1、第二章 分子结构与性质 第一节 共 价 键 第1课时 共 价 键 一、共价键的形成、特征及表示方法 1.共价键的概念及特征:必备知识自主学习 2.共价键的表示方法:(1)用一条短线表示由_所形成的共价键,如HH、HCl。(2)“_”表示原子间共用两对电子所形成的共价键。(3)“_”表示原子间共用三对电子所形成的共价键。一对共用电子 【自主探索】(1)所有的共价键都有方向性吗?举例说明。提示:不是。如H2分子中氢原子的s轨道成键时,因为s轨道呈球形,故H2中的HH键没有方向性。(2)氯化氢的化学式是HCl而不是H2Cl,这是由共价键的方向性决定的吗?提示:不是。是由共价键的饱和性决定的,H、Cl
2、都只有一个未成对电子,因而只能形成HCl分子,分子中只有一个共价键。(3)共价键的成键原子只能是非金属原子吗?举例说明。提示:不是。某些金属原子与非金属原子间也可形成共价键,如AlCl3中只有共价键。二、共价键的类型 1.键:特征以形成化学键的两原子核的_为轴作旋转操作,共价键电子 云的图形_,这种特征称为_;键的强度_,具有 较强的稳定性连线 不变 轴对称 较大 2.键:形成 垂直于键轴方向,相互平行的“_”的方式发生原子轨道的重叠 p-p型 特征 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_,这种特征称为_ 对称;键_旋转,不如
3、 键牢固,较易_ 肩并肩 两原子核 镜像 镜面 不能 断裂【自主探索】COCl2是一种毒性非常强的气体,其分子的结构式为 ,1 mol COCl2 分子内含有_ mol 键,_ mol 键。1 3 关键能力合作学习 知识点一 共价键的特征及存在 1.共价键的特征:(1)饱和性。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。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、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。(2
4、)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。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。(3)常见的分子表示方法: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
5、共价化合物中一定存在共价键。如SO2CO2、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S 中存在共价键,NaOH中的OH-中存在共 价键,NH4Cl中的N 中存在共价键,Na2O2中的 中存在共价键。22O 24O 4H【易错提醒】对于共价键的错误认识(1)共价键不仅存在于共价化合物中,也可以存在于离子化合物中,如NaOH、NH4Cl中都含有共价键。还可以存在于非金属单质中,如H2、O3等。(2)非金属元素之间并不是只形成共价键,也可以形成离子键,如铵盐NH4NO3只由非金属元素组成,
6、但是含有离子键。(3)活泼的金属元素和非金属元素之间也可以形成共价键,如AlCl3中只有共价键。(4)所有共价键都有饱和性,但并不是所有的共价键都有方向性,如s-s 键就没有方向性。【合作探究】(1)任何分子中的共价键都有方向性吗?提示:不是。如H2分子中的共价键没有方向性。(2)所有单质都有共价键吗?提示:并不是所有的单质中都有共价键,稀有气体中不存在化学键,金属单质中不存在共价键。【典例示范】【典例】一般而言,两种元素电负性相差小于1.7,大多形成共价键,下面是一些常见元素的电负性数据:NaOHFS0.93.52.14.02.5MgPAlClN1.22.11.53.03.0试回答:(1)用
7、电子式表示一种上表中金属与氯形成的共价化合物的电子式:_。(2)根据共价键的饱和性,上表中的非金属元素中通常能形成3个共价键的是_。(3)上述非金属元素中,与其他元素形成共价键时,没有方向性的是_。【解题指南】(1)根据题给信息判断两种元素所形成的化学键是离子键还是共价键;(2)非金属元素所能形成的共价键的数目,可以根据原子达到稳定结构(8电子,氢为2电子)所需要的电子进行判断。(3)共价键的方向性应从电子云的重叠方向进行分析。【解析】(1)表中金属元素有Na、Mg、Al,根据它们与Cl元素的电负性差值分别 为2.1、1.8、1.5,可知共价化合物为AlCl3,电子式为 (2)要想形成3个共价
8、键,则该非金属元素最外层电子数目与8电子稳定结构相比,差3个,即为A族元素,表中符合要求的有N和P。(3)一般情况下,短周期元素成键电子大多在s或者p轨道中,其中p轨道为哑铃形,有一定伸展方向,所以成键时有方向性,但是球形电子云之间的重叠任何方向均 可以最大程度重叠,所以无方向性。H元素只有1s1电子,成键时无方向性。答案:(1)(2)N、P(3)H【母题追问】(1)表中Cl和N的电负性数据相同,但是二者非金属性强弱不同,你认为下列哪些事实能说明非金属性:ClN?HCl的酸性比NH3强 酸性:HClO4HNO3 Cl2可与NH3反应:3Cl2+2NH3=N2+6HCl 热稳定性:HClNH3
9、提示:非金属性强弱可以通过非金属单质与氢气化合的难易、氢化物的稳定性和还原性、最高价氧化物的水化物的酸性、单质间的置换反应等角度进行判断。答案:(2)电负性相差大于1.7的金属元素与非金属元素之间形成的化合物一定只有离子键吗?如果不是,请举出一种含有共价键的离子化合物。提示:电负性相差较大的金属与非金属大多形成离子键,但是所生成的离子化合物中有可能存在非金属之间的化学键,而这些键为共价键。如NaOH、Na2O2等。【规律方法】(1)非金属之间一般形成共价键,但是金属与非金属之间既可以形成共价键又可以形成离子键,若题目提供了电负性数据及判断规律,可以根据题目信息进行判断。(2)一般情况下,非金属
10、元素形成共价键数目=(8-最外层电子数)(氢元素除外)。(3)共价键中只有HH键没有方向性。【素养训练】1.(2020泉州高二检测)共价键具有饱和性和方向性,下列关于共价键这两个特征的叙述中,不正确的是()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的轨道的方向性决定的 C.共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系 D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关【解析】选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了,故原子的未成对电子数目决定了该原子形成的共价键具有饱和性,这一饱和性也就决定了该原子成键时最多连接的原子数,
11、故A、C两项正确;形成共价键时,原子轨道重叠的程度越大越好,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存在着必然的联系,故B项正确、D项错误。2.(2020海淀区高二检测)2019年科学家们合成了具有半导体特性的环状C18分子,其合成方法的示意图如下:下列说法不正确的是()A.C与O同属第二周期元素,原子半径CO B.非金属性CO,故A正确;同周期元素从左到右,非金属性增强,非金属性CO,故C24O6中O显负价,故B正确;C22O4分子中含有极性键CO和非极性键CC、CC,故C正确;C18与C60、金刚石是碳元素组成的不同单质,互为同素异形体,故D错误。【补偿训练】(202
12、0绵阳高二检测)下列说法正确的是()A.1 mol CnH2n+2分子中含有(3n+1)mol共价键 B.Na2O2和Na2O晶体中阳离子与阴离子的数目比相同,化学键类型也相同 C.只含有非金属元素的化合物中只有共价键 D.电负性之差小于1.7的两种元素的原子间一定形成共价键【解析】选A。烷烃分子中只有CC键和CH键,1个CnH2n+2分子中含有(n-1)个 CC键和(2n+2)个CH键,A项正确;Na2O2和Na2O中Na+与 、Na+与O2-数目比均 为21,但Na2O2中有非极性共价键而Na2O中无共价键,B项不正确;NH4Cl等铵盐 中有离子键、电负性之差小于1.7的Na与H、K与H等
13、均形成离子键,C、D项不正 确。22O 知识点二 共价键的类型 1.共价键的类型:分类标准类 型共用电子对数单键、双键、三键共用电子对的偏移程度极性键、非极性键原子轨道重叠方式 键、键2.键和 键的比较: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【易错提醒】(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)共价分子中不一定含有 键,如稀有气体分子中不含有化学键。(3)
14、共价分子中不一定含有 键,只有分子中含有双键或三键时,才含有 键。(4)并不是所有的原子轨道都能形成 键,只有p能级的原子轨道才能形成 键。【合作探究】(1)任何共价键中,一定含 键吗?提示:一定。共价单键全为 键,双键中有一个 键和一个 键,三键中有一个 键和两个 键。(2)键能单独成键,键一定不能单独成键吗?提示:不能。分子中单键只有 键,只有双键和三键中才含 键,故 键一定不能单独成键。【典例示范】【典例】(2020邯郸高二检测)有以下物质:HF,Cl2,H2O,N2,C2H4,C2H6,H2,H2O2,HCN(HCN)。(1)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
15、性键的是_。(2)只有 键的是_;既有 键又有 键的是_。(3)含有由两个原子的s轨道重叠形成的 键的是_。(4)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_。(5)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_。【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)两原子间只有形成两个或两个以上共价键时才会存在键。(2)根据原子轨道的重叠形式,可将键进行分类。【解析】(1)由同一种非金属元素形成的共价键是非极性共价键,由不同种非金属元素形成的共价键是极性键,故只含有极性键的是、;只含有非极性键的是、;既有极性键又有非极性键的是、。(2)键是以“头碰头”的方式形成的,而 键
16、是以“肩并肩”的方式形成的,即单键都是键,而双键或三键才含有 键,故只有 键的是、;既有 键又有 键的是、。(3)构成H2的氢原子都是只有s轨道,故含有由两个原子的s轨道重叠形成的 键的只能是H2。(4)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,说明 共价键中一定含有氢原子,故正确答案为、。(5)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 键的原子中一定没有氢原子,故正确答案为、。答案:(1)(2)(3)(4)(5)【母题追问】(1)从共价键的饱和性看,哪些非金属主族元素难以形成 键?提示:元素之间先形成 键,再形成 键,所以要想形成 键,则该元素应
17、该至少能形成2个及以上的共价键,根据共价键的饱和性,H和A族元素一般只形成1个共价键,所以H和A族元素难以形成 键。(2)Si与C均为A族元素,均可形成四个共价键,但是硅元素很难形成双键及三键,即Si很难形成 键,原因是什么?提示:键是在形成 键后形成的,而且 键是通过p电子云的“肩并肩”重叠而形成的,若形成 键后,两个原子之间的距离较大,则p电子云之间难以进行“肩并肩”重叠,或者能进行“肩并肩”重叠,但是重叠程度小,这样就难以形成 键,可见硅元素很难形成双键及三键的原因为硅的原子半径大。【素养训练】1.(2020泉州高二检测)下列说法中正确的是()A.乙烯中CC键的键能是乙烷中CC键的键能的
18、2倍 B.1个氮气分子中含有1个 键和2个 键 C.NO键的极性比CO键的极性大 D.N 中4个NH键的键能不相同 4H【解析】选B。乙烯中两个碳原子间存在一个键和一个键,乙烷中两个碳原 子间存在一个键,乙烯中CC键的键能应当大于乙烷中CC键的键能且小于 乙烷中CC键的键能的2倍,A错误;1个氮气分子中有三个共价键,1个键和2个 键,B正确;形成共价键的两个原子对电子的吸引能力差别越大,共价键的极性 就越强,N原子与O原子吸引电子能力的差值小于C与O吸引电子能力的差值,NO 键的极性比CO键的极性小,C错误;在N 中参与成键的8个电子分布在原子最 外层的4个能量相等的sp3杂化轨道中,4个NH
19、键的键能键长键角都相等,D错误。4H2.下列通过电子云重叠形成的化学键是镜面对称的是()【解析】选C。电子云重叠形成的化学键具有轴对称的是 键,键为镜面对称,其中A为s轨道与p轨道“头碰头”电子云重叠形成的 键;B为p轨道与p轨道“头碰头”电子云重叠形成的 键;C为p轨道与p轨道“肩并肩”电子云重叠形成的 键;D为s轨道与s轨道“头碰头”电子云重叠形成的 键;所以只有C的符合题意。3.(2020柳州高二检测)化合物A是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式为 下列说法中正确的是()A.A分子中只有极性键没有非极性键 B.A分子中的共用电子对数为11 C.1 mol A分子中所含的 键数目为10NA D
20、.A是共价化合物【解析】选D。A项,NN键是非极性键,A项不正确;A分子中存在12个共价键,其中有一个碳氧双键,故有12个共用电子对、11个 键,B、C项均不正确;A分子中只有共价键,故A是共价化合物,D项正确。4.(2019全国卷节选)NH4H2PO4中,电负性最高的元素是_;P的_杂化轨道与O的2p轨道形成_键。【解析】不同元素的电负性分别是:N为3.0,H为2.1,P为2.1,O为3.5。电负性 最高的元素是O。P的杂化轨道计算公式为4+(5+3-8)=4,所以P的sp3杂化 轨道与O的2p轨道形成键。答案:O sp3 12【课堂小结】【三言两语话重点】1.一个例外:HH键无方向性。2.
21、4个对比:键 键 重叠程度 大 小 对称性 轴对称 镜面对称 先后 先形成、后断裂 后形成、先断裂 两个原子间 形成的数目 1 02 课堂检测素养达标 1.(2020成都高二检测)下列不属于共价键成键因素的是()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.两原子体积大小要适中【解析】选D。两原子形成共价键时电子云发生重叠,即电子在两核之间出现的机会更多;两原子电子云重叠越多,键越牢固,体系的能量也越低;原子的大小与能否形成共价键无必然联系。2.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描述正确的是()A.两者都为s
22、-s 键 B.两者都为p-p 键 C.前者为p-p 键,后者为s-p 键 D.前者为s-s 键,后者为s-p 键【解析】选C。H原子的1个电子排布在1s轨道,F原子的最外层7个电子的排布为2s、2p轨道,F2单质中共价键是p-p 键,而HF分子中是H原子的1s轨道与F原子的2p轨道头碰头重叠,形成s-p 键。3.具有下列电子排布式的原子中,不能形成 键的是()A.1s22s22p63s23p4 B.1s22s22p3 C.1s22s22p63s1 D.1s22s22p2【解析】选C。四种原子分别是S、N、Na、C,其中Na是活泼金属,在化学反应中易失去一个电子,形成的是离子键,而 键是共价键中的一种。【补偿训练】1.在以离子键为主的化学键中常含有共价键的成分,两种元素的电负性差异 越小,其共价键成分越大。下列各组原子形成的化学键中共价键成分最多的 是()A.K与F B.Na与Cl C.Al与S D.Mg与Cl【解析】选C。选项中的7种元素,电负性由小到大的顺序为KNaMgAlSClNH3CH4