1、第二章 分子结构与性质第一节 共 价 键必备知识自主学习一、共价键1共价键的概念和特征(1)概念：原子间通过_所形成的相互作用。本质是电子云(或原子轨道)的重叠。共用电子对2共价键的类型(1)键(2)键：形成由两个原子的p轨道“_”重叠形成pp型特征键的电子云具有_对称性，即每个键的电子云由两块组成，分别位于由_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_；键_旋转；不如键牢固，较易_。肩并肩镜像原子核镜像不能断裂(1)为什么 2 个氢原子、2 个氯原子结合成氢分子、氯分子，1 个氢原子只能和 1个氯原子结合成氯化氢分子，而不是以 3 个、4 个或其他个数比相结合？提示：氢
2、原子和氯原子的两原子都只有一个未成对电子，从分子的形成过程来看，只有未成对电子才能形成共用电子对，因此氢分子、氯分子和氯化氢分子中只能由两个原子各提供 1 个未成对电子形成共用电子对，也决定了其分子中的原子个数。(2)原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是什么？提示：共价键的饱和性。共价键的饱和性决定各原子相互结合的数量关系。(3)(情境思考)COCl2 是一种毒性非常强的气体，分子结构为 CClClO，则 1 mol COCl2 分子内含有 键和 键数目分别是多少？提示：键 3NA，键 1NA。二、键参数键能、键长与键角1键能键能是指_中1 mol化学键解离成_所吸收的能量。键能
3、的单位是_。键能通常是_条件下的标准值。2键长(1)键长是构成化学键的两个原子的_，因此_决定化学键的键长，_越小，共价键的键长越短。(2)键长与共价键的稳定性之间的关系：共价键的键长越短，往往键能越_，表明共价键越_。气态分子气态原子kJmol1298.15K、101kPa核间距原子半径原子半径大稳定3键角(1)键角是指_。在多原子分子中的键角是一定的，这表明共价键具有_性。键角是描述分子_的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角方向空间结构(2)常见分子的键角：分子空间结构键角实例正四面体形_CH4、CCl4平面形_苯、乙烯、BF3三角锥形107NH
4、3V形(或角形)_H2O直线形_CO2、CS2、CHCH10928120105180(1)根据教材 P3738 表 2-1、2-2 分析下列三种分子中：H2、Cl2、Br2，共价键的键长最长的是哪种分子？键能最大的是哪种分子？提示：Br2 H2。(2)(情境思考)一般来说，如果已知某分子中的键长和键角的数据，就可确定该分子的几何构型(分子在空间呈现的几何形状)，据此也可推断它的物理性质。已知 CO2 的 C=O 键长是 0.116 nm，O=C=O 键角等于 180，由此可推断CO2 的分子构型是什么？提示：CO2 是含有极性键的直线形分子。关键能力合作学习知识点一 共价键1 键与 键的比较2
5、.乙烷、乙烯、乙炔成键分析名称乙烷乙烯乙炔分子结构碳碳键成键方式1 个 键 1 个 键、1 个 键 1 个 键、2 个 键乙炔成键分析：(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)因 s 轨道是球形的，故 s 轨道与 s 轨道形成 键时，无方向性。两个 s 轨道只能形成 键，不能形成 键。(3)两个原子间可以只形成 键，但不能只形成 键。(1)(思维升华)H 原子和 H 原子、H 原子和 Cl 原子、Cl 原子和 Cl 原子分别均以 键结合成 H2、HCl 和 Cl2 分子，共价键轨道完全相同吗？提示：不相同。H 原子的未成对电子位于 1
6、s 轨道，Cl 原子的未成对电子位于 3p轨道，即 H 原子和 H 原子成键以 1s 和 1s 轨道“头碰头”重叠，H 原子和 Cl 原子以1s 和 3p 轨道“头碰头”重叠，Cl 原子和 Cl 原子以 3p 和 3p 轨道“头碰头”重叠。(2)(情境应用)在大气中存在一种潜在的温室气体 SF5CF3。虽然其数量有限，但它是已知气体中吸热最高的气体，则分子中是什么类型的共价键？提示：键。分子中只有共价单键，则分子中只有 键，没有 键。【典例】有以下物质：HF Cl2 H2O N2 C2H4 C2H6 H2 H2O2 HCN Na2O2。只含有 键的是_；既含有 键又含有 键的是_；含有由两个原
7、子的 s 轨道重叠形成的 键的是_。【解题指南】解答本题需要注意以下两个方面：(1)共价键包含 键、键。(2)根据物质分子中所含有共价键是单键、双键还是三键判断是否含有 键。【解析】只存在单键的分子中只含有 键；存在双键或三键的分子中既含有 键又含有 键；只有 H2 中含有两个原子的 s 轨道重叠形成的 键。答案：【母题追问】为什么 C2H4 的化学性质比 C2H6 的化学性质活泼？提示：C2H6 中只含 键而 C2H4 含有 键。分子中 键与 键的判断方法(1)根据成键原子的价电子数来判断能形成几个共用电子对。(2)如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是 键；如果形成多个共用电子对时，则先
8、形成 1 个 键，另外的原子轨道形成 键。防晒霜是指添加了能阻隔或吸收紫外线的防晒剂来达到防止肌肤被晒黑、晒伤目的的化妆品。有研究表明分子结构中含有 键的物质能吸收紫外线，日常生活中用的防晒霜的主要成分是氨基苯甲酸或羟基丙酮，它们能防晒的原因是什么？提示：氨基苯甲酸或羟基丙酮中均含有羰基()，其中含有 键，含有 键的物质能吸收紫外线。知识点二 键参数的应用1键能的应用(1)表示共价键的强弱：键能越大，断开化学键时需要的能量越多，则化学键越稳定。(2)判断分子的稳定性：结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。(3)判断化学反应的能量变化：在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形
9、成释放能量，因此反应焓变与键能的关系为 H反应物键能总和生成物键能总和；H0 时，为放热反应；H0 时，为吸热反应。2键长的应用(1)一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子越稳定。(2)键长的比较方法根据原子半径比较，同类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短。根据共用电子对数比较，相同的两个原子间形成共价键时，单键键长双键键长三键键长。3键角的应用(1)键长和键角决定分子的空间结构(2)常见分子的键角与分子空间结构【方法导引】共价键强弱的判断(1)由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的原子半径越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。(2)由键能判断：共价
10、键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越大。(3)由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越大。(4)由电负性判断：元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力越大，与其他元素形成的共价键越稳定。(1)下表中是 HX 的键能数据共价键HF HCl HBrHI键能/kJmol1568431.8366298.7若使 2 mol HCl 断裂为气态原子，则发生的能量变化是多少？表中共价键最难断裂的是哪种？最易断裂的是哪种？由表中键能数据大小说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI 的键能依次_(填“减弱”或“增强”)，说明四种分子的稳定性依次_(
11、填“减弱”或“增强”)，即 HF 分子最稳定，最难分解，HI 分子最不稳定，最_(填“难”或“易”)分解。提示：吸收 863.6 kJ 的能量 HF HI 减弱 减弱 易(2)(情境应用)实验测得不同物质中氧原子之间的键长和键能的数据如下：粒子O22O2O2O2键长/1012m149128121112键能/kJmol1xyz497.3 w628其中 x、y 的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为 wzyx，该规律是什么？提示：对比后两种粒子中键长和键能大小关系，键长越长，键能越小。【典例】用“”或“(2)P，为什么 N2 的化学性质非常稳定，而白磷 P4 的化学性质非常活泼？提
12、示：因为 N2 分子中存在 NN 键，该键键能大，破坏该共价键需要很大的能量；而 P4 分子中的 PP 键的键能较小，破坏该共价键所需能量较小，化学性质较活泼。(3)一般来说，键长越短，键能越大。教材 P3738 表 2-1、表 2-2 中的数据显示 FF键的键长比 ClCl 键长短，而 FF 键的键能比 ClCl 键小，为什么？提示：氟原子的半径很小，两个氟原子形成共价键时，其键长短，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能不大，F2 的稳定性差而很容易与其他物质反应。三言两语话重点1共价键的特征：共价键具有饱和性和方向性。2 键和 键的判断规律：(1)共价单键是 键；(2)共价双键中有一
13、个是 键，另一个是 键；(3)共价三键由一个 键和两个 键组成。3共价键强弱的判断：(1)共价键的键能越大，共价键越牢固。(2)共价键的键长越短，共价键越牢固。(3)分子的稳定性与键能和键长有关，而物质的熔、沸点高低与键能和键长无关。课堂检测素养达标1(2021哈尔滨高二检测)氰气的化学式为(CN)2，结构式为 NCCN，其性质与卤素气体单质相似，氰气可用于有机合成，制作农药，也可用作消毒、杀虫的熏蒸剂等。下列叙述正确的是()A气体单质中，一定有 键，可能有 键B氰气分子中 NC 键的键长大于 CC 键的键长C氰气分子中含有 3 个 键和 4 个 键D(CN)2 不能与氢氧化钠溶液发生反应【解
14、析】选 C。在气体单质分子中一般存在 键(如 Cl2、H2)、键(如 N2 中存在 键和 键)，稀有气体为单原子分子，不存在化学键，A 错误；成键原子半径越小，键长越短，氮原子半径小于碳原子半径，故 NC 键比 CC 键的键长短，B 错误；(CN)2 分子中含有 3 个 键和 4 个 键，C 正确；由于(CN)2 与卤素单质性质相似，故可以和氢氧化钠溶液反应，D 错误。【补偿训练】比较下列共价键的形成过程，其中形成的是 键的是()【解析】选 A。A 项是 2 个 p 轨道“肩并肩”重叠形成的 键；B 项是 s 轨道与 p轨道“头碰头”重叠形成的 键；C 项是 2 个 p 轨道“头碰头”重叠形成
15、的 键；D项是两个 s 轨道“头碰头”重叠形成的 键。2 键可由 s 轨道与 s 轨道、s 轨道与 p 轨道以及 p 轨道与 p 轨道以“头碰头”方式重叠而成。则下列分子中的 键是由 s 轨道与 p 轨道以“头碰头”方式重叠而成的是()AH2 BHBr CCl2 DF2【解析】选 B。H2 分子中的 键为 ss 键，HBr 分子中的 键为 sp 键，Cl2、F2 分子中的 键均为 pp 键。3键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是()A键角是描述分子空间结构的重要参数B因为 HO 键的键能小于 HF 键的键能，所以 O2、F2 与 H2 反应的能力逐渐减弱C水分子可表示为
16、 HOH，分子中的键角为 180DHO 键的键能为 462.8 kJmol1，即 18 g H2O 分解成 H2 和 O2 时，消耗的能量为 2462.8 kJ【解析】选 A。HO 键、HF 键的键能依次增大，O2、F2 与 H2 反应的能力逐渐增强，B 错误；水分子的键角为 105，C 错误；断开 1 mol HO 键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为 462.8 kJ，18 g H2O 即 1 mol H2O，其中含2 mol HO 键，断开时需吸收 2462.8 kJ 的能量形成气态氢原子和气态氧原子，再进一步形成 H2 和 O2 时，还会释放出一部分能量，D 错误。【补偿训练】
17、1下列事实不能用键能的大小来解释的是()AN 元素的电负性较大，但 N2 的化学性质很稳定B稀有气体一般难发生反应CHF、HCl、HBr、HI 的稳定性逐渐减弱DO2 比 N2 更容易与 H2 反应【解析】选 B。由于 N2 分子中存在 NN 键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，N2 的化学性质很稳定，A 正确；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键，B 错误；卤族元素从 F 到 I 原子半径逐渐增大，其氢化物中的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱，C 正确；由于 NN 键的键能大于O=O 键的键能，所以更容易生成 H2O，D 正确。2(2021天津高二检测)在 N2F2
18、分子中，所有原子均符合 8 电子稳定结构，则该分子中两个氮原子之间的键型构成是()A仅有一个 键 B仅有一个 键C一个 键，一个 键D一个 键，两个 键【解析】选 C。由题给条件所有原子均符合 8 电子稳定结构可知，其结构式应为FN=NF，则两个氮原子之间为氮氮双键，即一个 键，一个 键。4(2021河北选择考节选)KH2PO4 晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大 KH2PO4 晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJmol1)如表：NNNNPPPP193946197489从能量角度看，氮以 N2、而白磷以 P4(结构式可表示
19、为)形式存在的原因是_。【解析】根据表中的相关共价键的键能可知，若 6 mol N 形成类似白磷分子结构的 N4 分子，可以释放出的能量为 193 kJ61 158 kJ；若 6 mol N 形成 N2 分子，则可释放的能量为 946 kJ21 892 kJ，则形成 N2 分子放出的能量更多，故在 N数目相同的条件下，N2 具有更低的能量，能量越低越稳定。同理，若 6 mol P 形成 P4 分子，可以释放出的能量为 197 kJ61 182 kJ；若 6 mol P 形成 P2 分子，则可释放的能量为 489 kJ2978 kJ，显然，形成 P4 分子放出的能量更多，故在 P数目相同的条件下
20、，P4 具有更低的能量，能量越低越稳定。答案：在原子数目相同的条件下，N2 比 N4 具有更低的能量，而 P4 比 P2 具有更低的能量，能量越低越稳定素养新思维5六氟化硫气体是法国两位化学家 Moissan 和 Lebeau 于 1900 年合成的人造惰性气体。六氟化硫分子呈正八面体结构(如图所示)，在高电压下仍有良好的绝缘性，性质稳定，在电器工业方面有着广泛的用途，但逸散到空气中会引起强温室效应。请结合六氟化硫的结构，回答下列问题。(1)六氟化硫分子中的各原子是否均为 8 电子稳定结构？提示：根据结构图分析每个 F 原子和 1 个 S 原子形成 1 对共用电子对，每个 S 原子和 6 个 F 原子形成 6 对共用电子对，所以 F 原子都达到 8 电子稳定结构，但 S原子最外层达到 12 电子。(2)六氟化硫分子中含哪些共价键？其分子中键长、键能是否都相等？提示：六氟化硫分子中的 SF 键都是 键，为正八面体结构，所以键长、键能都相等。