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专题3 微粒间作用力与物质性质
共价键的形成与类型
1．从微观角度认识共价键的形成过程，能从宏观和微观相结合的视角判断共价分子中σ键和π键的数目，能结合实例描述共价键的成键特征及其本质。
2．能分析不同类型的共价键对物质化学性质的影响。
3．建立轨道模型，从轨道重叠和共用电子对偏移角度建立共价键的分类方法体系， 能举例说明共价键的极性及其应用。
你知道下列问题的答案吗？
1. 通常哪些元素的原子之间能形成共价键？
2. 如何用电子式表示共价分子的形成过程？
3. 含有共价键的物质是否一定是共价分子？
一、共价键的形成
当两个氢原子相互接近时，若两个氢原子核外电子的自旋方向相反，它们接近到一定距离时，两个1s轨道发生重叠，电子在两原子核间出现的机会较大。
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。
随着核间距的减小，核间电子出现的机会增大，体系的能量逐渐下降，达到能量最低状态。
氢分子的形成过程中能量（主要指势能）随核间距的变化如图曲线a所示。
核间距进一步减小时，两原子间的斥力使体系的能量迅速上升，这种排斥作用又将氢原子推回到平衡位置。
氢分子的能量与核间距的关系
氢分子的能量与核间距的关系
若两个氢原子核外电子的自旋方向相同，当它们相互接近时，原子间总是排斥作用占主导地位（如图曲线b所示）。
所以两个带有自旋方向相同的电子的氢原子不可能形成氢分子。
当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向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，体系的能量降低。
共价键形成的本质：
思考：根据表3-3所示N、O、F原子的轨道表示式，结合你对共价键的理解，
说明为什么它们与氢原子形成的简单化合物分别为NH3、H2O和HF。
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1s
H
思考：离子键不具有饱和性和方向性，共价键是否也没有饱和性和方向性？
形成共价键时，只有成键原子中自旋方向相反的未成对电子才能形成共用电子对。成键过程中，每种元素的原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键。
在共价分子中，每个原子形成共价键的数目是一定的，故共价键具有饱和性。
→共价键的饱和性决定了分子的组成。
思考：离子键不具有饱和性和方向性，共价键是否也没有饱和性和方向性？
两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，而且原子轨道重叠越多，共价键越牢固。
因此，一个原子与周围原子形成的共价键就表现出方向性（s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性）。
s轨道和p轨道形成稳定共价键的几种重叠方式
→决定分子的空间结构
二、共价键的类型
1.σ键与π键(按原子轨道重叠方式分类)
(1)σ键
s－s σ键
成键时，原子轨道以“头碰头”方式重叠形成的共价键。
H2
视频：H-Cl的s－p σ键
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Cl
视频：Cl-Cl的p－p σ键
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Cl
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二、共价键的类型
1.σ键与π键(按原子轨道重叠方式分类)
(1)σ键
σ键
s－s σ键
s－p σ键
p－p σ键
成键时，原子轨道以“头碰头”方式重叠形成的共价键。
轴对称
HCl
H2
Cl2
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。
(2)π键
镜面对称
π 键( p - p π 键 )
成键时，原子轨道以“肩并肩”方式重叠形成的共价键
原子轨道重叠程度比σ键小，π键稳定性较弱。
共价键 σ键 π键
轨道重叠类型
轨道重叠方式
对称类型
键的强度
s-s、s-p、px-px
py-py
头碰头
肩并肩
轴对称
镜面对称
强
弱
pz-pz
氮分子中
σ键和π键
形成示意图
请书写氮分子的键线式及价电子排布式，请问氮分子的共价键中含有哪些类型？
N≡N
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；共价双键中一个σ键,另一个π键；共价三键中一个σ键,另两个π键。σ键可以独立存在,π键不能单独存在。
判断σ键、π键的一般规律
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
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；
拓展视野：苯分子中的共价键
苯分子中的6个碳原子都以σ键与氢原子结合，每个碳原子以两个σ键与其他碳原子形成环状结构，同时，每个碳原子各有一个垂直于分子平面的p轨道，形成了一个以6个碳原子为中心的π键。苯的这种结构，使任意两个相邻碳原子间形成的共价键的键能和核间距离完全相同。
苯分子中的π键示意图
共价键
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
π键
原子轨道“肩并肩”重叠，电子云呈镜面对称
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
特征
特征
5、原子轨道在空间都具有方向性。（ ）
一、下列说法正确吗？
1、形成共价键后体系的能量降低，趋于稳定。（ ）
2、共价键的饱和性是由成键原子的未成键电子数决定的。（ ）
3、共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系。（ ）
4、共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的。（ ）
2.极性键与非极性键
由同种原子形成的共价键
电子对发生偏移，F原子一端相对地显负电性，H原子一端相对地显正电性
电子对不发生偏移
H—H
H—F
由不同种原子形成的共价键
两个成键原子吸引电子的能力相同
非极性共价键，简称非极性键
两个成键原子吸引电子的能力不同
极性共价键，简称极性键
通常可以根据元素的电负性差值来判断键的极性。
一般情况下，两种成键元素间的电负性差值越大，它们形成的共价键的极性就越强。
在极性共价键中，成键原子吸引电子能力的差别越大，共用电子对的偏移程度越大，共价键的极性越强。
根据元素电负性差值大小，下列键的极性由强到弱的顺序排列为：
F—H ＞ O—H ＞ N—H ＞C—H
判断以下键的极性强弱C—H、N—H、O—H、F—H？
思考
3.配位键
在水溶液中，NH3能与H+结合生成NH4+，请用电子式表示 N和H形成NH3的过程，讨论NH3与H+ 是如何形成NH4+的？
N
··
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·
·
+3
·H
N
··
·
·
·
H
H
H
·
·
·
NH3中N原子提供孤电子对与氢离子形成共价键。
3.配位键
由一个原子提供孤电子对与另一个有空轨道可接受电子的原子形成的共价键。
在NH4+中，4个N—H键是完全相同的。
在表示分子或离子的结构式时，常用“→ ”表示配位键，其箭头指向接受孤电子对的原子。
配位键可以是键也可以是π键，看具体位置而定
NH4+的结构式
D
1. 下列分子中，含有σ键而不含有π键的是（ ）
A. CH3CH3 B. N2 C. C2H2 D. Cl2
2. 下列说法不正确的是（ ）
A. 双键、三键都含有π键
B. 成键原子间原子轨道重叠得越多，共价键越牢固
C. 因每个原子未成对电子数是一定的，故与之成键的原子个数也一定
D. 所有原子轨道在空间都有自己的方向性
D
3.下列说法不正确的是(　　)
A.σ键一般比π键原子轨道重叠程度大,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.一个N2分子中有1个σ键,2个π键
C
4.有以下物质:①HF　②Cl2　③H2O　④N2　⑤C2H4　⑥C2H6　⑦H2　⑧H2O2　⑨HCN(H—C≡N)。其中,只含有极性键的是　　　;只含有非极性键的是　　　　　;既有极性键,又有非极性键的是　　　;只有σ键的是　　　 ;既有σ键又有π键的是　　　;含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是　　　;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π键的是　　　。
①③⑨
②④⑦
⑤⑥⑧
①②③⑥⑦⑧
④⑤⑨
⑦
④⑤⑨

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