1、第1节共价键模型基础课时6共价键模型学 习 任 务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。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。2.能根据原子轨道的重叠方式知道共价键可分为键和键等类型；知道共价键可分为极性和非极性共价键。建立共价键认知模型。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。能通过运用共价键认知模型分析问题，培养宏观辨识与微观探析的核心素养。一、共价键的形成与特征1氢分子中共价键(HH键)的形成用电子云表示形成过程能量变化相距较远时体系的能量等于两个氢原子的能量之和(能量最高)原子轨道重叠两原子逐渐接近时，原子轨道部分重叠，体系能
2、量逐渐降低形成共价键原子轨道重叠，两个单电子形成共用电子对即形成共价键(核间距为0.074 nm时，能量最低)注意：形成共价键的氢原子不能无限靠近，因为靠得过近时，原子核以及电子之间的排斥作用会导致体系能量上升，导致分子不稳定。2共价键的形成概念原子间通过共用电子形成的化学键本质原子之间通过共用电子对形成的相互作用形成元素通常电负性相同或差值小的非金属原子之间形成共价键表示方法单键：用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键，如HH双键：用“=”表示原子间共用两对电子所形成的共价键，如C=C三键：用“”表示原子间共用三对电子所形成的共价键，如CC3.共价键的特征(1)饱和性定义每个原子所能形成
3、共价键的总数或以共价键连接的原子数目是一定的原因每个原子所能提供的未成对电子的数目是一定的，因此在共价键形成的过程中，一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个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应用决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。例如：两个氯原子之间可形成一个共价键结合为氯分子，表示为ClCl；两个氮原子之间能够以共价三键结合成氮分子，表示为NN；一个氮原子可与三个氢原子以三个共价单键结合成氨分子，表示为(2)方向性定义共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成原因除s轨道是球形对称外，其他原子轨道都具有一定的空间取向。在形成共价键时，原子轨
4、道重叠得多，电子在核间出现的概率大，所形成的共价键就牢固应用分子的空间结构与共价键的方向性密切相关(1)只有非金属元素之间才能存在共价键。()(2)所有物质中的原子间都存在化学键。()(3)原子轨道在空间都具有方向性。()答案(1)(2)(3)二、共价键的类型1键与键：(按原子轨道重叠方式分类)键原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键键原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键2.极性键和非极性键按两原子核间的共用电子对是否偏移可将共价键分为极性键和非极性键。形成元素电子对偏移原子电性非极性键同种元素因两原子电负性相同，共用电
5、子对不偏移两原子均不显电性极性键不同元素电子对偏向电负性大的原子电负性较大的原子显负电性C2H4比C2H6的化学性质活泼的原因是什么？提示：乙烯分子中含有键，原子轨道重叠程度小，共价键不稳定，容易断裂，而乙烷分子中都是键，原子轨道重叠程度大，共价键稳定，不容易断裂。三、键参数1三个重要键参数的定义及意义键参数定义意义键长两个成键原子的原子核间的距离两原子间的键长愈短，化学键愈强，键愈牢固。键长是影响分子空间结构的因素之一键角在多原子分子中，两个化学键的夹角键角是影响分子空间结构的重要因素键能在1105 Pa、298 K条件下，断开1 mol AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气
6、态B原子所吸收的能量，常用EAB表示键能的大小可定量地表示化学键的强弱。键能愈大，化学键就愈牢固。2.常见分子的键角及空间结构分子键角空间结构CO2180直线形H2O104.5角形NH3107.3三角锥形3.对物质性质的影响4分子光谱(1)概念：分子从一种能级改变到另一种能级时吸收或发射的光谱。(2)影响因素：键长、键角和电荷分布等。(3)应用：测定和鉴别分子结构。比较HF、HCl、HBr、HI分子中键能的大小。提示：原子半径：FClBrI，键长：HFHClHBrHClHBrHI。深度理解键和键如图所示表示成键的两种方式。1哪种成键方式电子云重叠程度大？提示：头碰头。2键与键哪个更牢固？提示：
7、键。3所有键都有方向性吗？提示：ss 键没有方向性。1键定义原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键称为键类型ss键两个成键原子均提供s原子轨道成键，如：HH键的形成sp键两个成键原子分别提供s原子轨道和p原子轨道形成共价键，如：HCl键的形成pp键两个成键原子分别提供p原子轨道形成共价键，如：ClCl键的形成特征以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变，这种特征称为轴对称；形成键的原子轨道重叠程度较大，键的强度较大，有较强的稳定性存在共价单键为键，共价双键和共价三键中通常含1个键2.键定义原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在
8、核间出现的概率增大而形成的共价键称为键类型pp键特征两个原子的成键轨道以相互平行的“肩并肩”的方式重叠；镜面对称：原子轨道重叠部分对通过一个键轴的平面具有镜面对称性；强度小：形成键时，原子轨道重叠程度比键小，键没有键牢固；不能旋转：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pypy 键为例，若旋转其中一个成键原子，则两个原子的py轨道不再平行，也就破坏了形成的键1(2021山东济南检测)根据氢原子和氟原子的核外电子排布，对F2和HF分子中形成的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
9、，后者为sp 键C基态H原子核外电子排布式为1s1，基态F原子核外电子排布式为1s22s22p5，形成共价键时，F原子为2p轨道电子参与成键，H原子为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。2下列物质的分子中既有键又有键的是()HClH2ON2H2O2C2H4C2H2ABC DD当两个原子间能形成多个共用电子对时，先形成一个键，另外的原子轨道只能形成键。HCl中只有一个HCl 键；H2O中含有两个HO 键；H2O2中含有两个HO 键和一个OO 键；N2中含有三个共价键：一个为键，两个为键；C2H4中，碳原子与碳原子之间有两个共价键，一个为键，一个为键
10、，另外有四个CH 键；C2H2中，碳原子与碳原子之间有三个共价键，一个为键，两个为键，另外有两个CH 键。3(2021河南洛阳期末)氰气的化学式为(CN)2，结构式为NCCN，性质与卤素相似。下列关于氰气的叙述不正确的是()A能与氢氧化钠溶液发生反应B分子中原子的最外层均达到8电子稳定结构C分子中含有2个键和4个键D分子中既有极性键，又有非极性键C氯气能与NaOH反应，氰气与氯气的性质相似，则氰气能和氢氧化钠溶液发生反应，A项正确；由氰气的结构式NCCN可知，碳原子和氮原子的最外层均达到8电子稳定结构，B项正确；氰气分子中含有3个键和4个键，C项错误；氰气分子中CC键为非极性键，NC键为极性键
11、，D项正确。键参数及应用探究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)3474133582263233681通常条件下，比较CH4和SiH4的稳定性谁强谁弱？提示：因为CH键的键能大于SiH键的键能，所以CH4比SiH4稳定。2硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是什么？提示：CC键和CH键的键能比SiH键和SiSi键的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中SiSi键和SiH键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。3SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是什么？提示：CH键
12、的键能大于CO键，CH键比CO键稳定，而SiH的键能却小于SiO键，所以SiH键不稳定而倾向于形成稳定性更强的SiO键。1键能的应用(1)表示共价键的强弱键能的大小可以定量地表示化学键的强弱程度。键能愈大，断开时需要的能量就愈多，化学键就愈牢固。(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)判断物质在化学反应过程中的能量变化在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形成放出能量，因此反应焓变与键能的关系为HE反应物E生成物。2键长的应用(1)键长与键的稳定性有关。一般来说，键长愈短，化学键愈强，键愈牢固。(2)键长与分子空间结构有关。(3)键长的判断方法根据
13、原子半径判断：在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。根据共用电子对数判断：相同的两原子形成共价键时，单键键长双键键长三键键长。3键角的应用键角常用于描述多原子分子的空间结构。共价键强弱的判断方法(1)由原子半径和共用电子数判断：成键原子的原子半径越小，共用电子数越多，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：一般来说共价键的键能越大，共价键越牢固。(3)由键长判断：一般来说共价键的键长越短，共价键越牢固。(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的吸引力越大，形成的共价键越稳定。1下列说法能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面上的是()A任意两个
14、BF键间的夹角都相等B3个BF键键能相等C3个BF键键长相等D任意两个BF键间的夹角都是120D键参数中，常用键能和键长判断共价键稳定性，常用键角判断分子空间结构。3个BF键间的夹角均为120时，正好构成一个以B原子为中心的平面结构，因此BF3中4个原子共平面。2有关乙烷、乙烯、乙炔、苯分子结构的比较错误的是()A乙烷、乙烯、乙炔、苯中所有原子均处于同一平面上B碳碳键键长：乙烷苯乙烯乙炔C碳碳键键能：乙炔乙烯苯乙烷D键角：乙炔乙烯苯乙烷A乙炔是直线形结构，乙烯和苯是平面形结构，乙烯、乙炔、苯中所有原子均处于同一平面上，而乙烷分子为空间立体结构，所有原子不可能在同一平面上，A项错误。苯中的碳碳键
15、是介于单键和双键之间特殊的键，碳碳键键长：乙烷苯乙烯乙炔，B项正确。一般而言，键长越短，键能越大，碳碳键键能：乙炔乙烯苯乙烷，C项正确。乙炔中键角为180，乙烯、苯中键角约为120，乙烷中键角约为109，D项正确。3(2021北京理工大学附属中学检测)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DF2比O2更容易与H2反应B由于N2分子中存在氮氮三键，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，A项不符合题意；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键，B项符合题意；卤族
16、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增大，键能逐渐减小，所以稳定性逐渐减弱，C项不符合题意；由于HF键的键能大于HO键的键能，所以更容易生成HF，D项不符合题意。1下列不属于共价键成键因素的是()A共用电子在两原子核之间高概率出现B成键原子的原子轨道在空间重叠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D成键原子的原子轨道在空间重叠，形成稳定的共价键后体系能量降低，共用电子在两原子核之间高概率出现是共价键的成键因素，A、B、C正确；成键原子的原子核体积的大小对共价键的形成没有影响，D错误。2下列关于键和键的理解不正确的是()A键能单独形成，而键一定不能单独形成B键
17、可以绕键轴旋转，键一定不能绕键轴旋转C双键中一定有一个键和一个键，三键中一定有一个键和两个键D气体单质中一定存在键，可能存在键D共价单键中只含键，共价双键和共价三键中含键和键，所以键一定不能单独形成，A正确；键为轴对称，键为镜面对称，则键可以绕键轴旋转，键一定不能绕键轴旋转，B正确；双键中一定有一个键和一个键，三键中一定有一个键和两个键，C正确；稀有气体是单原子分子，分子中不存在共价键，也就不存在键，所以气体单质中不一定存在键，D错误。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
18、的能力逐渐减弱C水分子可表示为HOH，分子中的键角为180DHO键的键能为467 kJmol1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2467 kJAHO键、HF键的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定，O2、F2与H2反应的能力逐渐增强，B项错误；水分子呈角形，键角为104.5，C项错误；HO键的键能为467 kJmol1，指的是断开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467 kJ,18 g H2O即1 mol H2O中含2 mol HO键，断开时需吸收2467 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
19、，还会释放出一部分能量，D项错误。4(2021四川成都高二月考)共价键HH键 HF键HO键NH键PH键中，键的极性由弱到强的顺序正确的是()AB C DC元素周期表中，同一周期主族元素的原子从左到右吸引电子的能力逐渐增强，题中涉及的同一周期元素原子吸引电子的能力由弱到强的顺序是NOP；HH键是由吸引电子能力相同的同种原子形成的非极性键。所以C项正确。5A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们的核电荷数依次递增。已知B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，电子总数是E原子电子总数的；F是同周期主族元素中原子半径最小的元素；D2与E2的电子层结构相同；B与D可以形成三原子化合物甲；A是
20、非金属元素，且A、C、F可形成离子化合物乙。请回答下列问题：(1)F元素的名称是_，E的元素符号是_。(2)写出化合物乙的电子式：_。(3)化合物甲有_个键和_个键。(4)B、C、D三种元素对应的气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序是_(填氢化物化学式)。解析A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们的核电荷数依次递增，B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，则B为C元素；B原子核外电子总数是E原子核外电子总数的，则E为Mg元素；F是同周期主族元素中原子半径最小的元素，则F为Cl元素；D2与E2的电子层结构相同，则D为O元素，C为N元素；B与D可以形成三原子化合物甲，则甲为CO2；A是非金属元素，且A与N、Cl元素可形成离子化合物乙，则乙为NH4Cl，所以A为H元素。(1)根据上述分析可知，F为Cl元素，元素名称是氯，E为镁元素，元素符号为Mg。(2)化合物乙为NH4Cl，是离子化合物，故其电子式为。(3)化合物甲为CO2，结构式为O=C=O，所以有2个键和2个键。(4)B、C、D分别为C、N、O元素，同周期元素从左到右，元素的非金属性增强，元素的非金属性越强，对应简单气态氢化物的稳定性越强，则CH4、NH3、H2O的稳定性由强到弱的顺序为H2ONH3CH4。答案(1)氯Mg(2) (3)22(4)H2ONH3CH4
