨道并个价电子层原子轨道并不维持原来的形状，而是发生不维持原来的形状，而是发生 所谓所谓“杂化杂化”，得到，得到4 4个等同的轨道，总称个等同的轨道，总称spsp3 3杂化轨道。杂化轨道。四、杂化轨道理论第27页，讲稿共47张，创作于星期日1.1.杂化与杂化轨道杂化与杂化轨道 在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的原子轨道。这个过程叫做轨道的杂化，产生道重新组合，形成一组新的原子轨道。这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫做杂化轨道。的新轨道叫做杂化轨道。2
14、 2原子轨道杂化遵循的原则：原子轨道杂化遵循的原则：(1)(1)能量相近原则能量相近原则:中心原子形成杂化轨道的原子轨道在能量相近中心原子形成杂化轨道的原子轨道在能量相近,通通常是最外层价电子原子轨道常是最外层价电子原子轨道.1931 1931年年,美国化学家泡林提出了杂化轨道理论美国化学家泡林提出了杂化轨道理论.四、杂化轨道理论第28页，讲稿共47张，创作于星期日(2)(2)轨道数目守恒原则：参与杂化的原子轨道数目轨道数目守恒原则：参与杂化的原子轨道数目=组成的杂化轨组成的杂化轨道数目。道数目。(3)(3)轨道能量重新分配原则轨道能量重新分配原则:原子轨道在杂化前能量各不相同原子轨道在杂化前
15、能量各不相同,但杂化后但杂化后的杂化轨道能量相等的杂化轨道能量相等.(4)(4)杂化轨道对称性分配原则杂化轨道对称性分配原则:杂化轨道在球形空间成对称性分布杂化轨道在球形空间成对称性分布,因此等性杂化轨道的夹角相等因此等性杂化轨道的夹角相等.与原来的原子轨道相比，杂化轨道的空间伸展方向改变，成键能与原来的原子轨道相比，杂化轨道的空间伸展方向改变，成键能力更强，力更强，分子越稳定；分子越稳定；不同的杂化轨道空间分布不同，决定了分子的空不同的杂化轨道空间分布不同，决定了分子的空间几何构型不同。间几何构型不同。(5)(5)最大重叠原则：杂化轨道按最大重叠成键最稳定最大重叠原则：杂化轨道按最大重叠成键
16、最稳定四、杂化轨道理论第29页，讲稿共47张，创作于星期日spsp3 3杂化：杂化：VSEPRVSEPR模型模型AYAY4 43414+_109 28第30页，讲稿共47张，创作于星期日例例 CH4C2s 2s2p 2p激发激发sp3杂化杂化sp3109 28 CHHHHAY4：CH4、CCl4、NH4+spsp3 3杂化：杂化：VSEPRVSEPR模型模型AYAY4 4第31页，讲稿共47张，创作于星期日spsp2 2杂化：杂化：VSEPRVSEPR模型模型AYAY3 32313+_120第32页，讲稿共47张，创作于星期日120B F F F例例 BF3Bsp22p2s 2s2p 2p激发
17、激发sp2杂化杂化spsp2 2杂化：杂化：VSEPRVSEPR模型模型AYAY3 3第33页，讲稿共47张，创作于星期日spsp2 2杂化：杂化：VSEPRVSEPR模型模型AYAY3 3第34页，讲稿共47张，创作于星期日烯烃烯烃C=C结构中跟结构中跟3个原子键合的碳原子也是以个原子键合的碳原子也是以sp2杂化轨道为其杂化轨道为其s-骨架的。骨架的。以以sp2杂化轨道构建杂化轨道构建s-轨道的中心原子必有一个垂直于轨道的中心原子必有一个垂直于sp2-s骨架骨架的未参与杂化的的未参与杂化的p轨道，如果这个轨道跟邻近原子上的平行轨道，如果这个轨道跟邻近原子上的平行p轨道重叠，轨道重叠，并填入电
18、子，就会形成并填入电子，就会形成键键。如，乙烯。如，乙烯H2C=CH2、甲醛、甲醛H2C=O的结构的结构图：图：spsp2 2杂化：杂化：VSEPRVSEPR模型模型AYAY3 3第35页，讲稿共47张，创作于星期日杂化类型杂化类型spsp杂化（杂化（VSEPRVSEPR模型模型AYAY2 2）例例 BeCl2Be2s 2s2p 2p激发激发sp杂化杂化sp2pBeClClClBeCl直线形直线形1212第36页，讲稿共47张，创作于星期日sp杂化第37页，讲稿共47张，创作于星期日例例 CH4C2s 2s2p 2p激发激发sp3杂化杂化sp3109 28 CHHHH与中心原子键合的是同种原子
19、，分子呈高度对称的正四与中心原子键合的是同种原子，分子呈高度对称的正四面体构型，面体构型，4个个sp3杂化轨道杂化轨道(键能、键长、键角等键能、键长、键角等)没有差别，没有差别，称等性杂化。称等性杂化。AY4：CH4、CCl4、NH4+等性杂化等性杂化第38页，讲稿共47张，创作于星期日不等性不等性spsp3 3杂化：杂化：判断是否等性杂化，要看各条杂化轨道的能量是否相等。判断是否等性杂化，要看各条杂化轨道的能量是否相等。N2s2p不等性不等性sp3杂化杂化不等性不等性sp3不等性不等性spsp3 3杂化杂化第39页，讲稿共47张，创作于星期日不等性不等性spsp3 3杂化杂化例例 H2OO不
20、等性不等性sp3不等性不等性sp3杂化杂化2s2p104 45 折线折线(V)(V)形形（CH CH3 3ClCl、NHNH3 3、H H2 2O O）第40页，讲稿共47张，创作于星期日中中心心原原子子的的4个个sp3杂杂化化轨轨道道用用于于构构建建不不同同的的s轨轨道道，如如CH3Cl中中C-H键键和和C-Cl键键的的键键长长、键键能能都都不不相相同同，4个个s键键的的键键角角也也有有差差别别，又又如如NH3和和H2O的的中中心心原原子子的的4个个杂杂化化轨轨道道分分别别用用于于s键键和和孤孤对对电电子子对对，这这样样的的4个个杂杂化化轨轨道道显显然有差别，叫做然有差别，叫做不等性杂化不等
21、性杂化。不等性杂化不等性杂化第41页，讲稿共47张，创作于星期日四、杂化轨道理论第42页，讲稿共47张，创作于星期日PCl5N2H4四、杂化轨道理论第43页，讲稿共47张，创作于星期日五、配位共价键v形成条件：（1）一方有孤对电子v （2）一方有空轨道第44页，讲稿共47张，创作于星期日五、配位共价键v形成条件：（1）一方有孤对电子v （2）一方有空轨道109 28 CHHHH第45页，讲稿共47张，创作于星期日具有相同的原子数目，而且价电子总数相等的分子或离子具有相同的原子数目，而且价电子总数相等的分子或离子具有相同的结构特征具有相同的结构特征,这个原理称为这个原理称为“等电子体原理等电子体原理”。CO32、NO3、SO3SO2、O3、NO2SO42、PO43SO3和和SO32-六、等电子体原理第46页，讲稿共47张，创作于星期日感谢大家观看12.10.2022第47页，讲稿共47张，创作于星期日