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第二章 分子结构与性质
第一节 共价键
教学目标
1、教学目标
1) 从原子轨道重叠的视角认识共价键的本质，知道共价键具有饱和性和方向性，能用模型、图像和符号等正确表征H2、Cl2、HCl等简单分子中原子轨道的重叠方式。
2) 知道σ键和π键的区别和特征，能说明C2H6、C2H4和C2H2 等分子的成键类型。
3) 理解键能、键长和键角等键参数的含义，能利用键参数解释物质的某些性质。
4) 通过共价键理论模型的发展过程，初步体会不同理论模型的价值和局限。
教学目标
2、教学重点和难点
1) 重点：从原子轨道重叠的视角认识共价键的本质；用键能、键长和键角等键参数解释物质的某些性质。
2) 难点：从原子轨道重叠方式的不同理解σ键和π键的区别和特征。
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思考：原子是如何构成物质的？
Cl
H Cl
H
H
Cl
原子
分子
物质
思考：原子是如何构成分子的？
共价键
一、共价键
1、共价键的定义和本质
(1) 定义：
(2) 本质：
原子间通过共用电子对所形成的相互作用
成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共有电子对，两原子核间的电子密度增加，体系能量降低。
现代价键理论要点
电子配对原理
最大重叠原理
两个原子各提供1个自旋方向相反的电子彼此配对
两个原子轨道重叠越大，两核间电子的概率密度越大，体系能量降低
饱和性
方向性
一、共价键
思考：如何通过原子轨道进一步理解共价键的形成？
氢原子形成氢分子的原子轨道描述
思考： s轨道和p轨道，p轨道和p轨道重叠是否也能形成共价键呢？
一、共价键
氢原子和氯原子形成氯化氢分子的原子轨道描述
饱和性
方向性
氯原子形成氯分子的原子轨道描述
一、共价键
思考与讨论：请归纳 H-H、H-Cl 和 Cl-Cl 的特点
两原子在成键时，原子轨道以“头碰头”的方式重叠形成的共价键。
σ键：
一、共价键
思考：如果将σ键沿着键轴旋转，会发生什么情况呢？
σ键特征：
轴对称：以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变，这种特征为轴对称。
一、共价键
思考： p轨道和p轨道除了以“头碰头”的方式重叠以外，还有没有可能以其他的方式重叠成键？
两原子在成键时，原子轨道以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键。
π键：
一、共价键
π键特征：
观察与思考：
(1) π键的电子云形状有何特征？
(2) 如果将π键沿着键轴旋转，会发生什么情况呢？
(1) 镜面对称：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。
(2) 不能旋转、强度小(没有σ键牢固)。
一、共价键
演示：N2中p-p σ键和 p-p π键的形成过程
2p3
p-pσ键
p-pπ键
p-pπ键
σx
πy
N
N
πz
πz
πy
一、共价键
小结：σ键和π键的比较
σ键 π键
常见类型
原子轨道 重叠方式
键的特征
原子轨道 重叠程度
成键 规律
s-s、s-p、p-p
p-p
“头碰头”重叠
“肩碰肩”重叠
轴对称(可旋转)
镜像对称(不可旋转)
大
小
单键：σ键
双键：1个σ键、1个π键
三键：1个σ键、2个π键
一、共价键
练、乙烷、乙烯、乙炔的化学键
(1) 乙烷分子中有_____个σ键，_____个π键
(2) 乙烯分子中有_____个σ键，_____个π键
(3) 乙炔分子中有_____个σ键，_____个π键
问题导学
观察与思考
结论：卤化氢的稳定性大小比较为 HCl＞ HBr ＞ HI
提出问题：如何解释HCl、HBr、HI的稳定性的差异呢？
猜测一： H Cl、H Br和H I中键的强度不同
猜测二：Cl、Br和I的原子半径依次增大
猜测三：H2与Cl2、Br2和I2反应中的能量变化
卤化氢 在1000℃分解的百分数/%
HCl 0.0014
HBr 0.5
HI 33
问题导学
观察与思考
卤化氢 在1000℃分解的百分数/%
HCl 0.0014
HBr 0.5
HI 33
猜测一：H Cl、H Br和H I中键的强度不同
猜测二：Cl、Br和I的原子半径依次增大
猜测三：H2与Cl2、Br2和I2反应中的能量变化
如何衡量共价键的强度呢？
原子半径是如何影响共价键的强度呢？
化学反应中能量变化与共价键的强度的关系是什么？
二、键参数——键能、键长与键角
1、键能
(1) 定义：
(2) 条件：
气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的最低能量。(单位：kJ·mol 1 )
298.15K、100kPa
键能越大
共价键越牢固
分子越稳定
(3) 键能的大小与共价键的强弱关系
二、键参数——键能、键长与键角
某些共价键的键能 (单位： kJ·mol 1)
资料卡片
键 键能
N O 176.0
N=O 607.0
O O 142.0
O＝O 497.3
C C 347.7
C=C 615.0
C≡C 812.0
键 卤素原子半径(pm) 键能
H F 71 568.0
H Cl 99 431.8
H Br 114 366.0
H I 133 298.7
你能发现哪些规律？
(1) 成键原子相同时，键能强弱比较：单键＜双键＜三键
(2) 形成共价键的原子的半径越大，键能越小。
二、键参数——键能、键长与键角
构成化学键的两个原子的核间距
2、键长
(1) 定义：
(2) 单位：
pm (1pm＝10 12m)
说明：由于分子中的原子始终处于不断振动之中，因此，键长只能是振动着的原子处于平衡位置时的核间距。
二、键参数——键能、键长与键角
某些共价键的键长 (单位： pm)
资料卡片
键 键长
H F 92
H Cl 127
H Br 142
H I 161
键 键长
F F 141
Cl Cl 198
Br Br 228
I I 267
键 键长
C C 154
C=C 133
C≡C 120
卤素 半径
F 71
Cl 99
Br 114
I 133
你能发现哪些规律？
(1) 对于同种类型的共价键，原子半径越大，键长越长。
(2) 成键原子相同的共价键的键长：单键＞双键＞三键
二、键参数——键能、键长与键角
某些共价键的键长、键能
资料卡片
键 键长 键能
H F 92 568
H Cl 127 431.8
H Br 142 366
H I 161 298.7
键 键长 键能
F F 141 157.0
Cl Cl 198 242.7
Br Br 228 193.7
I I 267 152.7
键 键长 键能
C C 154 347.7
C=C 133 615
C≡C 120 812
观察表格中的数据，你能发现键长和键能之间的关系吗？
关系：键长越短，键能越大
F F不符合此的规律，为什么？
解释：氟原子的原子半径很小，F F的键长短，原子核之间的距离小，排斥力大，因此键能小。
问题导学
观察与思考
猜测一：H Cl、H Br和H I中键的强度不同
如何衡量共价键的强度呢？
HCl、HBr、HI稳定性差异的分析
猜测二：Cl、Br和I的原子半径依次增大
原子半径是如何影响共价键的强度呢？
键能
键长
键 键长 键能
H Cl 127 431.8
H Br 142 366
H I 161 298.7
卤素 半径
Cl 99
Br 114
I 133
一般来说，原子半径越短，形成的共价键键长越短，键能越大，共价键越牢固，形成的分子越稳定
问题导学
观察与思考
猜测三：H2与Cl2、Br2和I2反应中的能量变化
HCl、HBr、HI稳定性差异的分析
化学反应中能量变化
键 键能 (kJ·mol 1)
H H 436.0
Cl Cl 242.7
H Cl 431.8
Br Br 193.7
H Br 366.0
I I 152.7
H I 298.7
H2(g)＋Cl2(g)＝2HCl(g) ΔH＝_______kJ/mol
H2(g)＋Br2(g)＝2HBr(g) ΔH＝______kJ/mol
H2(g)＋I2(g)＝2HI(g) ΔH＝______kJ/mol
184.9
102.3
8.7
结论：同类型的化学反应，相同物质的量的反应物放出的热量越多，产物越稳定
二、键参数——键能、键长与键角
在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角
3、键角
(1) 定义：
(2) 意义：
是描述分子空间结构的重要参数
(3) 常见分子的键角：
二、键参数——键能、键长与键角
衡量共价键的稳定性,判断分子稳定性；计算反应热
键能
衡量共价键的稳定性,判断分子稳定性
键长
描述分子空间结构的重要参数
键角
键
参
数
拓展：等电子原理
N2O和CO2
N2和CO
SO2 O3
练、原子数总数相同，价层电子总数相同的分子或离子，互称为等电子体。互为等电子体的物质具有相似的化学键类型和空间结构，其物理性质相似。
(1)根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是： 和 。
(2)由短周期元素组成的物质中，与NO2 互为等电子体的分子有
、 。
高考真题中的化学键问题
[2021全国甲卷] CO2分子中存在____个σ键和____个π键。
[2021广东卷] 在Ⅲ( )中存在离子键与共价键( )
在Ⅳ( )中硫氧键的键能均相等( )
CH2 SH
CH SH
CH2 SO3Na
O
CH3 S OH
O
2
2
╳
√
高考真题中的化学键问题
[2021湖南卷] 1个M2+ 中含有_____个σ键。
54
[2021八省联考河北卷] 在CO分子中，C与O之间形成___个σ键、____个π键，在这些化学键中，O原子共提供了____个电子。
1
2
4
[2018全国Ⅰ卷] LiAlH4中，存在______(填标号)。
A. 离子键 B. σ键 C. π键 D. 氢键
A B

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