第四章 分子结构——共价键理论(1)

共价键及分子结构知识梳理】一、共价键1- 1共价键的实质、特征和存在实质：原子间形成共用电子对特征：a.共价键的饱和性，共价键的饱和性决定共价分子的。

b共价键的方向性，共价键的方向性决定分子的。

1- 2共价键的类型b键：S-Sb键、S-p c键、p-p b键，特征：轴对称。

n键：p-p n键，特征：镜像对称【方法引领】b键和n键的存在规律b键成单键；n键成双键、三键。

共价单键为b键；共价双键中有1个b键、1个n键；共价三键中有1个b键、2个n 键。

对于开链有机分子：b键数=原子总数-1 ; n键数=各原子成键数之和- b键数(环状有机分子，b键数要根据环的数目确定)原子形成共价分子时，首先形成b键，两原子之间必有且只有1个b键；b键一般比n 键牢固，n键是化学反应的积极参与者。

形成稳定的n键要求原子半径比较小，所以多数情况是在第二周期元素原子间形成。

如C02分子中碳、氧原子之间以p-p b键和p-p n键相连，而SiO2的硅、氧原子之间就没有p-p n键。

【课堂练习1】(1)下列说法不正确的是A .乙烷分子中的6个C —H和1个C —C键都为b键，不存在n键B •气体单质中，一定有b键，可能有n键C.两个原子间共价键时，最多有一个b键D . b键与n键重叠程度不同，形成的共价键强度不同(2)有机物CH2= CH —CH2—C三CH分子中，C—H b键与C — C b键的数目之比为；b键与n键的数目之比为。

二、键参数一一键能、键长与键角2- 1键能的意义和应用a. 判断共价键的强弱b. 判断分子的稳定性c. 判断物质的反应活性d. 通过键能大小比较，判断化学反应中的能量变化【思考】比较C —C和C= C的键能，分析为什么乙烯的化学性质比乙烷活跃，容易发生加成反应？2-2键长的意义和应用键长越短，往往键能越大，表明共价越稳定。

(键长的长短可以通过成键原子半径大小来判断)2个原子间的叁键键长v双键键长v单键键长2-3键角的意义键角决定分子的空间构型，是共价键具有方向性的具体表现。

第三章配合物的化学键理论目标：解释性质，如配位数、几何结构、磁学性质、光谱、热力学稳定性、动力学反应性等。

三种理论：①价键理论、②晶体场理论、③分子轨道理论第一节价键理论（Valence bond theory）由L.Pauling提出要点：①配体的孤对电子可以进入中心原子的空轨道；②中心原子用于成键的轨道是杂化轨道（用于说明构型）。

一、轨道杂化及对配合物构型的解释能量相差不大的原子轨道可通过线性组合构成相同数目的杂化轨道。

对构型的解释（依据电子云最大重叠原理：杂化轨道极大值应指向配体）二、AB n型分子的杂化轨道1、原子轨道的变换性质考虑原子轨道波函数，在AB n分子所属点群的各种对称操作下的变换性质。

类型轨道多项式sp x xp p y yp z zd xy xyd xz xzd d yz yzd x2-y2x2-y2d z22z2-x2-y2（简记为z2）*s轨道总是按全对称表示变换的。

例：[HgI3]- (D3h群)平面三角形A1′：d z2、sE′：(p x、p y )、(d x2-y2、d xy)A2″：p zE″：(d xz、d yz)2、σ轨道杂化方案1）四面体分子AB4（Td）[CoCl4]2-以四个杂化轨道的集合作为分子点群(Td)表示的基，确定该表示的特征标：E 2 -1 2 0 0 (z2, x2-y2)T1 3 0 -1 1 -1T2 3 0 -1 -1 1 (xy,xz,yz) (x,y,z)a(A1)=1/24(1×4+8×1×1+3×1×0+6×1×0+6×1×2)=1a(A2)=1/24 [1×4+8×1×1+3×1×0+6×(-1)×0+ 6×(-1)×2]=0a(E)=1/24 [2×4+8×(-1)×1+3×2×0+6×0×0+ 6×0×2]=0a(T1)=1/24 [3×4+8×0×1+3×(-1)×0+6×1×0+6×(-1)×2]=0a(T2)=1/24 [3×4+8×0×1+3×(-1)×0+6×(-1)×0 +6×1×2]=1约化结果Γ=A1+T2由特征标表：A1T2s (p x、p y、p z)(d xy、d xz、d yz)可有两种组合：sp3（s、p x、p y、p z）、sd3（s、d xy、d xz、d yz)* 以一组杂化轨道为基的表示的特征标的简化计算规则：Γ 5 2 1 3 0 3约化结果：Γ= 2A1′+A2〞+E′A1′A2〞E′s p z (p x、p y)d z2(d xy、d x2-y2)两种可能的组合：（s、d z2、p z 、p x、p y）( s、d z2、p z、d xy、d x2-y2)约化得：Γ=A1g+B1g+E uA1g B1g E us d x2-y2(p x、p y)d z2两种类型：dsp2（d x2-y2、s、p x、p y）、d2p2（d z2、d x2-y2、p x、p y）5）八面体AB6(O h) 例：[Fe(H2O)6]3+（d z2、d x2-y2、s、p x、p y、p z) 3、π成键杂化方案在AB n分子中，原子A上要有2n个π型杂化轨道和在B原子上的2n个π原子轨道成键。

第四章分子结构习题1。

是非判断题1-1化学键是相邻原子与原子（或离子与离子）之间的强烈相互作用。

1—2 50Sn2+是18+2电子构型，50Sn4+是18电子构型。

1-3 Al3+，Ba2+,Si(IV）的电子构型都属于8电子构型.1-4具有未成对电子的两个原子相互接近时可以形成稳定的共价键.1—5原子形成共价键的数目等于基态原子的未成对电子数。

1-6σ键的特点是原子轨道沿键轴方向重叠,重叠部分沿键轴呈圆柱形对称。

1-7一般来说，σ键的键能比π键键能小。

1—8 s电子与s电子配对形成的键一定是σ键，p电子与p电子配对形成的键一定为π键.1—9两个σ键组成一个双键.1-10键的强度与键长无关。

1-11所有非金属元素之间形成的化合物都不是离子化合物。

1—12μ＝0的分子，其化学键一定是非极性键.1—13共价键具有饱和性的原因在于每个原子提供一定数目的自旋方向相反的未成对电子。

1—14原子核外有几个未成对电子，就能形成几个共价键。

1-15共价键类型可以分为σ键和π键，π键的键能小于σ键的键能,因此π键的稳定性弱于σ键. 1—16烷烃分子中C-H键的键能为413 KJ·mol -1，因此提供413KJ·mol -1的能量能使甲烷和乙烷分子中C-H键断裂。

1-17沿键轴方向的s轨道和p轨道进行重叠可形成π键。

1-18原子轨道相互重叠应满足最大重叠原理，所以沿键轴以“头碰头”方式才能成键。

1—19原子轨道之所以要发生杂化是因为能增大成键能力。

1—20 sp3杂化是,s轨道的主量子数和p轨道的主量子数可以是不同的，也可以是相同的。

1-21 1个s轨道和3个p轨道，形成1个sp3杂化轨道.1-22在sp,sp2，sp3杂化中，杂化轨道的成键能力随s轨道成分增多而增强。

1-23发生轨道杂化的原子轨道可以具有成对电子。

1-24原子轨道发生杂化，若轨道上有孤对电子存在,这类杂化是不等性的。

1-25 NH3和H2O分子中的中心原子都是发生sp3杂化,但氧原子的2对孤对电子占据2 个杂化轨道而产生更大的斥力，使O—H键键角大于氨分之中N—H键键角。

共价键理论一、经典共价键理论− Lewis Structure （八电子规则）1916年，美国化学家路易斯（G.N.Lewis ）提出：分子中每个原子应具有稳定的稀有气体原子的电子层结构。

这种稳定结构通过原子间共用一对或若干对电子来实现。

这种分子中原子间通过共用电子对结合而成的化学键称为共价键。

1．基本思想：当n s 、n p 原子轨道充满电子，成为八电子构型，该电子构型稳定，所以在共价分子中，每个原子都希望成为八电子构型（H 原子为2电子构型）。

2．共价分子中成键数和孤电子对数的计算：计算步骤：a ．令n o − 共价分子中，所有原子形成八电子构型（H 为2电子构型）所需要的电子总数b ．令n v − 共价分子中，所有原子的价电子数总和阴离子的价电子总数：各原子的价电子数之和加负电荷数 阳离子的价电子总数：各原子的价电子数之和减正电荷数 c ．令n s − 共价分子中，所有原子之间共用电子总数n s = n o - n v ，n s /2 = (n o - n v ) / 2 = 成键电子对数（成键数） d ．令n l − 共价分子中，存在的孤电子数。

（或称未成键电子数） n l = n v - n s ，n l /2 = (n v - n s )/2 = 孤对电子对数例如：P 4S 3、HN 3、N +5、H 2CN 2（重氮甲烷）、NO -33．Lewis 结构式的书写 例如：P 4S 3H N 3H N N N H N N N HNNNN 5+，，，N N N NN N N N N N N N N NN NN N N NCH 2N 2（重氮甲烷），HC HNNC HN N（有时，孤对电子省略不写。

）练习：下列各Lewis 结构式中，能正确表示出NO 3-离子的Lewis 结构式是A. NO O B. NO O C. NO O OD. NO OO当Lewis 结构式不只一种形式时，如何来判断这些Lewis 结构式的稳定性呢？4．Lewis 结构式稳定性的判据 −− 形式电荷Q F (1) Q F 的由来： 以CO 为例n o = 2 ⨯ 8 = 16 n v = 4 + 6 =10 n s / 2 = (16 - 10) / 2 = 3 n l / 2 = (10 - 6) / 2 = 2为了形成三对平等的共价键，可以看作O 原子上的一个价电子转移给C 原子，即：，所以氧原子的Q F 为+1，碳原子的Q F 为-1。

高中杂化轨道理论(图解）一、原子轨道角度分布图二、共价键理论和分子结构价键法（VB法）价键理论一：１、要点：⑴、共价键的形成条件：①、先决条件：原子具有未成对电子；②、配对电子参与成键的原子轨道要满足对称匹配、能量相近以及最大重叠的原则；③、两原子具有成单的自旋相反的电子配对，服从保里不相容原理。

⑵、共价键的本质：是由于原子相互接近时轨道重叠，原子间通过共用自旋相反的电子使能量降低而成键。

⑶、共价键的特征：①、饱和性，一个原子有几个未成对电子（包括激发后形成的未成对电子），便和几个自旋相反的电子配对成键；而未成对电子数是有限的，故形成化学键的数目是有限的。

②、根据原子轨道最大重叠原理，原子轨道沿其角度分布最大值方向重叠，即共价键具有一定的方向性。

⑷、共价键的类型：单键、双键和叁键。

①、σ键和π键。

ⅰ、σ键：沿键轴方向重叠，呈圆柱形对称，称为σ轨道，生成的键称为σ键σ是希腊字母，相当于英文的s，是对称Symmetry[`simitri]这个字的第一个字母）。

σ键形成的方式：ⅱ、π键：两个p 轨道彼此平行地重叠起来，轨道的对称面是通过键轴的平面，这个对称面就叫节面，这样的轨道称为π轨道，生成的键称为π键（π相当于英文的p ，是平行parallel[`p ?r ?lel]的第一个字母）。

π键的形成过程：，σ键和π键的比较 σ键（共价键中都存在σ键） π键 （只存在不饱和共价键中）重叠方式 （成建方向）沿两电子云（原子轨道）的键轴方向以“头碰头”的方式遵循原子轨道最大程度重叠原理进行重叠两互相平行的电子云（原子轨道）以“肩并肩”的方式遵循原子轨道最大程度重叠原理进行重叠 重叠程度重叠程度较大 重叠程度较小 电子云形状共价键电子云（重叠部分）呈轴对称 共价键电子云（重叠部分）呈镜像对称 牢固程度强度较大，键能大，较牢固，不易断裂 强度较小，键能较小，不很牢固，易断裂 化学活泼性不活泼，比π键稳定 活泼，易发生化学反应健 型项 目类型s-s、s-p、、p-p、s-SP杂化轨道、s-SP2杂化轨道、s-SP3杂化轨道、杂化轨道间p－pπ键，、p－p大π键是否能旋转可绕键轴旋转不可旋转，存在的规律共价单键是σ键，共价双键有一个σ键，有一个π键；共价叁键有一个σ键，有两个π键。

共价键理论一.路易斯理论1916年,美国的 Lewis 提出共价键理论. 认为分子中的原子都有形成稀有气体电子结构的趋势,求得本身的稳定. 而达到这种结构,并非通过电子转移形成离子键来完成, 而是通过共用电子对来实现.通过共用一对电子, 每个H均成为 He 的电子构型, 形成共价键. 又如:Lewis的贡献在于提出了一种不同于离子键的新的键型, 解释了X 比较小的元素之间原子的成键事实. 但Lewis没有说明这种键的实质, 适应性不强. 在解释BCl3, PCl5等未达到稀有气体结构的分子时, 遇到困难:二价键理论(Valence Bond Theory)1927年, Heitler 和 London 用量子力学处理氢气分子H2, 解决了两个氢原子之间化学键的本质问题, 使共价键理论从典型的Lewis理论发展到今天的现代共价键理论.1. 氢分子中的化学键量子力学计算表明, 两个具有电子构型的H 彼此靠近, 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.H < 0, 表示由 2H 形成 H2时, 放出热量. 相反过2. 价键理论将对 H2的处理结果推广到其它分子中, 形成了以量子力学为基础的价键理论(V. B. 法)1) 共价键的形成A, B 两原子各有一个成单电子，当 A, B 相互接近时, 两电子以自旋相反的方式结成电子对, 即两个电子所在的原子轨道能相互重叠, 则体系能量降低, 形成化学键, 亦即一对电子则形成一个共价键.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.例如:H2中, 可形成一个共价键. HCl 分子中, 也形成一个共价键. N2分子怎样呢? 已知 N 原子的电子结构:程:吸热,即破坏 H2的键要吸热(吸收能量), 此热量 D 的大小与 H2分子中的键能有关.计算还表明, 若两个 1s 电子保持以相同自旋的方式, 则 r 越小, V 越大. 此时, 不形成化学键. 如图中上方红色曲线所示, 能量不降低.H2中的化学键可以认为是电子自旋相反成对, 使体系的能量降低. 从电子云角度考虑, 可认为 H 的 1s轨道在两核间重叠, 使电子在两核间出现的几率大, 形成负电区, 两核吸引核间负电区, 使 H 结合在一起. 如图: 每个N原子有三个单电子, 所以形成 N2 分子, N 与N 原子之间可形成三个共价键. 写成:形成 CO 分子时, 与 N2相仿, 同样用了三对电子, 形成三个共价键. 不同之处是, 其中一对电子在形成共价键时具有特殊性: C 和 O各出一个 2p 轨道, 重叠, 而其中的电子是由 O 单独提供的。

化学键的价键理论共价键价电子对化学键是化学反应中最基本的概念之一，它描述了原子之间的结合方式。

化学键的形成涉及到共享或转移电子，其中共价键是最常见的一种化学键类型。

共价键形成的基本单位是价电子对，本文将探讨化学键的价键理论及共价键价电子对的性质。

1. 共价键的概念共价键是原子之间通过电子的共享形成的化学键。

在共享过程中，原子通过共享价电子对形成共价键，使得原子能量降低并达到更稳定的状态。

共价键可以形成在同种元素之间（如氢气分子H2）或不同元素之间（如氧气分子O2）。

2. 价键理论2.1 原子轨道和价电子对根据价键理论，原子由核心和围绕核心的电子组成。

电子存在于不同的轨道中，其中价电子是参与形成化学键的电子。

价电子对是共价键的基本单位，可以是一个或多个共享的电子对。

2.2 原子轨道的杂化原子的轨道通过杂化可以重新组合成新的轨道，以适应共享电子对的形成。

常见的杂化类型包括sp、sp2和sp3杂化。

sp杂化产生线性共价键，sp2杂化产生三角平面共价键，sp3杂化产生四面体共价键。

2.3 共价键的形成共价键的形成通过轨道重叠实现。

共价键的形成有两种基本的重叠方式：头-头重叠和边-边重叠。

在共价键形成中，电子云发生重叠，形成化学键。

3. 共价键价电子对的性质3.1 共价键的长度和键能共价键的长度取决于原子核间的距离，较短的键对应于较强的共价键。

共价键的键能是破坏化学键所需的能量，与键的强度相关。

3.2 共价键的极性共价键可以是非极性的或极性的。

非极性共价键是由相同或相似元素之间的共享电子对形成的，如氢气分子H2。

极性共价键是由不同元素之间的共享电子对形成的，电子云偏向电负性较高的原子。

3.3 共价键的结构和分子形状共价键决定了分子的结构和形状。

共价键的方向性以及原子杂化方式对分子形状产生重要影响。

杂化sp3形成四面体分子结构，sp2杂化形成平面三角形分子结构。

4. 应用和意义共价键的理论对于解释化学反应、分子形状及性质具有重要意义。