1、第二章分子结构与性质本章概述素养呈现尽管形形色色、斑斓多彩的物质在外形上或功能上有所差异，却都是由110多种元素构成的。通过化学必修课程的学习，你已经了解到原子之间能够通过强烈的相互作用化学键结合在一起。那么，为什么原子之间能够以不同类型的化学键互相结合？原子形成的分子为什么会有不同的立体构型？分子之间是否也存在某种相互作用？物质是由原子、分子、离子等微粒构成的。微粒间的相互作用(化学键或分子间相互作用)理论是物质构成的基本理论。基于这些理论，人们才能深入探讨物质的微观结构和宏观性质之间的关系，从而进一步认识并制备出各种具有特定化学组成和结构的物质。第一节共价键第1课时共价键的特征和类型激趣入
2、题情境呈现通过化学必修课程的学习你已知道，氢气在氧气中和氯气中燃烧分别生成水(H2O)和氯化氢(HCl)，而且在这两种化合物的分子内部，原子间通过共用电子对形成了一种化学键共价键。你是否产生过这样的疑问：氢原子为什么会与氧原子或氯原子结合形成稳定的分子？氢原子与氯原子结合成氯化氢分子时原子个数比为11，而氢原子与氧原子结合成水分子时原子个数比却为21，这又是为什么？为什么原子间可以通过共用电子对形成稳定的分子？共价键究竟是怎样形成的，其特征又是怎样的呢？新知预习自主探究一、共价键1共价键2共价键表示方法二、键与键1键(1)形成：两个原子的某能级上的原子轨道以_头碰头_的形式重叠时形成。(2)特
3、征：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键的电子云的图形_不变_，称为_轴对称_。(3)键的类型：“_ss_键”如H2，“sp键”如HCl，“_pp_键”如Cl2。2键(1)形成：两个原子的p能级上的原子轨道以_肩并肩_的形式重叠时所形成。(2)特征：电子云由两块组成，分别位于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_，称为_镜面对称_。(3)键的类型：常见的：_pp_键。3键、键的存在规律共价单键为_键；共价双键中有一个_键、一个_键；共价三键由_一_个键和_两_个键组成。预习自测初试牛刀1思考辨析：(1)非金属元素只能形成共价键。()(2)所
4、有共价键都有方向性和饱和性。()(3)CS2分子里有一个键和一个键。()(4)两个原子间可以只形成键，但不能只形成键。()2下列不属于共价键成键因素的是(D)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两原子核体积大小要适中解析：共价键的成因和本质是，当成键原子相互靠近时，原子轨道发生重叠，自旋状态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。3原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是(B)A共价键的方向性B共价键的饱和性C形成共价键原子的大小D共价键的稳定性解析：共价键的饱和性是一个原子中的一个未成对电子与另
5、一个原子中的未成对电子配对成键后，一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配对成键了，即每个原子所能形成的共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的，这称共价键的饱和性，故选B。4下列元素之间难以形成共价键的是(A)ANa和ClBC和HCN和NDS和O解析：Na最外层只有一个电子易失去这一个电子形成Na离子，Cl最外层有七个电子，易得一个电子形成Cl离子，Na和Cl之间形成离子键，故选A。5下列物质的分子中既有键又有键的是(D)HClH2ON2H2O2C2H4C2H2ABCD解析：HCl中只有共价单键，则只有键；H2O中只有共价单键，则只有键；N2中的三键有一个键和2个键；H2O2中均为共价单键
6、，只有键；C2H4中含双键，双键中一个键和一个键；C2H2中含三键，三键中一个键和2个键，则分子中既有键又有键的是，故选D。6下列关于键和键的理解不正确的是(C)A键一般能单独形成，而键一般不能单独形成B键可以绕键轴旋转，键一定不能绕键轴旋转CCH3CH3、CH2=CH2、CHCH中碳碳键的键能都相同D碳碳双键中有一个键，一个键，碳碳叁键中有一个键，两个键解析：A项，由于原子轨道先按重叠程度大的“头碰头”方向进行重叠，故先形成键。后才能形成键；B项，键为单键，可以绕键轴旋转，键在双键、叁键中存在，不能绕键轴旋转；C项，键能：CCC=CCC；D项，单键均为键，双键含1个键和1个键，叁键含1个键和
7、2个键。课堂探究疑难解惑知识点一电子式知识回顾问题探究_你能用电子式表示H2、HCl、CO2的形成过程吗？探究提示_知识总结_1定义在元素符号周围用小黑点()或叉()表示原子或离子的最外层电子的式子叫做电子式。2原子的电子式书写原子的电子式时，一般将原子的最外层电子写在元素符号的上、下、左、右四个位置上。例如：3离子的电子式书写离子的电子式时，由于简单阳离子是原子失去最外层电子后形成的，故只写其元素符号，并在元素符号的右上角注明所带电荷数，如Na、Mg2等；由于简单阴离子得到电子后最外层一般为8电子结构，书写时要在元素符号周围标出电子，用“”括起来，并在右上角注明所带电荷数，如等；较复杂的阴、
8、阳离子一般也要用“”，如。4用电子式表示共价化合物、离子化合物的形成过程。如：用“”连接，不用“=”。“”两端的物质均用电子式表示。典例剖析_典例1 下列电子式中，正确的是(C)解析：NH4Cl的正确电子式为；NH4Br的正确电子式为；CaCl2的正确电子式为。变式训练_1下列有关表述错误的是(C)AIBr的电子式为BHClO的结构式为HOClCHIO各原子都满足8电子结构DMgO的形成过程可以表示为Mg解析：I、Br最外层均有7个电子，通过共用一对电子即可达到8电子稳定结构，A正确；B中H、Cl、O三原子之间通过共用电子对形成次氯酸，其电子式为，结构式为HOCl，B正确；HIO的结构与HCl
9、O类似，其中I、O两原子的最外层达到8电子稳定结构，H原子最外层只有2个电子，C不正确；D中MgO是离子化合物，正确。知识点二共价键的形成及分类问题探究_1观察下图，回答问题：(1)一个乙烯、乙炔分子中分别有几个键和几个键？(2)键、键原子轨道重叠方式和稳定性有何区别？2(1)H2O分子中两个氢原子和一个氧原子在一条直线上吗？为什么？(2)哪些物质中含有共价键？探究提示_1(1)提示一个乙烯分子含有5个键和1个键；一个乙炔分子含有3个键和2个键。(2)提示键“头碰头”重叠、键沿键轴方向“肩并肩”重叠；键稳定，键不稳定，化学性质活泼。2(1)提示不在一条直线上，因为共价键具有方向性。(2)提示含
10、有共价键的物质有共价化合物、非金属单质分子(稀有气体除外)、部分离子化合物等。知识总结_1键与键的形成(1)键的形成形成成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成类型ss键HH的键的形成sp键HCl的键的形成pp键ClCl的键的形成特征以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的形状不变，这种特征称为轴对称；键的强度较大(2)键的形成形成由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成pp键pp的键的形成特征键的电子云具有镜面对称性，即每个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；键不能旋转；不如键稳定，较易断裂。2键键的比
11、较键类型键键原子轨道重叠方式沿键轴方向相对重叠(“头碰头”)沿键轴方向平行重叠(“肩并肩”)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原子轨道重叠程度大小键的强度 较大 较小化学活泼性不活泼 活泼成键规律判断共价单键是键；共价双键中一个是键，另一个是键；共价三键中一个是键，另两个是键特别提醒：(1)s轨道与s轨道形成键时，电子并不是只在两核间运动，只是电子在两核间出现的概率大。(2)形成共价键的两种元素电负性差别较小，一般电负性差值小于1.7。如H(2.1)与Cl(3.0)，电负性差值为0.9，形成共价键。(3)形成共价键时，成键的两个原子核都吸引共用电子对，使之处于平衡状态，体系总
12、能量降低。(4)键电子云重叠程度比键小，因此键没有键牢固，反应中比较活泼。典例剖析_典例2 下列说法中不正确的是(C)A键比键重叠程度大，形成的共价键强B两个原子之间形成共价键时，最多有1个键C气体单质中，一定有键，可能有键D一个N2分子中有1个键，2个键解析：气体单质分子中，可能有键，如Cl2；可能有键，如N2；也可能没有化学键，如稀有气体分子。规律方法指导：对于原子能否形成键可依据原子的价电子数确定，若达到稳定结构只差一个电子，如H、Cl，则只能形成键；若达到稳定结构差两个及两个以上电子，如O、N等，则既能形成键，又能形成键，H2O中氧原子只形成键，而O2中既有键，又有键。另外需要注意，分
13、子中存在键，则一定存在键，但若存在键，则不一定存在键。变式训练_2关于键和键的比较，下列说法不正确的是(C)A键是轴对称的，键是镜面对称的B键是“头碰头”式重叠，键是“肩并肩”式重叠C键不能断裂，键容易断裂D氢原子只能形成键，氧原子可以形成键和键解析：键较稳定，不易断裂，而不是不能断裂。化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。知识点三共价键的特征及其存在问题探究_1什么是键？键的特征是什么？2什么是键？键的特征是什么？3哪些共价键是键，哪些共价键是键呢？探究提示_1提示形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”方式重叠，这种共价键叫键。键的特征是：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作
14、，共价键电子云的形状不变，这种特征称为轴对称。2提示形成共价键的未成对电子的原子轨道，采取“肩并肩”方式重叠，这种共价键叫键。键的特征是：每个键的电子云由两块组成，分别位于由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。3提示一般规律是：共价单键是键；而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组成。知识总结_1共价键的特征(1)饱和性。一个原子有几个未成对电子，便和几个自旋状态相反的电子配对成键，形成几个共价键。如H、Cl都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，即分子中只有一个共价键，而不能形成H3、HCl2
15、、Cl3分子；一个N有3个未成对电子，两个N可以形成NN共价三键，一个N可与3个氢形成，含有3个共价键。共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成。(2)方向性。共价键形成时，两个参与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，重叠程度越大，形成的共价键越牢固。同种分子(如HX)中成键原子电子云(原子轨道)重叠程度越大，形成的共价键越牢固，分子结构越稳定。如HX的稳定性：HFHClHBrHI。共价键的方向性决定了分子的立体构型。2共价键的表示方法(1)用电子式表示：用小黑点(或)表示原子最外层电子。(2)用结构式表示：用一条短线表示一对共用电子。如HClO的电子式为、结构式为HOCl
16、。3共价键的存在范围(1)共价化合物：以共用电子对(形成共价键)形成分子的化合物称为共价化合物。共价化合物的组成粒子(原子)通过共价键结合成分子，因此共价化合物中一定存在共价键。如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。(2)非金属单质分子中(稀有气体除外)，如O2、F2、H2、C60等。(3)部分离子化合物中，如Na2SO4中的SO中存在共价键，NaOH中的OH中存在共价键，NH4Cl中的NH中存在共价键，Na2O2中的O中存在共价键，等等。典例剖析_典例3 下列说法中正确的是(D)A乙烷分子中，既有键，又有键BCl2和N2的共价键类型相同C由分子构成的物质中一定含有键DHC
17、l分子中含一个sp 键解析：A中，乙烷分子的结构式为，只有键，无键；B中，Cl2分子是pp 键，N2分子中除有pp 键外，还有pp 键；C中，某些单原子分子(如He、Ne等稀有气体)中不含化学键。变式训练_3下列说法正确的是(A)A若把H2S写成H3S，则违背了共价键的饱和性BH3O的存在说明共价键不应有饱和性C所有共价键都有方向性D金属元素与非金属元素的原子间只形成离子键解析：硫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H2S，A项正确；H2O只能结合1个H形成H3O，证明共价键有饱和性，B项错误；H2分子中氢原子的s轨道成键时，因为s轨道电子云呈球形，所以H2中的HH键没有方
18、向性，C项错误；AlCl3中含有共价键，D项错误。核心素养专家博客鲍林的贡献美国化学家鲍林(L.Pauling)一生获得过两次诺贝尔奖。他在关于化学键本质的研究及其在物质结构中的应用方面做出过重大贡献。鲍林把量子力学应用于分子结构的研究，把价键理论扩展到金属和金属间化合物，并发展了原子核结构和核裂变过程实质的理论；同时，他在生物化学研究如蛋白质结构研究方面也卓有建树。鲍林在研究量子化学和其他化学理论时，创造性地提出许多新概念如共价半径、金属半径、电负性标度等，这些概念的应用对现代化学、凝聚态物理的发展都有重大意义。即时训练_相距很远的两个氢原子相互逐渐接近，在这一过程中体系能量将(B)A先变大后变小B先变小后变大C逐渐变小D逐渐增大解析：当两个氢原子由很远的位置逐渐靠近时，原子间先是引力后是斥力，而引力先增大后减小；平衡位置为零；当原子间的距离小于平衡距离时，原子间为斥力，作用力慢慢增大，所以体系能量先变小后变大，故选B。
