1、第三单元 共价键 原子晶体课程标准导航1.认识共价键的本质和特性，了解共价键的饱和性与方向性。2.了解共价键的基本类型。3.用电子式法表示共价化合物的形成过程。4.认识影响共价键键能的主要因素，分析化学键的极性强弱，把握键能与化学反应热之间的内在联系。5.深化对原子晶体的认识。6.树立正确的能量观。新知初探自学导引自主学习一、共价键的形成1.概念吸引电子能力相近的原子之间通过_形成共价键。共用电子对2.成键本质当成键原子相互接近时,原子轨道发生_,自旋方向_的未成对电子形成_，两原子核之间的电子云密度_，体系的能量_。3.共价键的特点(1)共价键有_成键过程中，每种元素的原子有几个未成对电子，
2、重叠相反共用电子对增加降低饱和性通常就能和几个自旋方向相反的电子成键。故在共价分子中，每个原子成键的数目是_的。(2)共价键有_成键时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠，且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会_，体系的能量_就越多，形成的共价键就越_。(但s轨道与s轨道形成的共价键_)一定方向性越多下降牢固无方向性想一想1.F2和HF分子是怎样形成的？提示：每个氟原子的最外层的2p轨道上有一个未成对电子，当两个氟原子相互接近时，两个2p轨道发生重叠，两个自旋方向相反的电子就会形成共用电子对,从而形成共价键,形成氟气分子(F2)；同理，当一个氟原子与一个氢原子相
3、互接近时，氟原子的2p轨道与氢原子的1s轨道发生重叠，两个自旋方向相反的电子配对成键，形成HF分子。二、共价键的类型1.键和键(1)键：原子轨道沿核间连线方向以“_”方式互相重叠而形成的共价键叫键。按形成键的原子轨道类型的不同,键可分为_.图示如下：头碰头ss 键、sp 键、pp 键(2)键：原子轨道在核间连线两侧以“_”的方式发生重叠形成的共价键叫键，其形成过程表示如下：肩并肩想一想2.根据下表中乙烷、乙烯、乙炔的分子模型,分析这些分子中的共价键分别是由几个键和几个键组成的，并解释乙烯、乙炔分别与溴发生加成反应时，共价键的断裂和形成情况。提示：在乙烷分子中，每个碳原子与三个氢原子形成3个sp
4、 键，两个碳原子之间形成1个pp 键，所以乙烷分子中共有7个键；在乙烯分子中，每个碳原子与两个氢原子形成2个sp 键，两个碳原子之间形成1个pp 键和1个pp 键，所以乙烯分子中共有5个键和1个键；在乙炔分子中，每个碳原子与一个氢原子形成1个sp 键，两个碳原子之间形成1个pp 键和2个pp 键，所以乙炔分子中共有3个键和2个键。由于键比键牢固,所以,在化学反应中键易发生断裂，易发生加成反应。乙烯与溴反应时，乙烯分子中碳原子之间的键断裂,两个碳原子各与一个溴原子结合，重新形成2个sp 键;乙炔与溴反应时,乙炔分子中碳原子之间的2个键断裂，两个碳原子各与两个溴原子结合,重新形成4个sp 键.2.
5、非极性键、极性键和配位键(1)非极性键两个成键原子吸引电子的能力_，_不发生偏移。(2)极性键两个成键原子吸引电子的能力_，_发生偏移。相同共用电子对不同共用电子对在极性键中，成键原子吸引电子的能力差别越大,共用电子对发生偏移的程度越大，共价键的极性越强。(3)配位键由一个原子提供_，与另一个提供_的原子形成的共价键。空轨道孤电子对三、共价键的键能与化学反应的反应热1.键能：原子之间形成的_的强度。2.键长：两原子核间的_。3.当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠，重叠程度越大，共价键的键能越大，键长越短。共价键平均间距4.化学反应过程中的能量变化是由_决定的。反应物中旧化学键断裂时所_的
6、总能量(即反应物中的键能总和)与生成物中新化学键形成时所_的总能量(即生成物中的键能总和)的差就是此反应的反应热。反应物和生成物中化学键的强弱吸收释放想一想4.N2、O2、F2跟H2反应的能力依次增强，从键能的角度应如何理解这一化学事实？提示:由于N2中NN键的键能为946 kJ/mol,O2中O=O键的键能为497.3 kJ/mol，F2中FF键的键能为157 kJ/mol，从键能数据中我们可以看出，NN键的键能最大，所以N2最稳定，与氢气反应所需的能量最多，反应最难；而FF键的键能最小，破坏FF所消耗的能量最少，F2与H2反应也最容易进行；从另一个角度看，生成物中HF键的键能最大，HF最稳
7、定，而NH键的键能最小，NH3的稳定性在三个产物中最差。综上所述，可知N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。四、原子晶体1.相邻原子间以_相结合而形成_结构的晶体，称为原子晶体。2.原子晶体中共价键的键能大，所以原子晶体一般具有很高的熔、沸点和很大的硬度。共价键空间立体网状想一想5.如何比较原子晶体的熔、沸点和硬度？提示：对于结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。如金刚石(C)、晶体硅(Si)、碳化硅(SiC)三种原子晶体中，由于碳原子的半 径 比 硅 原 子 小，使 键 长：CCCSiCSiSiSi，所以三种晶体的熔点由高到低的顺序是：金刚石碳化硅
8、晶体硅。自主体验1.下列说法正确的是()A.有共价键的化合物一定是共价化合物B.分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物C.由共价键形成的分子一定是共价化合物D.只有非金属原子间才能形成共价键解析：选B。NaOH含有离子键和共价键，是离子化合物，A错误；由共价键形成的分子可以是单质分子，不一定是共价化合物，C错误；某些金属元素与非金属元素原子间也能形成共价键，如AlCl3等，D错误。2.下列说法中不正确的是(双选)()A.键比键电子云重叠的程度更大，形成的共价键更稳定B.气体单质中，一定有键，可能有键C.乙烯分子中的碳碳双键有一个是键、有一个是键D.N2分子形成的氮氮叁键都是键解析：选BD。B
9、选项中气体单质分子中可能没有共价键，如He等单原子单质分子；D选项中N2分子中的氮氮叁键有一个键和两个键。3.熔化时，必须破坏非极性共价键的是()A.冰B.金刚石C.铁D.二氧化硅解析：选B。冰是分子晶体，熔化时破坏范德华力，铁是金属晶体,熔化时破坏金属键,二氧化硅是由极性键形成的原子晶体，熔化时破坏极性共价键，只有金刚石是由非极性键形成的原子晶体，熔化时破坏非极性共价键。4.已知ENN945 kJmol1、EHH436 kJmol1、ENH391 kJmol1，那么1 mol N2与3 mol H2合成氨时的能量变化为()A.吸收208 kJ的热量B.放出208 kJ的热量C.吸收93 kJ
10、的热量D.放出93 kJ的热量5.如图所示，晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个原子。观察其图形，判断下列说法正确的是()A.这个基本结构单元由9个硼原子组成B.各个键的键角均为120C.此结构单元中共含有18个BB键D.此结构单元中硼原子和BB键数目之比为25要点突破讲练互动探究导引1为什么氖分子是单原子分子，而氯分子是双原子分子？提示:对比氖原子和氯原子的核外电子排布,可知氖原子的最外层有8个电子，已达到稳定结构，无未成对电子，要点一共价键的形成和类型因此氖原子很难自身或与其他元素的原子形成共用电子对而结合,
11、是单原子分子.而氯原子的最外层有7个电子，未达到稳定结构,其3p轨道上有一个成单电子(即未成对电子),需要获得或与其他原子共用一个电子,形成8个电子的稳定结构,当两个氯原子相互接近时,每个氯原子各提供一个单电子,形成共用电子对,这样使两个氯原子的最外层都达到了8个电子的稳定结构,因此氯分子是双原子分子。探究导引2在氮气分子中，氮原子间形成三个共用电子对，即氮原子间以氮氮叁键相结合，所以氮原子间的共价键很牢固，氮气的化学性质不活泼。那么，氮分子中氮原子的原子轨道是如何重叠形成共价键的呢？提示：氮原子的电子排布式为1s22s22p3，其最外层2p轨道上的三个电子分别占据2px、2py、2pz三个原
12、子轨道，而这三个原子轨道在空间上是互相垂直的，当其中某一个原子轨道沿x轴方向以“头碰头”的方式发生重叠时，另外两个与之相垂直的原子轨道则只能相互平行以“肩并肩”的方式发生重叠，在氮分子中有一对原子轨道以“头碰头”的方式发生重叠，有两对原子轨道以“肩并肩”的方式发生重叠，如下图所示。要点归纳1.键和键的比较键键成键方式“头碰头”“肩并肩”电子云形状轴对称镜像对称牢固程度强度大，不易断裂强度较小，易断裂成键判断规律共价单键是键，共价双键中一个是键，另一个是键，共价叁键中一个是键，另两个是键2.共价键分类小结(1)按原子轨道的重叠方式可划分为两种键型,即键和键；(2)按共用电子对是否发生偏移可划分为
13、非极性键和极性键；(3)按两原子之间共用电子对的数目，可划分为共价单键、共价双键和共价叁键；(4)按提供共用电子对的方式可划分为普通共价键和配位键。即时应用1.下列有关键和键的说法错误的是()A.含有键的分子在反应时，键是化学反应的积极参与者B.当原子形成分子时，首先形成键，可能形成键C.有些原子在与其他原子形成分子时只能形成键，不能形成键D.在分子中,化学键可能只有键而没有键解析:选D.由于键的键能小于键的键能,所以反应时易断裂，A项正确；在分子形成时为了使其能量最低，必然首先形成键，根据形成原子的核外电子排布来判断是否形成键，所以B项正确，D项错误，像H、Cl原子跟其他原子只能形成键，C项
14、正确。要点二共价键的键能探究导引1共价键的牢固性与共价键的键长、键能有何关系？提示：共价键的键长越短，键能越大，键越牢固。探究导引2 如何计算化学反应中的反应热？提示：用H表示反应过程中的热效应，H的单位是kJ/mol,有“”和“”,H为“”表示吸热,H为“”表示放热.H反应物分子中的键能总和生成物分子中的键能总和。如果反应物的键能总和生成物的键能总和，则此反应为放热反应，H生成物的键能总和，则为吸热反应，H0。已知：HH键能为436 kJ/mol，ClCl键能为243kJ/mol,HCl键 能 为 431 kJ/mol。则 反 应H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)的反应热H436 kJ/
15、mol243 kJ/mol2431 kJ/mol183 kJ/mol。要点归纳1.化学反应的实质：化学反应的实质就是反应物分子中旧化学键的断裂和生成物分子中新化学键的形成。2.化学反应过程有能量变化：反应物和生成物中化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。3.放热反应和吸热反应(1)放热反应：旧键断裂消耗的总能量小于新键形成放出的总能量。(2)吸热反应：旧键断裂消耗的总能量大于新键形成放出的总能量。4.反应热(H)与键能的关系：H反应物的键能总和生成物的键能总和。即时应用2.下列物质性质的变化规律，与共价键的键能大小有关的是(双选)()A.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱B.金
16、刚石的硬度、熔点、沸点都高于晶体硅CF2、Cl2、Br2、I2的熔点、沸点逐渐升高D.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低解析：选AB。一般说来，结构相似的分子,其共价键的键长(成键原子核间的平均间距)越短，共价键的键能越大，分子越稳定。如卤元素的氢化物中，按氟、氯、溴、碘的顺序，由于卤原子的半径逐渐增大，氢卤键的键长也逐渐增大，键能逐渐减小，卤化氢的稳定性逐渐减弱。结构相似的原子晶体，晶体中共价键的键能越大，硬度越大，熔、沸点越高。碳原子的半径小于硅原子，所以CC键的键长比SiSi键短,键能大,因此金刚石的硬度和熔、沸点都高于晶体硅.F2、Cl2、Br2、I2是分子晶体，其熔点、
17、沸点逐渐升高,是因为它们之间的分子间作用力逐渐增强。NaF、NaCl、NaBr、NaI是离子晶体，其熔点依次降低，是因为F、Cl、Br、I的离子半径逐渐增大，晶格能逐渐减小。要点三原子晶体探究导引1原子晶体中有没有分子？原子晶体中除共价键外还有其他化学键吗？提示：原子晶体中没有分子。原子晶体中只有共价键，没有其他化学键。探究导引2下图甲为金刚石的立体结构图,从其空间网状结构中截取出一个立方体就是金刚石的晶胞(图乙)，该晶胞为面心立方结构，碳原子位于立方体的八个顶点、六个面心以及晶胞内部还有四个碳原子。图丙为一个碳原子与周围碳原子的成键情况，请分析晶胞中碳原子数以及最小环中碳原子数与碳碳键数的比
18、例关系？要点归纳1.原子晶体中，原子间用较强的共价键相结合，要使物质熔化和汽化需要克服共价键作用，即需要很多的能量。因此，原子晶体一般都具有很高的熔、沸点。其硬度较大，难溶于水，固态时一般不导电。2.原子晶体的晶胞中，原子间为空间的立体网状结构，晶体中不存在单个分子，原子晶体的化学式仅表示物质中的原子个数关系，不是分子式。3.原子晶体中的共价键具有饱和性和方向性,原子间不是紧密堆积原则，而是较松散排列的结构。即时应用解析：选D。在二氧化硅晶体中，最小环上的原子总数为12个，其中有6个硅原子，6个氧原子。题型探究技法归纳题型1共价键的类型例例11关于乙醇分子的说法正确的是()A分子中共含有8个极
19、性键B分子中不含非极性键C分子中只含键D分子中含有1个键【思路点拨】本题考查共价键的分类，每种分类要搞清标准，从标准分析化学键所属类别。【答案】C【规律方法】共价键按不同的分类标准可分成极性键和非极性键、键和键等。同种元素的原子间形成的共价键为非极性键，不同种元素的原子间形成的共价键为极性键.键和键是按原子轨道的重叠方式来分类的,键是原子轨道间“头碰头”重叠，键是原子轨道间“肩并肩”重叠，原子间若只形成单键,则为键,若形成双键则有一个是键、有一个是键,若形成叁键，则有一个是键、另两个是键。题型2原子晶体的结构和性质例例22氮化碳结构如图，其中氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。
20、下列关于氮化碳晶体的说法正确的是(双选)()AC3N4晶体中微粒间通过离子键结合BC3N4晶体中，CN键的键长比金刚石中CC键的键长要短CC3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接3个C原子D由化学式可知，C3N4晶体中碳元素显4价，氮元素显3 价【思路点拨】原子晶体中原子间以共价键形成，键长短，键牢固，表现出的熔、沸点高，硬度大。【解析】根据C3N4晶体具有比金刚石更大的硬度可推知C3N4与金刚石一样都是原子晶体，原子间以共价键相结合。由于N原子的半径比C原子的半径小，所以CN键的键长比CC键短，从而导致CN键的键能比CC键大，所以C3N4晶体具有比金刚石更大的硬度。题中说明C3N4晶体中原子间均以单键结合，则可推知晶体中碳原子形成4个共价键，氮原子形成3个共价键，即每个碳原子与4个氮原子成键，每个氮原子与3个碳原子成键。由于氮元素的电负性比碳元素的电负性大，所以碳显4价，氮显3 价。【答案】BC【规律方法】原子晶体中由于原子间以较强的共价键相结合，且形成空间网状结构，所以原子晶体的熔、沸点很高，硬度很大，这是判断原子晶体的重要依据。
