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1、基础化学第三章第1页，此课件共21页哦 第一节第一节 化学键的有关概念化学键的有关概念一、分子一、分子 自然界中，除稀有气体以单原子形式存在外，其他物质均以分子（或晶体）自然界中，除稀有气体以单原子形式存在外，其他物质均以分子（或晶体）形式存在。分子是保持物质化学性质的一种粒子，物质间进行化学反应的实质形式存在。分子是保持物质化学性质的一种粒子，物质间进行化学反应的实质是分子的形成和分解。是分子的形成和分解。二、化学键二、化学键 分子（或晶体）中直接相邻的原子（或离子）间的强烈相互作用，称为化学键。两个分子（或晶体）中直接相邻的原子（或离子）间的强烈相互作用，称为化学键。两个原子经价电子的转移
2、满足了满八规则而趋于稳定，其生成的化合物借由化学键将原子连原子经价电子的转移满足了满八规则而趋于稳定，其生成的化合物借由化学键将原子连接在一起。接在一起。三、化学键的形成与分解三、化学键的形成与分解 化学变化的特点是原子核组成不变，只是核外电子运动状态发生变化，即化学化学变化的特点是原子核组成不变，只是核外电子运动状态发生变化，即化学键的形成与分解只与原子核外电子运动有关。键的形成与分解只与原子核外电子运动有关。四、化学键的分类四、化学键的分类 按电子运动方式不同，化学键一般可分为两种：离子键与共价键。按电子运动方式不同，化学键一般可分为两种：离子键与共价键。第2页，此课件共21页哦一、离子键
3、的概念一、离子键的概念 阴、阳离子间通过静电作用而形成的化学键，称为离子键。阴、阳离子间通过静电作用而形成的化学键，称为离子键。离子键本质是静电作用。离子键本质是静电作用。【例例】钠在氯气中燃烧，形成离子化合物钠在氯气中燃烧，形成离子化合物NaClNaCl的过程表示如下的过程表示如下 钠原子的价电子转移到氯原子的最外价电子层时形成钠原子的价电子转移到氯原子的最外价电子层时形成NaCl。当一原子有较强的吸电子能力时，电子转移发生，其结果就形成了离子键。当一原子有较强的吸电子能力时，电子转移发生，其结果就形成了离子键。二、二、离子键的特征离子键的特征 离子键具有无方向性、无饱和性的特征。离子键具有
4、无方向性、无饱和性的特征。第二节第二节 离子键离子键第3页，此课件共21页哦价电子被移去之难易度，依带正电原子核对电子作用的强度而定，把电子移开须价电子被移去之难易度，依带正电原子核对电子作用的强度而定，把电子移开须作功，所须的能量称离子化能（作功，所须的能量称离子化能（I.E.I.E.）。）。如其如其I.E.I.E.很高不易移走时，此金属则不易起反应（变化）。如银不易变色，很高不易移走时，此金属则不易起反应（变化）。如银不易变色，铁则易生锈。铁则易生锈。在同一周期，元素的在同一周期，元素的I.E.I.E.从左到右（从左到右（）增加，因此愈往右愈难将价电子移去。）增加，因此愈往右愈难将价电子移
5、去。同一族（同一族（groupgroup）元素的）元素的I.E.I.E.从上到下渐减，愈下面愈容易将电子移开。从上到下渐减，愈下面愈容易将电子移开。e.g.Lie.g.LiNa Na K K Rb Rb CsCs三、离子化能三、离子化能第4页，此课件共21页哦元素的化学活性依其价电子之得失（或共用之不同倾向元素的化学活性依其价电子之得失（或共用之不同倾向)而定。经过反应，两方满而定。经过反应，两方满足满八原则。足满八原则。离子化合物的化学式与离子化合物的化学式与LewisLewis记号：记号：族数族数:离子电荷离子电荷:1+2+3+3-2-1-:1+2+3+3-2-1-化学式依化合物之电子中性
6、而定比例化学式依化合物之电子中性而定比例 【例例】Na Na+Cl Cl-则则 1 1：1 NaCl1 NaCl；CaCa2+2+Cl Cl-则则 1 1：2 CaCl2 CaCl2 2双离子化合物：两个元素组成的化合物。双离子化合物：两个元素组成的化合物。过渡元素可形成多于一种正离子之金属。过渡元素可形成多于一种正离子之金属。【例例】Fe Fe：2+2+，3+3+；CuCu：1+1+，2+2+FeCl FeCl2 2 氯化亚铁；氯化亚铁；FeClFeCl3 3 氯化铁；氯化铁；CuCl CuCl 氯化亚铜；氯化亚铜；CuClCuCl2 2 氯化铜氯化铜多原子离子：多原子离子：NHNH4 4+
7、氨根；氨根；NONO3 3-硝酸根；硝酸根；OHOH-氢氧根；氢氧根；NONO2 2-亚硝酸根；亚硝酸根；CNCN-氰根；氰根；HSOHSO4 4-硫酸氢根；硫酸氢根；H H2 2POPO4 4-磷酸二氢根；磷酸二氢根；HSOHSO3 3-亚硫酸氢根亚硫酸氢根四、离子化合物四、离子化合物第5页，此课件共21页哦离子化合物，正离子围绕着数个负离子，负离子亦围绕着数个正离子。正离子化合物，正离子围绕着数个负离子，负离子亦围绕着数个正离子。正负离子中和了，故不导电。当溶于水后，离子变成自由的正、负离子。故负离子中和了，故不导电。当溶于水后，离子变成自由的正、负离子。故可导电。离子化合物溶于水而可导电
8、，称为电解质。可导电。离子化合物溶于水而可导电，称为电解质。离子化合物没有分子的构造单位，如离子化合物没有分子的构造单位，如NaNa+ClCl-不称为分子。不称为分子。五、电解质五、电解质第6页，此课件共21页哦第三节第三节 共价键共价键一、共价键的概念一、共价键的概念 原子间通过共用电子对而形成的化学键，称为共价键。原子间通过共用电子对而形成的化学键，称为共价键。【例例】共价键的本质是原子轨道重叠。共价键的本质是原子轨道重叠。二、共价键的类型二、共价键的类型1.1.非极性键和极性键非极性键和极性键 共用电子对无偏向的共价键，例如共用电子对无偏向的共价键，例如H H2 2、O O2 2、N N
9、2 2、ClCl2 2 等为非等为非 极性键；共用电子对有偏向的共价键，例如，极性键；共用电子对有偏向的共价键，例如，HClHCl、NHNH3 3、H H2 2O O、CH CH4 4等为极性键。等为极性键。第7页，此课件共21页哦2.2.键和键和键键 原子轨道沿键轴方向，以原子轨道沿键轴方向，以“头碰头头碰头”方式重叠而形成的共价键，方式重叠而形成的共价键，称为称为键。可重叠形成键。可重叠形成键的轨道有键的轨道有S-SS-S、S-PxS-Px、Px-PxPx-Px。原子轨道沿键轴方向，以原子轨道沿键轴方向，以“肩并肩肩并肩”方式重叠而形成的共价键，方式重叠而形成的共价键，称为称为键。键。受原
10、子轨道伸展方向的限制，两原子形成共价键时，只能形成受原子轨道伸展方向的限制，两原子形成共价键时，只能形成 一个一个键，其余均为键，其余均为键。键。3.3.配位键配位键 由一个原子提供共用电子对而形成的共价键，称为配位共价由一个原子提供共用电子对而形成的共价键，称为配位共价 键，简称配位键。键，简称配位键。在配位键中，提供电子对的原子称为电子给予体；接受电子对在配位键中，提供电子对的原子称为电子给予体；接受电子对 的原子称为电子接受体。配位键用箭号的原子称为电子接受体。配位键用箭号“”表示，箭头指向表示，箭头指向 接受体。接受体。配位键的形成必需具备如下条件：电子给予体的价电子层有孤配位键的形成
11、必需具备如下条件：电子给予体的价电子层有孤 对电子；电子接受体的价电子层有空轨道。对电子；电子接受体的价电子层有空轨道。第8页，此课件共21页哦三、共价键的特征三、共价键的特征饱和性：根据电子配对原理，一个原子有几个未对电子，就只能形成几个共价饱和性：根据电子配对原理，一个原子有几个未对电子，就只能形成几个共价键，这称为共价键的饱和性。例如，键，这称为共价键的饱和性。例如，H原子仅有一个电子，因此原子仅有一个电子，因此H2分子只能以分子只能以单键结合；水分子是单键结合；水分子是H2O（），而不是），而不是H3O，原因在于，原因在于O原子只有两个未原子只有两个未对电子数；对电子数；N原子有三个未
12、对电子，因此原子有三个未对电子，因此N2分子为叁键（分子为叁键（NN）；而稀有气体）；而稀有气体He、Ne、Ar等没有未对电子，故其单质为单原子分子。等没有未对电子，故其单质为单原子分子。方向性：按最大重叠原理，形成共价键时，原子轨道只有沿电子云密度最大的方向性：按最大重叠原理，形成共价键时，原子轨道只有沿电子云密度最大的方向进行重叠，才能达到最大有效重叠，使系统能量处于最低状态，这称为共价方向进行重叠，才能达到最大有效重叠，使系统能量处于最低状态，这称为共价键的方向性。因此，除键的方向性。因此，除H2分子形成外，其他化学键的形成均有方向性限制。分子形成外，其他化学键的形成均有方向性限制。例如
13、，例如，HCl分子形成过程。分子形成过程。第9页，此课件共21页哦【例例】H H2 2、HClHCl、H H2 2S S的共价键的共价键第10页，此课件共21页哦四、共价化合物及命名四、共价化合物及命名 两个不同之非金属有时可以形成一种以上的共价键化合物。两个不同之非金属有时可以形成一种以上的共价键化合物。命名：命名：N N2 2O O 一氧化二氮；一氧化二氮；NONO2 2二氧化氮；二氧化氮；N N2 2O O5 5 五氧化二氮；五氧化二氮；COCO一氧化碳；一氧化碳；COCO2 2 二氧化碳；二氧化碳；C C2 2O O3 3 三氧化二碳。三氧化二碳。第11页，此课件共21页哦 五、共价键
14、表示法五、共价键表示法 电子点记法电子点记法 Na Mg Na Mg C C :O:O:满足满八规则是建构路易斯构造式的主要观念。当一元素反应形成共价键时，为完满足满八规则是建构路易斯构造式的主要观念。当一元素反应形成共价键时，为完成满八电子所须的键成为该元素之结合力。成满八电子所须的键成为该元素之结合力。【例例】O O 二建；二建；N N 三键；三键；C C 四键四键路易式结构式写法：路易式结构式写法：第12页，此课件共21页哦形成八电子隅体的共价键的非金属形成八电子隅体的共价键的非金属族族IVVVIVII CNPOSFClBrI 四键四键 三键三键 二键二键 一键一键第13页，此课件共21
15、页哦 极性共价键两极端情形：极性共价键两极端情形：100100靠一端即为靠一端即为-极性极性+另一端非极性共价键另一端非极性共价键 离子键离子键 100 100 0 0 共价键共价键 双极双极 电负性分子内原子对共用电子之吸力称为电负性。如电负性分子内原子对共用电子之吸力称为电负性。如 F3.98 F3.98；Cs0.79Cs0.79。成键原子间的电负性之差（成键原子间的电负性之差（x x）越大，键的极性越强。键的极性，对判断分子的极性很）越大，键的极性越强。键的极性，对判断分子的极性很有意义。有意义。电负性规律：同族元素之电负性从上到下渐减；同周期元素之电负性由左到右电负性规律：同族元素之电
16、负性从上到下渐减；同周期元素之电负性由左到右渐增。渐增。元素电负性大小与键类型的关系：元素电负性大小与键类型的关系：两元素电负性差：若两元素电负性差：若2.0 2.0 离子键；若离子键；若 1.5 1.5 共价键共价键一个分子可能含二或以上的极性共价键，但整个分子却是非极性的（视其立一个分子可能含二或以上的极性共价键，但整个分子却是非极性的（视其立体结构而定）。例如：体结构而定）。例如：CClCCl4 4、SFSF6 6、SiFSiF4 4、COCO2 2等。等。六、电负性和极性六、电负性和极性第14页，此课件共21页哦第四节第四节 键参数键参数 表征化学键性质的物理量，统称为键参数，有键能、
17、键长、键表征化学键性质的物理量，统称为键参数，有键能、键长、键角等。角等。一、键能一、键能 定义：定义：在在2525和和100kPa100kPa下，断裂气态分子单位物质的量的化学键下，断裂气态分子单位物质的量的化学键 (6.021023 (6.021023个化学键个化学键)，使其变成气态原子或原子团时所需要的能量，称为键能。，使其变成气态原子或原子团时所需要的能量，称为键能。单位：单位：kJ/molkJ/mol。多原子分子的键能：多原子分子的键能：如如CH4CH4，键能为，键能为4 4个个C CH H键离解能的平均值。键离解能的平均值。共价键强弱：共价键强弱：键能是衡量共价键强弱的物理量，键能
18、越大，化学键越牢固。共价键键能是衡量共价键强弱的物理量，键能越大，化学键越牢固。共价键是一种很强的结合力。是一种很强的结合力。第15页，此课件共21页哦二、键长二、键长 定义：定义：分子中成键两原子核间的平衡距离分子中成键两原子核间的平衡距离(核间距核间距)，称为键长。单，称为键长。单 位位pmpm。测定方法：测定方法：用用X X射线衍射方法可以精确地测得各种化学键的键长。射线衍射方法可以精确地测得各种化学键的键长。键长与共价键的稳定性关系：键长与共价键的稳定性关系：键长是反映分子空间构型的重要物理键长是反映分子空间构型的重要物理 量。通常，成键原子的半径越小，共用电子对越多，其键长越短，量。
19、通常，成键原子的半径越小，共用电子对越多，其键长越短，键能越大，共价键越牢固。键能越大，共价键越牢固。三、键角三、键角 分子内同一原子形成的两个化学键之间的夹角，称为键角。分子内同一原子形成的两个化学键之间的夹角，称为键角。键角也是反映分子空间构型的重要物理量。例如，键角也是反映分子空间构型的重要物理量。例如，H2OH2O分子中两个分子中两个O OH H键的键的夹角为夹角为1044510445，分子构型呈，分子构型呈“V V”形；而在形；而在CO2CO2分子中，两个分子中，两个C CO O键的夹角是键的夹角是180180，为直线形分子。，为直线形分子。第16页，此课件共21页哦【习题习题】1.
20、1.元素原子有什么方法可得到满八原则？其结果是形成什么？元素原子有什么方法可得到满八原则？其结果是形成什么？2.2.写出下列化学式的名称：写出下列化学式的名称：（a a）FeClFeCl3 3 （b b）Ca(OH)Ca(OH)2 2 （c c）H H2 2COCO3 3 （d d）SOSO3 32 2 （f f）NHNH4 4+3.3.写出铝与下列元素合成的化合物的化学式及名称写出铝与下列元素合成的化合物的化学式及名称 a.a.氯氯 b.b.硫硫 c.c.氮氮4.4.元素元素族与族与族化合物的原子数比例为何？族化合物的原子数比例为何？5.5.写出写出MgMg与元素与元素族前族前4 4元素形成
21、化合物的化学式及其名称。元素形成化合物的化学式及其名称。6.6.写出下列路易斯构造式（电子点及键）写出下列路易斯构造式（电子点及键）（a a）COCO2 2 （b b）NHNH4 4+（c c）C C2 2H H4 4 （d d）SOSO4 4 2 2第17页，此课件共21页哦7.7.写出下列分子的（写出下列分子的（1 1）分子结构形状（）分子结构形状（2 2）预测有否双极性？）预测有否双极性？（a a）CHCl3 CHCl3 （b b）NCl3 NCl3 （c c）H2OH2O8.8.写出下列分子或离子的路易斯式并预测其分子构造形状。写出下列分子或离子的路易斯式并预测其分子构造形状。（a a
22、）PCl3 PCl3 （b b）OF2 OF2 （c c）CH4CH49.9.写出下列分子的路易斯构造式并预测其形状。写出下列分子的路易斯构造式并预测其形状。（a a）C2H2 C2H2 （b b）NF3 NF3 （c c）CCl4CCl410.10.预测下列分子的几何形状。预测下列分子的几何形状。（a a）SnF2 SnF2 （b b）NI3 NI3 （c c）COCl2COCl2第18页，此课件共21页哦离子键具有无方向性、无饱和性的特征。离子键具有无方向性、无饱和性的特征。离子电场分布是球形对称的，可以从任何方向吸引带异号电荷的离子，故离子离子电场分布是球形对称的，可以从任何方向吸引带异
23、号电荷的离子，故离子键的无方向性。键的无方向性。只要离子周围空间允许，各种离子将尽可能多地吸引带异号电荷的只要离子周围空间允许，各种离子将尽可能多地吸引带异号电荷的离子，因此离子键无饱和性。离子，因此离子键无饱和性。受静电作用平衡距离限制，形成离子键的异电荷离子数并不是任意受静电作用平衡距离限制，形成离子键的异电荷离子数并不是任意的，如氯化钠晶体中，每个的，如氯化钠晶体中，每个Na+Na+（或（或Cl-Cl-）只能和）只能和6 6个个Cl-Cl-（或（或Na+Na+）相结合，）相结合，因此氯化钠相对分子质量，也仅对化学式而言的。因此氯化钠相对分子质量，也仅对化学式而言的。离子键的特征离子键的特
24、征第19页，此课件共21页哦共价键的本质是原子轨道重叠。当电子自旋相反的两个共价键的本质是原子轨道重叠。当电子自旋相反的两个H H原子相互靠近时，原子相互靠近时，1s1s轨轨道发生重叠，核间电子云密度增大，这既增强了两核对电子云的吸引，道发生重叠，核间电子云密度增大，这既增强了两核对电子云的吸引，又削弱了原子核间的相互排斥，直至核间达平衡距离（又削弱了原子核间的相互排斥，直至核间达平衡距离（74pm74pm）时，系统能）时，系统能量最低，形成了稳定的量最低，形成了稳定的H H2 2分子（基态分子（基态H H2 2分子）；反之，若两电子自旋相同，分子）；反之，若两电子自旋相同，核间排斥增大，系统
25、能量升高，则处于不稳定状态，不能形成核间排斥增大，系统能量升高，则处于不稳定状态，不能形成H H2 2分子。分子。共价键的本质共价键的本质第20页，此课件共21页哦共价键的特征共价键的特征饱和性：根据电子配对原理，一个原子有几个未对电子，就只能形成几个共价键，这称为共饱和性：根据电子配对原理，一个原子有几个未对电子，就只能形成几个共价键，这称为共价键的饱和性。例如，价键的饱和性。例如，H H原子仅有一个电子，因此原子仅有一个电子，因此H H2 2分子只能以单键结合；水分子是分子只能以单键结合；水分子是H H2 2O O（），而不是），而不是H H3 3O O，原因在于，原因在于O O原子只有两
26、个未对电子数；原子只有两个未对电子数；N N原子有三个未原子有三个未对电子，因此对电子，因此N N2 2分子为叁键（分子为叁键（NNNN）；而稀有气体）；而稀有气体HeHe、NeNe、ArAr等没有未对电子，故其等没有未对电子，故其单质为单原子分子。单质为单原子分子。方向性：按最大重叠原理，形成共价键时，原子轨道只有沿电子云密度最大的方向进方向性：按最大重叠原理，形成共价键时，原子轨道只有沿电子云密度最大的方向进行重叠，才能达到最大有效重叠，使系统能量处于最低状态，这称为共价键的方向性。行重叠，才能达到最大有效重叠，使系统能量处于最低状态，这称为共价键的方向性。因此，除因此，除H H2 2分子形成外，其他化学键的形成均有方向性限制。例如，分子形成外，其他化学键的形成均有方向性限制。例如，HClHCl分子形成过程。分子形成过程。第21页，此课件共21页哦