第二章微粒间的相互作用.docx
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第二章微粒间的相互作用
第二章微粒间的相互作用
化学研究中的分类思想：
分类思想是根据对象的共同点和差异点，将对象区分为不同层次的类别，把对象加以系统化，从而分类研究的思想方法。
本章中通过原子间能够以不同的类型的化学键互相结合，分子间存在的相互作用，原子形成的分子为什么有不同的立体结构等的研究，很好地体现了化学研究中的分类思想。
本章导读
知识要点
重要指数
链接考题
学习策略
1.共价键的形成、本质及共价键的特征与类型
★★★★★
例1、（07年荷泽）
例7、（01上海）
例15、（04日照）
例17、（04天津）
知道共价键的主要类型，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。
体验科学的魅力。
2.常见分子的立体构形及分子的性质
★★★★
例3、．（06全国Ⅱ
）
例9、（06·广州）
例14、（05·上海）
认识共价分子结构的多样性和复杂性，能根据有关理论判断简单分子或离子的构型，能说明简单配合物的成键情况，发展探究物质结构的兴趣。
3.离子键、配位键和金属键的形成过程及实质与特征。
★★★★
例8、（07年滨州）
例18、（04北京）
能说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质；知道金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。
4.分子间作用力的类型和范德华力的特点及对物质性质的影响
★★★
例2、（06·黄冈）
例5、（04·江苏）
结合实例说明化学键和分子间作用力的区别。
举例说明分子间作用力对物质的状态等方面的影响。
5.氢键的形成条件、类型、特点以及氢键对物质性质的影响
★★
例12．（06北京
）
列举含有氢键的物质，知道氢键的存在对物质性质的影响。
在理论分析和实验探究过程中学习辩证唯物主义的方法论，逐步形成科学的价值观。
6、化学键、共价键、离子键、金属键、分子间作用力、氢键之间的区别与联系
★★★★
例4、（06·临沂）
例13、（05广东）
学会运用结构来分析离子键、共价键、金属键、范德华力和氢键的方法。
通过对键的概念、微粒间的作用的学习，掌握使知识系统化和网络化的学习方法，感受物质结构的奇妙与和谐。
第一节共价键模型
“臭氧空洞”的危害已被人类所认识人。
南极上空部分区域臭氧接近消失。
“行善的臭氧”，是那些在高空大气平流层中的臭氧，它们能抵挡有害的紫外线，保护地球生物，降低我们接受日照后患皮肤癌的几率。
人类呼吸的氧气是由两个氧原子构成，而臭氧都是由三个氧原子组成。
同是氧原子构成的分子，其性质为什么不同呢？
显然是因为其结构不同引起的。
氧气和臭氧中有怎样的化学结构呢？
对共价键的学习肯定能帮你理解其中的奥秘。
高手支招之一：
细品教材
一、共价键
1、化学键的定义：
分子里相邻的原子之间强烈的相互作用叫化学键。
分子里原子之间的相互作用，按作用的强度分类分为两种，一种是强烈的，一种是微弱的，化学键是强烈的相互作用，而不是微弱的相互作用。
化学键是使原子（广义原子）相互联结形成分子（广义分子）的主要因素，化学键包括共价键、离子键、金属键三种类型。
关于化学键的理解：
“分子”是广义的分子，它不仅指H2、H2O、CO2、H2SO4等分子，还包括C（金刚石和石墨），Si、SiO2、NaC1、CaC12、Al、Cu等物质。
“原子”也是广义的原子，它不仅指H、O、Cl、S等原子，还包括Na+、Cl－等离子。
2、共价键的形成及本质
（1）定义：
原子间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键。
（2）共价键形成和本质
共价键形成的本质：
当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子配对成键，两原子核间的电子云密度增大，体系的能量降低。
如：
当两个氢原子相互接近时，若两个氢原子核外电子的自旋方向相反，它们接近到一定距离时，两个1s轨道发生重叠，电子云在两原子核之间出现的机会增大。
随着核间距离的减小，核间电子出现的机会增大，体系的能量降低，达到能量最低状态。
核间距进一步减小时，两原子间的斥力使体系的能量升高，这种排斥作用又将氢原子推回到平衡位置。
如图2-1
2-1
高手笔记：
自旋相反的未成对电子可配对形成共价键。
成键电子的原子轨道尽可能达到最大程度的重叠。
重叠越多，体系能量降低越多，所形成的
共价键越定。
以上称最大重叠原理。
（3）共价键的形成条件
①形成共价键的条件：
电负性相同或差值小的非金属元素原子相遇时，或同种或不同种非金属元素的原子相遇，且原子的最外电子层有未成对电子。
②形成共价键的微粒：
共价键成键的粒子是原子。
原子既可以是相同相同元素的原子，也可以是不同元素的原子。
③同种非金属元素原子间形成非极性键，如O2,H2,N2等。
不同种非金属元素原子间形成极性键，如HCl、CO2、H2SO4等。
高手笔记：
一般非金属元素的原子之间通过共价键结合。
如非金属气态氢化物、水、酸、非金属氧化物等物质中的元素都以共价键结合。
共价键存在于非金属单质、共价化合物中，也可存在于离子化合物中（例如，氢氧化钠、过氧化钠、硫酸钾等）。
例1、下列有关共价键的叙述中,不正确的是（）
A、某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数一定等于该元素原子的价电子数。
B、水分子内氧原子结合的电子数已经达到饱和，故不能再结合其他氢原子。
C、非金属元素原子之间形成的化合物也可能是离子化合物
D、所有简单离子的核电荷数与其核外电子数一定不相等。
解析：
非金属元素的原子形成的共价键数目取决于该原子最外层的不成对电子数，一般最外层有几个不成对电子就能形成几个共价键，故A说法不正确。
一个原子的未成对电子一旦与另一个自旋相反的未成对电子成键后，就不能再与第三个电子再配对成键，因此，一个原子有几个不成对电子，就会与几个自旋相反的未成对电子成键，这就是共价键的饱和性，故一个氧原子只能与两个氢原子结合生成H2O，B正确。
非金属元素原子之间形成的化合物也可能是离子化合物，如NH4Cl等铵盐。
不管是阴离子还是阳离子，核内质子数与核外电子数必定存在差别。
此差值就是离子所带的电荷数。
答案：
A
（3）共价键形成的表示
1电子式：
a、原子的电子式：
中性原子最外层电子数未发生变化，书写时应把最外层电子都表达出来，排列形式一般要求在元素符号的上下左右四个方向，以不超过3个电子而排列开来画出。
以电子对的形式表示。
例如，氧原子等。
各主族元素原子的典型电子式
族
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
典型元素的电子式
b、共价化合物的电子式
共价化合物分子是由原子通过共用电子对结合而成的，书写电子式时，应把共用电子对写在两成键原子之间，然后不要忘记写上未成键电子。
如果是不同键型也可用电子对的位置不同显示出来。
例如：
Cl—Cl键是非极性键，共用电子对应写在两个Cl原子正中间。
HCl，H—Cl是极性键，共用电子对应偏离H原子而偏向Cl原子。
如果是多原子形成的分子，有时电子式也可粗略地显示出分子的构型来。
如H2O2、NH3、HClO分子的电子式：
用电子式表示化合物的形成过程
共价键的形成用电子式表示时，同样是前面写出成键原子的电子式，后面写出共价型分子的电子式，中间用—箭头→连起来即可。
如
HCl：
H2：
高手笔记：
用电子式表示化合物时，一要搞清成键原子间形成的离子键还是共价键；二是不要混淆“用电子式表示物质”和“用电子式表示分子的形成过程”。
前者只要求写化合物的电子式，后者要表示出过程。
例2、下列分子含有的电子数目与HF相同，且只有两个极性共价键是（）
A、CO2B、N2OC、H2OD、CH4
解析：
HF含有10个电子，CO2含有22个电子，N2O含有22个电子，H2O含有10个电子，2个O-H极性键，CH4含有10个电子，4个C-H极性键。
答案：
C
3、σ键与π键
（1）定义：
σ键：
原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键称为σ键。
π键：
原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键称为π键。
（2）形成：
分子中σ键的形成时电子云示意图：
（图2-2）
“肩并肩”方式形成的π键（图2-3）
如：
氮原子的价电子排布是2S22P3。
根据洪特规则，氮原子中处于2P轨道的三个电子实际上分别占据2PX、2Py和2PZ三个原子轨道，是三个未成对电子。
当形成氮分子的氮原子相互接近时，若一个氮原子2Pz轨道上的一个电子与另一个氮原子2Pz轨道上的一个电子配对形成一个共价键，此时它们的2Px和2Py轨道会同时分别发生重叠，因此处于这两个轨道上的电子也会分别两两配对形成两个共价键，从而形成氮氮叁键：
N
N。
仔细分析氮分子中的三个共价键，可以发现它们并不是完全等同的。
当两个氮原子的2Pz轨道以“头碰头”的方式相互重叠形成σ键时，2Px和2Py轨道只能分别采取相互平行“肩并肩”的方式重叠形成π键。
原子轨道以“头碰头”的方式比以“肩并肩”的方式重叠的程度大，电子在核间出现的概率大，形成的共价键强。
高手笔记：
在由两个原子形成的多个共价键中，只能有一个σ键，而π键可以是一个或多个。
例如，氮分子的N≡N中有一个σ键，两个π键。
原子轨道以“头碰头”的方式比以“肩并肩”的方式重叠的程度大，电子在核间出现的概率大，形成的共价键强。
例3、下列物质的分子中既有σ键，又有π键的是（）
①HCl②H2O③N2④H2O2⑤C2H4
⑥C2H2
A、①②③ B、③④⑤⑥
C、①③⑥ D、③⑤⑥
解析：
共价键尽可能沿着原子轨道重叠最大的方向形成，这样原子轨道重叠愈多，形成的键越牢固。
其中σ键是原子轨道以“头碰头”的方式成键，π键是原子轨道以“肩并肩”的方式成键，σ键比π键强。
当两个原子间能形成多个共用电子对时，先形成一个σ键，另外的原子轨道只能形成π键。
N2中有三个共价键；一个σ键，两个π键；C2H4中碳碳原子之间有两个共价键：
一个σ键，一个π键；C2H2中碳碳原子之间有三个共价键：
一个σ键，两个π键。
答案：
D
4、共价键的特征
共价键的特征：
共价键具有方向性和饱合性
（1）饱合性：
一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个未成对电子配对成键后，就不能再与其他原子的未成对电子配对成键，即每个原子所能形成共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的，这称为共价键的饱和性。
例如，氯原子中只有一个未成对电子，所以两个氯原子之间可以形成一个共价键，结合成氯分子，表示为Cl-Cl；氮原子中有三个未成对单电子，两个氮原子之间能够以共价叁键结合成氮分子，表示为N≡N，一个氮原子也可与三个氢原子以三个共价键结合成氨分子。
（2）方向性：
共价键将尽可能沿着电子概率出现最大的方向形成，这就是共价键的方向性。
除s轨道是球形对称的外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点，在形成共价键时，原子轨道重叠得愈多，电子在核间出现的概率愈大，所形成的共价键就愈牢固。
例如，硫原子的价电子构型是3s23p4，有两个未成对电子，如果它们分布在互相垂直的3Px和3Py轨道中，那么当硫原子与氢原子结合生成硫化氢分子时，一个氢原子的1s轨道上的电子能与硫原子的3px轨道上的电子配对成键，另一个氢原子的1s轨道上的电子只能与硫原子的3py轨道上的电子配对成键。
高手笔记：
共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。
共价键的方向决定了分子的立体构型。
例4、共价键是有饱和性和方向性的，下列关于共价键这两个特征的叙述中，不正确的是（）
A、共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的
B、共价键的方向性是由成键原子的轨道的方向性决定的
C、共价键的饱和性决定了分子内部的原子的数量关系
D、共价键的方向性决定了分子的立体构型
E、共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
F、硫化氢分子中的两个共价键的夹角与硫原子的两个未成对电子所在的原子轨道的夹角有关
解析：
一般的，原子的未成对电子一旦配对成键，就不再与其他原子的未成对电子配对成键了，故原子的未成对电子数目决定了该原子形成的共价键具有饱和性，这一饱和性也就决定了该原子成键时最多连接的原子数，故A、C正确；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大越好，为了达到原子轨道的最大重叠程度，成键的方向与原子轨道的伸展方向就存在着必然的联系，这种成键的方向性也就决定了所形成分子的构型，故B、D、F正确。
E是错误的。
答案：
E
4.极性键和非极性键
（1）、定义：
极性键-当成键原子所属元素的电负性不同，两个原子吸引电子的能力不同，共用的电子偏向电负性大的原子一方，电子在此原子周围出现的概率相较大而使其带部分负电荷，元素电负性小的原子带部分正电荷。
这种共价键叫极性共价键，简称极性键。
非极性键-当成键原子所属元素的电负性相同，两个原子吸引电子的能力相同，共用的电子不偏向其中任何一个原子，电子在每个原子周围出现的概率相等，参与成键的原子都不显电性，叫非极性共价键，简称非极性键。
（2）、非极性键的形成条件：
原子所属元素的电负性相同，即两个原子吸引电子的能力相同。
如：
H-H键、Cl-Cl键、N≡N键都是非极性键。
非极性键可以存在于单质中，也可以存在于化合物中，如Na2O2中的0-0键，CH3CH2OH中的C-C键。
（3）、极性键的形成条件：
原子所属元素的电负性不同，两个原子吸引电子的能力也就不同。
如：
HCl分子中,CL吸引电子的能力比H强,共用电子对偏向Cl原子,偏离H原子,而使Cl一方相对显负电性,H一方相对显正电性。
如H2O中的0-H键,CO2中的C=O键都是极性键。
极性键不存在于单质分子中,只存在于化合物中,如NaOH中的O-H键,NH4Cl中的N-H键,CH4中的C-H键等都是极性键。
高手笔记：
在极性键中，根据成键原子所属元素电负性的差值不同，形成的共价键的极性强弱也有所不同。
所以，极性键又有强极性键（如H-F中的极性键）和弱极性键（如H-I中的极性键）之分。
当电负性差值为零时，通常形成非极性共价键；差值不为零时，形成极性共价键；而且差值越小，形成的共价键极性越弱。
例5、从电负性角度来判断下列元素之间易形成共价键的是（）
A、Na和ClB、Cl和HC、Na和HD、I和Br
解析：
电负性相同或差值小的非金属元素的原子间形成的化学键为共价键。
答案：
BD
二、键参数
定义：
像“键能”、“键长”这样一些表明化学键性质的物理量，通常称为“键参数”。
高手笔记：
共价键的键参数主要有键能、键长、键角和键的极性。
1、键能
（1）定义：
在101.3kPa、298K条件下，断开1molAB（g）分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A-B键的键能。
（2）表示方示：
EA-B（A和B分别表示成键的两个原子，可以相同，也可以不同）
（3）特点：
定量地表示化学键的强弱程度。
键能愈大，断开时需要的能量愈多，这个化学键就愈牢固；反之，键能愈小，断开时需要的能量就愈少，这个化学键就愈不牢固。
（4）可以判断分子的相对稳定性。
如：
EH-1=297kJ·mol-1，而EH-Cl=431kJ·mol-1，所以碘化氢分子较不稳定，易分解，氯化氢分子则较稳定，难以分解。
高手笔记：
键能的概念是为对比键的强度提出来的，是从能量角度来衡量共价键强度的物理量。
例6、根据下表中所列键能的数据，判断下列分子中，最不稳定的是（）
化学键
H-H
H-Cl
H-Br
Br-Br
键能/KJ·mol-1
436
431
363
193
A、HClB、HBrC、H2D、Br2
解析：
分子中共价键的键能越大，键长越短，键越牢固，分子越稳定。
答案：
D
2.键长
（1）定义：
两个成键原子的原子核间的距离叫做该化学键的键长。
如：
在氯分子中，两个氯原子的原子核间的距离（简称核间距）就是Cl—Cl键的键长。
同样，在氯化氢分子中，氢原子与氯原子的核间距，就是H-Cl键的键长。
（2）特点：
化学键的键长愈短，化学键愈强，键愈牢固.
（3）意义：
键长是影响分子空间构型的因素之一。
高手笔记：
同一种键在不同分子中的键长不同，通常所用的数据是一种统计平均值即平均键长作为该键的键长。
例如，C—C单键的键长在金刚石中为154.2pm，在乙烷中为153.3pm，在丙烷中为154pm，在环已烷中为153pm，因此将C—C单键的键长定为154pm。
就相同的两原子形成的键而言，单键键长＞双键键长＞叁键键长。
例7、下列单质分子中，键长最长，键能最小的是（）
A．H2B．Cl2C．Br2D．I2
解析：
决定键长的因素是原子半径的大小。
本题转化为如何比较上述四种元素原子半径的大小。
结合半径变化规律，四者的半径大小顺序为：
I>Br>Cl>H.
答案：
D
3.键角
（1）定义：
在多原子分子中，两个化学键之间的夹角叫做键角。
（2）意义：
键角常用于描述多原子分子的空间构型。
例如：
二氧化碳分子中两个碳氧键（C=O）间的夹角为180°，所以CO2分子是直线型；水分子中两个氢氧键（H-O）间的夹角为104.5°，所以H2O分子不是直线形而是V形形。
氨分子中每两个氮氢键（N-H）间的夹角均为107.3°，所以NH3分子是三角锥形。
例9、下列分子中键角最大的是（）
A．CH4B．NH3
C．H2OD．CO2
解析：
CH4分子是正四面体结构，键角为109.5°，NH3分子呈三角锥形，键角约107.3°，H2O是V形分子，两个H—O键的键角为104.5°，CO2是直线形分子，键角为180°。
答案：
D
键角是分子中价键与价键键轴之间的夹角，键角是反映分子空间构型的一个重要参数。
键角是共价键方向性的反映。
键角与分子的形状（空间构型）有密切联系。
一般而言，根据分子中的键角和键长可确定分子的空间构型，键角还可以影响分子的溶解性、熔沸点等。
高手支招之二：
基础整理
本节在原子结构的量子力学模型的基础上，利用基态原子的核外电子排布的知识、电负性的知识，探讨共价键的形成和实质、共价键的类型、共价键的特征，并介绍键参数。
通过交流与研讨来学习δ键和π键。
方向性（决定了）分子立体构型
本质（决定了）特点
饱合性（决定了）原子按一定数目结合
共价键模型
极性键和非极性键（按共用电子对是否有偏移来分）
分类
σ键与π键（按原子规道重叠方式来分）
键能（键能的大小描述键的强弱，键能越大同，键就越强）
键参数键长（键长越短，键越牢固）
键角（和化学键的方向性共同决定分子的空间构型）
高手支招之三：
综合探究
一、σ键与π键的比较
1、σ键的特点是：
两个原子的成键轨道沿键轴的方向以“头碰头”的方式重叠。
原子轨道重叠部分沿着键轴呈圆柱形对称，由于成键轨道在轴向上重叠，故成键时原子轨道发生最大程度的重叠，所以σ键的键能大，稳定性高（能量低）。
形成σ键的两原子轨道沿键轴方向进行重叠，重叠部位在两原子核间，键轴处。
重叠程度较大。
2、π键的特点是：
两个原子轨道以平行或“肩并肩”方式重叠，原子轨道重叠部分对通过一个键轴的平面具有镜面反对称性，从原子轨道重叠的程度看，π键轨道重叠程度要比σ键轨道重叠程度小，π键的键能要小于σ键的键能，所以π键的稳定性也低于σ键。
π键的电子活动性较高，它是化学反应的积极参加者。
形成π键的两原子轨道沿键轴方向在键轴两侧平行重叠，所形成的键称π键。
重叠部位在键轴上、下方，键轴处为零。
重叠程度较小。
3、σ键和π键的特征比较
键类型
σ键
π键
原子轨道重叠方式
沿键轴方向相对重叠
沿键轴方向平行重叠
原子轨道重叠部位
两原子核之间，在键轴处
键轴上方和下方，键轴处为零
原子轨道重叠程度
大
小
键的强度
较大
较小
化学活泼性
不活泼
活泼
二．共价键与分子的立体构型
键角
1800
1200
109o28’
中心原子位置
ⅡA，ⅡB
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
中心原子孤对电子数
0
0
0
1
2
3
分子几何构型
直线型
平面三角
正四面体
三角锥
V字形
直线型
实例
BeCl2
HgCl2
BF3
CH4
SiCl4
NH3
PH3
H2O
H2S
HCl
高手支招之四：
典题例析
例1、从键能的角度来看，下列物质中与H2化合时，最难的是（）
A、氟气B、氮气C、氯气D、氧气
解析：
氮气中化学键是三键，键能大，键能越大，化学键就越牢固，含有该键的分子就越稳定，越不易发生化学反应。
答案：
B
例2、X、Y两元素的原子，当它们分别获得两个电子，形成稀有气体元素原子的电子层结构时，X放出的能量大于Y放出的能量；Z、W两元素的原子，当它们分别失去一个电子形成稀有气体元素的原子的电子层结构时，W吸收的能量大于Z吸收的能量，则X、Y和Z、W分别形成的化合物中，最不可能是共价化合物的是（）
A、Z2XB、Z2YC、W2XD、W2Y
解析：
X比Y易得电子，Z比W易失电子，故X、Z的电负性相差最大，形成的是离子键。
答案：
A
例3、对X—O—H型化合物而言，X是除去H、O外的其他元素时，下列各说法中，正确的是（）
A、当X是活泼的金属时，它一定是强碱
B、当X是得电子能力很强的元素时，X—O—H一定为酸
C、X—O—H的水溶液不能导电
D、X—O—H一定是直线形的
解析：
当X为活泼金属时，X-O的键极性较强，X—O—H易从X—OH处断裂，而呈强碱性；当X为非金属性强的元素时，X吸引O的能力增强，共用电子对向X方向偏移，增强了O—H的极性，易从XO—H处断裂，而显酸性，如HCIO。
而X没有具体指明为何种元素时，无法判断其溶液的导电性。
又由于O的两个未成对电子在p轨道上，当其形成共价键时，不可能是直线形的。
答案：
AB
例4、下列物质的变化过程中，有共价键明显被破坏的是（）
A、I2升华
B、NaCl颗粒被粉碎
C、HCl溶于水得盐酸
D、从NH4HCO3中闻到了刺激性气味
解析：
A、I2的升华是物理变化，共价键未被破坏。
B、NaCl是离子化合物，其中有离子键而无分子间作用力，NaCl颗粒被粉碎的过程有离子键被破坏。
C、HCl是共价型分子，分子中有共价键。
HCl溶于水形成盐酸的过程中有变化：
HCl===H++Cl-，此变化中H—Cl共价键被破坏。
D、NH4HCO3是由
和
组成的离子化合物，NH4+与
之间的化学键是离子键。
内的有关原子之间HCO3-内的有关原子之间的化学键是共价键。
从NH4HCO3中闻到刺激性气味，是因为发生了化学反应：
NH3HCO3=NH3↑+CO2↑+H2O。
比较NH3与
、CO2与
的组成可知，NH4HCO3分解的过程既有离子键被破坏，又有共价键被破坏。
答案：
CD
例5、有以下物质：
①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN（H—C≡N）；只含有极性键的是；只含有非极性键的是；既有极性键，又有非极性键的是；只有σ键的是；既有σ键，又有π键的是。
含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是，含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是，含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的
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