2018安徽安徽高中化学竞赛无机化学无机5第五章分子结构和共价键理论.docx

2018 安徽安徽高中化学竞赛无机化学无机 -5- 第五章 分子结构和共价键理论 第五章 分子结构和共价键理论 0. 01 路易斯理论： 路易斯理论认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势， 以求得自 身的稳定。达到这种结构是通过共用电子对实现的。 路易斯理论解释了电负性差 比较小的元素的原子之间形成化学键的事实。 1. 01 氢气分子 H2 中化学键的本质： 1927 年，海特勒（ Heitler）和伦敦（ London）用量子力学处理氢气分子 H2，计算结果表明，两个具有 1s1 电子构型的 H 原子彼此靠近并保持一定距离时，两个 1s 电子以自旋相反的方式形成电子对， 使体系的能量降低，低于两个 H 原子单独存在时的能量，这表明两个 H 原子之间形成了化学键。 从电子云的观点考虑，可认为 H 的 1s 电子云在两核间出现的概率大，形成负电区。两核吸引核间负电区，使两个 H 原子结合在一起。 1. 02 共价键的形成： 若 A， B 两原子各有一个成单电子，且两个电子所在的原子轨道能量相近且对称性相同，当 A ，B 相互接近时，两电子可以自旋相反的方式结成电子对。于是体系能量降低，即形成化学键。 一对电子形成一个共价键。 形成的共价键越多， 则体系能量越低， 形成的分子越稳定。因此，各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键。 1. 03 共价配位键： 考察 CO 分子的成键情况： C 原子的最高能级为 2s2 2p2 O 原子的最高能级为 2 4 2s 2p 形成 CO 分子时共用三对电子，形成三个共价键。其中有一个共价键具有特殊 性 —— C 原子和 O 原子各提供一个 2p 轨道，互相重叠，但是电子是 由 O 原 子独自提供的。 这样的共价键称为共价配位键，经常简称为配位键或配键。 1. 04 共价配位键形成的条件： 共价配位键形成的条件是一个原子中有孤电子对， 而另一原子中有可与孤电 1/11 2018 安徽安徽高中化学竞赛无机化学无机 -5- 第五章 分子结构和共价键理论 子对所在轨道相互重叠的空轨道。 1. 05 共价键的饱和性和方向性： 共价键的数目由原子中单电子数目决定，单电子包括原有的和激发后生成 的。原子中单电子数决定了共价键的数目，所以共价键具有饱和性。 各原子轨道在空间的分布方向固定， 为了保证成键轨道在对称性一致的基础 上最大程度的重叠，原子间形成的共价键，当然要具有方向性。 1. 06 共价化合物中元素的化合价： 共价键的数目， 决定共价化合物中元素的化合价。 化合价的正与负取决于元 素的电负性大小，电负性大的为负价，电负性小的为正价。 1. 07 共价键的键型： 成键的两个原子的核间连线称为键轴。 按成键轨道与键轴之间的关系， 共价 键的键型主要分为两种： 键和 键。 键的特点是，键轴是成键轨道的任意多重轴。 键可以形象化地描述为 成键轨道的 “头碰头 ”重叠。 键的特点是，成键轨道绕键轴旋转 180°时，图形复原， 但符号改变。 键 可以形象化地描述为成键轨道的 “肩并肩 ”重叠。 不论分子中两个原子之间形成几个化学键，但 键只能有一个。 1. 08 键参数： 经常用几个物理量简单地描述化学键，这些物理量称为键参数。 键能 对于双原子分子， 键能等于解离能。 但对于多原子分子， 例如在 NH 3 分子中 3 个解离能 D 的数值不同。可以认为 NH 3 分子中 N－H 键的键能为 D1+D2 +D3 EN-H= 3 在不同的化合物中， 同一种化学键的键能经常是不同的。 列在键能表中的某化学键的键能数据，一般是各种化合物中该化学键的键能的均值。 键长 分子中成键两原子核之间的距离称为键长。 一般情况下键长越小， 化学键越强。 在不同化合物中，相同的键，其键长、键能并不相等。 键角 键角是分子中键轴与键轴之间的夹角。 2/11 2018 安徽安徽高中化学竞赛无机化学无机 -5- 第五章 分子结构和共价键理论 2. 01 杂化概念： 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， 产生的新轨道叫做杂化 轨道。 2. 02 杂化轨道的数目、能量： 杂化过程中形成的杂化轨道的数目，等于参加杂化的轨道数目。 杂化过程的实质是波函数的线性组合， 得到新的波函数 —— 杂化轨道的波 函数。所以在 sp 杂化轨道中，s 和 p 的成份各 1 ，在 sp2 杂化中， 占 1 ， 2 s 3 2 p 占。 3 s 和 p 之间形成的杂化轨道，其能量高于 s，低于 p。其中 p 的成份越多 能量越高。 2. 03 杂化轨道波函数的角度分布： 杂化轨道有自身的波函数