05 post+5+Chemical+bonding.pptx

第1页：分子结构与化学键封面

Molecular Structure: Chemical Bonding and Theory（分子结构与化学键理论），Chapters 9 & 10。

第2页：价电子

价电子 Valence electrons：原子最外层的电子，是参与化学成键的电子。

第3页：离子键与共价键的判别

1. 如何区分共价键与离子键

• Li + F → Li⁺F⁻：电子由 Li 转移给 F，形成离子键（Li 1s²2s¹ → Li⁺[He]；F 1s²2s²2p⁵ → F⁻[Ne]）
• H + F → HF：电子为双方共用，形成共价键，H 端显 δ+、F 端显 δ−

第4页：电负性与键型划分

电负性：原子在化学键中吸引电子的能力。1932 年鲍林以 F = 4.0 为基准定义元素电负性。

例：LiF 的 Δ = 4.0 − 1.0 = 3.0（离子键）；HF 的 Δ = 4.0 − 2.1 = 1.9（极性共价键）。

第5页：化学键类型判断练习

判断下列化学键的键型

第6页：晶格能与离子化合物性质

晶格能 U：将 1 mol 固态离子化合物完全分离为气态离子所需的能量（kJ/mol）。U ∝ Q⁺Q⁻/r，电荷越大、核间距越小，晶格能越大。

第7页：玻恩—哈伯循环

用玻恩—哈伯循环（Born-Haber Cycle）求晶格能

ΔH°_overall = ΔH°₁ + ΔH°₂ + ΔH°₃ + ΔH°₄ + ΔH°₅

其中最后一步即晶格能 U：由气态离子结合成离子晶体放出的能量。

第8页：离子化合物与共价化合物比较

离子化合物与共价化合物的比较：离子化合物由离子晶格构成，熔点高、熔融态导电、硬度大；共价化合物以分子形式存在，熔点较低、熔融态一般不导电。

第9页：共价键的键长

共价键参数 (a) 键长：两个原子核之间的平均距离。

规律：三键 < 双键 < 单键；原子半径越小键长越短（H 37 pm，I 133 pm），键长源于原子轨道的重叠。

第10页：共价键的键能

(b) 键能：断开 1 mol 气态分子中某特定键所需的焓变。

• Cl₂(g) → Cl(g) + Cl(g)，ΔH° = 242.7 kJ
• H₂O(g) → H(g) + OH(g)，ΔH° = 502 kJ；OH(g) → H(g) + O(g)，ΔH° = 427 kJ（O—H 键能取平均值）

反应焓变估算：ΔH° = 反应物键能总和 − 产物键能总和

第11页：共价键的键角与臭氧

(c) 键角：相邻两个化学键之间的夹角。

臭氧 O₃（沸点 −111.3 ℃）：键角 116.5°，键长 148 pm，键能 210 kJ；O—O—O 总键能 468 kJ。

臭氧是比 O₂ 更强的氧化剂，环境友好，主要用于饮用水净化、空气与污水除臭以及油脂与纺织品的漂白。

第12页：价层电子对互斥模型

4. VSEPR 模型（价层电子对互斥）：根据成键电子对与孤对电子之间的静电排斥预测分子构型。

• 电子对数 SN = 成键电子对数 + 孤对电子数
• BeCl₂：Be[He]2s²，SN = 2 → 直线形
• NH₃：N[He]2s²2p³，SN = 4 → 三角锥形，键角 107.3°
• CH₄：C[He]2s²2p²，SN = 4 → 正四面体

第13页：中心原子无孤对电子的构型

中心原子 A 不含孤对电子时 AB_x 分子与离子的几何构型：随电子对数 SN 的不同，分别呈直线形、平面三角形、四面体、三角双锥与八面体等构型。

第14页：含孤对电子的构型总表

VSEPR 构型汇总：按电子对数 SN 由小到大系统排列各种成键与孤对组合对应的分子几何构型。

第15页：

第16页：偶极矩与极性分子

10.2 偶极矩与极性分子：HF 分子中 F 端为富电子区（δ−）、H 端为贫电子区（δ+）。

偶极矩 μ = Q × r（Q 为电荷，r 为电荷间距离）；1 D = 3.36 × 10⁻³⁰ C·m

第17页：分子极性（10.2）

第 10.2 节：偶极矩与分子极性。

第18页：分子极性（10.2续）

第 10.2 节（续）：分子偶极矩的矢量合成与极性判断。

第19页：偶极矩有无的判断

第20页：二氯甲烷是否有偶极矩

思考：CH₂Cl₂ 是否具有偶极矩？

第21页：二氯甲烷的偶极矩分析

第 10.2 节：对 CH₂Cl₂ 分子偶极矩作矢量合成分析——C—H 与 C—Cl 键的偶极不能完全抵消。

第22页：二氯甲烷的电荷分布

CH₂Cl₂ 的电荷分布：Cl 端为负电区，H 端为正电区，分子整体因结构不对称而具有净偶极矩。

第23页：价键理论与σ键

5. 价键理论与原子轨道杂化

H + H = H₂：1s(e⁻) + 1s(e⁻) = σ 键（2 电子）

平衡核间距 R_e = 73 pm，键能 = 45.8 kJ

成键本质是原子轨道的重叠。

第24页：氨分子构型的预测偏差

若 NH₃ 的三个 N—H 键由 N 的三个 2p 轨道与 H 的 1s 轨道重叠形成，预测 H—N—H 键角应为 90°；而实测键角为 107.3°，说明需要引入杂化轨道。

第25页：甲烷的sp3杂化

CH₄：C[He]2s²2p² 与 4 个 H 的 1s 成键

碳采取 sp³ 杂化，形成 4 个等价的 sp³ 杂化轨道，键角 109.5°，呈正四面体。

第26页：杂化轨道的概念与要点

杂化 Hybridization：两个或多个原子轨道混合形成一组新的杂化轨道。

• 杂化轨道的形状与原原子轨道差别很大
• 杂化轨道的数目等于参与杂化的纯原子轨道数目
• 共价键由杂化轨道与原子轨道重叠、或杂化轨道之间重叠形成

第27页：sp与sp2杂化

• sp 杂化：BeCl₂，直线形
• sp² 杂化：BF₃，平面三角形，键角 120°

第28页：氨与水的sp3杂化

N[He]2s²2p³ 与 3 个 H 成键时采取 sp³ 杂化。

• NH₃：sp³ 杂化，键角 107.3°
• H₂O：O 原子 sp³ 杂化，键角 104.5°

孤对电子排斥更强，使键角小于四面体的 109.5°。

第29页：sp3d与sp3d2杂化

• SF₆：S[Ne]3s²3p⁴ 经电子激发与 sp³d² 杂化（利用空 3d 轨道），呈八面体
• PBr₅：sp³d 杂化，呈三角双锥体

第30页：

第31页：乙烯与乙炔的杂化

• 乙烯 CH₂=CH₂：电子激发后 sp² 杂化，含 π 键
• 乙炔 CH≡CH：电子激发后 sp 杂化

π 键比 σ 键更活泼，更易发生加成反应。

第32页：苯与碳酸根的离域体系

• 苯 C₆H₆：6 个碳形成闭合的离域大 π 体系
• 碳酸根 CO₃²⁻：C 与 3 个 O 之间的负电荷离域分布

二者均属离域体系（delocalized system），键长键级趋于平均化。

第33页：分子轨道理论的提出

5. 分子轨道理论（MO）：分子中的化学键由原子轨道相互作用形成的分子轨道构成。

实验表明 O₂ 具有顺磁性（存在未成对电子），而按价键理论液态氧应为抗磁性，这一矛盾推动了分子轨道理论的发展。

第34页：顺磁性与抗磁性

• 顺磁性 Paramagnetic：存在未成对电子（如 O₂ 的 2p 轨道）
• 抗磁性 Diamagnetic：所有电子均成对

第35页：氢分子的分子轨道处理

薛定谔方程应用于氢分子：求解方法为 LCAO（原子轨道线性组合）。

H 的 1s 原子轨道 φ 组合形成 H₂ 的成键分子轨道与反键分子轨道。

第36页：锂分子的分子轨道

Li 1s²2s¹ 形成 Li₂ 分子。

键级 = （成键轨道电子数 − 反键轨道电子数）/ 2

第37页：键级与HOMO、LUMO

键级分别为 ½、1、0 时，键的强度依次增大：键级越高，键越强。

HOMO

最高占据分子轨道（highest occupied MO）

LUMO

最低未占分子轨道（lowest un-occupied MO）

第38页：p轨道的两种相互作用

两个 p 轨道之间可能的两种相互作用

• 头碰头（Head to Head）：形成 σ 键
• 肩并肩（Shoulder to Shoulder）：形成 π 键

第39页：

第40页：

第41页：前线轨道示意

前线轨道：LUMO（最低未占分子轨道）在上、HOMO（最高占据分子轨道）在下，二者之间的能级差决定分子的反应活性与光谱性质。

第42页：第9章与第10章习题

习题：9.73、9.120、10.10、10.24、10.37、10.88