【化学课件】分子与键概念复习课件

分子与键概念复习化学键是相邻原子之间强烈的相互作用，是化学世界的基础纽带理解分子结构对化学反应的重要性，能够帮助我们从微观角度认识化学现象的本质本课程将全面回顾分子与化学键的基本概念，为深入学习化学奠定坚实基础通过系统学习，我们将掌握化学键的形成机理、分子构型的规律，以及它们对物质性质的决定性影响这些知识不仅是化学学科的核心内容，更是理解材料科学、生物化学等前沿领域的重要基石课程目标1掌握化学键的类型与特点深入理解离子键、共价键、金属键的形成机理和本质特征，能够准确判断不同化合物中的化学键类型2学会用电子式表示化学键的形成熟练掌握原子电子式和离子电子式的书写方法，能够用电子式准确表示化学键的形成过程3理解分子结构与物理性质的关系建立分子结构决定物质性质的观念，能够根据化学键类型预测物质的物理化学性质4从微观角度理解化学反应本质认识化学反应的实质是化学键的断裂与形成，掌握用化学键理论解释反应现象的方法第一部分原子结构基础原子的基本组成电子在原子中的排布规律元素周期表中的位置关系原子由位于原子核中的质子和中子，以电子在原子中按照一定的规律分层排元素在周期表中的位置与其电子排布密及在核外运动的电子构成质子带正电布，遵循能量最低原理、泡利不相容原切相关同一周期元素具有相同的电子荷，中子不带电，电子带负电荷原子理和洪特规则电子填充顺序为层数，同一族元素具有相同的最外层电核虽然体积很小，但集中了原子的几乎1s²2s²2p⁶3s²3p⁶等，最外层电子数决子数，这种规律是理解元素性质的关全部质量定元素的化学性质键元素周期表与电子构型主族元素的价电子数主族元素的价电子数等于其族序数第IA族元素有1个价电子，第VIIA族元素有7个价电子价电子数决定了元素的化合价和化学活性周期表位置与元素性质元素的原子半径、电离能、电负性等性质在周期表中呈现明显的周期性变化规律同周期从左到右原子半径递减，电负性递增稳定电子构型与八电子规则稀有气体具有稳定的电子构型，除氦为2电子外，其余均为8电子结构其他元素通过得失或共用电子达到稳定构型原子的电子式表示电子式定义书写规则电子式是用元素符号和小圆点在元素符号的上、下、左、右四（或×）来表示原子最外层电子个方位分别用小点表示电子，每的方法元素符号代表原子核和个方位最多放置2个电子先在内层电子，周围的小点表示价电四个方位各放1个电子，再成对子的分布情况填充注意事项电子式只表示最外层电子，不表示内层电子小点的位置有一定规律，不能随意摆放对于金属元素，通常直接写出失去电子后的离子式原子电子式示例第

一、二主族元素卤族元素钠原子Na的电子式为Na·，失去1个电子后形成Na+离氟原子F的电子式为·F，氯原子Cl的电子式为·Cl，它子镁原子Mg的电子式为Mg，失去2个电子后形成们都有7个价电子，容易得到1个电子形成稳定的八电子结Mg²+离子构1234第

三、四主族元素稀有气体铝原子Al的电子式为·Al·，碳原子C的电子式为·C·，它们氖原子Ne的电子式为Ne，氩原子Ar的电子式为分别有3个和4个价电子，化学性质活泼Ar，它们已具有稳定的电子构型，化学性质稳定第二部分化学键概述化学键的定义化学键是相邻原子之间强烈的相互作用力，它使原子结合形成分子或晶体化学键的形成降低了系统的能量，使物质更加稳定形成本质化学键形成的本质是原子通过电子的重新分布达到稳定的电子构型这种重新分布可能是电子的转移，也可能是电子的共用能量影响化学键的形成通常伴随着能量的释放，键的断裂需要吸收能量键能的大小反映了化学键的强弱，键能越大，化学键越稳定化学键的分类共价键原子间共用电子对形成的键主要存在于非金属元素之间离子键阴阳离子之间的静电引力形成于活泼金属与非金属之间金属键金属离子与自由电子的作用存在于金属晶体中化学键的分类主要依据电负性差异和键合特点电负性差异大的元素间形成离子键，电负性相近的非金属元素间形成共价键，金属元素形成金属键这种分类帮助我们理解不同物质的性质差异电负性概念电负性定义电负性是原子在分子中吸引共用电子对能力的强弱电负性值越大，原子吸引电子的能力越强氟是电负性最大的元素，铯是电负性最小的元素周期表中的变化规律在元素周期表中，同一周期从左到右电负性逐渐增大，同一族从上到下电负性逐渐减小这种规律与原子半径和核电荷数的变化密切相关与化学键类型的关系两原子电负性差值大于

1.7时通常形成离子键，差值在

0.4-

1.7之间形成极性共价键，差值小于

0.4时形成非极性共价键电负性是判断化学键类型的重要依据第三部分离子键静电作用本质1离子键的本质是静电引力电子转移过程2金属失电子，非金属得电子形成条件3活泼金属与活泼非金属之间离子键是使阴、阳离子结合成化合物的静电作用力它通常在活泼金属和活泼非金属元素之间形成，如碱金属与卤素的化合物离子键的强弱与离子电荷和离子半径有关，电荷越高、半径越小，离子键越强典型的离子化合物包括NaCl、MgO、CaF₂等，它们都具有离子晶体的特征结构和性质离子键的形成过程电子的得失过程达到稳定电子构型金属原子失去最外层电子变成阳离子，通过电子的得失，原子达到最接近的稀非金属原子得到电子变成阴离子这个有气体型电子构型这种构型具有最低过程涉及电子的转移，是氧化还原反应的能量，因此最为稳定的本质氧化还原反应本质电荷形成与静电引力离子键的形成过程本质上是氧化还原反得失电子后形成带电荷的离子，异号电应，失电子的原子被氧化，得电子的原荷间产生强烈的静电引力，这种引力就子被还原是离子键形成过程分析NaClNa原子失电子Cl原子得电子静电引力结合电子式表示钠原子失去最外层的1个电氯原子得到1个电子，形成带Na+和Cl-离子通过强烈的静用电子式可以清楚地表示这个子，形成带正电荷的Na+离负电荷的Cl-离子，最外层电电引力相互吸引，形成离子过程Na·+·Cl:→Na++子，电子构型变为2-8结构，子数变为8个，达到稳定的八键，构成氯化钠化合物的基本[Cl:]-→NaCl与氖原子相同电子结构单元离子化合物的特点800°C100%熔点高固态不导电离子间静电作用力强离子在晶格中不能自由移动3D三维网状结构离子按一定规律排列形成晶体离子化合物具有独特的物理化学性质它们的熔点和沸点通常很高，这是因为离子间的静电作用力很强，需要大量能量才能破坏离子键在固态时不导电，因为离子被束缚在晶格中无法自由移动，但熔融状态或水溶液中能够导电离子化合物的溶解性遵循一定规律，极性溶剂如水能够溶解大多数离子化合物，而在非极性溶剂中溶解度很小这种相似相溶的规律与离子化合物的极性特征有关离子电子式表示阳离子电子式阴离子电子式阳离子由金属原子失去最外层电子形成，在元素符号右上角标阴离子由非金属原子得到电子形成，在元素符号右上角标注负注正电荷数例如Na+、Mg2+、Al3+等阳离子通常不再标出电荷数，并用方括号括起来例如[F]-、[O]2-、[S]2-等电子，因为它们已失去价电子阴离子的电荷数等于原子得到的电子数卤素原子得1个电子阳离子的电荷数等于原子失去的电子数，也等于该元素的正化形成-1价阴离子，氧族元素得2个电子形成-2价阴离子合价主族金属元素的阳离子电荷数通常等于其族序数离子键形成过程的表示1电子转移方向标记用箭头表示电子从金属原子转移到非金属原子的方向箭头起点是失电子的原子，终点是得电子的原子，箭头上标明转移的电子数2书写要点和注意事项书写时要准确标出原子的电子式，清楚表示电子的转移过程，最终产物要用离子的形式表示电子转移数必须相等，遵循电荷守恒定律3相同离子分别书写当化合物中含有多个相同离子时，每个离子要分别书写，不能合并例如CaCl₂的形成要写成Ca2++Cl-+Cl-，而不是Ca2++2Cl-4避免符号错误表示离子键形成过程时使用→而不是=→表示反应过程，=表示静态的化学式，两者含义不同，不能混用第四部分共价键电子对共用原子间通过共用电子对形成化学键非金属元素间主要在非金属元素之间形成共价键本质共用电子对的静电作用力共价键是原子间通过共用电子对形成的化学键，主要存在于非金属元素之间与离子键不同，共价键不涉及电子的完全转移，而是原子通过共用一对或多对电子达到稳定的电子构型共价键的本质是共用电子对既受到一个原子核的吸引，也受到另一个原子核的吸引，这种双重吸引力使原子紧密结合共价键的形成使参与成键的原子都能达到稀有气体型的稳定电子构型共价键的形成过程原子提供电子形成共用电子对达到稳定构型每个参与成键的原子两个原子各自提供的通过共用电子对，参都提供一个未成对电电子结合形成共用电与成键的原子最外层子，这些电子具有相子对，这对电子同时电子数达到2个（氢）反的自旋方向，能够属于两个原子，在两或8个（其他元素），配对形成稳定的电子个原子核之间的区域获得稳定的电子构对概率密度最大型基团稳定存在共价键形成的分子或基团作为一个整体存在，内部原子通过共价键紧密结合，具有确定的组成和结构形成过程分析HCl1氢原子提供电子氢原子有1个价电子，需要再得到1个电子达到氦型稳定构型氢原子提供它的唯一价电子参与成键2氯原子提供电子氯原子有7个价电子，需要再得到1个电子达到氩型八电子稳定构型氯原子提供1个未成对电子参与成键3形成共用电子对氢原子和氯原子各提供1个电子，形成1个共用电子对这对电子同时为两个原子所共有，使两个原子都达到稳定构型4电子式表示过程HCl的形成过程可以用电子式表示为H·+·Cl:→H:Cl:或H-Cl，其中:或-表示共用电子对形成过程分析H₂O氧原子电子结构氧原子有6个价电子，电子式为·O，有2个未成对电子氧原子需要得到2个电子才能达到氖型八电子稳定构型氢原子参与成键2个氢原子各自提供1个电子，分别与氧原子的2个未成对电子配对每个氢原子都需要1个电子达到氦型稳定构型形成两个共价键氧原子与2个氢原子分别形成共用电子对，总共形成2个O-H共价键氧原子还有2对未参与成键的孤对电子水分子电子式H₂O分子的电子式为H:O:H，也可以写成H-O-H氧原子达到八电子构型，每个氢原子达到二电子构型，分子整体稳定共价键的类型非极性共价键极性共价键形成于电负性相同或相近的原子形成于电负性差异较大的不同原之间，共用电子对不偏向任何一子之间，共用电子对偏向电负性方典型例子包括H₂、Cl₂、N₂大的原子如HCl中电子对偏向等同种元素形成的分子电子云Cl，使Cl带部分负电荷，H带部分布对称分正电荷单键、双键和三键根据共用电子对数目分为单键（1对）、双键（2对）、三键（3对）键数越多，键长越短，键能越大，化学键越稳定共价键的极性和键数是影响分子性质的重要因素极性共价键会使分子产生偶极矩，影响分子的溶解性、沸点等性质多重键的存在会影响分子的几何构型和化学反应活性常见共价化合物实例双原子分子多原子分子H₂、O₂、N₂、Cl₂等H₂O、NH₃、CO₂、CH₄等单原子分子同种或不同原子间形成共价键中心原子与多个原子成键巨型分子稀有气体He、Ne等金刚石、石墨、SiO₂等原子已达稳定构型，以单原子形式存在原子通过共价键形成三维网络2共价化合物的种类繁多，从简单的双原子分子到复杂的巨型分子都属于共价化合物不同类型的共价化合物具有不同的物理化学性质，这些性质差异源于分子结构和分子间作用力的不同共价化合物的特点低0熔沸点导电性分子晶体熔沸点较低（巨型分子除外）一般情况下不导电气液常温状态多为气体或液体共价化合物的熔点和沸点相对较低，这是因为分子间的作用力（范德华力）比较弱，容易被破坏但巨型分子如金刚石、石墨等例外，它们的熔沸点很高大多数共价化合物在常温下为气体或液体状态，不导电它们的溶解性遵循相似相溶原则，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂这些特点使共价化合物在日常生活和工业生产中有着广泛的应用第五部分金属键电子海模型1自由电子形成电子海金属阳离子2金属原子失去价电子形成阳离子静电作用力3金属离子与自由电子间的相互作用金属键是金属阳离子与自由电子间的作用力，这种特殊的化学键赋予了金属独特的性质在金属晶体中，金属原子失去价电子形成阳离子，而失去的电子在整个金属晶体中自由移动，形成所谓的电子海金属键的强度与金属原子的价电子数和原子半径有关价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔点、硬度等性质也相应提高这种电子的离域性是金属具有导电、导热、延展等特性的根本原因金属键的形成过程金属原子失去电子形成金属阳离子金属原子的价电子与原子核结合力较失去价电子后的金属原子变成带正电荷弱，容易失去形成金属阳离子失去的的金属阳离子，这些离子在金属晶格中电子数等于金属的化合价规则排列金属键强度自由电子形成金属键的强度取决于金属离子的电荷密失去的价电子在整个金属晶体中自由移度和自由电子的密度电荷密度越高，动，不局限于某个特定的原子，形成金属键越强电子海金属的性质导电性、导热性延展性、可塑性金属光泽自由电子能够在金属金属键没有方向性，自由电子能够吸收和中自由移动，使金属当受到外力时，金属反射各种波长的光，具有优良的导电和导层可以相对滑动而不使金属表面呈现特有热性能银的导电性破坏金属键，因此金的金属光泽不同金最好，铜次之，在电属具有良好的延展性属由于电子结构差异线制造中广泛应用和可塑性呈现不同颜色这些性质都与金属键的特殊结构密切相关自由电子的存在是金属区别于离子化合物和共价化合物的根本特征，也是金属在现代科技中不可替代的重要原因第六部分分子间作用力分子间作用力定义分子极性的影响分子间作用力是存在于分子与分子之间的相互作用力，也称为分子的极性直接影响分子间作用力的大小极性分子间的作用范德华力它比化学键弱得多，但对物质的物理性质有重要影力比非极性分子间的作用力强，这是因为极性分子具有永久偶响极矩这种作用力的产生源于分子中电子云的瞬时或永久的不对称分非极性分子间也存在作用力，称为色散力，它源于电子云的瞬布，导致分子间产生吸引力分子间作用力的强弱影响物质的时波动分子越大，电子越多，色散力越强，这解释了为什么熔点、沸点、溶解性等性质分子量大的物质通常熔沸点较高分子间作用力与物理性质沸点、熔点的影响规律分子间作用力越强，克服这种作用力所需的能量越大，因此物质的熔点和沸点越高这是分子间作用力对物理性质最直接的影响相对分子质量的作用在同类型化合物中，相对分子质量越大，分子间作用力越强这是因为大分子有更多的电子，能够产生更强的色散力，使分子间的相互作用增强物质状态的决定分子间作用力的强弱决定了物质在常温常压下的状态作用力强的物质倾向于以液体或固体存在，作用力弱的物质倾向于以气体存在卤素单质的熔沸点规律是一个很好的例子F₂Cl₂Br₂I₂随着原子序数增加，分子量增大，分子间作用力增强，熔沸点依次升高这种规律在很多化合物系列中都能观察到氢键氢键定义氢键是一种比一般分子间作用力强的特殊作用力，但仍比化学键弱得多它是分子间作用力的一种特殊形式形成条件氢键通常在氢原子与电负性很强的原子（如F、O、N）形成共价键的分子之间产生氢原子作为桥梁连接两个电负性强的原子氢键特点氢键不是真正的化学键，而是一种强的分子间作用力它具有方向性和饱和性，对分子的空间结构有重要影响对性质的影响氢键的存在显著提高了物质的熔点和沸点例如，水的沸点比同族的H₂S高得多，这主要归因于氢键的作用氢键对物质性质的影响水的特殊性质水分子间的氢键赋予了水许多特殊性质，如异常高的沸点、比热容大、表面张力强等这些性质对地球生命的存在具有重要意义水结冰体积膨胀水结冰时，分子按照氢键的要求排列成有序的晶体结构，这种结构比液态水更疏松，导致冰的密度比水小，体积膨胀约9%生物分子中的氢键氢键在蛋白质和DNA等生物大分子的结构中起关键作用DNA双螺旋结构中的碱基配对就是通过氢键维持的，这对遗传信息的稳定传递至关重要结构决定性质氢键是化学结构决定物理性质的典型实例分子结构中氢键的存在直接影响物质的宏观性质，体现了微观结构与宏观性质的密切关系第七部分晶体类型原子晶体分子晶体原子通过共价键形成三维网络分子通过分子间作用力结合硬度大，熔点极高熔点低，易挥发离子晶体金属晶体由阴阳离子通过离子键结合金属离子与自由电子结合具有高熔点和导电性有延展性和导电性3晶体类型与化学键密切相关，不同类型的化学键形成不同类型的晶体理解晶体类型有助于预测和解释物质的性质每种晶体类型都有其特征的结构特点和物理化学性质，这些差异源于构成晶体的微粒种类和相互作用方式的不同离子晶体物理特点导电性质硬度大，熔点高，这是因为离子固态时不导电，因为离子被束缚间的静电作用力很强，需要大量在晶格中无法自由移动但在熔能量才能破坏晶格结构离子晶融状态或形成水溶液时能够导体通常比较脆，受到冲击时容易电，这时离子获得了移动的自由沿特定方向断裂度溶解特性多数离子晶体溶于极性溶剂如水，这是因为极性溶剂分子能够与离子形成溶剂化作用，降低晶格能遵循相似相溶原则典型的离子晶体包括NaCl、CaO、KBr等这些化合物在日常生活和工业生产中有着广泛的应用，如食盐、石灰、阻燃剂等离子晶体的性质使它们在电解工业、陶瓷制造等领域发挥重要作用原子晶体极高4000°C硬度熔点金刚石是自然界最硬的物质共价键网络需要极高温度破坏不导电导电性一般不导电（石墨例外）原子晶体的特点源于其独特的结构原子通过共价键形成三维网络结构这种结构使得原子晶体具有极大的硬度和极高的熔点，因为破坏晶体需要断裂大量的共价键典型的原子晶体包括金刚石、石墨、二氧化硅等金刚石中每个碳原子与4个碳原子形成共价键，构成正四面体结构；石墨中碳原子形成层状结构，层内共价键强，层间作用力弱；二氧化硅中硅氧原子形成三维网络结构这些不同的结构导致了它们性质的显著差异分子晶体1硬度小分子间作用力较弱，晶体容易变形或破坏大多数分子晶体质地较软，可以用手指按压变形2熔点低克服分子间作用力所需能量小，因此熔点普遍较低多数分子晶体在常温下为液体或气体3不导电分子晶体中没有自由移动的离子或电子，因此不具有导电性即使熔化后通常也不导电4溶解性遵循相似相溶原则极性分子晶体易溶于极性溶剂，非极性分子晶体易溶于非极性溶剂典型的分子晶体代表有干冰（固态CO₂）、冰（固态H₂O）、碘晶体（I₂）等这些物质的共同特点是熔点较低，易升华或挥发，在日常生活中有着特殊的用途金属晶体延展性熔点差异大导电性金属层可以相对滑动不同金属的熔点差异自由电子使金属成为而不破坏金属键，使很大，从汞的-39°C到良好的电导体和热导金属具有良好的延展钨的3410°C这与金体银的导电性最性这种性质使金属属键的强度和金属原好，铜次之，广泛用可以被锻造成各种形子的结构有关于电线制造状金属光泽自由电子能够反射光线，使金属表面呈现特有的金属光泽不同金属因电子结构差异而呈现不同颜色典型的金属晶体代表有钠、铁、铜、铝等这些金属在现代工业和日常生活中应用极其广泛，从建筑材料到电子器件，金属的独特性质使其成为不可替代的材料第八部分化学反应的本质化学键的断裂与形成化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成断裂化学键需要吸收能量，形成新化学键会释放能量电子转移与共用方式变化反应过程中电子的分布发生重新调整，可能涉及电子的转移（氧化还原反应）或共用方式的改变（非氧化还原反应）能量变化与化学键关系反应的能量变化取决于断裂旧键吸收的能量与形成新键释放的能量之差这决定了反应是放热还是吸热反应活性分析化学键的强弱影响反应的难易程度键能小的化学键容易断裂，相应的反应更容易进行，反应活性更高氧化还原反应与化学键电子得失与键变化氧化数与电子转移氧化还原反应中，电子从还原剂转移到氧化剂，这种电子转移氧化数的变化直接反映了电子转移的情况氧化数升高表示失导致化学键类型的改变金属失去电子形成离子键，非金属得去电子，氧化数降低表示得到电子氧化数变化的大小等于转到电子也可能形成离子键移电子的数目电子转移的数目决定了离子的电荷数，进而影响离子键的强通过分析氧化数的变化，可以判断反应中电子转移的方向和数度电荷数高的离子形成的离子键更强，相应化合物的熔点、量，进而预测产物的性质和反应的剧烈程度这是理解氧化还硬度等性质也会提高原反应的重要方法离子键的形成过程本质上就是氧化还原反应，如Na与Cl₂反应形成NaCl的过程中，Na被氧化，Cl₂被还原，电子从Na转移到Cl₂，最终形成离子键结合的化合物化学键与反应类型不同化学键的反应活性离子键一般比共价键容易断裂，因此离子化合物的反应通常比共价化合物快金属键的反应活性取决于金属的活泼性反应速率与键强关系化学键越强，断裂所需的活化能越高，反应速率越慢这解释了为什么有些反应需要高温或催化剂才能进行催化剂对化学键的影响催化剂能够降低反应的活化能，使化学键更容易断裂，从而加快反应速率催化剂本身不参与反应，不改变反应的热效应键能与化学反应热效应反应热等于断裂旧键吸收的能量与形成新键释放的能量之差可以通过键能数据计算反应热，预测反应的能量变化。