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第二章 分子结构与性质
第一节 共价键
学习目标
1、认识原子间通过原子轨道的重叠形成共价键，了解共价键具有饱和性、方向性。
2、知道根据原子轨道的重叠方式共价键的分类。并判断分子中σ键和π键的存在及个数。
3、能准确判断分子的性质与键参数（键能、键长和键角）的关系。
根据所学知识，请用电子式描述NaCl和HCl的形成过程
H
H
：
：
：
：
Cl
·
：
：
：
Cl
·
+
Na
Na+
：
：
：
：
Cl
·
：
：
：
Cl
·
+
[ ]-
离子键
共价键
由阴、阳离子相互作用所形成的化学键。
原子间通过共用电子对所形成的化学键。
导（3min）
分类：根据共用电子对是否偏移分为极性共价键和非极性共价键。
根据共用电子对的对数分为单键、双键和三键。
学（8mizn）+助（10min）
1. 根据课本34-35页学习σ键和π键的形成、特点和类型。（自主）
2. 根据课本36页一般规律分析乙烷、乙烯、乙炔的分子中共价键分别由几个σ键和几个π键构成（自主）
3. 在气体单质分子中，一定含有σ键吗，可能有π键吗？（合作）
4. 按共价键的共用电子对理论，是否有H3、H2Cl、Cl3的分子存在？在NH3分子中为什么N原子是1个，而H原子为3个？（合作）
5.化学键的键长与键能有何关系？（自主）
6.课本38页思考与讨论(1)(2)（合作）
1.概念：原子间通过共用电子对所形成的相互作用。
2.成键元素：电负性数值相差不大（小于1.7）的原子之间成键。
3.成键微粒：一般是非金属原子之间，或金属与非金属原子之间（如AlCl3）
一、 共价键
4. 成键本质：
展+评（20min）
原子相互靠近时轨道重叠，自旋相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系能量降低。
两个氢原子电子自旋方向相反
相互靠近到一定距离时，两个1s原子轨道发生重叠
核间形成一个电子概率密度较大的区域。
通过原子轨道知识进一步理解H2中共价键的形成？
H
↑
1s
H
↓
1s
氢原子形成氢分子的过程
为什么只能有H2、HCl、Cl2等物质，而不存在H3 、H2Cl和Cl3等物质？
4. 成键本质：
展+评（20min）
（1）饱和性——电子配对原理
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，便可和几个自旋方向相反的电子配对成键，这就是共价键的饱和性。（即差几个电子稳定，即可形成几对共用电子对。）
H
↑
1s1
Cl
3p5
↑↓
↑↓
↑
↑↓
3s2
H
↓
1s1
H2
Cl
3p5
↑↓
↑↓
↓
↑↓
3s2
Cl2
共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成
5.共价键的特征
展+评（20min）
（2）方向性
除s轨道是球形对称外，其他原子轨道在空间都有一定的分布特点，按照现代共价键理论中的最大重叠原理，两原子在形成共价键时将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，所以共价键有方向性。
CH4
NH3
H2O
CO2
正四面体形
三角锥形
V形
直线形
共价键的方向性决定了分子的空间结构。
新知探究
5.共价键的特征
——最大重叠原理
（注意：s-s轨道重叠无方向性）
展+评（20min）
靠拢
重叠
成键
靠拢
重叠
成键
HCl分子
1s 3p
H Cl
哪种重叠方向才正确呢？
原子轨道重叠越大，形成的共价键越牢固，分子越稳定。

思考·讨论
氢原子与氯原子形成氯化氢分子的过程示意
↑
1s1
↑↓
↑↓
↑↓
↑
3s2
3p5
σ键：原子轨道以“头碰头”重叠形成。
s-s σ 键
s-p σ 键
p-p σ 键
特征：
a. 沿键轴（两核的连线）方向 “头碰头”重叠成键
b.σ键为轴对称，可以沿键轴旋转
c. 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。
d.存在于一切共价键中
6.共价键类型
p轨道与p轨道除了能形成σ键外，还能形成π键。
π键的特征是两个原子轨道以“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。
展+评（20min）
1s
↑
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
N
1s
↓
↑↓
↑↓
↓
↓
2s
2p
N
展+评（20min）
π键
主要为p-p π键。
(1)概念:
(2)类型：
未成对电子的原子轨道以“肩并肩”方式重叠形成共价键叫π键。
①电子云为镜面对称：
每个π键的电子云由两块组成，互为镜像
③π键不能旋转
②π键不如σ键牢固,较易断裂
形成π键时，原子轨道重叠程度比σ键的小，通常情况下，π键没有σ键牢固。
以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键。
(3)特征：
注意：s-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。即π键不能单独存在！
展+评（20min）
单键 双键 三键
σ键
1个σ键、1个π键
1个σ键、2个π键
判断σ键、π键的一般规律：
【注意】σ键可以单独存在；π键不能单独存在
归纳·总结
稀有气体单质分子中不含化学键，多原子分子中一定含有σ键，可能含有π键。
1、观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，它们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？
①乙烷中含有1个C-C键和6个C-H键，所以乙烷中含有7个σ键；
②乙烯中含有1个C=C键和4个C-H键，即含有5个σ键和1个π键；
③乙炔中含有1个三键和2个C-H键，即含有3个σ键和2个π键；
思考·讨论
如何衡量共价键的强弱？
气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。
1、概念：
2、单位:
3、条件：
键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值。
kJ/mol。键能通常取正值。
5、数据：
提示：断开CH4中的4个C—H，所需能量并不相等，因此，CH4中的C—H只能是平均值，而表2-1中的C—H键能是更多分子中的C—H键能的平均值。
键能可以通过实验测定，更多却是推算获得的。
——衡量共价键的强弱。键能越大，键越牢固，分子越稳定。
4、意义：
二、键能
展+评（20min）
某些共价键的键能（kJ·mol－1）
①相同原子间的键能：
6、键能规律：
单键＜双键＜三键
②EC-Cσ键键能>π键键能
③EN-Nσ键键能<π键键能(反常)
所以：氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应
展+评（20min）
7.键能应用：
（1）判断共价键的稳定性（键能越大，共价键越稳定）
从键能的定义可知，破坏1mol化学键所需能量越多，即共价键的键能越大，则共价键越稳定。
（2）判断分子的稳定性（一般键能越大，分子越稳定）
一般来说，结构相似的分子中，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）估算化学反应的反应热
同一化学键解离成气态原子所吸收的能量与气态原子结合形成化学键所释放的能量在数值上是相等的，故根据化学键的键能数据可计算化学反应的反应热 ΔH=反应物中化学键键能之和﹣生成物中化学键键能之和
参照教材表2-1中的键能数据。计算1 mol H2分别与1 mol Cl2、1 mol Br2(蒸气)反应生成 2 mol HCl和 2 mol HBr 时，哪一个释放出的能量更多？
解析：对于反应H2(g)＋Cl2(g)==2HCl(g)　
ΔH＝（436.0＋242.7 －2×431.8） kJ·mol－1＝－184.9 kJ·mol－1。
对于反应H2(g)＋Br2(g) ===2HBr(g)　
ΔH＝（436.0 ＋193.7 －2×366 ）kJ·mol－1＝－102.3 kJ·mol－1。
思考讨论(1)
N2、O2、F2与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。(利用课本P37表2-1的相应数据分析)
从表2-1的数据可知，N≡N、O=O、F-F的键能依次减小，共价键越来越容易断裂;而N-H、O-H与H-F的键能依次增大,共价键越来越容易生成。所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。
键 N≡N O=O F-F N-H O-H F-H
键能（kJ/mol） 946 497.3 157 390.8 462.8 568
思考讨论(2)
1、概念：
构成化学键的两个原子的核间距。不过，分子中的原子始终处于不断振动之中，键长只是振动着的原子处于平衡位置时的核间距。
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。
3、键长大小：
pm（1 pm＝10-12 m）
2、单位：
三、键长
展+评（20min）
请同学们观察下表，并找出键能数据中存在的规律 (从成键个数，成键原子的半径分析)
规律1：
规律2：
同种类型的共价键，成键原子的原子半
径越小，键长越小。
成键原子相同的共价键的键长：
单键键长 ＞ 双键键长 ＞ 三键键长
规律3：
一般地，键长越短, 键能越大，共价键越牢固,由此形成的分子越稳定。
4、键长大小规律：
F-F不符合“键长越短，键能越大”的规律，为什么？
原因：由于原子半径小，键长短，但由于键长短，两原子形成共价键时，原子核之间的距离小，排斥力大，键能小
展+评（20min）
5、键长的应用：
（1）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。
（2）分子的空间结构
键长是影响分子空间结构的因素之一。
解题规律：键长越短→键能越大→键越牢固→分子越稳定
如：CH4分子的空间结构为正四面体形，而CH3Cl分子的空间结构是四面体形而不是正四面体形，原因是C-H和C-Cl 的键长不相等。
展+评（20min）
四、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.意义：
多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。键角是描述分子结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。
键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。
CH4
109°28′
NH3
107°18′
H2O
105°
CO2
180°
直线形
V形（角形）
正四面体形
三角锥形
键角反应了分子的空间结构
展+评（20min）
思考：如图白磷和甲烷均为正四面体结构：它们的键角是否相同，为什么？
分子的空间结构 键角 实例
正四面体形 CH4、CCl4
平面三角形 SO3、BF3
三角锥形 NH3
V形(角形) H2O
直线形 CO2、CS2、CH≡CH
109°28′
120°
107°
105°
180°
不同，白磷分子的键角是指P—P之间的夹角，为60°；而甲烷分子的键角是指C—H的夹角，为109°28′。
拓展·总结
课堂小结
测（4min）
√
√
作业：
必做：课本39页习题 课时作业5
选做：高考调研30页自查

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