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第二章　
分子结构与性质
第一节　
共价键
[明确学习目标]
1．熟知共价键的概念与形成过程，知道共价键的特征——具有饱和性和方向性。
2．能够从不同的角度对共价键分类，会分析σ键和π键的形成及特点。
[核心素养对接]
1．宏观辨识与微观探析：从微观角度认识共价键的形成过程并对共价键进行分类，结合物质的性质，形成“结构决定性质”的观念。
2．证据推理与模型认知：结合共价键模型的建立过程，能论证证据与模型建立及其发展之间的关系。
课前篇
·
自主学习固基础
一、共价键的概念和特征
[知识梳理]
1．概念：原子间通过____________所形成的相互作用。
2．本质：电子云(或原子轨道)的重叠。
共用电子对　
3．特征：
(1) __________：决定分子的组成。
(2) 方向性：决定分子的立体构型。
饱和性
二、共价键的类型
1．σ键
形成 成键原子的s轨道或p轨道“________”重叠而形成
类型 s s型
头碰头　
类型 s p型
p p型
特征 ① 以形成化学键的两原子核的________为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形________，这种特征称为________；
② σ键的强度________。
连线　
不变　
轴对称　
较大
2． π键
形成 由两个原子的p轨道“________”重叠形成
p p型
特征 ①π键的电子云具有______对称性，即每个π键的电子云由两块组成，分别位于由________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______；
②π键_______旋转；不如σ键牢固，较易________。
肩并肩　
镜面　
原子核　
镜像　
不能　
断裂
三、键参数的概念和特点
1．键能
(1)概念：气态分子中1 mol化学键________成气态原子所________的能量。
(2)特点：键能越大，键越________，越不易________。
解离　
吸收　
稳定　
断裂
2．键长
(1) 概念：构成化学键的两个原子的________。
(2) 特点：键长越短，键能________，键越________。
3．键角
(1) 概念：两个相邻共价键之间的夹角。
(2)特点：表示共价键有________，决定分子的立体结构。
核间距
越大　
稳定　
方向性
[自我排查]
一、微判断
(1)所有共价键都具有方向性(　　)
(2)N2分子中σ键与π键的个数是2∶1(　　)
(3)氯气的化学式是Cl2而不是Cl3，是由共价键的饱和性决定的(　　)
(4)共价键只能是非金属原子之间的成键(　　)




二、尝试解答
原子轨道尽可能沿着最大重叠的方向重叠，轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越大，形成的共价键也就越稳定。若分子间距离相等，A、B、C三种情况中，哪种情况下重叠最多？
提示：C中“头碰头”方式重叠最多。
课堂篇
·
重点难点要突破
研习1 共价键
[探究活动]
[素材1]　下面五种元素原子电负性的数值：
元素符号 H C O Na Cl
电负性 2.1 2.5 3.5 0.9 3.0
[问题探讨]
1．从原子电负性的角度分析为什么钠、氯通过得失电子形成的电子对不被钠原子和氯原子共用形成共价键而形成离子键？氢和氯原子间、碳和氧原子间的共用电子对可以被两原子共用而形成共价键吗？由此你得出的结论是什么？
提示：钠、氯电负性之差(绝对值)为2.1＞1.7，故Na和Cl之间通过得失电子形成的电子对不被共用，不能形成共价键，形成的是离子键。
氢、氯电负性之差为0.9，碳、氧电负性之差为1，均小于1.7，故氢、氯之间形成的电子对被共用，碳、氧之间形成的电子对也被共用，能形成共价键。由此得出的结论是：
①当原子的电负性相差很大(一般大于1.7)时，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的是离子键。
②当原子的电负性相差不大(一般小于1.7)时，原子间形成的电子对能被共用，形成的是共价键。
[素材2]　下面是乙烷、乙烯、乙炔的球棍模型和空间填充模型：
[问题探讨]
2. 仔细观察乙烷、乙烯、乙炔的分子结构，指出它们分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？
　　　　物质 共价键类别　　　　 乙烷 乙烯 乙炔
σ键数目 7 5 3
π键数目 0 1 2
提示：
3. 解释乙烯分子中π键是如何形成的？
提示：乙烯分子中两个碳原子的p轨道“头碰头”重叠形成一个σ键，而两个碳原子间相互垂直的p轨道“肩并肩”重叠形成一个π键。故乙烯分子中的碳碳双键由一个σ键和一个π键构成。
[重点讲解]
1．共价键的特征
(1) 饱和性：决定分子的组成。
(2) 方向性：决定分子的立体构型。
2．共价键的存在范围
(1)共价化合物，以共用电子对(形成共价键)形成分子的化合物称为共价化合物。共价化合物的组成粒子(原子)通过共价键结合成分子，因此共价化合物中一定存在共价键。如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。
(2)非金属单质分子中(稀有气体除外)，如O2、F2、Cl2、H2、C60等。
(3)部分离子化合物，如Na2SO4中的SO中存在共价键，NaOH中的OH－中存在共价键，NH4Cl中的NH中存在共价键，Na2O2中的O中存在共价键。
3．σ键与π键的比较
共价键类型 σ键 π键
电子云重叠方式 沿键轴方向相对重叠 沿键轴方向平行重叠
电子云重叠部分 两原子核之间，在键轴处 键轴上方和下方，键轴处为零
电子云重叠程度 大 小
键的强度 较大 较小
化学活泼性 不活泼 活泼
成键规律 共价单键是σ键；双键中一个是σ键，一个是π键；三键中一个是σ键，两个是π键
4．乙烷、乙烯、乙炔成键分析
名称 乙烷 乙烯 乙炔
分子结构
碳碳键成键方式 1个σ键 1个σ键、1个π键 1个σ键、2个π键
[典例1] 下列说法中正确的是(　　)
A．若把H2O分子写成H3O分子，违背了共价键的饱和性
B．全部由非金属元素组成的化合物不一定含有共价键
C．所有共价键都有方向性
D．两个原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率减少
A
解析：A对，O原子最外层有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，一个O原子只能结合两个H原子形成H2O；B错，全部由非金属元素组成的化合物可能是共价化合物，也可能是含有原子团的复杂离子化合物，如NH4Cl等，无论是哪种情况，都一定含有共价键。C错，H2分子中，H原子以s轨道成键，因为s轨道为球形，所以H2分子中的H—H键没有方向性。D错，两个原子轨道发生重叠后，电子在两核之间出现的概率增大。
[举一反三]
1．下列关于σ键和π键的理解不正确的是(　　)
A．含有π键的分子在进行化学反应时，分子中的π键比σ键活泼
B．在有些分子中，共价键可能只含有π键而没有σ键
C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键
D．当原子形成分子时，一定形成σ键，可能形成π键
B
解析：A对，同一分子中的π键不如σ键牢固，反应时比较容易断裂。B错、D对，原子间形成共价键时，一定形成σ键，若出现双键或三键，才出现π键，故含有π键的分子中一定含有σ键。C对，氢原子、氯原子等跟其他原子形成分子时只能形成单键，即只能形成σ键。
2．下列物质的分子中既有σ键又有π键的是(　　)
①HCl　②H2O　③N2　④H2O2　⑤C2H4　⑥C2H2
A．①②③ B．③④⑤⑥
C．①③⑥ D．③⑤⑥
D
解析：HCl、H2O、H2O2的结构式分别为H─Cl、H─O─H、H─O─O─H，分子中不含π键；N2、C2H4、C2H2的结构式分
别为N≡N、 、H─C≡C─H，分子中既有σ键又
有π键。
研习2 键能、键长和键角
[探究活动]
已知下列某些共价键的键能如下：
共价键 Cl-Cl Br-Br II H-H O-O
键能/ (kJ·mol－1) 242.7 193.7 152.7 436.0 497.3
共价键 N≡N H-O N-H H-C-l H-B-r
键能/ (kJ·mol－1) 946 462.8 390.8 431.8 366
续表
[问题探讨]
1．根据以上键能数据的大小，试比较Cl2、Br2、I2的稳定性的大小？
提示：分子中的键能越大，断裂共价键越困难，分子的稳定性越强。故稳定性：Cl2＞Br2＞I2。
2．N2、O2跟H2的反应能力依次增强，从键能的角度如何理解这一化学事实
提示：化学反应就是破坏旧键生成新键的过程，由于键能：N≡N＞O=O，且生成物的键能：H─O＞N─H，说明生成物分子的稳定性：H2O＞NH3，所以N2、O2跟H2反应的能力依次增强。
3．根据表中的数据进行计算1 mol H2分别跟1 mol Cl2、1 mol Br2(蒸气)反应，分别形成2 mol HCl和2 mol HBr，哪一个反应释放能量更多？
提示：对于反应：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应放出的热量为431.8×2 kJ－(436.0＋242.7)kJ＝184.9 kJ。对于反应：H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g)反应放出的热量为366×2 kJ－(436.0＋193.7)kJ＝102.3 kJ。因此，生成2 mol HCl比生成2 mol HBr释放的能量多。
[重点讲解]
1．键能
(1)键能的概念
气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量称为键能，键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值，单位为kJ·mol－1。键能越大，化学键越稳定。
(2) 键能的应用
①判断共价键的稳定性。原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，体系能量降低越多，释放能量越多，形成共价键的键能越大，共价键越牢固。
②判断分子的稳定性。一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越稳定。如分子的稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI。
③利用键能计算反应热。ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。
2．键长
(1)概念：两个成键原子的原子核间的距离叫做该化学键的键长。
(2)键长与键的稳定性的关系：键长是衡量共价键强弱的另一个重要参数。键长越短，往往键能越大，表明共价键越牢固。
(3)键长与分子空间结构的关系：键长是影响分子空间结构的因素之一。如CH4分子的空间结构是正四面体形，而CH3Cl只是四面体形而不是正四面体形，原因是C─H键和C─Cl键的键长不相等。
(4) 定性判断键长的方法
①根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。如键长：H—I键＞H—Br键＞H—Cl键。
②根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子形成双键或者三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长＞双键键长＞三键键长。
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称为键角。
(2)意义：键角可反映分子的空间结构，是描述分子空间结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。另外，多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。
(3)常见分子的键角：如三原子分子CO2的结构式为O==C==O，键角为180°，为直线形分子；三原子分子H2O中H—O—H的键角为105°，是V形(或称角形)分子；四原子分子NH3中的键角是107°，分子呈三角锥形。
[典例2]　下列说法正确的是(　　)
A．已知N—N键的键能为193 kJ·mol－1，故氮氮三键的键能为193 kJ·mol－1×3
B．H—H键的键能为436 kJ·mol－1，F—F键的键能为157 kJ·mol－1，故F2比H2稳定
C．某元素原子最外层有1个电子，它跟卤素原子相结合时，所形成的化学键是离子键
D．N—H键的键能为390.8 kJ·mol－1，其含义为形成1 molNH键所释放的能量为390.8 kJ
D
解析：A错，单键中只含有σ键，三键中含有2个π键和1个σ键，N—N键和N≡N键形成的共价键类型不同，三键的键能不是单键键能的3倍。B错，键能越大，含有该键的分子越稳定。C错，最外层有1个电子，可能为H元素，也可能为碱金属元素，与卤素原子相结合时，所形成的化学键为共价键或离子键。
1．NH3分子的空间结构是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，下列原因分析正确的是(　　)
A.NH3分子内N—H键为极性共价键
B.NH3分子内3个N—H键的键长相等，键角相等
C.NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于107°
D.NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于120°
[举一反三]
C
解析：A项，键的极性与分子空间结构无关；B项，3个N─H键的键能与键长分别相同，键角相同，仍有可能为正三角形；D项，若成立，则说明NH3为正三角形的平面结构，而不是三角锥形，与题干信息矛盾。
2．下表是从实验中测得的不同物质中的键长和键能数据：
O—O键 O O O2 O
键长/ (×10－12m) 149 128 121 112
键能/ (kJ·mol－1) x y a＝494 b＝628
其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能大小的顺序是b＞a＞y＞x，该规律是(　　)
A．成键时，电子数越多，键能越大
B．键长越短，键能越大
C．成键所用电子数越小，键能越大
D．成键时电子对越偏移，键能越大
B
解析：观察表中数据发现，测定的化学键都是O—O键，因此不存在成键时电子的多少问题，也不存在电子对偏移的问题，但是O2与O比较，键能大的对应的键长短，按此分析O的键长比O的键长长，所以O中O—O键的键能比O的小。若按照此规律，键长由短到长的顺序为O＜O2＜O＜O，键能大小顺序应为b＞a＞y＞x，与题意吻合，所以B项正确。
演习篇
·
学业测试速达标
1．如图表示氢原子的电子云重叠示意图。以下各种说法中错误的是(　　)
A．图中电子云重叠意味着电子在核间出现的机会多
B．氢原子的核外的s轨道重叠形成共价键
C．氢原子的核外电子呈云雾状，在两核间分布得密一些，将两核吸引
D．氢原子之间形成σ键，s s σ键没有方向性
C
解析：电子云是对核外电子运动状态的一种形象化描述，并不是指电子呈云雾状，图中小点的疏密只表示电子出现概率的大小，A正确，C错误；氢原子的核外的s轨道重叠形成共价键，B正确；因s轨道是球形的，故s轨道和s轨道形成σ键时，无方向性，即s s σ键没有方向性，D正确。
2．下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是(　　)
A．CH4与NH3 B．C2H6与C2H4
C．H2与Cl2 D．Cl2与N2
A
解析：CH4和NH3分子中全是s p σ键，A正确；C2H6中只存在σ键，而C2H4中存在σ键和π键，B错误；H2中只存在s s σ键，Cl2为p p σ键，C错误；Cl2中只存在p p σ键，N2中存在σ键和π键，D错误。
3．下列四组物质中只含有共价键的是(　　)
A
解析：一般活泼的金属和活泼的非金属容易形成离子键，非金属元素的原子间容易形成共价键。五种物质均只有共价键，A正确；NaCl、Na2O2、NaHCO3中均含有离子键，B错误；Xe分子中不存在化学键，C错误；NH4HCO3、KNO3中均含有离子键，D错误。
4．在N2F2分子中，所有原子均符合8电子稳定结构，则该分子中两个氮原子之间的键型构成是(　　)
A．仅有一个σ键
B．仅有一个π键
C．一个σ键，一个π键
D．一个σ键，两个π键
C
解析：由题给条件“所有原子均符合8电子稳定结构”可知，其结构式应为F─N==N─F，则两个氮原子之间为氮氮双键，含有一个σ键，一个π键。
5．能说明BF3分子中四个原子在同一平面的理由是
(　　)
A．任意两个键的夹角为120°
B．B─F键是极性共价键
C．三个B─F键的键能相同
D．三个B─F键的键长相等
A
解析：当键角为120°时，BF3的空间结构为平面三角形，故分子中四个原子共面。
6．已知某些共价键的键能、键长数据如表所示：
共价键 ClCl BrBr II H—F HCl HBr HI HO
键能/(kJ· mol－1) 242.7 193.7 152.7 568 431.8 366 298.7 462.8
键长/pm 198 228 267 96

共价键 CC CC CC CH NH NO OO OO
键能/(kJ· mol－1) 347.7 615 812 413.4 390.8 607 142 497.3
键长/pm 154 133 120 109 101
续表
(1)下列推断正确的是________(填字母，下同)。
A．热稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI
B．氧化性：I2＞Br2＞Cl2
C．沸点：H2O＞NH3
D．还原性：HI＞HBr＞HCl＞HF
(2)在HX(X＝F、Cl、Br、I)分子中，键长最短的是________，最长的是________；O─O键的键长________(填“大于” “小于”或“等于”)O==O键的键长。
ACD　
HF　
HI　
大于
解析：(1)根据表中数据知，同主族元素从上至下气态氢化物的键能逐渐减小，热稳定性逐渐减弱，A项正确；从键能看，氯气、溴单质、碘单质的热稳定性逐渐减弱，由原子结构知，氧化性也逐渐减弱，B项错误；H2O在常温下为液态，NH3在常温下为气态，则H2O的沸点比NH3的高，C项正确；还原性与得失电子能力有关，还原性：HI＞HBr＞HCl＞HF，D项正确。
本课结束
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