第七章分子的结构与性质.doc

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1、第七章分子结构与晶体结构[课题1]7.1化学键7.2离子键7.3共价键[教学目的]1.了解化学键的定义和分类，掌握价键理论、杂化轨道理论，其中重点掌握sp3、sp2、sp杂化轨道的组成，空间取向，以及与分子几何构型的相关性；[重难点]价键理论和杂化轨道理论的要点及其应用[课时安排]2课时[教学方法]讲解、讨论[教学过程][板书]研究的意义[讲述]几何结构指是分子（或晶体）中的原子（或粒子）在空间的排列方式，即空间构型。电子结构是指分子中的原子（或晶体中的粒子是靠甚麽力结合的（即化学键）。1649年初夏的一天，发生在意大利佛罗伦萨科学院的一件

2、疑案——金刚石失踪之谜。1776年（127年后）著名的科学家拉瓦西破解了这一迷案。1797年，英国化学家特南宣布，金刚石与石墨一样，都是全部由碳原子构成的碳的单质。1955年，一组英国科学家在3000℃和超过109Pa的压力下，在世界上首次将石墨转变成金刚石。[板书]共价键与共价化合物[讲解]要描述分子中电子的运动状态，按理说应当解分子的薛定谔方程。但由于绝大多数分子的薛定谔方程比较复杂，至今尚无精确求解，因此只能作一些近似的假设来简化计算过程。不同的假设代表了不同的物理模型。一种看法是，形成化学键的电子只处于与此化学键相连的两个原子间的区

3、域运动。价键理论另一种看法是形成化学键的电子在遍布整个分子的区域内运动。分子轨道理论在研究配合物时还发展了配位场理论等。这三种理论从不同方面反映了化学键的本质。[板书]价键理论[重点讲解]价键理论简称VB理论，又称电子配对法，是海特勒（W.Heitler）和伦敦（F.Lodon）运用量子力学原理处理H2分子结果的推广。1927年德国化学家海特勒和伦敦近似求解H2的薛定谔方程，成功地得到了H2的波函数ΨS和ΨA，相应的能量ES和EA，以及能量与核间距R的关系。海特勒和伦敦运用量子力学处理H2分子的结果表明，电子自旋相反的氢原子相互靠近时之所以

4、能形成稳定的氢分子，是因为两个原子轨道互相重叠，使两核间电子的密度增大，犹如形成一个电子桥把两个氢原子核牢牢地结合在一起。把计算H2所取得的成就推广到多原子分子，便形成了价键理论，[板书、讲解]价键理论的基本要点（1）含有自旋相反未成对电子的原子相互接近时，可形成稳定的化学键。[讲述]如当两个氢原子互相接近时，它们各有一个未成对的电子，如自旋不同时即可配对成键形成H2（H—H）分子。氮原子有三个未成对电子，因此可以同另一个氮原子的三个未成对电子配对形成N2（NN）分子等。[板书]（2）在形成共价键时，一个电子和另一个电子配对后，就不再和第三

5、个电子配对。[讲述]上述两条决定了共价键的饱和性。[板书]（3）原子在形成分子时，原子轨道重叠得越多，则形成的化学键越稳定。[讲述]因此，原子轨道重叠时，在核间距一定的情况下，总是沿着重叠最多的方向进行，因此共价键有方向性。以HCl分子的成键过程为例：氢原子只有一个1s电子，其原子轨道角度分布图是球形的。而氯是17号元素，电子构型为：1s22s22p63s23p5，3p轨道有一个未成对电子（假设处于3px轨道），则成键应是氢原子的1s电子与氯原子的3px电子，其原子轨道的重叠方式有如所示的几种方式。在两核距离一定的情况下，则有：①当H沿x轴

6、向Cl接近时，原子轨道可达最大重叠，生成稳定的分子；②当H沿y轴向Cl接近时，原子轨道重叠最少，因此不能成键；③当H沿着其它方向与Cl接近时，也达不到像沿x方向接近重叠那么多，因此结合不稳定，H将移向x方向。[板书]2．共价键的类型（1）键（2）键（3）配位键[讲述]两个原子轨道沿键轴（成键原子核连线）方向进行同号重叠，所形成的键叫键两原子轨道沿键轴方向在键轴两侧平行同号重叠，所形成的键叫键。共价单键一般是键。在共价双键和叁键中，除了键外，还有键。一般单键是一个键；双键是一个键、一个键；叁键是一个键、两个键。（表7.3）给出了键和键的一些特

7、性。[板书]键参数（1）键能。（2）键长。（3）键角。（4）键矩[讲解板书]1.在298K和100kPa条件下，气态分子断开1mol化学键所需最低的能量（这里所说的是共价键的键能，不同类型的化学键有不同的键能。离子键的键能叫晶格能，金属键的键能叫内聚能）。列举了一些常见共价键的键能数据。键能数据不是直接测定的实验值，而是根据大量实验数据综合所得的一种平均近似值。例如，H2O中有两个O—H键，要断开第一个O—H键所需能量为502kJ·mol-1，而要断开第二个O—H键只需426kJ·mol-1。表中所列O—H键的键能为465kJ·mol-1，

8、这是多种化合物中的O—H键的断键能量的平均值。一般说来，键能越大表明键越牢固，由该键构成的分子也就越稳定。化学变化的实质是化学键的改组。化学变化的热效应就是来源于化学键改组时键能