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第二章 分子结构与性质
第一节 共 价 键
第1课时 共价键
【教学目标】
1.理解σ键和π键的特征和性质
2.认识σ键和π键的形成过程
3.学会区分σ键和π键
2
诺贝尔物理学奖得主理查德 费曼曾说过：
假如发生了大灾难，人类全部的科学知识只能概括为一句话传诸后世，那么这句话应该是“万物皆由原子构成”。
理查德 费曼
原子是如何构成物质的呢？
物质
原子
分子
离子
共价键
离子键
分子间作用力
【知识回顾】
用电子式表示NaCl、HCl和H2的形成过程。
Na+
Cl
Na
Cl
H Cl
H
+
Cl
离子键
共价键
阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键
定义：原子间通过共用电子对所形成的化学键。
分极性共价键（极性键）和非极性共价键（非极性键）。
H·
·H
＋
H:H
表示方法
(1)用电子式表示：用小黑点(或×)表示原子最外层电子。如:
(2)用结构式表示：用一条短线表示一对共用电子(见下表)。
化学式 结构式 化学式 结构式
N2 N≡N CH4
NH3 CO2 O=C=O
HCl H-Cl HClO H-O-Cl
(1)共价化合物，如：SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。
(2)多原子非金属单质分子，如：O2、F2、H2、C60、单质硫、白磷(P4)等。
(3)含根的离子化合物，如：NaOH 、 Na2O2 、 NH4Cl 、NH4NO3等。
注意：含有共价键的化合物不一定是共价化合物，只含共价键的化合物才是共价化合物。
存在的范围
一、共价键
学与问
为什么不可能有H3、H2Cl、Cl3
分子的形成？
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，便可和几个自旋相反的电子配对成键，
这就共价键的“饱和性”。H 原子、Cl原子都只有一
个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，
不能形成H3、H2Cl、Cl3分子。
共价键
2
H2
He
O2
Ne
H:H
O
O
N2
N
N
↑
1s
↓↑
↓↑
2s
2p
↓↑
2s
2p
↑
↑
↑
↑
↑
↑↓
1s
↓↑
↓↑
2s
2p
↓↑
↓↑
1.饱和性
按照共用电子对理论， 一个原子有几个未成对电子，可和几个自旋相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”;如果原子没有未成对电子，则不能形成共价键。
共价键的特征
CH4
NH3
H2O
CO2
正四面体形
三角锥形
V形
直线形
电子所在的原子轨道都具有一定的形状，成键原子的电子云尽可能达到最大重叠必须沿一定方向成键，所以共价键有方向性。它决定了分子的空间构型。
2.方向性
类型：
H
H
H
H
↑
1S
↓
1S
原子轨道在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，因此可以说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了。
①氢原子形成氢分子的过程
氢原子形成氢分子的电子云描述（两个s轨道重叠）
电子云
s-s σ键
一、共价键
σ键特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴旋转，共价键电子云的图形不变，这种特征为轴对称。
相互靠拢
H2中的共价键称为σ键。H2中的σ键是由两个s轨道重叠形成的。
H2中的σ键是由两个s轨道重叠形成的，可称为s-s σ键。
s轨道和p轨道，p轨道和p轨道重叠是否也能形成σ键呢？
我们看一看HCl和Cl2中的共价键。
一、共价键
氢原子形成氢分子的过程
二、共价键的类型
H
Cl
（一个s轨道与一个p轨道重叠）
H－Cl
未成对电子的电子云相互靠拢
电子云相互重叠
s-p σ键
↑
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1s
2s
2p
3s
3p
HCl中的共价键是由氢原子提供的未成对电子的1s原子轨道和氯原子提供的未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。s-p σ键，轴对称。
②氯化氢分子的形成过程
6.类型：
一、共价键
H-Cl的s-p σ键形成
6.类型：
Cl
Cl
Cl
Cl
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
③氯气分子的形成过程
（两个p轨道重叠）
Cl2中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。p-p σ键，轴对称。
p-p σ键
电子云相互重叠
未成对电子的电子云相互靠拢
一、共价键
Cl-Cl的p-p σ键形成
①成键方式：沿轴方向“头碰头”；
②特征：轴对称；
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。
类型 方向性
s-s σ键 无
s-p σ键 有
p-p σ键 有
(1)σ键：
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平行或“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。
2. π键
二、共价键的类型
P-P π键的形成过程
主要为p-p π键。其形成过程如下图：
(1)概念:
2. π键
二、共价键的类型
(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。
p-p π键的形成
2. π键
二、共价键的类型
结论: 三键中有1个σ键和2个π键
↑ ↑ ↑
2P3轨道
①p-p π键(下面以N2 的形成过程为例：)
2. π键
二、共价键的类型
N2中共价三键的形成过程
①p-p π键
二、共价键的类型
O2 中 p-p σ键和 p-p π键的形成过程
p-pσ键
p-pπ键
两对孤对电子对电子云
↑↓ ↑ ↑
2P4轨道
一、共价键
①镜面对称：
②强度小：
③不能旋转：
（3）π键的特征：
每个π键的电子云由两块组成，它们互为镜像。
形成π键时电子云重叠程度比σ键小，π键不如σ键牢固，比较容易断裂。比如：乙烯易发生加成反应。
特例：N2分子中的π键比σ键稳定。
以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子并不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键。
单键 双键 三键
σ键
1个σ键、1个π键
1个σ键、2个π键
①s-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。
②共价单键是σ键；共价双键中有一个σ键,另一个是π键；共价三键由一个σ键和两个π键构成。
(4)判断σ键、π键的一般规律
2. π键
二、共价键的类型
共价键的类型 σ键 π键
原子轨道重叠方式
原子轨道重叠程度
对称类型
键的强度
旋转情况
成键情况
“头碰头”
“肩并肩”
大
小
轴对称
镜面对称
键的强度大，键牢固
键的强度小，易断裂
单键可以绕键轴任意旋转，不破坏σ键
不能旋转，否则破坏π键
单键都是σ键，双键含一个σ键和一个π键，三键含一个σ键和二个π键
4）σ键和 π键的比较
共价键
[问题与预测](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？
探究
C2H6 C2H4 C2H2
σ键
π键
7
0
5
1
3
2
二、共价键的类型
共价键
(2)解释乙烯分子中π键是如何形成的，预测乙炔分子中π键是如何形成的。
乙烯分子中π键由一个2p轨道重叠形成的
↑
↑
↑↓
2s
2p
C
x
y
z
x
y
z
肩并肩
x
探究
二、共价键的类型
共价键
(2)解释乙烯分子中π键是如何形成的，预测乙炔分子中π键是如何形成的。
探究
解析：乙烯分子的碳原子采取sp2轨道杂化，2个碳原子各以2个sp2杂化轨道与氢原子形成2个碳氢σ键，而2个碳原子之间又各以1个sp2杂化轨道形成1个碳碳σ键，除此之外，2个碳原子中未参加杂化的p轨道形成了1个π键，因此，乙烯的双键中有1个σ键和1个π键。乙炔分子的碳原子采取sp轨道杂化，2个碳原子各以1个sp杂化轨道与氢原子形成1个碳氢σ键，同时又各以其另一个sp杂化轨道形成1个碳碳σ键，除此之外，每个碳原子通过2个未参加杂化的p轨道形成了2个π键 （暂不作要求)
二、共价键的类型
共价键
[绘制图示]模仿图2-3，绘制乙炔分子中的π键。
乙炔分子中2个π键由两个2p轨道重叠形成的
↑
↑
↑↓
2s
2p
C
x
y
z
x
y
z
x
探究
二、共价键的类型
共价键
探究
解析：稀有气体的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
(3)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼？
(4)在气体单质分子中，一定含有σ键，可能含有π键吗？
解析：乙烯分子中的碳碳双键和乙炔分子中的碳碳三键中分别含有1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度较小,不稳定,容易断裂。而乙烷分子中没有π键,σ键原子轨道重叠程度大,比较稳定,不易断裂。
二、共价键的类型
[问题与讨论]
钠和氯通过得失电子同样也是形成电子对，为什么这对电子不被钠原子和氯原子共用形成共价键而形成离子键呢？你能从元素的电负性差别来理解吗？讨论后请填写下表：
原子 Na Cl H Cl C O
电负性
电负性之差（绝对值）
结论：当元素的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是_____键；而_____键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。
0.9 3.0
2.1 3.0
2.5 3.5
2.1
0.9
1.0
离子
共价
1.7
二、共价键的类型
一、化学键
本质：原子之间通过共用电子对（或原子轨道重叠）形成共价键
特征：具有方向性和饱和性
成键方式
σ键
原子轨道“头碰头”重叠，电子云呈轴对称
特征
π键
原子轨道“肩并肩”重叠，电子云呈镜面对称
特征
共价三键——1个σ键、2个π键
共价单键——1个σ键
共价双键——1个σ键、1个π键
一般规律
课堂小结
二、共价键的类型
课堂练习
√
1.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.两原子体积大小要适中
课堂练习
√
2.下列说法正确的是
A.Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的方向性决定的
B.H2O与H2S的空间结构一样是由共价键的饱和性决定的
C.并非所有的共价键都有方向性
D.两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率减小
课堂练习
√
3.下列说法对σ键和π键的认识不正确的是
A.分子中只要含有共价键，则至少含有一个σ键
B.s-s σ键、p-p σ键与s-p σ键都是轴对称的
C.p-p σ键和p-p π键的重叠方式是相同的
D.含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者
课堂练习
√
4.丁烯二酸(HOOCCH==CHCOOH)分子结构中含有σ键、π键的个数分别是
A.4个σ键，1个π键 B.11个σ键，3个π键
C.4个σ键，3个π键 D.9个σ键，5个π键
课堂练习
5.(1) 分子中σ键和π键的比例为________。
9∶1
(2)已知反应N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(l)，若该反应中有4 mol N—H断裂，则形成的π键的数目为_____。
3NA
课 程 结 束

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