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2.1.1 共价键模型
课前思考
通过必修课程，你已经了解了原子之间能够通过强烈的相互作用——化学键结合在一起。
原子之间为什么能够以不同类型的化学键相互结合？
原子形成的分子为什么会有不同的空间结构？
分子之间是否也存在着相互作用？
物质结构的基础理论——化学键与分子间作用力的理论。
学习目标定位（课程标准）
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。
3. 知道共价键可分为极性和非极性共价键。
4. 共价键的键能、键长和键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。
一、共价键的形成
1. 概念：原子间通过共用电子形成的化学键称为共价键。
2. 形成过程（以氢分子为例）：
(1)当两个氢原子相距很远时，他们之间的作用力可以忽略不计，体系能量等于两个原子的能量之和。
(2)当两原子逐渐接近时，原子轨道发生重叠，电子在核间区域出现的概率增大，原子核对两个电子都产生吸引作用，体系能量逐渐下降。
(3)当氢原子互相接近达到最大限度（0.074nm），轨道重叠达到最大限度，形成稳定氢分子，此时体系中能量最低。
(4)核间距进一步减小时，两原子间的斥力使体系的能量升高，这种排斥作用又将氢原子推回到平衡位置。
一、共价键的形成
3. 本质：高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用。
4. 成键粒子：电负性相同或差值小的非金属原子之间或个别金属原子与非金属原子之间（AlCl3、FeCl3、BeCl2等）。
5. 表示方法：（H2、HCl、CO2、N2的电子式、结构式如何书写？）
(1)用一条短线表示一对共用电子所形成的共价键，如H—H。
(2)用“ = ”表示原子间共用两对电子所形成的共价键，如C=C。
(3)用“ ≡ ”表示原子间共用三对电子所形成的共价键，如C≡C。
化学史话（沪教版）
化学史话（沪教版）
二、共价键的特征
1. 饱和性：
(1)共价键由未成对的电子通过配对形成，因为未成对电子数目有限，所以共价键总数以及共价键连接的原子数目有限。
(2)用轨道表示式表示 HF 分子中共用电子对的形成如下：
(3)由以上分析可知，F 原子与 H 原子间只能形成 1 个共价键，所形成的简单化合物为 HF。同理，O 原子与 2 个 H 原子形成 2 个共用电子对，2 个 N 原子间形成 3 个共用电子对。
二、共价键的特征
2. 方向性
(1)除 s 轨道是球形对称的外，其他的原子轨道在空间都具有一定的分布特点。
(2)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。
(3)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。
归纳总结
(1)共价键的饱和性决定了分子的组成，共价键的方向性决定了分子的空间结构。所有的共价键都具有饱和性，但并不是所有的共价键都具有方向性，如两个s轨道重叠形成的共价键就没有方向性。
(2)共价键的存在范围
①非金属单质分子中(稀有气体除外)，如O2、Cl2 等。
②非金属元素形成的化合物中，如HClO、HCl、有机物分子等。
③某些金属与非金属元素形成的化合物中，如AlCl3 、BeCl2等。
④某些离子化合物中，如NaOH、NaClO等。
判断正误
(1)水的非直线结构是由共价键的饱和性决定的(　　)
(2)氢原子和氯原子只能形成HCl分子，不能形成H2Cl，是由共价键的饱和性决定的(　　)
(3)金属元素与非金属元素之间不能形成共价键(　　)
(4)共价键是一种电性吸引(　　)
(5)CO2 分子内共价键可表示为O==C==O(　　)
√
×
√
×
×
三、共价键的类型
1. 共价键的分类
(1)按共用电子对数目分类：
(2)按共用电子对是否偏移分类：
(3)按原子轨道的重叠方式分类：
三、共价键的类型
2. σ 键
(1) 形成：
①氮原子的价电子排布式2s22p3。根据洪特规则，氮原子中处于 2p 轨道的三个电子实际上分别占据 2px，2py，2pz 三个原子轨道，是三个未成对电子。
②当形成氮原子的两个氮原子相互接近时，一个氮原子的 2pz 轨道与另一个 2pz 轨道重叠形成一个共价键，同时他们的 2px 和 2pz 轨道也会分别两两重叠形成两个共价键，称为共价三键。
③共价三键中的三个键并不完全等同，当两个 2pz 轨道“头碰头”时，其他p轨道只能“肩并肩”。
三、共价键的类型
三、共价键的类型
2. σ 键
(2)概念：将原子轨道以“头碰头”方式互相重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键称为 σ 键。
(3)种类：
①s－s σ 键：两个成键原子均提供 s 轨道形成的共价键，如 H2 分子中 σ 键的形成过程：
三、共价键的类型
2. σ 键
(3)种类：
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，如 HCl 分子中 σ 键的形成过程：
③p?p σ 键：两个成键原子均提供 p 轨道形成的共价键，如 Cl2 分子中 σ 键的形成过程：
三、共价键的类型
2. σ 键
(4)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。
三、共价键的类型
三、共价键的类型
3. π 键
(1)概念：将原子轨道以“肩并肩”方式互相重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键称为 π 键。
(2)形成：
(3)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。
三、共价键的类型
4. 极性键和非极性键
非极性键：共用电子对不偏向于其中任何一个电子，参与成键的原子都不显电性的共价键。
极性键：共用电子偏向于吸引电子能力大的原子一侧，这个原子因为附近电子出现的概率较大带有部分负电荷，而另一个原子则带部分正电荷的共价键。
根据共用电子偏移程度不同，又分为强极性键（共用电子偏离程度大，如H—F中的极性键）和弱极性键（共用电子偏离程度小，如 H—I 中的极性键）。
深度思考
1.C2H4比CH3CH3的化学性质活泼的原因是什么？
乙烯中碳碳双键中有一个是π键，原子轨道重叠程度小，共价键不稳定，容易断裂，而乙烷中C与C之间以C—C σ键结合，原子轨道重叠程度大，共价键稳定，不容易断裂。
深度思考
2.回答下列问题：
(1)已知CO和CN－与N2结构相似，CO分子内σ键与π键的数目之比为______。HCN分子中σ键与π键的数目之比为_____。
(2)乙烯分子中σ键与π键的数目之比为______。
(3)共价键①H—H键、②H—F键、③H—O键、④N—H键、⑤P—H键中，键的极性由弱到强的顺序是____________。
1∶2
1∶1
5∶1
①⑤④③②
判断正误
(1)Cl2分子内存在非极性键，HCl分子内存在极性键(　　)
(2)分子内若存在共价键，则一定存在σ键(　　)
(3)1 mol乙烯中含有σ键的数目为4NA(　　)
(4)氢原子和氟原子、氯原子均可以σ键相结合，其成键轨道完全相同(　　)
√
√
×
×
跟踪强化
2.有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。
(1)只有σ键的是_____________(填序号，下同)；既有σ键又有π键的是_______。
(2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是______。
(3)含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是______________。
(4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是_____________。
①②③⑥⑦⑧
④⑤⑨
⑦
①③⑤⑥⑧⑨
②④⑤⑥⑧⑨
跟踪强化
2、下列说法正确的是(　　)
①共价键的本质是相互吸引的电性作用
②共价化合物一定含共价键，一定不含离子键
③水的非直线结构是由共价键的饱和性决定的
④由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物
⑤分子中不一定存在共价键
⑥烯烃比烷烃的化学性质活泼是由于烷烃中的 σ 键比烯烃中的 σ 键稳定
A．②⑤ B．④⑥ C．②③④ D．①③⑥
A
σ 键可以单独存在，π 键不能单独存在
跟踪强化
1、下列说法中不正确的是(　　)
A．σ 键比 π 键重叠程度大，形成的共价键强
B．两个原子之间形成共价键时，最多有 1 个 σ 键
C．气体单质中，一定有 σ 键，可能有 π 键
D．N2 分子中有 1 个 p?p σ 键，2个 p?p π 键
C
四、共价键的键参数
1. 键长
(1)概念：两个成键原子的原子核间的距离（简称核间距）叫做该化学键的键长。
(2)与稳定性：一般来说，化学键的键长愈短，化学键就愈强，键就愈牢固。
(3)键长的判断方法:
①根据原子半径判断：在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。
②根据共用电子对数判断：相同的两原子形成共价键时，单键键长＞双键键长＞叁键键长。
四、共价键的键参数
2. 键角（可通过晶体的X射线衍射实验测定）
(1)概念：在多原子分子中，两个化学键的夹角。在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性，键角决定着共价分子的空间构型。
(2)常见分子空间构型：
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}分子空间构型
键角
实例
正四面体形
109.5°
CH4、CCl4
60°
白磷(P4)
平面形
120°
苯、乙烯、BF3等
三角锥形
107.3°
NH3
V形
104.5°
H2O
直线形
180°
CO2、CS2、CH≡CH
一些其他分子的空间结构模型（人教版）
四、共价键的键参数
3. 键能
(1)概念：键能是在101.3 kPa、298 K条件下，断开1 mol AB(g) 分子中的化学键，使其分别生成气态 A 原子和气态 B 原子所吸收的能量。常用 EA－B 表示。键能的单位是 kJ·mol－1。如断裂 1 mol H—H 键吸收的最低能量为 436 kJ，即 H—H 键的键能为 436 kJ·mol－1。
(2)意义：定量表示化学键的强弱程度，键能越大，化学键越牢固。
四、共价键的键参数
3. 键能
(3)根据下表中的H—X键的键能回答下列问题：
①若使2 mol H—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收 kJ的能量。
②表中共价键最难断裂的是 ，最易断裂的是 。
③由表中键能大小数据说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次 ，说明四种分子的稳定性依次 。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}共价键
H—F
H—Cl
H—Br
H—I
键能/kJ·mol－1
565
431
363
297
862
H—F
H—I
减小
减弱
四、共价键的键参数
4. 键能与化学反应过程中的能量变化
ΔH = 反应物总键能 - 生成物总键能
四、共价键的键参数
5. 共价键参数与分子性质的关系
四、共价键的键参数
6. 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。
(3)由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固。
7. 键长的判断方法：
(1)根据原子半径判断：其他条件相同时，原子半径越小，键长越短。
(2)根据共用电子对数判断：相同的两原子形成共价键时，单键 > 双键 > 三键
四、共价键的键参数
8. 键角的判断方法
(1)CH4、BF3、CO2键角由大到小的顺序为______________。
(2)H2O与H3O＋键角由大到小的顺序为_____________。
(3)NH3、PH3、AsH3键角由大到小的顺序为_________________。
(4)NF3与NH3键角由大到小的顺序为__________。
CO2>BF3>CH4
H3O＋>H2O
NH3>PH3>AsH3
NH3>NF3
苏教版
严格来说，并非键长越短，键能就越大
人教版
Ⅰ.利用数据计算，1 mol H2 分别与1 mol Cl2、1mol Br2 （蒸气）反应，分别形成 2 mol HCl 和 2 mol HBr ，哪一个反应释放的能量更多？?
ΔH = 反应物总键能 - 生成物总键能
ΔH (HCl) = [ ( 436 + 242.7 ) - 2×431.8 ] kJ/mol = - 184.9 kJ/mol
ΔH (HBr) = [ ( 436 + 193.7 ) - 2×366 ] kJ/mol = - 102.3 kJ/mol
Ⅱ.从计算结果看 HCl 和 HBr 哪个更容易分解呢？
HBr 分解需吸收能量少，更易分解。


鲁科版
判断正误
(1)键长越短，键能一定越大(　　)
(2)断开1 mol HCl需要吸收的能量称为H—Cl键的键能(　　)
(3)键能越大，键长越长，共价键越牢固(　　)
(4)分子中键能越大，分子越稳定，熔、沸点越高(　　)
×
×
×
×
跟踪强化
3、下列关于共价键的说法不正确的是(　　)
A．H2S 分子中两个共价键的键角接近 90° 的原因是共价键有方向性
B．N2 分子中有一个 σ 键，两个 π 键
C．两个原子形成共价键时至少有1个 σ 键
D．在双键中，σ 键不如 π 键稳定
D
跟踪强化
4.(2022·宜昌高二期中)下列有关说法不正确的是
A.CH4、NH3、CO2分子中的键角依次增大
B.HCl、HBr、HI分子中的键长依次增大
C.H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小
D.H2O、PH3、SiH4分子的稳定性依次减弱
A
跟踪强化
6.如图为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述正确的是
A.W、R元素单质分子内都存在非极性键
B.X、Z元素都能形成双原子分子
C.键长：W—H键W—H键
D.键长：X—H键B
应用体验
1.N≡N键的键能为945 kJ·mol－1，N—N键的键能为160 kJ·mol－1，计算说明N2中的___(填“σ”或“π”，下同)键比___键稳定。
2.用“>”或“<”填空。
(1)比较键长大小：①C—H___N—H___H—O；②H—F___H—Cl。
(2)比较键能大小：①C—H___H—O；②H—F____H—Cl。
(3)比较键角大小：①CO2____NH3；②H2O___NH3。
π
σ
>　 >
<
<
>
>
<
应用体验
3.某些共价键的键能数据如下表(单位：kJ·mol－1)：
(1)把1 mol Cl2分解为气态原子时，需要_____(填“吸收”或“放出”) _____kJ能量。
(2)表中所列化学键形成的单质分子中，最稳定的是____，最不稳定的是___；形成的化合物分子中最稳定的是_____。
(3)试通过键能数据估算下列反应的反应热：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝_______________。
H—H
Cl—Cl
Br—Br
H—Cl
H—I
I—I
N≡N
O—H
N—H
436
243
193
431
297
151
945
467
391
吸收
243
N2
I2
H2O
－183 kJ·mol－1

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