新人教化學(xué)選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》全部教學(xué)案

新課標(biāo)人教版選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》全部教學(xué)案引言【知識(shí)要點(diǎn)】組成和性質(zhì)化學(xué)研究性質(zhì)和變化1、分子的組成不同——結(jié)構(gòu)不同——性質(zhì)不同元素種類一樣2、分子組成相同——結(jié)構(gòu)不同——性質(zhì)不同化學(xué)式3、分子組成不同，但結(jié)構(gòu)相似——性質(zhì)相似4、無(wú)機(jī)物中，化學(xué)組成相同，但晶體結(jié)構(gòu)不同，從而導(dǎo)致性質(zhì)不同。第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】1、根據(jù)構(gòu)造原理寫出1～36號(hào)元素原子的電子排布式；2、核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，電子云與原子軌道；3、泡利原理、洪特規(guī)那么?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】1、電子云和原子軌道；2、基態(tài)、激發(fā)態(tài)和光譜?！驳?課時(shí)〕【知識(shí)要點(diǎn)】一、原子的誕生1932年勒梅特首次提出了現(xiàn)代宇宙大爆炸理論：整個(gè)宇宙最初聚集在一個(gè)“原始原子”中，后來(lái)發(fā)生了大爆炸，碎片向四面八方散開(kāi)，形成了我們的宇宙。大爆炸后兩小時(shí)，誕生了大量的、少量的及極少量的Li，然后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)或短的開(kāi)展過(guò)程，以上元素發(fā)生原子核的熔合反響，分期分批的合成了其它元素。元素宇宙中最豐富的元素占88.6%〔氦1／8〕，地球上的元素大多數(shù)是金屬，非金屬元素〔包括稀有氣體〕僅種。二、原子結(jié)構(gòu)模型〔人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歷史〕古希臘哲學(xué)家德謨克利特是原子學(xué)說(shuō)的奠基人，他認(rèn)為原子是構(gòu)成物質(zhì)的粒子。萬(wàn)物都是由間斷的、不可分的粒子即原子構(gòu)成的，原子的結(jié)合和別離是萬(wàn)物變化的根本原因。1、道爾頓原子模型〔1803年〕英國(guó)科學(xué)家道爾頓是近代原子學(xué)說(shuō)的創(chuàng)始人。他認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的根本粒子，它們是堅(jiān)實(shí)、不可再分的實(shí)心球，同種原子的質(zhì)量和性質(zhì)都相同。2、湯姆生原子模型〔1904年〕英國(guó)科學(xué)家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子。他認(rèn)為原子是一個(gè)平均分布著正電荷的粒子，其中鑲嵌著許多電子，中和了正電荷，從而形成了中性原子?！惨卜Q“棗糕”模型或“葡萄干布丁”模型〕3、盧瑟福原子模型〔1911年〕英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福根據(jù)α—粒子散射實(shí)驗(yàn)提出：在原子的中心有一個(gè)帶正電荷的核，它的質(zhì)量幾乎等于原子的全部質(zhì)量，電子在它的周圍沿著不同的軌道運(yùn)轉(zhuǎn)，就象行星環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)一樣?！搽娮永@核旋轉(zhuǎn)的原子結(jié)構(gòu)模型〕4、玻爾原子模型〔1913年〕丹麥物理學(xué)家玻爾通過(guò)光譜研究提出電子在核外空間的一定軌道內(nèi)繞核做高速圓周運(yùn)動(dòng)的理論?！埠送怆娮臃謱优挪嫉脑咏Y(jié)構(gòu)模型〕5、電子云模型〔1927年—1935年〕又稱現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。奧地利物理學(xué)家薛定諤等人以量子力學(xué)為根底，根據(jù)微觀世界的波粒二象性規(guī)律，提出用量子力學(xué)的方法描述核外電子運(yùn)動(dòng)，即用電子云描述核外電子的運(yùn)動(dòng)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，科學(xué)家已經(jīng)能利用電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡來(lái)拍攝表示原子圖像的照片，并且能在晶體硅外表上用探針對(duì)硅原子進(jìn)行“搬遷”。三、能層與能級(jí)1、對(duì)于多電子原子的核外電子，按能量的差異將其分成不同的；在同一個(gè)原子中，離核越近，電子能量越。由里向外，分別用字母：、、、、、、…表示相應(yīng)的分別第一、二、三、四、五、六、七能層。各能層最多容納的電子數(shù)為。能層一二三四五六七……符號(hào)KLMNOPQ……最多電子數(shù)2、對(duì)于多電子原子，同一能層的電子能量也可能不同，將其分成不同的。同一能層里，能級(jí)的能量按s、p、d、f、……的次序，即E〔s〕＜E〔p〕＜E〔d〕＜E〔f〕。注意：K層指包含一個(gè)能級(jí)，即s能級(jí)；L層包含兩個(gè)能級(jí)，s和p能級(jí)；M層包含三個(gè)能級(jí)，s、p和d能級(jí)；N層包含四個(gè)能級(jí)，s、p、d、f能級(jí)。每個(gè)能層中，能級(jí)符號(hào)的順序是ns、np、nd、nf……能層(n)一二三四五六七符號(hào)KLMNOPQ能級(jí)(l)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s………最多電子數(shù)2……………2n2小結(jié)：〔1〕每個(gè)能層中，能級(jí)符號(hào)的順序是ns、np、nd、nf……〔2〕任一能層，能級(jí)數(shù)能層序數(shù)〔填“＞”“＜”或“＝”〕〔3〕s、p、d、f……可容納的電子數(shù)依次是、、、……的兩倍〔4〕同一能級(jí)容納的電子數(shù)相同［練習(xí)］：寫出以下原子的電子排布式。1H2He5B10Ne11Na19K［思考］鉀原子的電子排布為什么是2、8、8、1而非2、8、9？三、構(gòu)造原理——基態(tài)原子電子排布式構(gòu)造原理：電子填充的先后順序〔構(gòu)造原理〕為：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p……ns(n－2)f(n構(gòu)造原理揭示了原子核外電子的能級(jí)分布。不同能層的能級(jí)有交錯(cuò)現(xiàn)象，如E(3d)＞E(4s)、E(4d)＞E(5s)、E(5d)＞E(6s)、E(6d)＞E(7s)、E(4f)＞E(5p)等。構(gòu)造原理是書(shū)寫基態(tài)原子電子排布式的依據(jù)，也是繪制基態(tài)原子電子排布圖〔即軌道表示式〕的主要依據(jù)之一。如：Na：1s22s22p63s1，能級(jí)符號(hào)上面數(shù)字是該能級(jí)上的電子數(shù)。［練習(xí)］：寫出以下原子的電子排布式。13Al19K20Ca26Fe35Br37Rb也可以簡(jiǎn)寫：如7N:[Ne]2s22p211Na:[He]3s1［練習(xí)］：寫出以下原子的電子排布式的簡(jiǎn)寫形式。13Al19K20Ca26Fe35Br37Rb注意：1~36號(hào)元素24Cr、29Cu不符合構(gòu)造原理。24Cr1s22s22p63s23p63d54s129Cu1s22s22p63s23p63d104s1四、基態(tài)、激發(fā)態(tài)、光譜1、基態(tài)：能量狀態(tài)。如處于最低能量狀態(tài)的原子稱為基態(tài)原子。2、激發(fā)態(tài)：能量狀態(tài)〔相對(duì)基態(tài)而言〕。如基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子躍遷至較高能級(jí)成為激發(fā)態(tài)原子。3、基態(tài)與激發(fā)態(tài)相互轉(zhuǎn)化的能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系〔〕能量基態(tài)原子激發(fā)態(tài)原子〔〕能量4、光譜：不同元素的原子發(fā)生躍遷時(shí)會(huì)能量〔基態(tài)→激發(fā)態(tài)〕和能量〔基態(tài)→激發(fā)態(tài)〕，產(chǎn)生不同的光譜——原子光譜〔吸收光譜和發(fā)射光譜〕。利用光譜分析可以發(fā)現(xiàn)新元素或利用特征譜線鑒定元素。如科學(xué)家們通過(guò)太陽(yáng)光譜的分析發(fā)現(xiàn)了稀有氣體氦，化學(xué)研究中利用光譜分析檢測(cè)一些物質(zhì)的存在與含量。五、電子云與原子軌道核外電子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：①質(zhì)量極?、谶\(yùn)動(dòng)空間極?、蹣O高速運(yùn)動(dòng)1、電子云：電子在原子核外空間一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的，象一團(tuán)帶負(fù)電的云霧籠罩在原子周圍。電子云是核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的形象化描述。［思考］：1s電子云，許多黑點(diǎn)是否代表電子？2、原子軌道——不同能級(jí)上的電子出現(xiàn)概率約為的電子云空間輪廓圖［思考］：原子軌道與宏觀物體運(yùn)動(dòng)的軌道是否相同？s電子的原子軌道呈對(duì)稱，每個(gè)s能級(jí)能級(jí)各有個(gè)原子軌道，能層序數(shù)越大，s原子軌道的半徑越大。；p電子的原子軌道呈形，，每個(gè)p能級(jí)有個(gè)軌道，它們互相垂直，分別以px、py、pz為符號(hào)。p原子軌道的平均半徑也隨能層序數(shù)增大而增大。 d能級(jí)各有個(gè)原子軌道；f能級(jí)各有個(gè)原子軌道。[小結(jié)]：s、p、d、f……可容納的電子數(shù)依次是1、3、5、7……的兩倍，此處的1、3、5、7……應(yīng)為s、p、d、f……的軌道數(shù)。據(jù)此分析每個(gè)軌道最多容納各電子。3、軌道表示式：用“□”表示軌道，用“↑”或“↓”表示容納的電子。1s1s如：1H2He1s2s1s2s2p↑↑↑3Li6C↑↑↑注意：、ns能級(jí)各有1個(gè)軌道，np能級(jí)各有3個(gè)軌道，nd能級(jí)各有5個(gè)軌道，nf能級(jí)各有7個(gè)軌道。而每個(gè)軌道里最多能容納2個(gè)電子，通常稱為電子對(duì)，用方向相反的箭頭“↑↓”來(lái)表示?！啊薄啊北硎咀赃x方向相反。［練習(xí)］：寫出以下原子的軌道表示式。7N8O13Al18Ar26Fe27Co〔1〕泡利原理：每個(gè)原子軌道里最多只能容納個(gè)電子，且自旋方向。也稱泡利不相容原理，任何一個(gè)原子里絕不會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子。能層運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包含能級(jí)軌道自旋方向〔2〕洪特規(guī)那么：電子排布在同一能級(jí)的各個(gè)軌道時(shí)，優(yōu)先占據(jù)不同的軌道且自旋方向相同。特例：24Cr1s22s22p63s23p63d54s129Cu1s22s22p63s23p63d104s1↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑半充滿全充滿[小結(jié)]：1、電子排布為全充滿、半充滿或全空是能量最低，此時(shí)最穩(wěn)定。2、基態(tài)原子的核外電子排布要遵循的原那么是、、。3、核外電子的表示方法〔1〕電子式〔2〕原子結(jié)構(gòu)示意圖〔3〕核外電子排布式〔4〕軌道表示式【穩(wěn)固練習(xí)】1、以下有關(guān)電子云和原子軌道的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕A、原子核外的電子象云霧一樣籠罩在原子核周圍，故稱電子云B、s能級(jí)的原子軌道呈球形，處在該軌道上的電子只能在球殼內(nèi)運(yùn)動(dòng)C、p能級(jí)的原子軌道呈紡錘形，隨著能層的增加，p能級(jí)原子軌道也在增多D、與s電子原子軌道相同，p電子原子軌道的平均半徑隨能層的增大而增大2、當(dāng)鎂原子由1s22s22p63s2→1s22s22p63p2時(shí)，以下認(rèn)識(shí)正確的選項(xiàng)是〔〕A、鎂原子由基態(tài)轉(zhuǎn)化成激發(fā)態(tài)，這一過(guò)程中吸收能量B、鎂原子由激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)化成基態(tài)，這一過(guò)程中釋放能量C、轉(zhuǎn)化后位于p能級(jí)上的兩個(gè)電子處于同一軌道，且自旋方向相同D、轉(zhuǎn)化后鎂原子與硅原子電子層結(jié)構(gòu)相同，化學(xué)性質(zhì)相似3、一個(gè)電子排布為1s22s22p63s23p1的元素最可能的價(jià)態(tài)是〔〕A、+1B、+2C、+3D、4、以下關(guān)于稀有氣體的表達(dá)不正確的選項(xiàng)是〔〕A、原子的電子排布最外層都是以P6結(jié)束B(niǎo)、其原子與同周期ⅠA、ⅡA族陽(yáng)離子具有相同電子排布式C、化學(xué)性質(zhì)非常不活潑D、一定條件下，也可以形成稀有氣體化合物4、以下基態(tài)原子的電子構(gòu)型中，正確的選項(xiàng)是〔〕A、3d94s2B、3d44s2C、4d105s0D、4d5、同一原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)相比擬〔〕A、基態(tài)時(shí)的能量比激發(fā)態(tài)時(shí)高B、基態(tài)時(shí)比擬穩(wěn)定C、基態(tài)時(shí)的能量比激發(fā)態(tài)時(shí)低D、激發(fā)態(tài)時(shí)比擬穩(wěn)定6、假設(shè)某基態(tài)原子的外圍電子排布為4d15s2，那么以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕A、該元素基態(tài)原子中共有3個(gè)電子B、該元素原子核外有5個(gè)電子層C、該元素原子最外層共有3個(gè)電子D、該元素原子M能層共有8個(gè)電子7、下表列出了核電荷數(shù)為21~25的元素的最高正化合價(jià)，答復(fù)以下問(wèn)題：元素名稱鈧鈦釩鉻錳元素符號(hào)ScTiVCrMn核電荷數(shù)2122232425最高正價(jià)+3+4+5+6+7〔1〕寫出以下元素基態(tài)原子的核外電子排布式：Sc_________Ti_______________________________V____________________________Mn______________________________〔2〕比照上述五種元素原子的核外電子排布與元素的最高正化合價(jià)，你發(fā)現(xiàn)的規(guī)律是____________________________；出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是_____________________。8、以以下出的是一些原子的2p能級(jí)和3d能級(jí)中電子排布的情況。試判斷，哪些違反了泡利不相容原理，哪些違反了洪特規(guī)那么?！?4)(5)違反泡利不相容原理的有，違反洪特規(guī)那么的有。9、某元素的激發(fā)態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p34s1，那么該元素基態(tài)原子的電子排布式為；元素符合為。穩(wěn)固練習(xí)參考答案：1、D2、A3、C4、AB5、C6、B7、1s22s22p63s23p63d14s21s22s22p63s23p63d24s21s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d54s28、〔1〕〔2〕〔4〕〔5〕9、1s22s22p63s23p4S第二節(jié)原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)一、原子結(jié)構(gòu)與元素周期表在周期表中同一橫行的元素原子所含有的相同。同一縱行相同。每一個(gè)周期總是由〔ns1〕開(kāi)始到〔ns2np6〕結(jié)束.如此循環(huán)往復(fù)，可見(jiàn)元素周期系的形成是由于的排布發(fā)生周期性的重復(fù)。隨著核電荷數(shù)的遞增，電子在能級(jí)里的填充順序遵循原理，不同周期里所含元素種類不一定相同，并且隨著周期序號(hào)的遞增，金屬元素的種類也逐漸，非金屬的種類也逐漸。周期一二三四五六七合計(jì)元素種類金屬元素種類未排滿非金屬元素種類未排滿通過(guò)上述表格我們發(fā)現(xiàn)非金屬元素種類+周期序數(shù)=科學(xué)探究1、元素的分區(qū)和族1)s區(qū):,最后的電子填在上,包括,屬于活潑金屬,為堿金屬和堿土金屬;2)p區(qū):,最后的電子填在上,包括族元素,為非金屬和少數(shù)金屬;3)d區(qū):,最后的電子填在上,包括族元素,為過(guò)渡金屬;4)ds區(qū):,(n-1)d全充滿,最后的電子填在上,包括,5)f區(qū):,包括元素區(qū)全是金屬元素，非金屬元素主要集中區(qū)。主族主要含區(qū)，副族主要含區(qū)，過(guò)渡元素主要含區(qū)。[思考]周期表上的外圍電子排布稱為“”，這是由于這些能級(jí)上的電子數(shù)可在化學(xué)反響中。小結(jié)：S區(qū)元素價(jià)電子特征排布為ｎS1~2，價(jià)電子數(shù)等于族序數(shù)。ｄ區(qū)元素價(jià)電子排布特征為〔ｎ-1〕d1~8ns1~2；價(jià)電子總數(shù)等于列序數(shù)；ds區(qū)元素特征電子排布為(n-1)d10ns1~2，價(jià)電子總數(shù)等于所在的列序數(shù)；p區(qū)元素特征電子排布為ns2np1~6；價(jià)電子總數(shù)等于主族序數(shù)。每個(gè)縱行價(jià)電子總數(shù)是否相等？練習(xí)：原子序數(shù)電子排布式在周期表中的位置是金屬還是非金屬最高價(jià)氧化物的水化物化學(xué)式及酸堿性氣態(tài)氫化物的化學(xué)式151s22s22p63s23p4第二周期VA族二、元素周期律(1)原子半徑原子半徑的大小取決于和。能層數(shù)越多，電子間的將使原子的半徑。核電核數(shù)越大，核對(duì)電子的引力也就越，將使原子的半徑越同周期主族元素從左到右，原子半徑逐漸元素周期表中，同主族元素從上到下，原子半徑逐漸推廣：也可以用于比擬離子半徑的大小同種元素離子半徑大小比擬：陰離子半徑原子半徑陽(yáng)離子半徑原子半徑半徑大小比擬：NaNa+ClCl-Fe2+Fe3+不同種元素的原子和離子半徑大小比擬NaMgCFN3-O2-F-Na+Mg2+Al3+F-Na+小結(jié)：上一周期的陰離子和下一周期陽(yáng)離子核外電子排布，但核電荷數(shù)逐漸增加，所以上一周期陰離子的半徑下一周期陽(yáng)離子的半徑。(2)電離能1、第一電離能I1：態(tài)電性基態(tài)原子失去個(gè)電子，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的叫做第一電離能。第一電離能越大，金屬活動(dòng)性越。同一元素的第二電離能第一電離能。2、遞變規(guī)律周一周期同一族第一電離能從左往右，第一電離能呈增大的趨勢(shì)從上到下，第一電離能呈減小趨勢(shì)。〔1〕、第一電離能越，越易失電子，金屬的活潑性就越。因此堿金屬元素的第一電離能越小，金屬的活潑性就越?！?〕．氣態(tài)電中性原子失去一個(gè)電子轉(zhuǎn)化為一價(jià)氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的能量叫做第一電離能(用I1表示)，從一價(jià)氣態(tài)基態(tài)正離子中再失去一個(gè)電子所需消耗的能量叫做第二電離能(用I2表示)，依次類推，可得到I3、I4、I5……同一種元素的逐級(jí)電離能的大小關(guān)系：I1<I2<I3<I4<I5……即一個(gè)原子的逐級(jí)電離能是逐漸的。這是因?yàn)殡S著電子的逐個(gè)失去，陽(yáng)離子所帶的正電荷數(shù)越來(lái)越，再要失去一個(gè)電子需克服的電性引力也越來(lái)越，消耗的能量也越來(lái)越。〔3〕Be的價(jià)電子排布為2s2，是結(jié)構(gòu)，比擬穩(wěn)定，而B(niǎo)的價(jià)電子排布為2s22p1，、比Be不穩(wěn)定，因此失去第一個(gè)電子B比Be容易，第一電離能小。鎂的第一電離能比鋁的大，原因磷的第一電離能比硫的大，原因〔4〕Na的I1比I2小很多，電離能差值很大，說(shuō)明失去第一個(gè)電子比失去第二電子容易得多，所以Na容易失去一個(gè)電子形成+1價(jià)離子；Mg的I1和I2相差不多，而I2比I3小很多，所以Mg容易失去兩個(gè)電子形成十2價(jià)離子；Al的I1、I2、I3相差不多，而I3比I4小很多，所以A1容易失去三個(gè)電子形成+3價(jià)離子。而電離能的突躍變化，說(shuō)明核外電子是分排布的。練習(xí)1、以下各組微粒按半徑逐漸增大，復(fù)原性逐漸增強(qiáng)的順序排列的是(AD)A．Na、K、RbB．F、Cl、BrC．Mg2+、Al2+、Zn2+D．Cl-、Br-、I-2、除去氣態(tài)原子中的一個(gè)電子使之成為氣態(tài)+1價(jià)陽(yáng)離子時(shí)所需外界提供的能量叫做該元素的第一電離能。右圖是周期表中短周期的一局部，其中第一電離能最小的元素是C3、在下面的電子結(jié)構(gòu)中,第一電離能最小的原子可能是(

C

)A

ns2np3B

ns2np5C

ns2np4D

ns2np6〔3〕電負(fù)性1、金屬性越強(qiáng)，金屬元素原子越容易電子，對(duì)鍵合電子的吸引能力越，電負(fù)性越；倒過(guò)來(lái)說(shuō)也成立。非金屬性越強(qiáng)；非金屬元素原子越容易電子，對(duì)鍵合電子的吸引能力越，電負(fù)性越；倒過(guò)來(lái)說(shuō)也成立。故可以用電負(fù)性來(lái)度量金屬性與非金屬性的相對(duì)強(qiáng)弱。鮑林利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了理論計(jì)算，以氟的電負(fù)性為和鋰的電負(fù)性為作為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，得出各元素的電負(fù)性。金屬的電負(fù)性小于，非金屬的電負(fù)性大于，2、同周期元素從左往右，元素的電負(fù)性總體，說(shuō)明金屬性逐漸，非金屬性逐漸。同主族元素從上往下，元素的電負(fù)性總體，說(shuō)明元素的金屬性逐漸，非金屬性逐漸。3、對(duì)角線規(guī)那么某些主族元素與右下方的主族元素的有些性質(zhì)，被稱為對(duì)角線原那么。請(qǐng)查閱電負(fù)性表給出相應(yīng)的解釋？LiBeBMgAlSi練習(xí)：1、電負(fù)性的大小也可以作為判斷金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的尺度以下關(guān)于電負(fù)性的變化規(guī)律正確的選項(xiàng)是〔A〕A．周期表從左到右，元素的電負(fù)性逐漸變大B．周期表從上到下，元素的電負(fù)性逐漸變大C．電負(fù)性越大，金屬性越強(qiáng)D．電負(fù)性越小，非金屬性越強(qiáng)2、元素電負(fù)性隨原子序數(shù)的遞增而增強(qiáng)的是〔D〕A．NaKRbB．NPAsC．OSClD．SiPCl3、根據(jù)對(duì)角線規(guī)那么，以下物質(zhì)的性質(zhì)具有相似性的是〔AC〕A、硼和硅B、鋁和鐵C、鈹和鋁D、銅和金第二章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)共價(jià)鍵【教學(xué)目標(biāo)】1、復(fù)習(xí)化學(xué)鍵的概念，能用電子式表示常見(jiàn)物質(zhì)的離子鍵或共價(jià)鍵的形成過(guò)程。2、知道共價(jià)鍵的主要類型δ鍵和π鍵。3、說(shuō)出δ鍵和π鍵的明顯差異和一般規(guī)律。4、認(rèn)識(shí)鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角等鍵參數(shù)的概念5、能用鍵參數(shù)――鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角說(shuō)明簡(jiǎn)單分子的某些性質(zhì)6、知道等電子原理，結(jié)合實(shí)例說(shuō)明“等電子原理的應(yīng)用”【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】1、價(jià)層電子對(duì)互斥模型2、鍵參數(shù)的概念，等電子原理【教學(xué)過(guò)程】復(fù)習(xí)引入：NaCl、HCl的形成過(guò)程離子鍵：陰陽(yáng)離子間的相互作用。共價(jià)鍵：原子間通過(guò)共用電子對(duì)形成的相互作用。使離子相結(jié)合或原子相結(jié)合的作用力通稱為化學(xué)鍵。共價(jià)鍵是現(xiàn)代化學(xué)鍵理論的核心。第一節(jié)共價(jià)鍵共價(jià)鍵1、定義：原子間通過(guò)共用電子對(duì)形成的相互作用。練習(xí)：用電子式表示H2、HCl、Cl2的形成過(guò)程H2HClCl2思：為什么H2、Cl2是雙原子分子，而稀有氣體是單原子分子？2、形成共價(jià)鍵的條件：兩原子都有單電子討論：按共價(jià)鍵的共用電子對(duì)理論，是否有H3、H2Cl、Cl3的分子存在？3、共價(jià)鍵的特性一：飽和性講：對(duì)于主族元素而言，內(nèi)層電子一般都成對(duì)，單電子在最外層。如：H1s1、Cl1s22s22p63s23p5H、Cl最外層各缺一個(gè)電子，于是兩原子各拿一電子形成一對(duì)共用電子對(duì)共用，由于Cl吸引電子對(duì)能力稍強(qiáng)，電子對(duì)偏向Cl〔并非完全占有〕，Cl略帶局部負(fù)電荷，H略帶局部正電荷。討論：共用電子對(duì)中H、Cl的兩單電子自旋方向是相同還是相反？設(shè)問(wèn)：前面學(xué)習(xí)了電子云和軌道理論，對(duì)于HCl中H、Cl原子形成共價(jià)鍵時(shí)，電子云如何重疊？例：H2的形成1s1相互靠攏1s1電子云相互重疊形成H2分子的共價(jià)鍵〔H-H〕由此可見(jiàn)，共價(jià)鍵可看成是電子云重疊的結(jié)果。電子云重疊程度越大，那么形成的共價(jià)鍵越牢固。H2里的共價(jià)鍵稱為δ鍵。形成δ鍵的電子稱為δ電子。4、共價(jià)鍵的種類〔1〕δ鍵：〔以“頭碰頭”重疊形式〕a、特征：以形成化學(xué)鍵的兩原子核的連線為軸作旋轉(zhuǎn)操作，共價(jià)鍵電子云的圖形不變，這種特征稱為軸對(duì)稱。講：H2分子里的δ鍵是由兩個(gè)s電子重疊形成的，可稱為S-Sδ鍵。以下圖為HCl、Cl2中電子云重疊：未成對(duì)電子的電子云相互靠攏電子云相互重疊形成的共價(jià)單鍵的電子云圖像未成對(duì)電子的電子云相互靠攏電子云相互重疊形成的共價(jià)單鍵的電子云圖像HCl分子里的δ鍵是由H的一個(gè)s電子和Cl的一個(gè)P電子重疊形成的，可稱為S-Pδ鍵。Cl2分子里的δ鍵是由Cl的兩個(gè)P電子重疊形成的，可稱為P-Pδ鍵。b、種類：S-Sδ鍵S-Pδ鍵P-Pδ鍵思考：N2中兩個(gè)N電子云如何重疊？結(jié)論：P電子和P電子除能形成δ鍵外，還能形成π鍵,形成π鍵的電子稱為π電子。〔2〕π鍵〔以“肩并肩”重疊形式〕兩個(gè)原子相互接近電子云重疊π鍵的電子云a．特征：每個(gè)π鍵的電子云由兩塊組成，分別位于由兩原子核構(gòu)成平面的兩側(cè)，如果以它們之間包含原子核的平面為鏡面，它們互為鏡像，這種特征稱為鏡像對(duì)稱。由此可見(jiàn)，共價(jià)鍵還具有方向性。3、共價(jià)鍵的特性二：方向性〔離子鍵沒(méi)有飽和性和方向性?！承〗Y(jié)：δ鍵和π鍵比擬δ鍵π鍵重疊方式頭碰頭肩并肩強(qiáng)度強(qiáng)度較大不如δ鍵牢固成鍵電子S-SS-PP-PP-Pδ鍵、π鍵總稱價(jià)鍵軌道，是分子結(jié)構(gòu)的價(jià)鍵理論中最根本的組成局部。分析：哪些共價(jià)鍵是δ鍵，哪些共價(jià)鍵是π鍵？一般規(guī)律是：共價(jià)單鍵是δ鍵；共價(jià)雙鍵中有一個(gè)是δ鍵，另一個(gè)是π鍵，共價(jià)叁鍵中含一個(gè)δ鍵和兩個(gè)π鍵。練習(xí)：乙烷、乙烯和乙炔分子中的共價(jià)鍵分別由幾個(gè)δ鍵和幾個(gè)π鍵組成？【穩(wěn)固練習(xí)】1、以下關(guān)于化學(xué)鍵的說(shuō)法不正確的選項(xiàng)是〔D〕A．化學(xué)鍵是一種作用力B．化學(xué)鍵可以是原子間作用力，也可以是離子間作用力C．化學(xué)鍵存在于分子內(nèi)部D．化學(xué)鍵存在于分子之間2、以下物質(zhì)中，屬于共價(jià)化合物的是〔C〕A．I2B．BaCl2C．H2SO4D．3、對(duì)δ鍵的認(rèn)識(shí)不正確的選項(xiàng)是〔A〕A．δ鍵不屬于共價(jià)鍵，是另一種化學(xué)鍵B．S-Sδ鍵與S-Pδ鍵的對(duì)稱性相同C．分子中含有共價(jià)鍵，那么至少含有一個(gè)δ鍵D．含有π鍵的化合物與只含δ鍵的化合物的化學(xué)性質(zhì)不同5、乙烯分子中C-C之間有1個(gè)σ鍵，1個(gè)π鍵。乙烯易發(fā)生加成反響是因?yàn)榉肿又蠧-C之間的一個(gè)π鍵易斷裂。過(guò)渡：不同原子間的價(jià)鍵軌道，其強(qiáng)度、性質(zhì)等也有所不同，如何比擬？二、鍵參數(shù)在第一章中討論過(guò)電離能，我們知道，原子失去電子要吸收能量。反過(guò)來(lái)，原子吸引電子，要放出能量。因此，原子形成共價(jià)鍵相互結(jié)合，放出能量，由此形成了鍵能的概念。１、鍵能〔1〕概念：氣態(tài)基態(tài)原子形成１mol化學(xué)鍵所釋放出的最低能量?！?〕單位：kJ／mol，取正值。閱讀：課本30頁(yè)，表2-1思考：①鍵能大小與鍵的強(qiáng)度的關(guān)系？②鍵能化學(xué)反響的能量變化的關(guān)系？〔3〕意義：鍵能越大，形成化學(xué)鍵放出的能量越大，化學(xué)鍵越穩(wěn)定，越不容易被打斷。思考與交流：課本32頁(yè)1、2２、鍵長(zhǎng)〔1〕概念：形成共價(jià)鍵的兩原子間的核間距。〔相同原子的共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)的一半稱為共價(jià)半徑〕〔2〕單位：pm〔１pm＝10-12m〔3〕意義：鍵長(zhǎng)越短，往往鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固，形成的物質(zhì)越穩(wěn)定。小結(jié)：鍵能、鍵長(zhǎng)都可以用來(lái)衡量共價(jià)鍵的穩(wěn)定性。設(shè)問(wèn)：多原子分子的形狀如何？這就涉及到多原子分子中兩共價(jià)鍵之間的夾角的問(wèn)題。3、鍵角：多原子分子中的兩個(gè)共價(jià)鍵之間的夾角。是描述分子立體結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。例如：CO2結(jié)構(gòu)為Ｏ＝Ｃ＝Ｏ，鍵角為180°，為直線形分子。H2O鍵角105°Ｖ形CH4鍵角109°28′正四面體總結(jié)：鍵能、鍵長(zhǎng)決定了共價(jià)鍵的穩(wěn)定性；鍵長(zhǎng)、鍵角決定了分子的空間構(gòu)型。三、等電子原理閱讀課本32頁(yè)表２－３１．等電子原理：原子總數(shù)相同，價(jià)電子總數(shù)也相同的微粒，其具有相似的化學(xué)鍵特征，使得許多性質(zhì)相近。2．等電子體：原子總數(shù)相同，價(jià)電子總數(shù)也相同的微粒。如：CO和N2，CH4和NH4+【穩(wěn)固練習(xí)】1、能夠用鍵能解釋的是〔A〕Ａ．氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)比氧氣穩(wěn)定Ｂ．常溫常壓下，溴呈液體，碘為固體Ｃ．稀有氣體一般很難發(fā)生化學(xué)反響Ｄ．硝酸易揮發(fā)，硫酸難揮發(fā)2、與NO3-互為等電子體的是〔AB〕Ａ．SO3Ｂ．BF3Ｃ．CH4Ｄ．NO23、根據(jù)等電子原理，以下分子或離子與SO42-有相似結(jié)構(gòu)的是〔B〕A．PCl5B．CCl4C．NF3D．N4、以下分子中鍵角最大的是〔D〕A．CH4B．NH3C．H2OD．CO25、根據(jù)課本中有關(guān)鍵能的數(shù)據(jù)，計(jì)算以下反響中的能量變化：N2〔g〕+3H2〔g〕====2NH3〔g〕；△H=—92kJ/mol2H2〔g〕+O2〔g〕===2H2O〔g〕；△H=—482.07kJ/mol第二節(jié)分子的立體結(jié)構(gòu)【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】1、分子的立體結(jié)構(gòu)；2、價(jià)層電子對(duì)互斥模型、雜化軌道理論和配位鍵。【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】1、分子的立體結(jié)構(gòu)；2、價(jià)層電子對(duì)互斥模型、雜化軌道理論?！局R(shí)要點(diǎn)】一、行行色色的分子1、共價(jià)鍵的形成具有方向性。單原子分子〔稀有氣體〕、雙原子分子不存在立體結(jié)構(gòu)問(wèn)題。大多數(shù)分子是由兩個(gè)以上原子構(gòu)成的，在多原子分子中，原子的空間關(guān)系不同，便形成不同的立體結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)典型分子的立體結(jié)構(gòu)ABn立體結(jié)構(gòu)范例雙原子分子n=1直線型H2、HCl等三原子分子n=2直線型CO2、CS2、BeCl2等V形H2O、H2S等四原子分子n=3平面三角形BF3、CH2O等三角錐形NH3、H3O+、PCl3等五原子分子n=4正四面體型CH4、CCl4、NH4＋等此外，還有一些結(jié)構(gòu)特殊、更復(fù)雜的常見(jiàn)分子的結(jié)構(gòu)見(jiàn)課本36頁(yè)圖2—12。2、分子的立體結(jié)構(gòu)的測(cè)定：見(jiàn)課本P37【科學(xué)視野】測(cè)定分子的立體結(jié)構(gòu)【過(guò)渡】：C、O的價(jià)電子結(jié)構(gòu)分別為2s22p2、2s22p4，C原子有兩個(gè)單電子，2個(gè)p軌道垂直，理論上與O原子上的p電子應(yīng)該“頭碰頭”重疊形成，夾角應(yīng)為90°，為何是180°？二、雜化軌道理論雜化軌道理論是一種價(jià)鍵理論，是為了解釋分子的立體結(jié)構(gòu)提出的。1、雜化的概念：原子形成分子時(shí)，由于原子的相互影響，同一原子中假設(shè)干能量相近的原子軌道，在外界條件的影響下重新組合形成一組新軌道過(guò)程叫做軌道的雜化，產(chǎn)生的新軌道叫。2、雜化結(jié)果：重新分配能量和空間，組成和都相等且成鍵能力更強(qiáng)的原子軌道。3、雜化的過(guò)程：雜化軌道理論認(rèn)為在形成分子時(shí)，通常存在、和等過(guò)程。例如：基態(tài)碳原子的電子排布為，其2s能級(jí)上的1個(gè)電子躍遷到2p能級(jí)上那么形成激發(fā)態(tài)1s22s12p3〔1s22s12px12py12pz1〕，此時(shí)2s與2p軌道的能量不相同，然后1個(gè)2s軌道與3個(gè)、2個(gè)或1個(gè)2p軌道混合而形成4個(gè)、3個(gè)或2個(gè)能量相等、成分相同、電子云形狀〔原子軌道的電子云輪廓圖〕完全相同的新的原子軌道，此過(guò)程即為雜化，形成的新的原子軌道分別稱為sp3、sp2、sp雜化軌道，每個(gè)雜化軌道中有1個(gè)不成對(duì)電子且自旋平行，再與其它原子中的電子發(fā)生電子云重疊而形成σ鍵，可用以下圖表示：↑↑↑↑↑↑↑↑激發(fā)雜化↑↑↑↑↑↑↑↑→→2s2p2s2psp3基態(tài)激發(fā)態(tài)雜化軌道此處中心原子的2s和2px，2py，2pz等四條原子軌道發(fā)生雜化，形成一組新的軌道，即四條sp3雜化軌道，這些sp3雜化軌道不同于s軌道，也不同于p軌道。3、雜化軌道類型：〔1〕sp雜化：sp雜化軌道是由個(gè)s軌道與個(gè)p軌道雜化而得的。sp雜化得到夾角為的形雜化軌道。如CO2、BeCl2、CS2、C2H2等。分析CO2化學(xué)鍵的形成：C、O原子形成CO2時(shí)，C原子的一個(gè)2s電子激發(fā)到能量相近的2p軌道上，同時(shí)原來(lái)空的2p軌道與2s軌道發(fā)生了sp雜化，形成了兩個(gè)在同一條直線上能量相等的相同軌道，每個(gè)軌道上一個(gè)單電子，兩個(gè)沒(méi)有參與雜化的2p軌道保持原狀，與這兩個(gè)雜化軌道相互垂直〔相當(dāng)于3個(gè)2p軌道的分布，實(shí)際上是4個(gè)軌道：兩個(gè)p軌道，兩個(gè)sp雜化軌道〕。這樣O原子的一個(gè)p軌道先與C的一個(gè)雜化軌道重疊時(shí)形成σ鍵，該O原子的另一個(gè)p軌道那么與C原子的一個(gè)p軌道形成π鍵。另一個(gè)O原子的一個(gè)p軌道再與C余下的一個(gè)雜化軌道形成σ鍵，該O原子的另一個(gè)p軌道那么與C余下的p軌道形成鍵π鍵。實(shí)際上CO2中的兩個(gè)π鍵是相互垂直的。同理可得CS2、C2H2的結(jié)構(gòu)。請(qǐng)分析BeCl2、CS2、C2H2化學(xué)鍵的形成：〔2〕sp2雜化：sp2雜化軌道表示由個(gè)s軌道與個(gè)p軌道雜化而得。sp2雜化得到三個(gè)夾角為的形雜化軌道。如BF3、C2H4、HCHO等。分析BF3化學(xué)鍵的形成：B、F原子間形成BF3時(shí)，B原子的一個(gè)2s電子激發(fā)到一個(gè)空的2p軌道上，這個(gè)2s和2個(gè)有單電子的2p軌道發(fā)生sp2雜化，形成三個(gè)能量相等、相互間夾角為120°的三個(gè)相同軌道〔每個(gè)軌道上有一個(gè)單電子〕。每個(gè)F原子的2p軌道與B的一個(gè)雜化軌道形成電子σ鍵，這樣的三個(gè)σ鍵完全等同，在平面上對(duì)稱分布，因而B(niǎo)—F鍵間的夾角是120°。BF3是平面三角形分子。請(qǐng)分析C2H4、HCHO化學(xué)鍵的形成：注意：sp雜化、sp2雜化這兩種雜化形式還有未參與雜化的p軌道，可用于形成鍵，而雜化軌道只用于形成鍵或者用來(lái)容納未參與成鍵的孤對(duì)電子。〔3〕sp3雜化：sp3雜化軌道表示由個(gè)s軌道與個(gè)p軌道雜化而得。sp3雜化sp3雜化得到夾角為的形雜化軌道。如CH4、CCl4等。分析CH4化學(xué)鍵的形成：C、H原子形成CH4時(shí)，C原子的一個(gè)2s電子激發(fā)到空的2p軌道上，這個(gè)2s形軌道與3個(gè)2p軌道再發(fā)生sp3雜化，形成了4個(gè)能量相等的相互夾角是109°28′，在空間呈正四面體形分布的雜化軌道〔每個(gè)軌道上一個(gè)單電子〕，4個(gè)H原子的s電子與這四個(gè)雜化軌道形成4個(gè)完全等同的σ鍵，在空間對(duì)稱分布。因而CH4分子的鍵角是109°28′。請(qǐng)分析CCl4的化學(xué)鍵的形成：【思考】：為何CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3不是正四面體？三、價(jià)層電子對(duì)互斥模型〔VSEPRmodels〕不同的分子由于其原子在空間排列方式不同而導(dǎo)致分子的立體結(jié)構(gòu)不同。但對(duì)于一些組成相似的分子，如CO2和H2O、NH3和BF3分子等，它們的空間結(jié)構(gòu)并不相同，為什么？把分子分成兩大類：一類是中心原子上的價(jià)電子都用于形成共價(jià)鍵。如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。另一類是中心原子上有〔未用于形成共價(jià)鍵的電子對(duì)〕的分子。如H2O和NH3中心原子上的孤對(duì)電子也要占據(jù)中心原子周圍的空間，并參與互相排斥。因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角錐型。例如：可用AXna±來(lái)表示只含一個(gè)中心原子的分子或離子的組成。各符號(hào)含義：A——中心原子X(jué)——中心原子結(jié)合的原子〔可以是一種，也可以是多種〕n——中心原子結(jié)合的原子的總數(shù)A的價(jià)電子數(shù)－︱X的化合價(jià)︳×n±a公式：m＝2說(shuō)明：①陽(yáng)離子時(shí)相當(dāng)于中心原子失電子，那么“－”a，如NH4＋中，m=0陰離子時(shí)相當(dāng)于中心原子得電子，那么“＋”a，如SO42—、PO43—、NO3—中，m=0HCN、CH2O中m=0，H3O＋中m=1②假設(shè)m為小數(shù)時(shí)，那么進(jìn)一步取整數(shù)，如NO2中m＝0.5，這時(shí)應(yīng)當(dāng)作m=1。〔因?yàn)閱坞娮右惨紦?jù)一個(gè)軌道〕③m+n指中心原子的孤對(duì)電子對(duì)數(shù)與相連的其他原子數(shù)之和，稱為價(jià)層電子對(duì)數(shù)，即雜化軌道數(shù)。m+n23456空間構(gòu)型直線形平面三角形正四面體三角雙錐正八面體雜化類型spsp2sp3∕∕如：SO2m=〔6－2×2〕/2＝1m+n＝1+2=3為sp化學(xué)式中心原子含有孤對(duì)電子對(duì)數(shù)中心原子結(jié)合的原子數(shù)雜化軌道數(shù)雜化類型空間構(gòu)型CO2CH4CH3ClH2OH2SNH3BF3CH2OC2H4C2H2NH2—NH4+SO42－寫出HCN分子和CH2O分子的路易斯結(jié)構(gòu)式。分析：HCN中C原子以雜化，CH2O中C原子以雜化；HCN中含有個(gè)σ鍵和個(gè)π鍵；CH2O中含有個(gè)σ鍵和個(gè)π鍵?！痉€(wěn)固練習(xí)】1、關(guān)于原子軌道的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔D〕A、但凡中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子其幾何構(gòu)型都是正四面體B、CH4分子中的sp3雜化軌道是由4個(gè)H原子的1s軌道和C原子的2p軌道混合起來(lái)而形成的C、sp3雜化軌道是由同一個(gè)原子中能量相近的s軌道和p軌道混合起來(lái)形成的一組能量相近的新軌道D、凡AB3型的共價(jià)化合物，其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵2、對(duì)SO2與CO2說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔D〕A、都是直線形結(jié)構(gòu)B、中心原子都采取sp雜化軌道C、S原子和C原子上都沒(méi)有孤對(duì)電子D、SO2為V形結(jié)構(gòu)，CO2為直線形結(jié)構(gòu)3、寫出以下分子的路易斯結(jié)構(gòu)式〔是用短線表示鍵合電子，小黑點(diǎn)表示未鍵合的價(jià)電子的結(jié)構(gòu)式〕，并指出中心原子可能采用的雜化軌道類型，并預(yù)測(cè)分子的幾何構(gòu)型。