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年 级：高二 学 科：化学（人教版）
课时2.1 共价键
网
科
第一节 共价键
2.1.1 共价键的类型-σ键和π键
第二章 分子结构与性质
1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键，了解共价键具有饱和性和方向性。
2.知道根据原子轨道的重叠方式，共价键可分为σ键和π键等类型。
1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键,从微观结构认识分子的产生原因,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
2.根据原子轨道的重叠方式,了解共价键可分为σ键和π键等类型;结合原子轨道的伸展方向,了解共价键具有饱和性和方向性。
共价键
钠、氯通过得失电子同样是形成电子对，为什么这对电子不被钠原子和氯原子共用形成共价键而形成离子键？你能从元素的电负性差别来理解吗？填写下表。
元素 Na Cl H Cl C O
电负性
电负性差值
0.9 3.0
2.1
2.1 3.0
0.9
2.5 3.5
1
提示：元素的电负性差值很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成离子键，而共价键是电负性差值不大的原子间形成的共价键。
化学键：使离子相结合或原子相结合的强烈的作用力通称为化学键。
化学键的类型：共价键、离子键、金属键、配位键。
化学键的存在范围：只存在于相邻的原子或离子之间。分子间不存在化学键。
知识回顾
【主干知识梳理】
一、共价键1、共价键的形成(1)概念：原子间通过 所形成的相互作用叫做共价键。(2)成键微粒：原子；一般为 (相同或不相同)或 与非金属原子。(3)成键实质：共用电子对；原子间通过 产生的强烈作用。共价键形成的过程是成键原子相互接近，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对。(4)成键条件：非金属元素的原子最外层未达到饱和状态(即8电子稳定结构)，相互间通过共用电子对形成共价键。一般由非金属元素的原子结合。大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属原子之间形成共价键。 ①同种或不同种非金属元素的原子的结合。②部分金属元素的原子和非金属原子结合 (如：AlCl3、BeCl2)。
共用电子对
非金属原子
金属原子
共用电子对(即电子云重叠)
(5)存在范围①非金属单质分子(稀有气体除外)，如：H2、O2、N2、Cl2 ②非金属形成的化合物中，如：CO2、H2O、H2SO4、NH3、CH4 ③部分离子化合物中，如：NaOH、Na2SO4、NH4NO3 ④某些金属和非金属形成的化合物中，如：AlCl3、BeCl2(6)成键的原因：共价键成键的原因是原子通过共用电子对，各原子最外层电子一般都能达到饱和状态、两原子核都吸引共用电子对，使之处于平衡状态，原子形成分子后，体系的总能量降低(7)共价键表示方法①用电子式表示：用小黑点(或×)表示最外层电子，如：
②用结构式表示：用一根短线来表示“一”对共用电子对，如：H—H
(8)共价键的形成过程①用电子式表示H2的形成过程：
②用电子云表示氢原子形成氢分子的过程
H2分子的形成过程
两个氢原子的1s电子的自旋方向相反，当它们相互靠近时，两个原子核间的电子云密度变浓，两个原子组成的体系总能量变低，低于两个原子能量之和。当两个氢原子核间达到某一距离r0时，体系总能量达到最低，表示两个氢原子间生成了稳定的共价键，形成了H2分子。当核间距离进一步缩短时，由于两个带正电荷的氢原子核之间的强烈排斥，又使体系总能量迅速升高。电子云在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，电子带负电，因而可以形象的说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了
H
H
H
H
↑
1S
↓
1S
原子轨道在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，因此可以说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了。
3.共价键的类型
①氢原子形成氢分子的过程
氢原子形成氢分子的电子云描述（两个s轨道重叠）
电子云
s-s σ键
H
Cl
（一个s轨道与一个p轨道重叠）
H－Cl
未成对电子的
电子云相互靠拢
电子云相互重叠
s-p σ键
↑
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1s
2s
2p
3s
3p
HCl中的共价键是由氢原子提供的未成对电子的1s原子轨道和氯原子提供的未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。s-p σ键,轴对称.
②氯化氢分子的形成过程
Cl
Cl
Cl
Cl
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
③氯气分子的形成过程
（两个p轨道重叠）
Cl2中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。p-p σ键,轴对称。
p-p σ键
电子云相互重叠
未成对电子的电子云相互靠拢
2、共价键的分类：按照不同的分类方法，可将共价键分为不同的类型(1)按共用电子对数目分类
(2)按共用电子对是否偏移分类 极性键：如H—Cl
非极性键：如Cl—Cl(3)按电子云的重叠方式分类 π键和σ键
【对点训练1】
二、σ键与π键1、σ键(1)σ键的形成：沿键轴(两原子核的连线)方向以“ ”的方式发生原子轨道重叠，轨道重叠部分呈圆柱形对称沿着键轴分布，具有轴对称特征的共价键称为σ键。(2)σ键的类型：根据成键电子原子轨道的不同，σ键可分为s s σ键、s p σ键、p p σ键①s s σ键：两个成键原子均提供s轨道形成的共价键。
②s p σ键：两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键
③p p σ键：两个成键原子均提供p轨道形成的共价键
头碰头
(3)σ键的特征①以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称②形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性(4)σ键的存在：共价单键为σ键；共价双键和共价三键中存在一个σ键
2、π键
氮分子形成示意图
氮分子的2个px单电子沿着x-x轴形成p-p σ键后，由于py、pz原子轨道垂直于px所在的平面，py、pz的单电子不可能再沿着(y，z)轴的方向以“头碰头”形成σ键，而只能是以“肩并肩”的方式重叠，我们把这种以“肩并肩”的方式重叠的共价键叫π键。
π键的特征是两个原子轨道以平行或“肩并肩” 方式重叠；原子重叠的部分分别位于两原子核构成平面的两侧。每个π键的电子云由两块组成，它们互为镜像，这种特征称为镜面对称。
p轨道与p轨道除了能形成σ键外，还能形成π键。
(1)π键的形成：两个原子的电子以”肩并肩“的方式发生原子轨道重叠，重叠形成的电子云由两块形成，分别位于两原子核构成的平面两侧，互为镜像而具有镜像对称特征的共价键称为π键，形成π键的电子称为π电子，p轨道和p轨道形成π键的过程如图所示：
(2)π键的特征①每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像，这种特征称为镜面对称②形成π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时小，π键没有σ键牢固③以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子并不能单独旋转，π键不能旋转，若旋转则会破坏π键(3)π键的存在：π键通常存在于双键或三键中
O2 中 p-p σ键和 p-p π键的形成过程
p-pσ键
p-pπ键
两对孤对
电子对电子云
↑↓ ↑ ↑
2P4轨道
N2中1个p-p σ键和2个p-p π键的形成过程
N≡N
↑ ↑ ↑
2P3轨道
z
z
y
y
x
3、判断σ键、π键的一般规律共价单键为σ键；共价双键中有一个σ键，另一个是π键；共价三键由一个σ键和两个π键构成
观察下图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构回答 (1)乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成？ 乙烷分子由7个σ键组成；乙烯分子由5个σ键和1个π键组成；乙炔分子由3个σ键和2个π键组成
(2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼呢？ 乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有1个和2个π键，π键原子轨道重叠程度小，不稳定，容易断裂。而乙烷中没有π键，σ键稳定，不易断裂
【规律总结 】
对于原子之间能否形成π键可依据原子的价电子数确定,若达到稳定结构只差一个电子,如H、Cl,则只能形成σ键;若达到稳定结构差两个及两个以上电子,如O、N等,则既能形成σ键,又能形成π键,H2O分子中氧原子只形成σ键,而O2分子中既有σ键,又有π键。另外需要注意,分子中存在π键,则一定存在σ键,但若存在σ键,则不一定存在π键。
①s-s电子、s-p电子只形成σ键；p-p电子既形成σ键，又形成π键；且 p-p电子先形成σ键，后形成π键。
②共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键,另一个是π键；共价三键中一个是σ键,另两个是π键。
乙烯
键的类型比较项目 σ键 π键
概念
原子轨道重叠方式
原子轨道重叠部位
原子轨道重叠程度
特征(电子云形状)
类型
形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠 形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“肩并肩”的方式重叠
头碰头 肩并肩
两原子核之间，在键轴处 键轴上方和下方，键轴处为零
大 小
原子轨道重叠部分沿键轴呈轴对称 原子轨道重叠部分分别位于两原子核构成平面的两侧，呈镜面对称
s－s σ键、s－p σ键、 p－p σ键 p－p π键
4、σ键与π键的比较
键的类型比较项目 σ键 π键
键的性质 σ键可沿键轴自由旋转，不易断裂 π键不能旋转，易断裂
键的强度 较大 较小
化学活泼性 不活泼 活泼
示意图
存在的情况 能单独存在，可存在于任何含共价键的分子中 不能单独存在，必须与σ键共存，可存在于双键和三键中
键的性质 σ键可沿键轴自由旋转，不易断裂 π键不能旋转，易断裂
【微点拨】①s轨道与s轨道形成σ键时，电子并不是只在两核间运动，只是电子在两核间出现的概率大②因s轨道是球形的，故s轨道与s轨道形成σ键时，无方向性。两个s轨道只能形成σ键，不能形成π键③两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键④σ键和π键总称价键轨道，但分子形成共价键时，先形成σ键后才形成π键
【对点训练2】
三、共价键的特征1、饱和性：按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋状态相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”，如：H 原子、Cl原子都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，不能形成H3、H2Cl、Cl3等分子，水的分子式是H2O而不能是OH或H3O或HO2等(1)用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下：
(2)氢、卤原子只有一个未成对电子，只形成1个价键：—H、—X(3)氧、硫原子有2个未成对电子，总是形成两个价键：=O或—O—；氮原子有3个未成对电子，与C、H等电负性比氮小的元素的原子成键时总是形成三个价键(4)共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系
2、方向性：除s轨道是球形对称外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点。在形成共价键时，原子轨道重叠的愈多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键就越牢固，因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，所以共价键具有方向性，如图所示：
(1)共价键的方向性决定了分子的立体构型(2)并不是所有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性
【对点训练3】
有机物中的共价键
① C—H 是σ键。
② C—C 是σ键。
③ C==C 一个σ键，一个π键。
④ C≡C 一个σ键，两个π键。
乙烯、乙炔分子中C—C σ键比较稳定不容易断裂， π键比较容易断裂。
乙烯
乙炔
乙烯、乙炔分子的球棍模型
(2)从乙烷、乙烯和乙炔分子中存在的σ键和π键来看,σ键和π键的存在条件和数目有何规律
提示:σ键可以独立存在,π键不能单独存在。
所有的单键都是σ键;双键中有一个σ键和一个π键;三键中有一个σ键和两个π键。
(3)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼
提示:乙烯分子中的碳碳双键和乙炔分子中的碳碳三键中分别含有1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度较小,不稳定,容易断裂。而乙烷分子中没有π键,σ键原子轨道重叠程度大,比较稳定,不易断裂。
(1)共价化合物(不同原子间以共用电子对(共价键)形成的化合物)中。原子之间通过共价键结合,共价化合物中一定存在共价键。如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。
(2)多原子非金属单质分子中。如O2、F2、H2、C60、单质硫、白磷(P4)等(稀有气体为单原子分子,不存在化学键),双原子(或多原子)分子中一定存在共价键(但红磷等分子结构较复杂,常以元素符号代表其单质)。
(3)含根的离子化合物 :如NaOH 、 Na2O2 、 NH4Cl 、NH4NO3等。含有共价键的化合物不一定是共价化合物。
4.共价键存在的范围
二、键参数——键能、键长与键角1、键能
(1)概念：气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。键能通常是298.15 K、100 kPa条件下的标准值，单位是kJ·mol－1(2)意义：共价键的键能越大，共价键就越不容易断裂，成键原子间的结合就越牢固。结构相似的分子，键能越大，分子越稳定(3)共价键强弱的判断①由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的原子半径越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定②由键能判断：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越大③由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越大④由电负性判断：元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力越大，形成的共价键越稳定
(4)键能的应用①判断共价键的稳定性：键能越大，断开化学键时需要的能量越多，化学键越稳定②判断分子的稳定性：结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定③判断化学反应的能量变化：在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形成释放能量，因此反应焓变与键能的关系为ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和ΔH＜0时，为放热反应；ΔH＞0时，为吸热反应
键能——衡量共价键的强弱
N2、O2、F2与氢气的反应能力依次增强，从键能的角度如何理解这一事实？
N—H、O—H、H—F的键能依次为390.8 kJ mol-1、462.8 kJ mol-1、568 kJ mol-1，键能依次增加，分子的稳定性增强，故N2、O2、F2与氢气的反应能力依次增强。
2.1mol H2分别与1mol Cl2、1mol Br2(蒸气)反应，分别形成2mol HCl 和2mol HBr，哪一 个反应释放的能量更多？如何用计算的结构说明氯化氢分子和溴化氢分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质？
通过计算，1mol H2分别与1mol Cl2、1mol Br2(蒸气)反应，分别形成2mol HCl 和2mol HBr，放出能量依次为184.9 kJ、102.3 kJ，1mol H2与1mol Cl2反应形成2mol HCl放出的能量多，
氯化氢分子更稳定，溴化氢分子更容易发生热分解生成相应的单质。
2、键长
(1)概念：构成化学键的两个原子的核间距，因此原子半径决定共价键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短(2)键长与共价键的稳定性之间的关系：共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定，反之亦然(3)键长的应用①一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子越稳定②键长的比较方法a．根据原子半径比较，同类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短b．根据共用电子对数比较，相同的两个原子间形成共价键时，单键键长＞双键键长＞三键键长
应用：共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定，反之亦然
例1、对比Cl—Cl、Br—Br的键能和键长，总结键能和键长的关系，键长和键能对分子的性质有什么影响？
利用键长可以判断共价键的稳定性，键长越短，键能越大，表明共价键越稳定，分子越稳定。比如键长：Cl-Cl＜Br-Br，则分子的稳定性Cl2＞Br2。
例2.乙烯、乙炔为什么比乙烷活泼？
虽然键长C≡C＜C=C＜C－C，键能C≡C＞C=C＞C－C，但乙烯、乙炔在发生加成反应时，只有π键断裂(π键的键能一般小于σ键的键能)，即共价键部分断裂。
3、键角
(1)概念：在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角(2)应用：在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性，因此键角影响着共价分子的空间结构(3)常见分子的键角与分子空间结构
化学式 结构式 键角 空间结构
CO2 O==C==O 180° 直线形
NH3 107° 三角锥形
H2O 105° V形
BF3 120° 平面三角形
CH4 109°28′ 正四面体形
【对点训练4】
【课堂小结】
共价键
本质：原子之间通过共用电子对（或原子轨道重叠）形成共价键
特征：具有方向性和饱和性
成键方式
σ键
原子轨道“头碰头”重叠，电子云呈轴对称
特征
π键
原子轨道“肩并肩”重叠，电子云呈镜面对称
特征
共价三键——1个σ键、2个π键
共价单键——1个σ键
共价双键——1个σ键、1个π键
一般规律
键参数——键能、键长与键角
典例1 共价键具有饱和性和方向性,下列关于共价键这两个特征的叙述中,不正确的是( )
A.共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的
B.共价键的方向性是由成键原子的轨道的方向性决定的
C.共价键的饱和性决定了分子内部的原子的数量关系
D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
D
典例2 所有共价键都有方向性和饱和性吗？
所有的共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如s-sσ键就没有方向性。
类型 方向性
s-s σ键 无
s-p σ键 有
p-p σ键 有
有关碳和硅的共价键键能如下表所示:
简要分析和解释下列有关事实。
(1)比较通常条件下,CH4和SiH4的稳定性强弱:　 　　。
(2)硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是。
(3)SiH4的稳定性小于CH4,硅更易生成氧化物,原因是　　　。
共价键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
348 413 351 226 318 452
CH4比SiH4稳定
C—C键和C—H键键能较大,所形成的烷烃较稳定,而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成
C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定,而Si—H的键能却远小于Si—O键,所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键
规律总结
(1)键长越小,键能越大,共价键越稳定,共价分子的性质也就越稳定。
(2)键长和键角决定分子的空间结构。

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