1、第一节共价键基础课时5共价键学 习 任 务1能从微观角度分析形成共价键的粒子、类型，能辨识物质中含有的共价键的类型及成键方式，了解键能、键长及键角对物质性质的影响。2理解共价键中键和键的区别，建立判断键和键的思维模型，熟练判断分子中键和键的存在及个数。一、共价键1共价键的概念和特征原子间通过共用电子对所形成的相互作用。微点拨：共价键的方向性决定了分子的立体构型，并不是所有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性。2共价键的类型(按成键原子的原子轨道重叠方式分类)(1)键形成由成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠形成类型ss型sp型pp型特征以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋
2、转操作，共价键的电子云的图形不变，这种特征称为轴对称(2)键形成由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成pp 键特征键的电子云形状与键的电子云形状有明显差别：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；键不能旋转；不如键牢固，较易断裂(3)判断键、键的一般规律共价单键为键；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构成。(正确的打“”，错误的打“”)(1)只有非金属原子之间才能形成共价键。()(2)两个原子之间形成共价键时，至少有一个键。()(3)键和键都只能存在于共价化合物中。()二、键参数键能、键长与键角1键能(1)键能是指气态分子中1 mol化学键解离成气态原
3、子所吸收的能量。键能的单位是kJmol1。键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值。例如，HH的键能为436.0 kJmol1。(2)下表中是HX的键能数据共价键HFHClHBrHI键能/(kJmol1)568431.8366298.7若使2 mol HCl断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收863.6_kJ的能量。表中共价键最难断裂的是HF，最易断裂的是HI。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的键能依次减小，说明四种分子的稳定性依次减弱，即HF分子最稳定，最难分解，HI分子最不稳定，最易分解。2键长(1)键长是构成化学键的两个原子的核间
4、距，因此原子半径决定化学键的键长，原子半径越小，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，往往键能越大，表明共价键越稳定。(3)下列三种分子中：H2、Cl2、Br2，共价键的键长最长的是(填序号，下同)，键能最大的是。3键角(1)键角是指在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角。在多原子分子中的键角是一定的，这表明共价键具有方向性。键角是描述分子空间结构的重要参数。(2)根据空间结构填写下列分子的键角：分子空间结构键角实例正四面体形10928CH4、CCl4平面形120苯、乙烯、BF3三角锥形107NH3V形(或角形)105H2O直线形180CO2、CS2、CH
5、CH(正确的打“”，错误的打“”)(1)键角的大小与键长、键能的大小无关。()(2)键长的大小与成键原子的半径有关。()(3)元素非金属性越强，对应的单质分子中共价键的键能一定越大。()(4)HCl的键能为431.8 kJmol1，HBr的键能为366 kJmol1，这可以说明HCl比HBr分子稳定。()下列有关化学键的比较一定错误的是()A键能：CNC=NBrBrClClC分子中的键角：H2OCO2D碳原子间形成的共价键键能：键键CC、N原子间形成的共价键，CN键能最大，CN键能最小，A项正确；双原子分子中，成键原子半径越大，键长越长，B项正确；H2O分子呈V形，HOH键角小于180，CO2
6、分子呈直线形，O=C=O键角是180，C项错误；C2H2、C2H4分子中碳原子间形成的键比键的稳定性强，键的键能大于键的键能，D项正确。共价键的特征与分类比较沃尔特海特勒(WHHeitler)和弗里茨伦敦(FLondon)在运用量子力学方法处理氢气分子的过程中，得到了体系能量和核间距之间的关系曲线，发现：若两个氢原子自旋状态相反，随着轨道的重叠(波函数相加)会出现一个概率密度较大的区域，氢原子将在体系能量最低核间距处成键。氢气分子的形成过程示意图问题1材料提供的示意图中，体系能量由高到低的顺序是怎样的？提示：。根据示意图知，的能量最低，的能量最高，故体系能量由高到低的顺序是。问题2材料提供的示
7、意图中，由到过程中，电子在核间出现的概率是增大还是减小？提示：增大。由到过程是两个氢原子的核间距逐渐减小的过程，核间距逐渐减小时，两个氢原子的原子轨道会相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大。问题3为什么两个氢原子形成氢分子，两个氯原子形成氯分子，而不是3个或4个呢？为什么1个氢原子和1个氯原子结合成氯化氢分子，而不是以其他的原子个数比相结合呢？提示：氢原子和氯原子都有一个未成对电子，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，在H2、HCl、Cl2分子中，由两个原子各提供一个未成对电子形成一个共用电子对，因此H2、HCl、Cl2只能由两个原子形成。 1共价键的特征(1)共价键的饱
8、和性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，便可和几个自旋状态相反的电子配对成键，这就是共价键的饱和性。用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下：由以上分析可知，F原子与H原子间只能形成1个共价键，所形成的简单化合物为HF而不是H2F。同理，H原子、F原子分别只能形成H2、F2，不能形成H3、F3。共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。(2)共价键的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，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的概率越大，形成的共价键就越牢固。电子所在的原子轨道都有一定的形状，所以要达到最大重叠
9、，共价键必然有方向性。共价键的方向性决定了分子的空间结构，并不是所有共价键都具有方向性，如两个s轨道上的电子形成的共价键就没有方向性。2键与键的比较共价键类型键键电子云重叠方式沿键轴方向相对重叠沿键轴方向平行重叠电子云重叠部位两原子核之间，在键轴处键轴上方和下方，键轴处为零电子云重叠程度大小示意图 键的强度较大较小化学活泼性不活泼活泼成键规律共价单键是键；共价双键中一个是键，一个是键；共价三键中一个是键，两个是键3对于键和键应特别注意的问题(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
10、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下列说法正确的是()A键是由两个原子的p轨道“头碰头”重叠形成的B键呈镜面对称，键呈轴对称CC2H6中的化学键全为键，而C2H4中含有键和键DH2中含有键，而Cl2中除含有键外还含有键C原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为键，A项错误；原子轨道重叠方式的不同决定了键呈轴对称，键呈镜面对称，B项错误；分子中所有的共价单键都是键，C2H6、H2、Cl2中都仅含有共价单键，故只含有键，而C2H4中含有共价双键，因而含有键，C项正确，D项错误。2有以下物质：HF，Cl2，H2O，
11、N2，C2H4，C2H6，H2，H2O2，HCN(HCN)。(1)只有键的是_(填序号，下同)；既有键又有键的是_。(2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的键的是_。(3)含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的键的是_。(4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的键的是_。解析(1)单键只有键，双键或三键才含有键，故只有键的是；既有键又有键的是。(2)H原子只有s轨道，题给物质中含有由两个原子的s轨道重叠形成的键的只有H2。(3)含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的键的有。(4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的键，说明构成这种键的原
12、子中一定没有H原子，故正确答案为。答案(1)(2)(3)(4)键参数的应用材料1已知电负性：N3.0，Cl3.0。材料2氮气的化学性质不活泼，在高温、高压、催化剂存在的条件下，氮气和氢气作用生成氨气。空气中的氮气和氧气在雷电的作用下，可反应生成一氧化氮。氯气与氢气的混合气体，若氢气的体积分数大于5%，在强光照射时可能会爆炸。点燃密闭容器中的氢气与氯气的混合气体时，大量氢气与氯气接触，迅速化合放出大量热，使气体体积急剧膨胀而发生爆炸。问题1氮元素和氯元素的电负性相同，二者对应单质的活泼性是否相同？提示：不同。N2中存在NN，氮氮三键的键能比较大，断开氮氮三键需要较高的能量，故单质的活泼性：N2H
13、ClHBrHI。因原子半径：FClBrI，故键长：HFHClHBrHCl HBrHI，稳定性：HFHClHBrHI。1共价键参数的应用(1)键能的应用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，化学键越稳定。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。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)键长的应用一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子越稳定。键长的比较方法a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
14、小，键长越短。b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)键角的应用键长和键角决定分子的空间结构。常见分子的键角与分子空间结构化学式结构式键角空间结构CO2O=C=O180直线形NH3107三角锥形H2O105V形BF3120平面三角形CH410928正四面体形2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)
15、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，形成的共价键越稳定。3下列说法不正确的是()A键能越大，表示化学键越牢固，越难断裂B一般地，成键的两原子核越近，键长越短，化学键越牢固，形成的物质的性质越稳定C破坏化学键时吸收能量，形成化学键时释放能量D碘易升华，这与分子中II的键能大小有关D键能越大，断裂该键所需的能量越多，化学键越牢固，越难断裂，A项正确；一般情况下，成键的两原子核越近，键长越短，断开该键越难，化学键越牢固，形成的物质的性质越稳定，B项正确；破坏化学键时需要吸收能量，形成化学键时释放能量，C项正确；物质的升华属于物理变化，与化学键的键能大小无关，D项错误
16、。4下列事实不能用键能的大小来解释的是()A氮元素的电负性较大，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DHF比H2O稳定B由于N2分子中存在三键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，没有化学键；卤族元素从F到I，原子半径逐渐增大，其氢化物中化学键的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性：HFHClHBrHI；由于HF的键能大于HO，所以稳定性：HFH2O。由分子构成的物质，其熔、沸点与共价键的键能和键长无关。而分子的稳定性，由键长和键能决定。1共价键具有饱和性和方向性，下列有关叙述中，不正确的
17、是()A共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的B共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的C共价键的方向性决定了分子的空间结构D所有共价键都具有方向性D一般地，原子的未成对电子一旦配对成键，就不再与其他原子的未成对电子配对成键，故成键原子的未成对电子数决定了该原子形成的共价键数量，即饱和性，A项正确；形成共价键时，为了达到原子轨道的最大重叠程度，成键的方向与原子轨道的伸展方向就存在着必然的联系，则共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的，而共价键的方向性又决定了所形成分子的空间结构，B、C项正确；由于s轨道是球形对称的，故两个s轨道重叠形成的共价键无方向性，D项错误。2根据H原子
18、和F原子的核外电子排布，判断下列关于F2和HF分子中共价键的描述正确的是()A两者都为ss 键B两者都为pp 键C前者为pp 键，后者为sp 键D前者为ss 键，后者为sp 键CH原子核外电子排布式为1s1，F原子核外电子排布式为1s22s22p5，形成共价键时，F原子的2p轨道电子参与成键，H原子的1s轨道电子参与成键，则F2分子中的共价键为pp 键，HF分子中的共价键为sp 键。3下列能说明BF3分子中4个原子在同一平面的理由是()A任意两个键的夹角为120BBF是非极性共价键C3个BF的键能相等D3个BF的键长相等A本题考查共价键键参数的运用。当键角为120时，BF3的空间结构为，故分子
19、中4个原子共面，呈平面三角形。4下列说法中正确的是()A双原子分子中化学键键能越大，分子越稳定B双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定C双原子分子中化学键键角越大，分子越稳定D在双键中，键的键能要小于键A共价键键能越大、键长越短，分子越稳定，A正确，B错误；在双原子分子中没有键角，且分子稳定性与键角无关，C错误；一般键的重叠程度大于键，键的键能大于键，D错误。5碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：化学键CCCHCOSiSiSiHSiO键能/(kJmol1)356413336226318452回答下列问题：(1)通常条件下，比较CH4和SiH4的稳定性强弱：_。(2)硅与
20、碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是_。(3)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是_。解析(1)因为CH的键能大于SiH的键能，所以CH4比SiH4稳定。(2)CC和CH的键能比SiH和SiSi的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中SiSi和SiH的键能较小，易断裂，导致长链硅烷难以形成。(3)CH的键能大于CO的，CH比CO稳定，而SiH的键能却小于SiO的，所以SiH不稳定而倾向于形成稳定性更强的SiO。答案(1)CH4比SiH4稳定(2)CC和CH的键能较大，不易断裂，所以形成的烷烃比较稳定，而硅烷中SiSi和SiH的键能较小，易断裂，导致长链硅烷难以形成(3)CH的键能大于CO，CH比CO稳定，而SiH的键能却小于SiO，所以SiH不稳定而倾向于形成稳定性更强的SiO
