【化学课件】分子与键概念教学课件

分子与化学键概念化学键是连接原子形成化合物的重要力量，是高中化学必修课程的核心概念之一通过学习分子与化学键，我们能够深入理解物质的微观结构如何决定其宏观性质，从而揭示化学变化的本质规律课程概述1原子结构基础回顾复习原子核外电子排布规律，为理解化学键形成奠定基础2化学键的类型与形成深入学习离子键、共价键、金属键等不同类型化学键的形成机制3分子结构与性质探讨分子的空间构型如何影响物质的物理和化学性质晶体结构基础学习目标理解化学键机制掌握电子式表示分析结构性质关系掌握化学键的形成机制和不同类型，熟练运用电子式表示原子和分子的电能够从分子的空间结构角度分析和预理解原子间相互作用的本质原理子结构，正确书写化学键的形成过程测物质的各种性质表现原子结构回顾原子组成电子排布规律原子由原子核和核外电子云构成原子核位于中心，包含质子电子层与电子轨道模型帮助我们理解电子的空间分布每个电和中子，而电子在核外的特定区域运动形成电子云子层可容纳的电子数有限，内层电子比外层电子更稳定电子在原子中的分布严格遵循能量最低原则，优先占据能量较核外电子排布遵循泡利不相容原理、洪特规则等基本规律，这低的轨道，这种排布方式决定了原子的化学性质些规律解释了元素性质的周期性变化元素周期表与电子排布主族元素规律主族元素外层电子数与族数存在直接对应关系，这种规律性为预测元素性质提供了重要依据稀有气体结构稀有气体具有稳定的电子结构，最外层电子数为个（氦为个），这82种结构极其稳定周期律关系元素周期律与原子电子结构密切相关，电子排布的周期性变化导致了元素性质的周期性原子的电子式表示电子式定义电子式使用或符号表示原子最外层电子，直观显示原子的价电子分布情况·×稳定结构原则原子倾向于获得稳定的电子结构，通常满足八电子规则（氢、氦除外），这是化学键形成的驱动力表示方法正确的电子式表示需要准确标明最外层电子数，为后续学习化学键形成过程奠定基础化学键的本质形成目的2化学键的形成旨在降低整个体系的能量，定义内涵使原子获得更加稳定的电子结构化学键是原子间相互作用形成的化学力，1是维持化合物稳定存在的根本原因成键条件化学键形成需要满足特定的条件，包括原子间的距离、电子结构等因素3化学键的主要类型离子键金属键金属与非金属元素间通过电子转移形成的静电引力金属原子与自由电子间的相互作用力1234共价键分子间作用力非金属元素间通过共用电子对形成的化学键氢键和范德华力等弱相互作用离子键

（一）静电引力本质1阴阳离子间的库仑引力电子转移过程2金属失电子形成阳离子形成条件3金属与非金属元素结合离子键是阴、阳离子间的静电引力，形成条件是金属元素与非金属元素间发生电子转移这种化学键具有无方向性的特点，键的强度相对较大，能够形成稳定的离子化合物离子键

（二）离子相互吸引氯原子得电子和之间的静电引力使离子结合成稳Na+Cl-钠原子失电子Cl原子得到1个电子形成带负电的Cl-离定的NaCl离子化合物Na原子失去最外层1个电子，形成带正电子，最外层达到8电子稳定结构的离子，获得稳定的电子结构Na+离子化合物的电子式阳离子表示1不标记外层电子，右上角标注电荷阴离子表示2标记全部价电子，用方括号括起整体结构3阴阳离子按比例组合形成化合物在表示离子化合物的电子式时，阳离子不标记外层电子，只在右上角标明电荷数；阴离子需要标记全部价电子，并用方括号括起来标明电荷例如、、等都是典型的离子表示方法Na+Cl-O2-离子化合物的性质熔沸点高导电性变化1离子键强度大，需要大量能量才能破固态时不导电，熔融态或水溶液中离2坏离子间的静电引力子自由移动而导电晶体结构溶解性规律4离子在空间中规则排列形成特定的晶易溶于极性溶剂如水，难溶于非极性3体结构溶剂如汽油共价键

（一）21原子共享电子对两个或多个原子共同拥有电子对每个共价键包含一对共用电子8稳定结构通过共享达到稳定的八电子结构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这种化学键具有明显的方向性特征，共用电子对在原子间的特定方向上形成，决定了分子的空间构型共价键

（二）氢原子接近两个氢原子逐渐靠近，电子云开始重叠，相互作用力增强电子共享每个氢原子贡献1个电子，形成1对共用电子对，实现电子共享稳定分子电子云重叠区电子密度增大，形成稳定的H₂分子共价键

（三）氯分子的形成是共价键的典型例子两个氯原子各自具有个价电子，每个原子都有个未配对电子当两个氯原子接近时，Cl₂71各自贡献个未配对电子形成对共用电子对，这样每个氯原子都达到了电子的稳定结构，形成稳定的分子118Cl₂共价键的分类分类依据类型特点实例电子对来源普通共价键各原子贡献1H-H,Cl-Cl个电子电子对来源配位共价键一方提供电子中的NH₄⁺N-对键H按照共用电子对的来源不同，共价键可以分为普通共价键和配位共价键普通共价键中，参与成键的原子各自贡献个电子形成共用电子对而配位共价键1则是由其中一个原子单独提供一对电子与另一个原子共享共价键的分类

（二）电子对数键能kJ/mol共价键的分类

（三）非极性共价键极性共价键同种元素原子间形成，电负性差值小于，电子对均匀分布不同元素原子间形成，电负性差值，电子对偏向电负性大

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40.4-

1.7的原子按照键的极性特征，共价键可分为非极性共价键和极性共价键非极性共价键通常存在于同种原子之间，如、等极性共价键存在于H-H Cl-Cl不同原子之间，由于电负性差异，共用电子对会偏向电负性较大的原子电子式表示共价化合物简单分子复杂分子或碳原子居中，四个氢原子H₂:H:H H-H CH₄:环绕或O₂::Ö::Ö:O=O氧原子居中，两个氢原子H₂O:或N₂::Ṅ:::Ṅ:N≡N成角度分布氮原子居中，三个氢原子NH₃:呈锥形分布表示规则用表示共用电子对:用表示未共用电子·用简化表示共价键-共价分子的结构特征共价键长度共价键能共价键角原子核间的距离，影断裂共价键所需的能两个共价键之间的夹响分子的空间尺寸和量，反映键的强度角，决定分子的几何稳定性键长越短，键能越大，化学键越构型和空间形状，影键能通常越大，分子稳定，越难被破坏响分子的物理化学性越稳定质分子的空间构型1理论基础理论（价层电子对互斥理论）是预测分子空间构型的重VSEPR要理论工具2基本原理价层电子对尽可能远离以减少静电排斥，形成能量最低的空间排布3构型预测根据中心原子周围电子对数目预测分子的几何构型和键角大小常见分子空间构型线形分子平面三角形CO₂,C₂H₂BF₃•键角180°•键角120°12•原子共线排列•原子共面排列角形分子正四面体43H₂O CH₄•键角

104.5°•键角

109.5°•V字形结构•四面体构型电负性与化学键极性分子极性判断1综合考虑键极性和分子构型键的极性判断2根据电负性差值大小确定电负性概念3原子吸引共用电子对的能力强弱电负性是衡量原子吸引共用电子对能力的物理量电负性差值大的原子间形成极性键，差值小的形成非极性键分子的极性不仅取决于键的极性，还与分子的空间构型密切相关分子间作用力

（一）范德华力氢键范德华力是普遍存在于分子间的弱相互作用力，包括取向力、氢键是一种特殊的分子间作用力，存在于含有、、H-F H-O H-诱导力和色散力三种成分键的分子之间N这种作用力虽然较弱，但对物质的物理性质如熔点、沸点、溶氢键的强度介于化学键和范德华力之间，对物质的特殊性质如解度等有重要影响，是分子聚集态存在的重要原因水的反常膨胀、蛋白质的二级结构等起决定作用分子间作用力

（二）氢键的形成氢原子与电负性强的原子（、、）相连时，可与另一分子中的孤对F ON电子形成氢键水的特殊性质水分子间氢键使水具有异常高的熔点、沸点和表面张力，冰的密度小于液态水生物意义双螺旋结构中的氢键维持遗传信息的稳定性，蛋白质折叠也DNA依赖氢键作用金属键电子海模型自由电子在金属离子间自由流动静电作用金属阳离子与电子云的静电引力金属性质解释导电性、延展性等金属特征金属键是金属阳离子与自由电子间的静电作用力金属原子外层电子容易失去，形成金属阳离子和自由移动的电子云这种独特的键合方式赋予金属良好的导电性、导热性和延展性等特征性质晶体结构基础晶格排列微粒在三维空间中按一定规律重复排列形成的格子晶胞概念晶体结构的最小重复单元，包含晶体的全部结构信息晶体特征具有规则外形、固定熔点等特征性质晶体类型离子晶体原子晶体等典型代表金刚石，石墨等代表NaCl,CaF₂•离子间静电引力结合•共价键连接原子•熔点高，硬度大•熔点极高，硬度极大•固态不导电，熔融态导电•一般不导电（石墨除外）分子晶体冰，等典型例子I₂•分子间作用力结合•熔点低，硬度小•不导电，易升华分子晶体特征微粒组成晶格节点上排列着完整的分子，分子内部原子通过共价键结合结合力性质分子间通过范德华力或氢键等弱相互作用力维持晶体结构物理性质熔点、沸点较低，常温下多为气体或易升华的固体，硬度较小典型实例干冰、碘晶体、萘等都是典型的分子晶体代表CO₂I₂离子晶体特征微粒性质晶格节点上分布着阴离子和阳离子，没有独立的分子存在，整个晶体可看作一个巨大的分子结合方式离子间通过强烈的库仑静电引力相互结合，这种作用力没有方向性和饱和性特征物理性质熔点、沸点很高，硬度大但较脆，固态时不导电，熔融或溶解后能够导电原子晶体特征400010熔点硬度级别°C金刚石熔点超过金刚石硬度为摩氏级4000°C10100%共价键比例整个晶体由共价键构成原子晶体的微粒是原子，原子间通过共价键直接相连形成三维网状结构由于共价键的强度很大，因此原子晶体具有极高的熔点、沸点和硬度金刚石就是典型的原子晶体，其每个碳原子与周围个碳原子形成共价键4金属晶体特征化学键与物质性质晶体类型化学键类熔沸点硬度导电性型离子晶体离子键较高较大但脆熔融态导电原子晶体共价键极高极大多数不导电分子晶体分子间作较低较小不导电用力金属晶体金属键差异较大多数较大良好导电化学键与化学反应反应本质热效应化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成反应热等于断键吸收的能量与成键释放能量的差值能量变化断裂化学键需要吸收能量，形成新键会释放能量常见化学反应中的键变化置换反应复分解反应氧化还原反应反应中电子发生转移，原有化学键断Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu AgNO₃+NaCl=AgCl↓+NaNO₃裂，同时形成新的化学键，伴随着显著铁原子失去电子形成，得到离子间重新组合形成新的离子化合物，Fe²⁺Cu²⁺的能量变化电子还原为原子反应过程中涉及与结合形成难溶的沉淀Cu Ag⁺Cl⁻AgCl金属键和离子键的变化实验观察离子化合物的形成反应现象观察钠与氯气反应产生明亮的黄色火焰，同时生成大量白色烟雾，反应非常剧烈产物性质测定收集生成的白色固体，测试其导电性、溶解性等性质，验证离子化合物特征结果分析生成的氯化钠具有典型的离子化合物性质，证明了离子键的形成过程实验观察共价化合物的形成氢气与氯气在光照或加热条件下发生反应，产生氯化氢气体反应过程中可以观察到明亮的蓝绿色火焰，生成的气体遇水蒸HCl气形成白雾通过测定产物的性质，可以验证共价键的形成特点和共价化合物的基本性质HCl案例分析水的特殊性质分子结构特点水分子呈字形结构，氧原子电负性大，氢原子带部分正电荷，V形成极性分子氢键网络水分子间通过氢键相互连接，形成三维氢键网络结构，每个水分子可形成个氢键4反常性质冰的密度小于液态水，水具有异常高的比热容、表面张力和粘度等特殊性质生物意义水的特殊性质使其成为生命活动的重要载体，维持生物体的正常生理功能案例分析碳的同素异形体金刚石石墨案例分析气体溶解性极性气体非极性气体、等极性气体易溶于水、等非极性气体难溶于水NH₃HCl O₂N₂•分子间氢键作用•只有微弱范德华力•偶极-偶极相互作用•不能形成氢键工业应用温度影响制备氨水、盐酸等溶液温度升高气体溶解度降低•气体吸收技术•分子运动加剧•环保治理应用•气体逸出增多化学键与生命现象DNA结构稳定DNA双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间形成2个氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶之间形成3个氢键，这些氢键维持了遗传信息的稳定性和特异性蛋白质折叠蛋白质的α-螺旋和β-折叠等二级结构主要通过分子内氢键维持，这些氢键决定了蛋白质的空间构象和生物活性酶催化机制酶与底物的结合依赖于氢键、范德华力等弱相互作用，这些化学键的特异性决定了酶催化反应的高效性和选择性化学键与新材料高分子材料塑料、橡胶等高分子材料通过共价键连接形成长链结构，分子链间通过分子间作用力相互缠绕，赋予材料独特的力学性能和加工性能纳米材料纳米材料由于尺寸效应，表面原子比例增大，化学键环境发生变化，表现出与宏观材料不同的光学、电学和磁学性质超导材料高温超导材料中的载流子通过特殊的键合方式形成库珀对，在特定温度下电阻降为零，展现出神奇的超导现象未来发展基于对化学键本质的深入理解，科学家正在设计具有特定功能的新材料，如自愈合材料、智能响应材料等思考题判断化学键类型中的化学键分子中的键NaCl CO₂在中，原子失去个电分子中碳原子与氧原子通NaCl Na1CO₂子形成，原子得到个电过共用电子对形成共价键，由Na⁺Cl1子形成，两离子间通过静于碳氧电负性不同，形成的是Cl⁻电引力结合，因此只存在离子极性共价键键分子中的键H₂O分子中氧原子与氢原子通过共价键结合，同时水分子间还存在H₂O氢键这种特殊的分子间作用力思考题电子式表达分子电子式结构特点键角四面体个单键CH₄H:C̈:H4C-H

109.5°锥形个键，对孤电子对NH₃H:N̈:H3N-H1107°角形个键，对孤电子对H₂O H:Ö:H2O-H

2104.5°失电子，各得电子MgCl₂Mg²⁺[Cl̈:]⁻₂Mg2Cl1-思考题分子极性判断综合判断1分子极性由键极性和分子构型共同决定具体分析2非极性；极性；、对比CCl₄NH₃CO₂SO₂判断依据3键的极性和分子的空间对称性分子虽然含有极性的键，但由于分子呈正四面体构型，四个极性键的偶极矩相互抵消，整个分子呈非极性分子中CCl₄C-Cl NH₃键为极性键，分子呈锥形，偶极矩不能抵消，因此为极性分子为线形非极性分子，为角形极性分子N-H CO₂SO₂课堂练习键类型判断根据元素性质和电负性差值判断、、等物质中存在NaCl H₂O Fe的化学键类型性质关系分析分析不同晶体类型的熔点、导电性、硬度等性质与化学键的关系反应键变化分析燃烧反应、中和反应等过程中化学键的断裂与形成结构性质关系从分子结构角度解释水的沸点高、金刚石硬度大等现象重点知识总结化学键基础掌握离子键、共价键、金属键的形成条件、特点和实例结构性质关系理解分子空间构型与物质性质的内在联系晶体结构特征区分四种晶体类型的结构特点和性质差异键与反应关系从化学键角度理解化学反应的本质和能量变化学习方法指导构建知识网络微观宏观结合将原子结构、化学键、分子构型、物注重从微观结构解释宏观性质，培养质性质等知识点有机联系，形成完整从本质认识现象的科学思维方法的知识体系练习巩固提高模型辅助理解通过大量习题练习，熟练掌握电子式利用分子模型、晶体模型等教具帮助书写、分子构型判断等基本技能理解抽象的化学键概念和分子结构拓展阅读《物质结构》深入介绍原子结构、分子轨道理论、晶体结构等内容，帮助学生建立更完整的物质结构知识体系，为进一步学习奠定基础《化学键理论发展》回顾化学键理论从经典理论到现代量子力学理论的发展历程，了解科学家们的探索过程和重要贡献《量子化学基础》介绍用量子力学原理解释化学键本质的理论基础，包括薛定谔方程、分子轨道理论等高级内容。