高中化学竞赛课件,知识点及练习-分子结构共92页文档

价层电子对数(VPN)
2 3 4 5 6
VPN排布方式
直线型 平面三角形 正四面体 三角双锥 八面体
4、价层电子对间的斥力的大小规律：
（1）电子对之间夹角越大，斥力越小； （2） LP-LP > LP-BP > BP-BP ； （3） 叁键 > 双键 > 单键 5、 获得VPN的理想模型后，再根据分子式确断分子 的立体构型（孤对电子对不再显示）。
9.5.3 关于原子轨道和 分子轨道的对称性
9.5.1 分子轨道理论的要点
1. 分子中的电子在整个分子中运动，运动状态
用 表示， 称为分子轨道。
2. 分子轨道是由原子轨道线性组合而成。 组合遵循三原则：
• 能量相近 • 对称性匹配 • 最大重叠
3、组合后产生的分子轨道数不变，有一半能量比原 子轨道的低，叫成键分子轨道，另一半叫反键分子 轨道。
4、电子在分子轨道中填充的原则仍遵循：
• 最低能量原理 • Pauli不相容原理 • Hund 规则
分子轨道的形成： • s与s轨道线性组合
节面
s
* s
* s
s
s
s
• p与p轨道的线性组合： “头碰头”：
“肩并肩”：
2pz
2pz 2pz 2pz
π 分子轨道有通过键轴的节面。
9.5.2 分子轨道能级
VPN构型
三角 双锥
分子构型 实例
PCl5 跷跷板形 SF4
T形 ClF3
2 3 AX2
直线形 XeF2
VPN m n AXmLn VPN构型 分子构型 实例
6 0 AX6
SF6
6 5 1 AX5L 八面体
ClF5
4 2 AX4L2

七、分子轨道理论(MO法） 1932年前后，美国人Mulliken和德国人Hund提出了分子轨道 理论，分子轨道理论和现代价键理论构成了现代共价键理论。 氢分子离子H2+ 是可以存在的。 1、分子轨道理论的要点 （1）分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合而成，简 称 LCAO。 组合形成的分子轨道数与组合前的原子轨道数相等。
对称性不匹配
·· x _
_
+
+
· _·
+
+
它们重叠的结果是：一半正正重叠部分使系统能量降低， 另一半正负重叠部分使能量升高,两者效果抵消。系统 的总能量没有发生变化，形成非键轨道。
b. 能量近似原则 c. 最大重叠原则
-
+
-
+
-
+
-
ψ是两个对称性匹配的原子轨道同号叠加而成。在两核间电子 概率密度增大，对两核产生强烈的吸引作用，其能量低于原子 轨道，对成键有利。——成键轨道 成键轨道用符号σ，π，δ 表示 ψ* 是两个对称性匹配的原子轨道异号叠加 (或同号相减)而成。 电子在两核间出现概率密度减小，能量升高，对分子的稳定不 利，对原子的键合会起反作用——反键轨道 节面 反键轨道用符号σ*，π*，δ*表示 3、分子轨道中电子的填充顺序也遵从原子轨道填充电子的三 原理 4、分子轨道理论中，用键级的大小来说明两个相邻原子间成 键的强度，BO 键级可为整数，也可为分数，只要键级大于零，就可得到不同 稳定程度的分子。 5、按分子轨道沿键轴在空间分布的特征，可分为σ轨道、π轨 道和δ轨道三种
1 c1 a c2 b
* 1
c1 a c2 b
（2）成键轨道、反键轨道和非键轨道。 分子轨道能量低于组合前原子轨道能量者称为成键轨道(ψ1 ) 原子轨道线性组合成分子轨道后，分子轨道中能量高于组合前 原子轨道能量者称为反键轨 道 (ψ 1 * )。 组合前后能量相等者称为非键轨道。 2、有效组成分子轨道的条件 a.对称性匹配 只有对称性相同的原子轨道才能组成分子轨道。 此条件是指原子轨道ψa和ψb相对于成键原子间的键轴应有相 同的对称性。 原子轨道相互叠加组合成分子轨道时象波的叠加一样，须考虑 位相的正负号；原子轨道重叠的部分必须有相同的符号。 上述三种情况满足对称性匹配要求。 如果原子轨道在组成分子轨道时，一部分是(+,+ )重叠,另一部 分却是 ( +, －)重叠。

化学在环境保护中的作用
化学在环境保护中发挥着重要作用， 如环境监测、污水处理、空气净化等。
环境保护的意义
环境保护是可持续发展的重要组成部 分，通过采取措施减少人类活动对环 境的负面影响，保护生态系统平衡和 生物多样性。
未来展望
探讨未来环境保护的趋势和挑战，提 出加强环境保护的措施和建议，促进 可持续发展。
分子根据其电子排布和成 键情况具有特定的几何构 型，如直线、平面、四面 体等。
化学反应与能量转化
化学反应的能量守恒定律
01
化学反应中，反应物的总能量等于生成物的总能量，能量既不
会凭空产生也不会消失。
熵与自发反应
02
熵表示系统的混乱程度，自发反应总是向着熵增加的方向进行，
即向着更加无序的状态发展。
氧化还原反应
实验设计与操作
实验设计
掌握实验设计的基本原则和方法，能 够根据实验目的和要求，合理选择实 验材料、器材和试剂，设计出科学、 可行的实验方案。
实验操作
掌握基本的化学实验操作技能，如溶 解、加热、冷却、蒸馏、萃取等，能 够正确、规范地完成实验操作，确保 实验结果的准确性和可靠性。
实验数据处理与分析
数据处理
现。
采用无毒或低毒的原料和试剂，优化合成路线，减少废物产生 和能源消耗，实现高效、清洁的生产过程。
使用无毒或低毒的溶剂替代传统有机溶剂，减少对环境和人体 的危害。
介绍一些绿色化学实践案例，如绿色农药、绿色塑料等，展示 绿色化学在实践中的应用和成果。
可持续发展与环境保护
可持续发展的概念
可持续发展是指在满足当前世代需求 的同时，不损害未来世代满足自身需 求的能力。
材料科学
是一门跨学科的综合性学科，主要研究材料的组成、结构、 性质和加工工艺之间的关系，以及材料在各种环境下的行为 和性能。

(1) 重键包含的电子较多，不同键型间的排斥力大小： 三键——三键 > 三键——双键 > 双键—— 双键 > 双键——单键 > 单键——单键
F 123.2。 112.5。 C O
F
(2) 成键电子对受两个原子核的吸引，孤对电子
对只受一个原子核的吸引，故孤对电子对(lp)比
成键电子对(bp)肥大，所以电子对间排斥力：
CO32–离子中的大键 碳酸根离子属于AX3E0=AY3型分子，中心碳原子取
sp2杂化形式，碳原子上有一个垂直于分子平面的p轨 道；端位的3个氧原子也各有1个垂直于分子平面的p轨 道；分子的总价电子数等于24，3个C－Os键有6个电 子，每个氧原子上有2个不与分子平面垂直的孤对电子 对，因此4个平行p轨道中共有24-6-3×4=6个电子，所 以CO32–离子中有1个4轨道6电子p-p大键，符号为 46。
lp-lp>>lp-bp>bp-bp
孤对电子对与键合电子对斥力不同使理想模型发
生畸变。
如：
CH4
NH3
H2O
∠HAH 109.5 107.3、 104.5
(3) 电负性高的配体，吸引价电子能力强，价电 子离中心原子较远，占据空间角度相对较小。
PCl3
PBr3
PI3
键角：100.1 101.5 102
《无机化学》精编版
化学键与分子结构
路易斯结构式
1、按原子的键合关系写出元素符号并将相邻原子用单
键连接。在大多数情况下,原子间的键合关系是已知
的, 例如, NO2中的键合关系不是N—O—O, 而是 O—N—O。 2、将各原子的价电子数相加, 算出可供利用的价电子
总数。如果被表达的物种带有电荷, 则价电子总数

以上三种情况的原子必修和π键直接相连，才能有π电子流动！
自由基：化合物的分子在光热等外界条件下，共价键发生均裂而形成的具有 不成对电子的原子或基团。 如果是异裂，就形成阴阳离子。
(1) 缺电子原子(正离子)+ π键 (2) 自由基原子(单电子)+ π键
(3) 有孤对电子或负电荷的原子+ π键
练习：
原子
最外层电子数 缺几个电子
H
1
1
F Cl Br I
7
1
O
6
2
Si C
4
4
N
5
3
P和S有时候不符合八隅体规则。
形成几个共价键
1 1 2 4 3
方向性：各原子轨道在空间分布是固定的，为了满足轨道的最大重叠，原子 间成共价键时，当然要具有方向性。 注意：s轨道是球形，重叠时没有方向性，所以s-s σ键没有方向性
共振式的书写原则：核不动、电子数目不变、最稳定、共平面 共振式仅仅只是π电子和孤对电子或孤电子的位置不同，而σ骨架不变！
重要：三大类物质的共振式写法
(1) 缺电子原子(正离子)+ π键 (2) 自由基原子(单电子)+ π键 (3) 有孤对电子或负电荷的原子+ π键
均裂：Cl2→2Cl 异裂：HCl→H++Cl-
比如：具有相同的构型和大π键
如：N2，CO，CN-，NO+都含有2个重原子和10个价电子， 结构应与N2分子相似，为直线形，并以叁鍵结合。
CO和N2的物理性质
相对分子质量 熔点/℃ 沸点/℃ mL·mol－1
/g·L－1
CO
28
－199 －191.5
93
N2

2. 价键（VB）理论（Valence Bond Theory） 价键理论也称为电子配对法 (VB法)。1927 年德国
化学家 W. Heitler 和 F. London 用量子力学处理 H2 分子 结构获得成功，后经 L. Pauling 等人发展建立了现代价 键理论。
两个氢 原子彼 此接近 时的能 量变化
(次外层 +最外层)
18+2
(4) 离子半径 离子半径无法单独测定
正负离子核间距离r0 （r0 = r+ + r- ） 如以r(O2-) = 126 pm; r(F-) = 119 pm 为基准
可求得 r+
离子半径变化规律：
（1）同周期：负离子 > 正离子 Na+ (98 pm) < F– (133pm)
3d
sp2 杂化轨道不形成键
BF4- 中硼的杂化轨道：
B:
2s
2p
激发
sp3
F提供的电子 F-提供的电子
(2)杂化轨道类型:
思考；CO2 的构型？
sp杂化轨道，直线型
sp2杂化轨道，平面三角型
sp3杂化轨道， 四面体型 sp3d2杂化轨道， 八面体型 sp3d杂化轨道，三角双锥型
杂化类型与结构
NH (g) = NH (g) + H (g) D3 = 356kJ·mol-1
EN-H = 1/3(D1+D2+D3)
= 1158/3=386 kJ·mol-1
2. 键长
• 键长：分子内成键两原子核间的平均距离。
• 一般两原子间距离越短，表明键越强。双键键长约 为单键键长的80％～85％，叁键键长为单键键长的 75％～80％。

◆ 晶格能越大，正、负离子间结合力越强，相应晶体的熔点越高、硬度 越大、压缩系数和热膨胀系数越小。
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4 硬度高 延展性差
因离子键强度大，所以硬度高 。 但受到外力冲击时，易发生位错，导致破碎 。
F
+－+－+－+－
－+－+－+－+
位错
+－+－+－+－ －+－+－+－+
受力时发生错位，使正正离子相切，负负离子相切，彼此排 斥，离子键失去作用，故离子晶体无延展性 。如 CaCO3 可 用于 雕刻，而不可用于锻造上，页即不下具页有目延录展性返回。
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离子键中键的极性
xA-xB 离子性百分率(%)
与 0.2
元素电负性的关系
0.4 0.6
01 04 09
0.8
15
1.0
22
1.2
30
1.4
39
1.6
47
1.8
55
2.0
63
2.2
70
2.4
76
也可用 Hannay & Smyth 公式 2.6
82
来计算键的离子性。
2.8
86
3.0
2.2 离子键理论 Ionic bond theory 2.3 共价键的概念与路易斯结构式 Concept of the
covalent bond theory and Lewis’ structure formula 2.4 用以判断共价分子几何形状的价层电子对互斥 理论 VSEPR for judging the configuration of the covalence molecular 2.5 原子轨道的重叠 — 价键理论 Superposition of atomic orbital —valence bond theory 2.6 分子轨道理论 Molecular orbital theory

分子几何构型决定了分子 的对称性和空间排列，对 化学反应活性有重要影响 。
化学反应与能量转化
化学反应的能量守恒定律
化学反应中，反应物的总能量等于生成物的总能量，能量守恒是 化学反应的基本规律。
熵变与自发反应
熵变是反应能否自发进行的判据，熵增加的反应更容易自发进行。
催化剂的作用
催化剂可以降低反应的活化能，加速化学反应的速率。
周期与族
元素周期表分为七个周期和十八个族 ，每个周期和族的元素具有相似的性 质和电子排布规律。
化学键与分子结构
01
02
03
离子键与共价键
离子键是由电子转移形成 的，共价键则是通过共享 电子形成的。
分子轨道理论
分子轨道理论解释了分子 中电子的排布和运动，是 理解分子结构和化学键的 重要理论。
分子几何构型
数据处理
掌握实验数据的记录、整理、分析和 处理方法，能够根据实验结果得出正 确的结论。
实验报告撰写与评价
实验报告撰写
能够按照规定的格式和要求，撰写内容完整、条理清晰的实验报告，包括实验 目的、材料与方法、结果与讨论等部分。
实验评价
能够对实验过程和结果进行客观的评价，发现实验中存在的问题并提出改进意 见，促进实验技能的提高。
铁元素及其化合物
铁是过渡金属之一，广泛 用于制造钢铁和其他合金 ，存在于铁锈、氧化铁和 许多其他化合物中。
铝元素及其化合物
铝是轻金属之一，广泛用 于制造铝制品和其他合金 ，存在于明矾、氧化铝和 许多其他化合物中。
无机化学反应类型与规律
置换反应
一种物质取代另一种物质的 过程，例如金属与酸的反应 。
复分解反应
两种物质相互交换成分生成 另外两种物质的过程，例如 酸与碱的反应。