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基础课时6　共价键
学习目标　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，并建立共价键的模型。
2.知道根据原子轨道的重叠方式，认识σ键和π键的特征和区别，能说明C2H6，C2H4和C2H2等分子的成键类型。
一、共价键的基本概念
(一)知识梳理
1.共价键的定义、本质及形成条件
(1)定义：原子间通过共用电子对所形成的相互作用。
(2)本质：原子间通过共用电子对(即原子轨道重叠)产生的强烈作用。
(3)形成条件：通常，电负性相同或差值小(一般小于1.7)的非金属元素原子之间或某些金属元素原子与非金属元素原子之间形成共价键。
2.共价键的特征
(1)饱和性
①含义：一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋方向相反的电子配对成键，这就是共价键的饱和性。
②作用：共价键的饱和性决定了分子的组成，即原子形成分子时相互结合的数量关系。
(2)方向性
①含义：两个成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现概率越大，形成的共价键越牢固。电子所在的原子轨道都是有一定的形状的，这就是共价键的方向性。
②作用：共价键的方向性决定了分子的空间结构。
(二)问题探究
问题1　哪些原子之间可以形成共价键？
提示　非金属原子间或非金属与不活泼金属原子间成键(成键原子的电负性差值较小，一般小于1.7)。AlCl3等所含的化学键为共价键。
问题2　所有的共价键都具有饱和性，是不是所有的共价键都有方向性，请举例说明。
提示　不是的，两个s轨道重叠的共价键没有方向性。因为s轨道为球形，无论从什么方向发生原子轨道重叠，重叠程度都相同。
问题3　NH3分子中为什么N原子是1个，而H原子为3个？
提示　N和H原子的电子式分别为和H，N原子最外层有3个未成对电子，H原子有1个未成对电子，形成共价键时每个N原子只需与3个H原子分别形成3个共用电子对即可达到稳定状态，共价键达到饱和，从而决定了分子中H原子个数。
【探究归纳】
(1)所有共价化合物中都存在共价键，包括非金属氧化物、非金属氢化物、酸、大多数有机物等，除稀有气体外，非金属单质中都存在共价键。离子化合物中若阴、阳离子都是单核离子则只有离子键，如NaCl、K2S等，只要有多核离子，则多核离子内的原子间一定存在共价键。如NaOH中存在O—H。
(2)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。共价键的方向性决定了分子的空间结构。但并不是所有共价键都具有方向性，如两个s轨道形成共价键时就没有方向性。
1.共价键具有饱和性和方向性，下列有关叙述不正确的是(　　)
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.共价键的方向性与成键原子的轨道的伸展方向有关
C.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
D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
答案　D
解析　一般地，原子的未成对电子一旦配对成键，就不再与其他原子的未成对电子配对成键了，故共价键的饱和性由原子的未成对电子数决定，共价键的饱和性也就决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系，故A、C正确，D错误；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大，共价键越稳定，原子轨道都有一定的形状，要达到最大重叠，共价键必然有方向性，故B正确。
2.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是(　　)
A.H2O2：H—O===O—H
B.N2H4：
C.C2H5SH：
D.SiHCl3：
答案　A
解析　由共价键的饱和性可知：C、Si均形成4个共价键，H、Cl均形成1个共价键，N形成3个共价键，O、S均形成2个共价键。A项中O原子间是双键，且每个氧原子与1个氢原子形成1个单键，则每个氧原子形成3个共价键，与其饱和性不相符。
3.下列说法正确的是(　　)
A.所有的原子轨道都具有一定的伸展方向，因此所有的共价键都具有方向性
B.某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数一定等于该元素原子的价电子数
C.基态C原子有两个未成对电子，所以最多只能形成2个共价键
D.1个S原子最多只能与2个H原子结合形成H2S分子，是由共价键的饱和性决定的
答案　D
解析　s轨道电子在形成共价键时，没有方向性，则不是所有的共价键都具有方向性，故A错误；某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数不一定等于该元素原子的价电子数，例如水分子中氧原子形成2个H—O，但氧原子的价电子数是6，故B错误；基态C原子的价电子数为4，可以形成4个共价键，如CH4中含有4个C—H，故C错误；S原子最外层有6个电子，未成对电子数为2，则 1个S原子最多只能与2个H原子结合形成H2S分子，这是由共价键的饱和性决定的，故D正确。
二、σ键和π键
(一)知识梳理
1.σ键
形成 由成键原子的s轨道或p轨道重叠形成
类 型 s－s型 H—H的s－s σ键的形成
s－p型 H—Cl的s－p σ键的形成
p－p型 Cl—Cl的p－p σ键的形成
特征 ①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； ②σ键的强度较大
2.π键
形成 由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成
p－p π键 p－p π键的形成
特征 ①镜面对称：每个π键的电子云由两块组成，它们互为镜像； ②π键不能旋转；不如σ键牢固，较易断裂
3.σ键与π键的比较
共价键类型 σ键 π键
原子轨道重叠方式 “头碰头”重叠 “肩并肩”重叠
原子轨道重叠部位 两原子核之间， 在键轴处 键轴上方和下 方，键轴处为零
原子轨道重叠程度 大 小
键的强度 较大 较小
活泼性 不活泼 活泼
4.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(或π)键，另一个是π(或σ)键；共价三键由一个σ键和两个π键构成。
(二)问题探究
问题1　为什么乙烷分子中的碳碳单键可以旋转，而乙烯分子中的碳碳双键和乙炔分子中的碳碳三键不能旋转？
提示　碳碳单键为σ键，σ键可以旋转；碳碳双键和碳碳三键都含有π键，是p轨道与p轨道肩并肩形成，因此无法旋转。
问题2　C和Si最外层均有4个电子，但为什么碳与碳原子之间可以形成碳碳双键和碳碳三键，而硅与硅原子之间较难形成硅硅双键和硅硅三键？
提示　从σ键和π键的成因角度分析。π键是两原子轨道以“肩并肩”的方式重叠形成的，Si 的原子半径大于C的，因此p轨道较难以“肩并肩”的方式进行重叠，所以Si难形成双键和三键。不仅Si 如此，当成键原子半径越大时π键越难形成。
【探究归纳】
(1)两个s轨道只能形成σ键，不能形成π键。
(2)两原子形成共价键时，先形成σ键，然后才能形成π键。所以两原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键，即多原子分子中一定含有σ键，可能含有π键。
1.下列关于σ键和π键的理解不正确的是(　　)
A.σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成
B.σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
C.双键中一定有1个σ键和1个π键，三键中一定有1个σ键和2个π键
D.气体单质中一定存在σ键，可能存在π键
答案　D
解析　共价单键中只含σ键，共价双键和共价三键中含π键和σ键，所以π键一定不能单独形成，A正确；σ键为轴对称，π键为镜面对称，则σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转，B正确；双键中一定有1个σ键和1个π键，三键中一定有1个σ键和2个π键，C正确；稀有气体是单原子分子，分子中不存在化学键，也就不存在σ键，所以气体单质中不一定存在σ键，D错误。
2.比较下列共价键的形成过程，其中形成的是π键的是(　　)
答案　A
解析　选项A是2个p轨道“肩并肩”重叠形成的π键；选项B是s轨道与p轨道重叠形成的σ键；选项C是2个p轨道重叠形成的σ键；选项D是2个s轨道重叠形成的σ键。
3.下列分子中既含σ键，又含π键的是(　　)
A B C D
水 乙醇 氨 乙醛
答案　D
解析　水分子中只有单键，全部是σ键，A不符合；乙醇分子中只有单键，全部是σ键，B不符合；氨气分子中只有单键，全部是σ键，C不符合；乙醛分子中含有单键和碳氧双键，既含σ键，又含π键，D符合。
4.1 mol乙酸分子中含有的σ键数目为__________________。一个化合物分子中有______________个σ键和____________π键。
答案　7NA　9　3
解析　1 mol乙酸分子中含有3 mol C—H、1 mol H—O、1 mol C—O、1 mol C—C和1 mol C===O，故1 mol乙酸含有7 mol σ键。4个碳原子分别与4个H原子形成4个σ键，C与C原子形成3个σ键，2个C原子与2个O原子形成2个σ键，所以共形成9个σ键；C与C原子形成1个π键，2个C原子与2个O原子间形成2个π 键，所以共形成3个π键。
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)共价键的基本概念
1.下列每组物质中含有的化学键类型相同的是(　　)
A.NaCl、HCl、H2O、NaOH
B.Cl2、Na2S、HCl、SO2
C.HBr、CO2、H2O、CS2
D.O2、Cl2、O3、He
答案　C
解析　NaCl中含有离子键，HCl与H2O分子中含有共价键，NaOH中含有离子键和共价键，故A不符合题意；Cl2、HCl与SO2分子中含有共价键，Na2S中含有离子键，故B不符合题意；HBr、CO2、H2O与CS2分子中含的化学键都是共价键，故C符合题意；O2、Cl2与O3分子中含有共价键，He分子中不存在化学键，故D不符合题意。
2.下列不属于共价键成键因素的是(　　)
A.共用电子对在两原子核之间高概率出现
B.共用的电子必须配对
C.成键后体系能量降低，趋于稳定
D.两原子核的体积大小要适中
答案　D
解析　两原子形成共价键时电子云发生重叠，即共用电子对在两原子核之间出现的概率更高；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子核的体积大小与能否形成共价键无必然联系。故D项不是共价键形成的因素。
3.下列说法中，错误的是(　　)
A.若把H2O分子写成H3O，违背了共价键的饱和性
B.H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性
C.H—O—O—H中的共价键都有方向性，但并非所有共价键都有方向性
D.已知N2的分子结构是N≡N，两个N 原子间原子轨道发生重叠后，电子不是只存在于两核之间
答案　B
解析　O原子有两个未成对电子根据共价键的饱和性形成的氢化物为H2O，A项正确；H2O能结合1个H＋形成H3O＋，不能说明共价键不具有饱和性，B项错误；H2分子中的 H—H没有方向性，C 项正确；两个原子轨道发生重叠后，电子只是在两核之间出现的概率大，不是只出现在两原子核之间，D 项正确。
4.(2023·赣州高二质检)下列关于共价键的说法不正确的是(　　)
A.共价键是通过共用电子对形成的
B.形成共价键的原子对应元素的电负性相同或相差不大
C.一般情况下，一个原子有几个未成对电子就会与几个自旋相反的未成对电子成键
D.共价键是通过共用电子对的相互吸引形成，不属于电性作用
答案　D
解析　通常情况下，电负性相同或相差不大的元素原子通过共用电子对形成共价键，A、B正确；共价键具有饱和性，一般一个原子有几个未成对电子就会与几个自旋相反的未成对电子成键，C正确；共价键是原子之间通过共用电子对形成，是一种电性作用，D错误。
(二)σ键和π键
5.下列分子中只存在σ键的是(　　)
A.CO2 B.CH4
C.C2H4 D.C2H2
答案　B
解析　CO2的结构式为O===C===O，含有σ键和π键，A错误；CH4中C和H以单键相连，只存在σ键，B正确；C2H4为乙烯，其结构简式为CH2===CH2，含有σ键和π键，C错误；C2H2为乙炔，含有碳碳三键，含有σ键和π键，D错误。
6.具有下列电子排布式的原子中，不能形成π键的是(　　)
A.1s22s22p63s23p4 B.1s22s22p3
C.1s22s22p63s1 D.1s22s22p2
答案　C
解析　根据电子排布式可知四种原子分别是S、N、Na、C，其中Na是活泼金属，在化学反应中易失去一个电子，形成的是离子键，而π键是共价键中的一种，S、N、C均能形成π键，答案选C。
7.下列说法正确的是(　　)
A.π键是由两个原子的p轨道“头碰头”重叠形成的
B.σ键是镜面对称，而π键是轴对称
C.乙烷分子中的共价键全为σ键，而乙烯分子中含σ键和π键
D.H2分子中只含σ键，而Cl2分子中还含π键
答案　C
解析　π键是由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成的，故A错误；σ键是轴对称，而π键是镜面对称，故B错误；乙烷分子的结构简式为CH3CH3，分子中共价键全为σ键，而乙烯分子的结构简式为CH2===CH2，分子中含σ键和π键，故C正确；H2分子、Cl2分子中的共价键都为单键，分子中都只含σ键，故D错误。
8.根据氢原子和氟原子的核外电子排布，对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是(　　)
A.两者都为s－sσ键
B.两者都为p－pσ键
C.前者为p－pσ键，后者为s－pσ键
D.前者为s－sσ键，后者为s－pσ键
答案　C
解析　氢原子的核外电子排布式为1s1，氟原子的核外电子排布式为1s22s22p5，p轨道上有1个未成对的p电子。F2中的共价键是由两个氟原子未成对的p电子重叠形成的p－pσ键，HF中的共价键是由氢原子中的s轨道与氟原子中的p轨道形成的s－pσ键，C正确。
9.下列说法正确的是(　　)
A.σ键强度小，容易断裂，而π键强度较大，不易断裂
B.共价键都具有方向性
C.π键是由两个原子的p轨道“头碰头”重叠形成的
D.两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键
答案　D
解析　一般σ键比π键更稳定，不易断裂，A项错误；s－sσ键无方向性，B项错误；原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，π键是由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成的，C项错误；两个原子之间形成共价键时，单键为σ键，双键和三键中都只有一个σ键，所以两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键，D项正确。
10.某有机物的结构简式为CH2===CHC≡CH，则该有机物分子中含有σ键和π键的数目分别为(　　)
A.6、3 B.7、3
C.7、4 D.6、4
答案　B
解析　单键全部为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，三键中有1个σ键和2个π键，故该有机物分子中σ键总数为7，π键总数为3，B项正确。
11.下列关于σ键和π键的说法中，不正确的是(　　)
A.σ键和π键能同时存在于同一个分子中
B.σ键是原子轨道“头碰头”重叠形成的，π键是原子轨道“肩并肩”重叠形成的
C.乙烯分子中含有5个σ键和1个π键
D.H2分子中只存在σ键，N2分子中只存在π键
答案　D
解析　σ键和π键能同时存在于同一个分子中，如N2分子中含有1个σ键和2个π键，A正确；σ键是原子轨道“头碰头”重叠形成的，π键是原子轨道“肩并肩”重叠形成的，B正确；单键为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，乙烯分子的结构式为，含有5个σ键和1个π键，C正确；H2分子的结构式为H—H，单键为σ键，H2分子中只存在σ键，N2分子中含有1个σ键和2个π键，D错误。
12.如下图，写出下列价键的名称，并各举一例说明含有这种价键类型的物质。
化学键 ① ② ③ ④
类型
举例
答案　
化学键 ① ② ③ ④
类型 s－s σ键 s－p σ键 p－p σ键 p－p π键
举例 H2 HCl Cl2 N2
B级　素养培优练
13.(2023·鹤岗高二质检)下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是(　　)
A.CH3CH3 B.CH2===CH2
C.CH≡CH D.CH4
答案　C
解析　CH3CH3中有7个σ键，没有π键，A错误；CH2===CH2中有5个σ键和1个π键，B错误；HC≡CH中有3个σ键和2个π键，则σ键与π键个数比为3∶2，C正确；CH4中有4个σ键，没有π键，D错误。
14.(2023·运城高二期中)下列物质的分子中既有σ键又有π键的是(　　)
A.NH3 B.HClO
C.C2H2 D.H2O2
答案　C
解析　NH3的结构中只存在N—H共价单键，共价单键都是σ键，不存在π键，A不符合题意；HClO的结构中O原子分别与H、Cl原子形成H—O共价单键和O—Cl共价单键，B不符合题意；C2H2的结构式为H—C≡C—H，C—H共价单键是σ键，而碳碳三键中有一个σ键和2个π键，所以C2H2分子含有σ键和π键，C符合题意；H2O2分子中2个O原子形成O—O共价单键，每个O原子分别与1个H原子形成H—O共价单键，D不符合题意。
15.(2023·安阳高二质检)共价键具有饱和性和方向性，下列有关叙述不正确的是(　　)
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轨道的方向性决定的
C.共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系
D.共价键的方向性与原子轨道的重叠程度有关
答案　D
解析　共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的，与原子轨道的重叠程度无关。
16.下列说法不正确的是(　　)
A.共价键一定有原子轨道的重叠
B.在CH2===CH—C≡N分子中含6个σ键，3个π键
C.2个原子形成的多重共价键中，只能有一个是σ键，而π键可以是一个或多个
D.s轨道与s轨道间形成的键一定是σ键，p轨道与p轨道间形成的键一定是π键
答案　D
解析　由两个原子的p轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键；σ键的电子云图形是轴对称的，而π键的电子云图形是镜面对称的；分子中所有的共价单键都是σ键，共价双键中有一个σ键、一个π键，共价三键中有一个σ键，两个π键。
17.(2023·黄冈高二联考)如图表示不同类型共价键形成时电子云重叠情况：
(1)其中形成的化学键属于轴对称的有____________。
(2)下列物质中，通过方式①化学键形成的是____________(填字母，下同)；通过方式②化学键形成的是____________；只通过方式③化学键形成的是____________；同时含有③④⑤三种方式化学键的物质是____________。
A.Cl2 B.HCl
C.N2 D.H2
(3)某有机物分子的结构简式为，该分子中有________个σ键，有________个π键，有________种极性键，________(填“有”或“没有”)非极性键。
答案　(1)①②③　(2)D　B　A　C　(3)8　2　4　有
解析　(1)形成的化学键属于轴对称的有两个s轨道以头碰头的方式发生重叠形成稳定的σ键，s轨道与p轨道以头碰头的方式发生重叠形成稳定的σ键，两个p轨道以头碰头的方式发生重叠形成稳定的σ键；故选①②③。(2)方式①两个s轨道以头碰头的方式发生重叠形成稳定的σ键，为氢气，选D；方式②s轨道与p轨道以头碰头的方式发生重叠形成稳定的σ键，为氯化氢，选B；只通过方式③两个p轨道以头碰头的方式发生重叠形成稳定的σ键，为氯气，选A；同时含有③④⑤三种方式形成化学键的物质是氮气，两个氮原子通过2p轨道形成σ键，同时两对p轨道以肩并肩的方式形成2个π键，选C。(3)
中存在碳氢键、碳碳双键、碳碳单键、碳氧双键、碳氧键、氢氧键，在一个该分子中有8个σ键，碳碳双键、碳氧双键中有2个π键，碳氢键、碳氧双键、碳氧键、氢氧键中有4种极性键，碳碳单键中有非极性键。
18.回答下列问题：
(1)1 mol CO2中含有的σ键数目为_________________________________________。
(2)已知CO和CN－与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为____________。HCN分子中σ键与π键数目之比为____________。
(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料，燃烧时发生的反应：N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 038.7 kJ·mol－1，若该反应中有4 mol N—H断裂，则形成的π键有________ mol。
(4)C、H两种元素形成的化合物其相对分子质量为28，该分子中σ键与π键的个数比为_______________________________________________________。
(5)1 mol乙醛()分子中含σ键的数目为____________个，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为____________。
(6)CH4、NH3、H2O、HF分子中σ键由多到少的顺序是____________。
答案　(1)2NA(或1.204×1024)　(2)1∶2　1∶1　(3)3　(4)5∶1　(5)6NA(或3.612×1024)　7　(6)CH4＞NH3＞H2O＞HF
解析　(1)CO2分子内含有碳氧双键，双键中一个是σ键，另一个是π键，则1 mol CO2中含有的σ键个数为2NA；(2)N2的结构式为N≡N，推知CO结构式为C≡O，含有1个σ键、2个π键，故此处填1∶2；CN－结构式为[C≡N]－，HCN分子结构式为H—C≡N，HCN分子中σ键与π键均为2个，故此处填1∶1；(3)反应中有4 mol N—H断裂，即有1 mol N2H4参加反应，则生成N21.5 mol，1个N2中含2个π键，故形成的π键有3 mol；(4)设分子式为CmHn，则12m＋n＝28，则m＝2，n＝4，即C2H4，结构式为，单键为σ键，双键有1个σ键和1个π键，所以一个C2H4分子中共含有5个σ键和1个π键，故此处填5∶1；(5)乙醛的结构简式为，1个乙醛中含6个σ键，故1 mol乙醛中含有σ键6 mol，即6NA个，CO(NH2)2的结构简式为，1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键；(6)CH4、NH3、H2O、HF中的σ键数目分别为4、3、2、1，故σ键数目由多到少的顺序是CH4＞NH3＞H2O＞HF。基础课时6　共价键
学习目标　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,并建立共价键的模型。
2.知道根据原子轨道的重叠方式,认识σ键和π键的特征和区别,能说明C2H6,C2H4和C2H2等分子的成键类型。
一、共价键的基本概念
(一)知识梳理
1.共价键的定义、本质及形成条件
(1)定义:原子间通过　　　　　　所形成的相互作用。
(2)本质:原子间通过　　　　　　(即原子轨道重叠)产生的强烈作用。
(3)形成条件:通常,电负性相同或差值小(一般小于1.7)的非金属元素原子之间或某些金属元素原子与非金属元素原子之间形成共价键。
2.共价键的特征
(1)饱和性
①含义:一个原子有几个未成对电子,便可和几个自旋方向相反的电子配对成键,这就是共价键的饱和性。
②作用:共价键的饱和性决定了分子的　　　　　　　　　　, 即原子形成分子时相互结合的数量关系。
(2)方向性
①含义:两个成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠,而且原子轨道重叠越多,电子在两核间出现概率越大,形成的共价键越牢固。电子所在的原子轨道都是有一定的形状的,这就是共价键的方向性。
②作用:共价键的方向性决定了分子的　　　　　　　　　　。
(二)问题探究
问题1　哪些原子之间可以形成共价键
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　所有的共价键都具有饱和性,是不是所有的共价键都有方向性,请举例说明。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题3　NH3分子中为什么N原子是1个,而H原子为3个
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
(1)所有共价化合物中都存在共价键,包括非金属氧化物、非金属氢化物、酸、大多数有机物等,除稀有气体外,非金属单质中都存在共价键。离子化合物中若阴、阳离子都是单核离子则只有离子键,如NaCl、K2S等,只要有多核离子,则多核离子内的原子间一定存在共价键。如NaOH中存在O—H。
(2)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。共价键的方向性决定了分子的空间结构。但并不是所有共价键都具有方向性,如两个s轨道形成共价键时就没有方向性。
1.共价键具有饱和性和方向性,下列有关叙述不正确的是 (　　)
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.共价键的方向性与成键原子的轨道的伸展方向有关
C.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
D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
2.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是 (　　)
A.H2O2:H—O==O—H
B.N2H4:
C.C2H5SH:
D.SiHCl3:
3.下列说法正确的是 (　　)
A.所有的原子轨道都具有一定的伸展方向,因此所有的共价键都具有方向性
B.某原子跟其他原子形成共价键时,其共价键数一定等于该元素原子的价电子数
C.基态C原子有两个未成对电子,所以最多只能形成2个共价键
D.1个S原子最多只能与2个H原子结合形成H2S分子,是由共价键的饱和性决定的
二、σ键和π键
(一)知识梳理
1.σ键
形成 由成键原子的s轨道或p轨道重叠形成
类 型 s-s型 H—H的s-s σ键的形成
s-p型 H—Cl的s-p σ键的形成
p-p型 Cl—Cl的p-p σ键的形成
特征 ①轴对称: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　　　　; ②σ键的强度较大
2.π键
形成 由两个原子的p轨道“　　　　”重叠形成
p-p π键 p-p π键的形成
特征 ①　　　　对称:每个π键的电子云由两块组成,它们互为　　　　; ②π键　　　　　　旋转;不如σ键　　　　,较易　　　　
3.σ键与π键的比较
共价键类型 σ键 π键
原子轨道重叠方式 “头碰头”重叠 “肩并肩”重叠
原子轨道重叠部位 两原子核之间,在键轴处 键轴上方和下方,键轴处为零
原子轨道重叠程度 大 小
键的强度 较大 较小
活泼性 不活泼 活泼
4.判断σ键、π键的一般规律
共价单键为　　　　　　键;共价双键中有一个　　　　键,另一个是　　　　键;共价三键由一个　　　　键和两个　　　　键构成。
(二)问题探究
问题1　为什么乙烷分子中的碳碳单键可以旋转,而乙烯分子中的碳碳双键和乙炔分子中的碳碳三键不能旋转
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　C和Si最外层均有4个电子,但为什么碳与碳原子之间可以形成碳碳双键和碳碳三键,而硅与硅原子之间较难形成硅硅双键和硅硅三键
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
(1)两个s轨道只能形成σ键,不能形成π键。
(2)两原子形成共价键时,先形成σ键,然后才能形成π键。所以两原子间可以只形成σ键,但不能只形成π键,即多原子分子中一定含有σ键,可能含有π键。
1.下列关于σ键和π键的理解不正确的是 (　　)
A.σ键能单独形成,而π键一定不能单独形成
B.σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转
C.双键中一定有1个σ键和1个π键,三键中一定有1个σ键和2个π键
D.气体单质中一定存在σ键,可能存在π键
2.比较下列共价键的形成过程,其中形成的是π键的是 (　　)
3.下列分子中既含σ键,又含π键的是 (　　)
A B C D
水 乙醇 氨 乙醛
4.1 mol乙酸分子中含有的σ键数目为　　　　　　　　　　。
一个化合物分子中有　　　　　　　　　 个σ键和　　　　　　π键。
:课后完成　第二章　基础课时6(共55张PPT)
第一节　共价键
基础课时 　共价键
6
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，并建立共价键的模型。
2.知道根据原子轨道的重叠方式，认识σ键和π键的特征和区别，能说明C2H6，C2H4和C2H2等分子的成键类型。
学习目标
一、共价键的基本概念
二、σ键和π键
目
录
CONTENTS
课后巩固训练
一、共价键的基本概念
对点训练
(一)知识梳理
1.共价键的定义、本质及形成条件
(1)定义：原子间通过____________所形成的相互作用。
(2)本质：原子间通过____________ (即原子轨道重叠)产生的强烈作用。
(3)形成条件：通常，电负性相同或差值小(一般小于1.7)的非金属元素原子之间或某些金属元素原子与非金属元素原子之间形成共价键。
共用电子对
共用电子对
2.共价键的特征
(1)饱和性
①含义：一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋方向相反的电子配对成键，这就是共价键的饱和性。
②作用：共价键的饱和性决定了分子的______，即原子形成分子时相互结合的数量关系。
(2)方向性
①含义：两个成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现概率越大，形成的共价键越牢固。电子所在的原子轨道都是有一定的形状的，这就是共价键的方向性。
②作用：共价键的方向性决定了分子的__________。
组成
空间结构
(二)问题探究
问题1　哪些原子之间可以形成共价键？
提示　非金属原子间或非金属与不活泼金属原子间成键(成键原子的电负性差值较小，一般小于1.7)。AlCl3等所含的化学键为共价键。
问题2　所有的共价键都具有饱和性，是不是所有的共价键都有方向性，请举例说明。
提示　不是的，两个s轨道重叠的共价键没有方向性。因为s轨道为球形，无论从什么方向发生原子轨道重叠，重叠程度都相同。
问题3　NH3分子中为什么N原子是1个，而H原子为3个？
【探究归纳】
(1)所有共价化合物中都存在共价键，包括非金属氧化物、非金属氢化物、酸、大多数有机物等，除稀有气体外，非金属单质中都存在共价键。离子化合物中若阴、阳离子都是单核离子则只有离子键，如NaCl、K2S等，只要有多核离子，则多核离子内的原子间一定存在共价键。如NaOH中存在O—H。
(2)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。共价键的方向性决定了分子的空间结构。但并不是所有共价键都具有方向性，如两个s轨道形成共价键时就没有方向性。
1.共价键具有饱和性和方向性，下列有关叙述不正确的是(　　)
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.共价键的方向性与成键原子的轨道的伸展方向有关
C.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
D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
D
解析　一般地，原子的未成对电子一旦配对成键，就不再与其他原子的未成对电子配对成键了，故共价键的饱和性由原子的未成对电子数决定，共价键的饱和性也就决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系，故A、C正确，D错误；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大，共价键越稳定，原子轨道都有一定的形状，要达到最大重叠，共价键必然有方向性，故B正确。
2.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是(　　)
A
解析　由共价键的饱和性可知：C、Si均形成4个共价键，H、Cl均形成1个共价键，N形成3个共价键，O、S均形成2个共价键。A项中O原子间是双键，且每个氧原子与1个氢原子形成1个单键，则每个氧原子形成3个共价键，与其饱和性不相符。
3.下列说法正确的是(　　)
A.所有的原子轨道都具有一定的伸展方向，因此所有的共价键都具有方向性
B.某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数一定等于该元素原子的价电子数
C.基态C原子有两个未成对电子，所以最多只能形成2个共价键
D.1个S原子最多只能与2个H原子结合形成H2S分子，是由共价键的饱和性决定的
D
解析　s轨道电子在形成共价键时，没有方向性，则不是所有的共价键都具有方向性，故A错误；某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数不一定等于该元素原子的价电子数，例如水分子中氧原子形成2个H—O，但氧原子的价电子数是6，故B错误；基态C原子的价电子数为4，可以形成4个共价键，如CH4中含有4个C—H，故C错误；S原子最外层有6个电子，未成对电子数为2，则 1个S原子最多只能与2个H原子结合形成H2S分子，这是由共价键的饱和性决定的，故D正确。
二、σ键和π键
对点训练
(一)知识梳理
1.σ键
连线
不变
2.π键
形成 由两个原子的p轨道“________”重叠形成
p－p π键
p－p π键的形成
特征 ①______对称：每个π键的电子云由两块组成，它们互为______；
②π键______旋转；不如σ键______，较易______
镜面
镜像
不能
牢固
断裂
肩并肩
3.σ键与π键的比较
共价键类型 σ键 π键
原子轨道重叠方式 “头碰头”重叠 “肩并肩”重叠
原子轨道重叠部位 两原子核之间， 在键轴处 键轴上方和下
方，键轴处为零
原子轨道重叠程度 大 小
键的强度 较大 较小
活泼性 不活泼 活泼
4.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____________键，另一个是____________键；共价三键由一个____键和两个____键构成。
σ(或π)
π(或σ)
σ
π
(二)问题探究
问题1　为什么乙烷分子中的碳碳单键可以旋转，而乙烯分子中的碳碳双键和乙炔分子中的碳碳三键不能旋转？
提示　碳碳单键为σ键，σ键可以旋转；碳碳双键和碳碳三键都含有π键，是p轨道与p轨道肩并肩形成，因此无法旋转。
问题2　C和Si最外层均有4个电子，但为什么碳与碳原子之间可以形成碳碳双键和碳碳三键，而硅与硅原子之间较难形成硅硅双键和硅硅三键？
提示　从σ键和π键的成因角度分析。π键是两原子轨道以“肩并肩”的方式重叠形成的，Si 的原子半径大于C的，因此p轨道较难以“肩并肩”的方式进行重叠，所以Si难形成双键和三键。不仅Si 如此，当成键原子半径越大时π键越难形成。
【探究归纳】
(1)两个s轨道只能形成σ键，不能形成π键。
(2)两原子形成共价键时，先形成σ键，然后才能形成π键。所以两原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键，即多原子分子中一定含有σ键，可能含有π键。
1.下列关于σ键和π键的理解不正确的是(　　)
A.σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成
B.σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
C.双键中一定有1个σ键和1个π键，三键中一定有1个σ键和2个π键
D.气体单质中一定存在σ键，可能存在π键
D
解析　共价单键中只含σ键，共价双键和共价三键中含π键和σ键，所以π键一定不能单独形成，A正确；σ键为轴对称，π键为镜面对称，则σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转，B正确；双键中一定有1个σ键和1个π键，三键中一定有1个σ键和2个π键，C正确；稀有气体是单原子分子，分子中不存在化学键，也就不存在σ键，所以气体单质中不一定存在σ键，D错误。
2.比较下列共价键的形成过程，其中形成的是π键的是(　　)
解析　选项A是2个p轨道“肩并肩”重叠形成的π键；选项B是s轨道与p轨道重叠形成的σ键；选项C是2个p轨道重叠形成的σ键；选项D是2个s轨道重叠形成的σ键。
A
3.下列分子中既含σ键，又含π键的是(　　)
解析　水分子中只有单键，全部是σ键，A不符合；乙醇分子中只有单键，全部是σ键，B不符合；氨气分子中只有单键，全部是σ键，C不符合；乙醛分子中含有单键和碳氧双键，既含σ键，又含π键，D符合。
D
A B C D
水 乙醇 氨 乙醛
7NA
9
3
解析　1 mol乙酸分子中含有3 mol C—H、1 mol H—O、1 mol C—O、1 mol C—C和1 mol C===O，故1 mol乙酸含有7 mol σ键。4个碳原子分别与4个H原子形成4个σ键，C与C原子形成3个σ键，2个C原子与2个O原子形成2个σ键，所以共形成9个σ键；C与C原子形成1个π键，2个C原子与2个O原子间形成2个π 键，所以共形成3个π键。
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)共价键的基本概念
1.下列每组物质中含有的化学键类型相同的是(　　)
A.NaCl、HCl、H2O、NaOH
B.Cl2、Na2S、HCl、SO2
C.HBr、CO2、H2O、CS2
D.O2、Cl2、O3、He
C
解析　NaCl中含有离子键，HCl与H2O分子中含有共价键，NaOH中含有离子键和共价键，故A不符合题意；Cl2、HCl与SO2分子中含有共价键，Na2S中含有离子键，故B不符合题意；HBr、CO2、H2O与CS2分子中含的化学键都是共价键，故C符合题意；O2、Cl2与O3分子中含有共价键，He分子中不存在化学键，故D不符合题意。
2.下列不属于共价键成键因素的是(　　)
A.共用电子对在两原子核之间高概率出现
B.共用的电子必须配对
C.成键后体系能量降低，趋于稳定
D.两原子核的体积大小要适中
解析　两原子形成共价键时电子云发生重叠，即共用电子对在两原子核之间出现的概率更高；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子核的体积大小与能否形成共价键无必然联系。故D项不是共价键形成的因素。
D
3.下列说法中，错误的是(　　)
A.若把H2O分子写成H3O，违背了共价键的饱和性
B.H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性
C.H—O—O—H中的共价键都有方向性，但并非所有共价键都有方向性
D.已知N2的分子结构是N≡N，两个N 原子间原子轨道发生重叠后，电子不是只存在于两核之间
B
解析　O原子有两个未成对电子根据共价键的饱和性形成的氢化物为H2O，A项正确；H2O能结合1个H＋形成H3O＋，不能说明共价键不具有饱和性，B项错误；H2分子中的 H—H没有方向性，C 项正确；两个原子轨道发生重叠后，电子只是在两核之间出现的概率大，不是只出现在两原子核之间，D 项正确。
4.(2023·赣州高二质检)下列关于共价键的说法不正确的是(　　)
A.共价键是通过共用电子对形成的
B.形成共价键的原子对应元素的电负性相同或相差不大
C.一般情况下，一个原子有几个未成对电子就会与几个自旋相反的未成对电子成键
D.共价键是通过共用电子对的相互吸引形成，不属于电性作用
D
解析　通常情况下，电负性相同或相差不大的元素原子通过共用电子对形成共价键，A、B正确；共价键具有饱和性，一般一个原子有几个未成对电子就会与几个自旋相反的未成对电子成键，C正确；共价键是原子之间通过共用电子对形成，是一种电性作用，D错误。
(二)σ键和π键
5.下列分子中只存在σ键的是(　　)
A.CO2 B.CH4
C.C2H4 D.C2H2
解析　CO2的结构式为O===C===O，含有σ键和π键，A错误；CH4中C和H以单键相连，只存在σ键，B正确；C2H4为乙烯，其结构简式为CH2===CH2，含有σ键和π键，C错误；C2H2为乙炔，含有碳碳三键，含有σ键和π键，D错误。
B
6.具有下列电子排布式的原子中，不能形成π键的是(　　)
A.1s22s22p63s23p4 B.1s22s22p3
C.1s22s22p63s1 D.1s22s22p2
解析　根据电子排布式可知四种原子分别是S、N、Na、C，其中Na是活泼金属，在化学反应中易失去一个电子，形成的是离子键，而π键是共价键中的一种，S、N、C均能形成π键，答案选C。
C
7.下列说法正确的是(　　)
A.π键是由两个原子的p轨道“头碰头”重叠形成的
B.σ键是镜面对称，而π键是轴对称
C.乙烷分子中的共价键全为σ键，而乙烯分子中含σ键和π键
D.H2分子中只含σ键，而Cl2分子中还含π键
C
解析　π键是由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成的，故A错误；σ键是轴对称，而π键是镜面对称，故B错误；乙烷分子的结构简式为CH3CH3，分子中共价键全为σ键，而乙烯分子的结构简式为CH2===CH2，分子中含σ键和π键，故C正确；H2分子、Cl2分子中的共价键都为单键，分子中都只含σ键，故D错误。
8.根据氢原子和氟原子的核外电子排布，对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是(　　)
A.两者都为s－sσ键 B.两者都为p－pσ键
C.前者为p－pσ键，后者为s－pσ键 D.前者为s－sσ键，后者为s－pσ键
解析　氢原子的核外电子排布式为1s1，氟原子的核外电子排布式为1s22s22p5，p轨道上有1个未成对的p电子。F2中的共价键是由两个氟原子未成对的p电子重叠形成的p－pσ键，HF中的共价键是由氢原子中的s轨道与氟原子中的p轨道形成的s－pσ键，C正确。
C
9.下列说法正确的是(　　)
A.σ键强度小，容易断裂，而π键强度较大，不易断裂
B.共价键都具有方向性
C.π键是由两个原子的p轨道“头碰头”重叠形成的
D.两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键
解析　一般σ键比π键更稳定，不易断裂，A项错误；s－sσ键无方向性，B项错误；原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，π键是由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成的，C项错误；两个原子之间形成共价键时，单键为σ键，双键和三键中都只有一个σ键，所以两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键，D项正确。
D
10.某有机物的结构简式为CH2===CHC≡CH，则该有机物分子中含有σ键和π键的数目分别为(　　)
A.6、3 B.7、3
C.7、4 D.6、4
解析　单键全部为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，三键中有1个σ键和2个π键，故该有机物分子中σ键总数为7，π键总数为3，B项正确。
B
11.下列关于σ键和π键的说法中，不正确的是(　　)
A.σ键和π键能同时存在于同一个分子中
B.σ键是原子轨道“头碰头”重叠形成的，π键是原子轨道“肩并肩”重叠形成的
C.乙烯分子中含有5个σ键和1个π键
D.H2分子中只存在σ键，N2分子中只存在π键
D
12.如下图，写出下列价键的名称，并各举一例说明含有这种价键类型的物质。
化学键 ① ② ③ ④
类型
举例
s－s σ键
s－p σ键
p－p σ键
p－p π键
H2
HCl
Cl2
N2
B级　素养培优练
13.(2023·鹤岗高二质检)下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是(　　)
A.CH3CH3 B.CH2===CH2
C.CH≡CH D.CH4
解析　CH3CH3中有7个σ键，没有π键，A错误；CH2===CH2中有5个σ键和1个π键，B错误；HC≡CH中有3个σ键和2个π键，则σ键与π键个数比为3∶2，C正确；CH4中有4个σ键，没有π键，D错误。
C
14.(2023·运城高二期中)下列物质的分子中既有σ键又有π键的是(　　)
A.NH3 B.HClO C.C2H2 D.H2O2
解析　NH3的结构中只存在N—H共价单键，共价单键都是σ键，不存在π键，A不符合题意；HClO的结构中O原子分别与H、Cl原子形成H—O共价单键和O—Cl共价单键，B不符合题意；C2H2的结构式为H—C≡C—H，C—H共价单键是σ键，而碳碳三键中有一个σ键和2个π键，所以C2H2分子含有σ键和π键，C符合题意；H2O2分子中2个O原子形成O—O共价单键，每个O原子分别与1个H原子形成H—O共价单键，D不符合题意。
C
15.(2023·安阳高二质检)共价键具有饱和性和方向性，下列有关叙述不正确的是(　　)
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轨道的方向性决定的
C.共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系
D.共价键的方向性与原子轨道的重叠程度有关
D
解析　共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的，与原子轨道的重叠程度无关。
16.下列说法不正确的是(　　)
A.共价键一定有原子轨道的重叠
B.在CH2===CH—C≡N分子中含6个σ键，3个π键
C.2个原子形成的多重共价键中，只能有一个是σ键，而π键可以是一个或多个
D.s轨道与s轨道间形成的键一定是σ键，p轨道与p轨道间形成的键一定是π键
解析　由两个原子的p轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键；σ键的电子云图形是轴对称的，而π键的电子云图形是镜面对称的；分子中所有的共价单键都是σ键，共价双键中有一个σ键、一个π键，共价三键中有一个σ键，两个π键。
D
17.(2023·黄冈高二联考)如图表示不同类型共价键形成时电子云重叠情况：
(1)其中形成的化学键属于轴对称的有____________。
①②③
解析　(1)形成的化学键属于轴对称的有两个s轨道以头碰头的方式发生重叠形成稳定的σ键，s轨道与p轨道以头碰头的方式发生重叠形成稳定的σ键，两个p轨道以头碰头的方式发生重叠形成稳定的σ键；故选①②③。
(2)下列物质中，通过方式①化学键形成的是____________(填字母，下同)；通过方式②化学键形成的是____________；只通过方式③化学键形成的是____________；同时含有③④⑤三种方式化学键的物质是____________。
A.Cl2 B.HCl C.N2 D.H2
D
B
A
C
8
2
4
有
18.回答下列问题：
(1)1 mol CO2中含有的σ键数目为____________________。
(2)已知CO和CN－与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为____________。HCN分子中σ键与π键数目之比为____________。
(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料，燃烧时发生的反应：N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 038.7 kJ·mol－1，若该反应中有4 mol N—H断裂，则形成的π键有________ mol。
2NA(或1.204×1024)
1∶2
1∶1
3
解析　(1)CO2分子内含有碳氧双键，双键中一个是σ键，另一个是π键，则1 mol CO2中含有的σ键个数为2NA；(2)N2的结构式为N≡N，推知CO结构式为C≡O，含有1个σ键、2个π键，故此处填1∶2；CN－结构式为[C≡N]－，HCN分子结构式为H—C≡N，HCN分子中σ键与π键均为2个，故此处填1∶1；(3)反应中有4 mol N—H断裂，即有1 mol N2H4参加反应，则生成N21.5 mol，1个N2中含2个π键，故形成的π键有3 mol；
5∶1
6NA(或3.612×1024)
7
CH4＞NH3＞H2O＞HF

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