§2-1 共价键理论
教学目的:了解共价键的形成;掌握共价键的特点;认识各类共价键。
教学过程:
[新课引出]研究共价键的理论很多,例如:价键理论和分子轨道理论。本教材仅对价键理论作初步介绍。
[板]一、价键理论
1.共价键的形成
以氢气的形成叙述共价键的形成。图见课本
[结论] 所谓共价键是指原子间由于成键电子的原子轨道重叠而形成的化学键。
2.价键理论要点
价键理论(俗称电子配对法)的基本要点是:
(1)两原子接近时,自旋方向相反的未成对的价电子可以配对,形成共价键。
(2)成键电子的原子轨道如能重叠越多,所形成的共价键就越牢固——最大重叠原理。
二、共价键的特征
1.共价键的饱和性和方向性
[讲课要点]根据价键理论解释共价键具有饱和性和方向性。
三、共价键的类型
[讲课要点]简单介绍共价键的分类类型。
共价键若按是否有极性,可分为非极性共价键和极性共价键两大类型:
在此,我们着重根据原子轨道重叠部分所具有的对称性进行分类:
1、σ键
若原子轨道的重叠部分,对键轴(两原子的核间连线)具有圆柱型对称性的,所成的键就称为σ键。
即“头碰头”的方式。
2.π键
若原子轨道的重叠部分,对键轴所在的某一特定平面具有反对称性的,所成的键就称为π键。
即“肩并肩”的方式。
3.配位共价键
凡共用电子对由一个原子单方面提供而形成的共价键称为配位共价键。简称配位键或配价键。
形成配位键必须具备两个条件:(1)一个原子其价层有未共用的电子对(又称孤电子对);(2)另一个原子其价层有空轨道。
§2-2 键参数
教学目的:了解键的常用参数。
教学过程:
[板] 一、键长( l )
分子中成键的两原子核间的平衡距离(即核间距),称为键长或键距,常用单位为pm(皮米)。见表2-1
一般情况下,键合原子的半径越小,成键的电子对越多,其键长越短,键能越大,共价键就越牢固。
二、键能(E)
在一定温度和标准压力下,断裂气态分子的单位物质的量的化学键(即6.022×1023个化学键),使它变成气态原子或原子团时所需要的能量,称为键能,用符号E表示,其SI的单位为kJ·mol-1。
键能越大,表明该键越牢固,断裂该键所需要的能量越大。
三、键角(α)
在分子中键与键之间的夹角,称为键角。
见表2-2
§2-3 分子间力和氢键
教学目的:了解分子间极性,掌握分子间作用力。
教学过程:
[板] 一、分子的极性和变形性
[课题引出]以氯气、氯化氢为例说明极性和非极性分子。
[板] 1.分子的极性
如果两个电荷中心重合,分子就无极性,称为非极性分子。
如果两个电荷中心之间存在一定的距离,即形成偶极,这样的分子就有极性,称为极性分子。
[注意] 1、对于双原子分子来说,分子的极性和化学键的极性是一致的。
[例如]H2,O2,N2,C12等分子都是由非极性共价键相结合的,它们都是非极性分子;
2、对于不对称分子来说,极性键形成的分子一定是极性分子。
[例如] HF,HCl,HBr,HI
3、对于结构对称来说,两边键的极性相互抵消,整个分子的正、负电荷中心重合,故分子却是非极性分子。
[例如] CO2分子
[引深] 分子极性的大小通常用偶极矩来衡量。
偶极矩(μ)定义为分子中正电荷中心或负电荷中心上的荷电量(q)与正、负电荷中心间距离(d)的乘积:
见表2-3
[结论] 表中μ=0的分子为非极性分子,μ≠0的分子为极性分子。μ值越大,分子的极性越强。
[板] 2.分子的变形性
[课题引出] 上面所讨论的分子的极性与非极性,是在没有外界影响下分子本身的属性。如果分子受到外加电场的作用,分子内部电荷的分布因同电相斥、异电相吸的作用而发生相对位移。
(1)对非极性分子
[叙] 非极性分子在未受电场的作用前,正、负电荷中心重合,如图2-11(a)所示。当受到电场作用后,分子中带正电荷的核被吸向负极,带负电的电子云被引向正极,使正、负电荷中心发生位移而产生偶极(这种偶极称为诱导偶极),整个分子发生了变形。
[注]外电场消失时,诱导偶极也随之消失,分子恢复为原来的非极性分子。
(2)对于极性分子
[叙]对于极性分子来说,分子原本就存在偶极(称为固有偶极),通常这些极性分子在作不规则的热运动,如图2-12中(a)所示。当分子进入外电场后,固有偶极的正极转向负电场,负极转向正电场,进行定向排列,如图2-12(b)所示,这个过程称为取向。在电场的持续作用下,分子的正、负电荷中心也随之发生位移而使偶极距离增长,即固有偶极加上诱导偶极,使分子极性增加,分子发生变形,如图2-12(c)所示。如果外电场消失,诱导偶极也随之消失,但固有偶极不变。
[板]二、 分子间力
1.色散力
非极性分子的偶极矩为零,似乎不存在相互作用。事实上分子内的原子核和电子在不断地运动,在某一瞬间,正、负电荷中心发生相对位移,使分子产生瞬时偶极,如图2-13(a)。
当两个或多个非极性分子在一定条件下充分靠近时,就会由于瞬时偶极而发生异极相吸的作用,如图2-13(b)和(c)。
[板] 这种由于瞬时偶极而产生的相互作用力,称为色散力。
[注意]1、 色散力不仅是非极性分子之间的作用力,也存在于极性分子的相互作用之中。
2、色散力的大小与分子的变形性有关。变形性越大,分子之间的色散力越大,物质的熔点、沸点越高。
[板] 2.诱导力
图2-14 极性分子与非极性分子间的作用
[叙]极性分子中存在固有偶极,可以作为一个微小的电场。当非极性分子与它充分靠近时,就会被极性分子极化而产生诱导偶极(见图2—14),诱导偶极与极性分子固有偶极之间有作用力;同时,诱导偶极又可反过来作用于极性分子,使其也产生诱导偶极,从而增强了分子之间的作用力,这种由于形成诱导偶极而产生的作用力,称为诱导力。
[注意] 诱导力与分子的极性和变形性有关,分子的极性和变形性越大,其产生的诱导力也越大。当然,极性分子与非极性分子之间也存在色散力。
3.取向力
[叙] 当两个极性分子充分靠近时,由于极性分子中存在固有偶极,就会发生同极相斥、异极相吸的取向(或有序)排列,如图2—15(b)。
[注]取向力的大小决定于极性分子的偶极矩,偶极矩越大,取向力越大。
另外,极性分子之间也存在着诱导力[见图2—15(c)]和色散力。
[结论]1、在非极性分子之间只有色散力,在极性分子和非极性分子之间有诱导力和色散力,在极性分子和极性分子之间有取向力、诱导力和色散力。
2、分子间力具有下述特性:
(1)它是存在于分子间的一种作用力。
(2)作用能量一般是几千焦/摩,约比化学键小1-2个数量级。
(3)分子间力没有方向性和饱和性。
(4)是近距离的作用力,作用范围约为几百皮米(Pm)。
(5)三种作用力中色散力是主要的,诱导力是次要的,取向力只是在较大的分子间占一定的比例。
三、氢键
[课题引出]有表2-4可见,氧族与卤族除氟、氧外氢化物均随分子量增大而增大。氟化氢性质和水的性质的反常现象说明了氟化氢分子之间、水分子之间有很大的作用力,致使这些简单的分子成为缔合分子。——氢键
[板] 氢键的条件是:
(1)一个电负性大的原子X与H以共价键结合,共价键极性较大;
(2)有另一个电负性大且具有孤对电子的Y原子;
(3)Y与H定向靠近形成氢键;
[注] 氢键具有方向性和饱和性。
[引深] 能够形成氢键的物质很多,如水、醇、胺、羧酸、无机酸、水合物、氨合物等。
§2-4 热化学
教学目的:掌握热化学方程式的书写及反应热的计算。
教学过程:
[板] 一、反应热的概念及产生的原因
[叙] 我们知道化学反应的实质是化学键的重组。化学键的断裂需要吸收能量,而新键的生成又会放出能量。所以,化学变化过程中必然伴随着能量的变化。
[板]若化学反应时,系统不作非体积功,且反应终了(终态)与反应初始(始态)时的温度相同,则系统吸收或放出的热量,称作该反应的热效应。
二、热化学反应方程式
[叙]它的写法一般是在配平的化学反应方程式的右面加上反应的热效应。
[板] 书写热化学方程式,需注意以下几点:
(1)需注明反应的温度和压力条件;
(2)反应的焓变(△H)值与反应式中的化学计量数有关;
(3)需在反应式中注明物质的聚集状态;
(4)逆反应的热效应与正反应的热效应数值相同而符号相反。
例:
[板]三、热化学定律
[叙] 热化学定律是化学家归纳总结大量实验事实后得出的化学反应中热量变化规律。
[板] (1)在相同条件下,正反应与逆反应的△H数值相同,符号相反。
(2)一个反应若能分成两步或多步实现,则总反应的△H等于各步反应△H之和。
——该定律是1840年由瑞士化学家盖斯提出的,又称盖斯定律
例1 已知298 K时,有下列反应:
求反应:
解:反应
可以看作是下列二步反应之和:
反应式(1)=(2)+(3)
[板] 四、生成热(生成焓)
在一定温度(通常选定298 K)及标准压力下由元素的稳定单质生成单位物质的量的某化合物时的焓变,称为该化合物的标准摩尔生成热,简称生成热或生成焓,以表示,其SI单位为kJ·mol-1,下角“”表示生成反应。
[规定] 稳定单质的标准摩尔生成热等于零。
[引深]