1、第二章 分子结构与性质 第一节 共价键 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”。【思考】原子是如何构成物质的？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 键和 键等类型。3.知道共价键的键能、键长和键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。1.认识共价键的概念内含和本质特征是以原子轨道重叠为基础的。通过键参数对共价键的描述以及对物质化学性质、结构的影响，探析微观结构对宏观性质的影响，从宏观和微观相结合的视角分析并解决实际问题。
2、（宏观辨识与微观探析）2.认识共价键的本质和特征时，主要是基于量子化特征认识共价键的本质，建立共价键与分子空间结构的关系。结合键参数对物质性质的影响，运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。（证据推理与模型认知）体会课堂探究的乐趣，汲取新知识的营养，让我们一起吧！进走课堂【思考讨论】元素 Na Cl H Cl C O 电负性 电负性差值 钠、氯通过得失电子同样是形成电子对，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？你能从元素的电负性差别来理解吗？填写下表。0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5 2.1 0.9 1 提示：元素的电负性差值很大，化学反应形成的电子对不
3、会被共用，形成离子键，而共价键是电负性差值不大的原子间形成的共价键。一、化学键 相邻原子间强烈的相互作用 2.化学键的分类：离子键、共价键、金属键、配位键 3.存在范围：只存在于相邻的原子或离子之间,分子间不存在 化学键。1.定义：二、共价键 1.共价键的定义 原子间通过共用电子对所形成的强烈相互作用，叫共价键。共价键的本质是原子之间形成共用电子对(或原子轨道的重叠)。自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对。（1）成键粒子：原子。（2）成键实质：共用电子对。（3）形成条件：一般由非金属元素的原子结合。（4）表示方法 用电子式表示共价化合物 H2O：；CO2：；用电子式表示共价化合物的形成过程
4、H2O：；NH3：；H H H H 氢原子形成氢分子的电子云描述（两个s轨道重叠）键 电子云 s-s 键 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。键的特征是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 键。H2中的 键是由两个s轨道重叠形成的。H2中的 键是由两个s轨道重叠形成的，可称为s-s 键。s轨道和p轨道，p轨道和p轨道重叠是否也能形成 键呢？我们看一看HCl和Cl2中的共价键。H Cl HCl的 s-p
5、 键的形成（一个s轨道与一个p轨道重叠）HCl 未成对电子的 电子云相互靠拢 电子云相互重叠 s-p 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 键,轴对称.ClCl的 p-p 键的形成（两个p轨道重叠）Cl Cl Cl Cl 电子云相互重叠 未成对电子的 电子云相互靠拢 p-p 键 1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p 3s 3p 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 键,轴对称。键的重叠方式：“头碰头”X ss X pxs X
6、 pxpx 键的特征是：以两原子核的连线为轴旋转，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。形成 由成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠形成 类型 s-s型 HH的s-s 键的形成 s-p型 HCl的s-p 键的形成 p-p型 ClCl的p-p 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,共价键电子云的图形不变,这种特征称为轴对称【归纳总结】键的特征(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 键的原子轨道重叠程度较大，故 键有较强稳定性。(3)以形成 键的两原子核的连线为轴，任何一个原子均可以旋转，旋转时并不破坏
7、键的结构。头碰头；轴对称；形成键的原子轨道重叠程度较大，故键有较强的稳定性。键按成键原子的原子轨道重叠方式分类 2.共价键类型 电子云在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，电子带负电，因而可以形象的说，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。键 和 键 共价键 共用电子对不发生偏移 共用电子对偏向一方 非极性键 极性键(1)键概念：键是两原子在成键时，原子轨道以“头碰头”的方式重叠形成的共价键。键的类型：根据成键时，原子轨道的不同，键可分为s-s 键、s-p 键、p-p 键。p轨道与p轨道除了能形成 键外，还能形成 键。键的特征是两个原子轨道
8、以平行或“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 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)键 概念：形成共价键的未成对电子的原子轨道，采取“肩并肩”的方式重叠，这种共价键叫 键，主要类型为p-p 键，其形成过程可以表示为下图：P-P 键的形成 键的重叠方式：“肩并肩”X Z Z pZpZ 键特征:镜像对称 不稳定性：键 键 碳碳双键容易断双键中一个键（键），故易发生加成反应和加聚反应。形成 由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成 p-p 键 p-p 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
9、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 键牢固,较易断裂【归纳总结】(1)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，这种特征称为镜面对称。(2)形成 键时电子云重叠程度比 键小，键不如 键牢固。特例：N2分子中的 键比 键稳定。(3)以形成 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 键，如以py-py 键为例，若旋转其中一个成键原子，则两原子的py轨道不再平行，也就无法“肩并肩”地靠近形成 键。键肩并肩；镜面对称；键不如 键牢固 比较容易断裂；键和
10、键的比较 共价键类型 键 键 原子轨道 重叠方式 沿键轴方向 轴对称，可旋转(“头碰头”)重叠 沿键轴方向平行 镜面对称，不旋转(“肩并肩”)重叠 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 键强度大,不易断裂，不活泼 键强度较小,易断裂，活泼 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【思考交流】O2 中 p-p 键和 p-p 键的形成过程 p-p键p-p键两对孤对电子对电子云2P4轨道N2中1个p-p 键和2个p-p 键的形成过程NN 2P3轨道z z y
11、y x【规律总结】对于原子之间能否形成 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分子中氧原子只形成 键,而O2分子中既有 键,又有 键。另外需要注意,分子中存在 键,则一定存在 键,但若存在 键,则不一定存在 键。(3)判断 键、键的一般规律 s-s电子、s-p电子只形成 键；p-p电子既形成 键，又形成 键；且 p-p电子先形成 键，后形成 键。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。共价键的类型 按照不同的分类方法,
12、可将共价键分为不同的类型:【总结】（1）按共用电子对数目 单键：如H-H键 双键：如C=C键 三键：如NN键（2）按共用电子对是否偏移 非极性键：如Cl-Cl键 极性键：如H-Cl键（3）按原子轨道的重叠方式 键 键 观察下图中乙烷、乙烯和乙炔分子的球棍模型,回答相关问题。问题思考:(1)乙烯和乙炔分子中的碳原子间,既存在键,又存在键,键和键的成键方式有何不同?提示:键是原子轨道以“头碰头”方式发生重叠成键;键是p轨道与p轨道以“肩并肩”方式发生重叠成键。【思考与讨论】乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个 键和几个键组成？乙炔分子中由3个键和2个键组成。乙烷分子中由7个键组成；乙烯分子中由
13、5个键和1个键组成；有机物中的共价键 CH 是 键。CC 是 键。C=C 一个 键，一个 键。CC 一个 键，两个 键。乙烯、乙炔分子中CC 键比较稳定不容易断裂，键比较容易断裂。乙烯 乙炔 乙烯、乙炔分子的球棍模型(2)从乙烷、乙烯和乙炔分子中存在的键和键来看,键和键的存在条件和数目有何规律?提示:键可以独立存在,键不能单独存在。所有的单键都是键;双键中有一个键和一个键;三键中有一个键和两个键。(3)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼?提示: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个键,键原子轨道重叠程度较小,不稳定,容易断裂。而乙烷分子中没有键,键原子轨道重叠程度大,
14、比较稳定,不易断裂。原子 Na Cl H Cl C O 电负性 0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5 电负性之差(绝对值)2.1 0.9 1.0 结论:当成键原子的电负性相差很大时,形成的电子对不会被共用,形成的将是离子键;而共价键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。3.共价键的形成条件【规律总结】一般活泼金属元素与活泼非金属元素电负性相差较大,易形成离子键,而非金属元素之间电负性相差较小,原子间易形成共价键,离子化合物一定含有离子键,也可能含有共价键,如NH4Cl、Na2O2等。(1)用电子式表示:用小黑点(或)表示原子最外层电子。如:4.共价键的表示方式(2)用结构式表示:用
15、一条短线表示一对共用电子(见下表)。HCl HOH NN化学式 结构式 化学式 结构式 N2 NN CH4 NH3 CO2 O=C=O HCl H-Cl HClO H-O-Cl(1)共价化合物(不同原子间以共用电子对(共价键)形成的化合物)中。原子之间通过共价键结合,共价化合物中一定存在共价键。如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。(2)多原子非金属单质分子中。如O2、F2、H2、C60、单质硫、白磷(P4)等(稀有气体为单原子分子,不存在化学键),双原子(或多原子)分子中一定存在共价键(但红磷等分子结构较复杂,常以元素符号代表其单质)。(3)含根的离子化合物:如NaOH、
16、Na2O2、NH4Cl、NH4NO3等。含有共价键的化合物不一定是共价化合物。5.共价键存在的范围(1)水分子中的共价键是哪些原子形成的哪类共价键?为什么水分子中的三个原子不在一条直线上?【思考与讨论】水分子的空间充填模型 过氧化氢分子的空间充填模型 提示:水分子中的共价键是由氧原子与氢原子形成的键;共价键的方向性导致水分子中的三个原子不在一条直线上。(2)过氧化氢分子中的氧、氢元素的化合价分别是多少?为什么?提示:过氧化氢分子中氧、氢元素的化合价分别是-1价、+1价。过氧化氢分子中有两类共价键,OO间的共价键是非极性键,共用电子对不偏移;OH键是极性键,氧的电负性较氢大,共用电子对偏向氧。(
17、3)共价键可以存在于哪些物质中?举例说明。提示:共价键可以存在于共价单质中,如H2、O2、N2等;可以存在于共价化合物中,如H2O、H2SO4、CH4等;也可以存在于离子化合物中,如NaOH、NH4Cl、Na2O2等。(2)共价键的方向性 原子之间形成共价键时,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,而且原子轨道重叠越多,电子在两核间出现的概率越大,形成的共价键越牢固。电子所在的原子轨道都具有一定的形状,原子轨道要取得最大重叠决定了共价键必然具有方向性（s 轨道与 s 轨道重叠形成的共价键无方向性，例外）。共价键的特征:共价键具有饱和性和方向性。(1)共价键的饱和性 按
18、照共用电子对理论,一个原子有几个未成对电子,便可以与几个自旋相反的电子配对成键,这就是共价键的“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等分子。形成的共价键数 未成对电子数 6.共价键的特征 决定原子形成分子时相互结合的数量关系-决定分子的空间结构 二、键参数键能、键长与键角（一）键能：1.概念：气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量称为键能。2.条件和单位：键能通常是298.15K、101kPa条件下的标准值，单位为kJmol-1 3.应用：（1）判断共价键的稳定性：原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度越
19、大，体系能量降低越多，释放能量越多，形成共价键的键能越大，共价键越牢固。（2）判断分子的稳定性：一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越稳定。例如分子的稳定性：HFHClHBrHI。（3）利用键能计算反应热：H=反应物的键能总和-生成物的键能总和。4.测定方法：键能可通过实验测定，更多的却是推算获得的 提示：同种类型的共价键，键能大小为单键双键双键键长三键键长。（三）键角1.概念：在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角称为键角。2.意义：键角可反映分子的空间结构，是描述分子空间结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。3.常见分子的键角
20、及分子空间结构：分子 键角 空间结构 CO2（O=C=O）180 直线形 H2O（H-O）105 V形(或称角形)NH3（N-H）107 三角锥形 P4 （P-P）60 正四面体形 CH4（C-H）10928 正四面体形 4.测定方法：键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。（1）试利用表2-1的数据进行计算，1mol H2分别与1mol Cl2、1molBr2（蒸气）反应，分别形成2mol HCl和2molHBr，哪一个反应释放的能量更多？如何用计算的结果说明氯化氢分子和溴化氢分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质？【学以致用】提示：从表2-1数据不难算出，生成2mol HCl和2m
21、ol HBr分别放出184.9kJ和102.3kJ热量，显然生成氯化氢放热多，所以HCl比HBr更易生成，更难分解，或者说溴化氢分子更容易发生热分解。（2）N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强，从键能的角度应如何理解这一化学事实？提示：由于NN、O=O、F-F的键能依次减小，而N-H、O-H、F-H的键能依次增大，所以N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。提示：一般来说，分子中的共价键的键长越小，键能越大，共价键越稳定。（3）通过上述例子，你认为键长、键能对分子的化学性质有什么影响？【小结】键参数对分子性质的影响：相同类型的共价化合物分子，成键原子半径越小，键长越短，键能越大，分子越稳
22、定。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 键 原子轨道“头碰头”重叠，电子云呈轴对称 特征 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 键、2个 键 共价单键1个 键 共价双键1个 键、1个 键 一般规律 二、键参数 键能 键长 键角 决定 决定 分子的稳定性 分子的空间结构 决定 分子的性质 1.下列元素之间难以形成共价键的是()A.Na和ClB.C和H C.N和ND.S和O 2.下列物质的分子中,没有键的是()A.CO2B.N2 C.CHCHD.HClOAD3.下列说法不正确的是()A.键一般比键原子
23、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C4.关于键和键的比较,下列说法不正确的是()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C5.下列说法正确的是()A.若把H2S写成H3S,则违背了共价键的饱和性 B.H3O+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A6.(双选)键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正
24、确的是（）A.键角是描述分子空间结构的重要参数 B.因为H-O键的键能小于H-F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐增强 C.水分子可表示为H-O-H,分子中的键角为180 D.H-O键的键能为463kJmo1-1,即18gH2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2463kJ AB 7.氰气的化学式为(CN)2,结构式为NC-CN,性质与卤素相似。下列叙述正确的是 ()A.分子中既有极性键，又有非极性键 B.分子中NC键的键长大于C-C键的键长 C.分子中含有2个 键和4个 键 D.不和氢氧化钠溶液发生反应 A 8.有以下物质:HF Cl2 H2O N2 C2H4 C2H6 H2 H2O
25、2 HCN(HCN)。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 ;只有键的是 ;既有键又有键的是 ;含有由两个原子的s轨道重叠形成的键的是 ;含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成键的是 。9.(1)1 mol HCHO分子中含有 键的数目为 。(2)CS2分子中,共价键的类型有 。(3)Ni能与CO形成正四面体形的共价化合物Ni(CO)4,1 mol Ni(CO)4中含有 mol 键。(4)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型材料,题图中1号C与相邻C形成 键的个数为 。石墨烯结构 3NA 8键和键3 心志决定命运，态度决定高度。功夫不负有心人，今天的努力，定会收获累累硕果。
