1、1第一节 共价键1了解 键和 键，了解共价键成键规律和 键、 键的形成过程。2理解键能、键长、键角等键参数的概念。(重点)3能应用键参数键能、键长、键角说明简单分子的结构和性质。(重难点)4了解等电子原理，能够判断简单的等电子体。共 价 键基础初探教材整理 1 共价键的本质和特征1本质：原子之间形成共用电子对。2特征：饱和性、方向性。教材整理 2 共价键的类型1 键形成 成键原子的 s 轨道或 p 轨道“头碰头”重叠而形成ss型sp型类型p p型特征以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。 键的强度较大。2.键2形成 由两个原子的 p 轨道“肩并
2、肩”重叠形成的pp型特征每个 键的电子云由两块组成，分别位于由 两原子核 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，较易断裂探究升华思考探究观察下图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构回答：问题思考：(1)乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个 键和几个 键组成？【提示】 乙烷分子由 7 个 键组成；乙烯分子由 5 个 键和 1 个 键组成；乙炔分子由 3 个 键和 2 个 键组成。(2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼呢？【提示】 乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有 1 个和 2 个 键，键原子 轨道重叠程度小，
3、不稳定，容易断裂。而乙烷中没有 键， 键稳定，不易断裂。(3)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 1s 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。认知升华键与 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3电
4、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；双键中一个是 键，一个是 键；三键中一个是 键，两个是 键题组冲关题组 1 共价键的本质与特征1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两原子核体积大小要适中【解析】 共价键的成因和本质是，当成键原子相互靠近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系的能量降低。【答案】 D2在氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道
5、是( )A氯原子的 2p 轨道和氢原子的 1s 轨道B氯原子的 2p 轨道和氢原子的 2p 轨道C氯原子的 3p 轨道和氢原子的 1s 轨道D氯原子的 3p 轨道和氢原子的 3p 轨道【解析】 H 原子和 Cl 原子的核外电子排布式分别为 1s1 和1s22s22p63s23p5，由此可以看出，H 原子的 1s 轨道和 Cl 原子的 3p 轨道上各有一个未成对电子，故两者在形成 氯化氢分子时，形成共价键的原子轨道是氯原子的3p 轨道和氢原子的 1s 轨道。【答案】 C3下列说法正确的是( ) 【导学号：90990031】A若把 H2S 分子写成 H3S 分子，违背了共价键的饱和性4B基态 C
6、原子有两个未成对电子，所以只能形成两个共价键C所有共价键都有方向性D两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子不仅仅在两核之间，而是绕两个原子核运动【解析】 如在形成 CH4 分子的过程中，碳原子 2s 轨道中的 1 个电子被激发到 2p 轨道中，此时碳原子有 4 个未成对电子，形成 4 个共价键， B 错误；H 2 分子中的 s 轨道成键时，因 s 轨道为球形，故 H2 分子中的 HH 共价键无方向性，C 错误 ；两个原子轨道重叠后， 电子在核间出现的概率增大，但不是 绕两个原子核运动， D 错误 。【答案】 A【规律总结】 1 所有的共价键都有饱和性，但不是所有的共价键都有方向性，如两个 1s
7、轨道H 原子与 H 原子重叠形成的 ss 键没有方向性。2少部分金属与非金属元素原子间形成共价键，如 BeCl2、AlCl3 等原子间均以共价键结合。3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。题组 2 键和 键的比较与判断4关于乙醇分子的说法正确的是( )A分子中共含有 8 个极性键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【解析】 乙醇的结构式为 ，共含有 8 个共价键，其中 CH、CO、OH 键为极性键，共 7 个， CC 键为非极性键。由于乙醇分子中只有单键，故无 键。【答案】 C5关于 键和 键的比较，下列说法不正确的是( )A
8、键是轴对称的， 键是镜面对称的5B 键是“头碰头”式重叠， 键是“肩并肩”式重叠C 键不能断裂， 键容易断裂D氢原子只能形成 键，氧原子可以形成 键和 键【解析】 键较稳定，不易断裂，而不是不能断裂。化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。【答案】 C6(1)1 mol HCHO 分子中含有 键的数目为_mol。(2)CS2 分子中，共价键的类型有_。(3)Ni 能与 CO 形成正四面体形的配合物 Ni(CO)4，1 mol Ni(CO)4 中含有_ mol 键。(4)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型材料，图中，1 号 C 与相邻 C 形成 键的个数为 _。【解析】 (1)HCHO
9、的结构式为 ，则 1 mol HCHO 分子中含有 3 mol 键。 (2)CS2 分子中， C 与 S 原子形成双键，每个双键都是含有 1 个 键和 1个 键 ，分子空间构型为直线形，则含有的共价键类 型为 键和 键。(3)CO 分子的电子式为CO，故 1 个 CO 分子中存在 1 个 键，而 Ni(CO)4 中 Ni 与CO 之间还 存在 4 个 键 ，故 1 mol Ni(CO)4 中含有 8 mol 键。 (4)由图可看出每个碳原子能与三个碳原子形成单键，故能形成 3 个 键。【答案】 (1)3 (2) 键、 键 (3)8 (4)3【规律总结】 分子中 键与 键的判断方法根据成键原子的
10、价电子数来判断能形成几个共用电子对。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， 则先形成 1 个键，另外的原子轨道形成 键。键 参 数 键 能 、 键 长 与 键 角6基础初探1键能、键长与键角的概念和特点键参数 概念 特点键能气态基态原子形成 1 mol 化学键释放的最低能量键能越大，键越稳定，越不易被打断键长形成共价键的两个原子之间的核间距键长越短，键能越大，键越稳定键角 两个共价键之间的夹角表明共价键有方向性，决定分子的立体结构2.键能、键长和键角对分子性质的影响探究升华思考探究键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键长和键角是描述分子立体构型的参数。一般
11、来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的几何构型就确定了。如 NH3 分子的 HNH 键角是 107，N H 的键长是 101 pm，就可以断定 NH3 分子是三角锥形分子，如图问题思考：(1)根据元素周期律可知 NH3 的稳定性强于 PH3，你能利用键参数加以解释吗？【提示】 键长：NHPH， 键能：NHPH，因此 NH3 更稳定。(2)N2、O 2、F 2 与 H2 的反应能力依次增强，从键能的角度应如何理解这一化学事实？【提示】 由教材表 21中键能的数值可知：HFHOH N，而键长：7HFHOHN，说 明分子的稳定性：HFH 2ONH 3，所以 N2、O2、F2 跟H2 的反应能力
12、依次增强。(3)一般来说，键长越短，键能越大。但 FF 键键长短，键能小，请思考其原因。【提示】 氟原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两个氟原子形成共价键时，原子核之间 的距离很近，排斥力很大，因此 键能不大，F 2 的稳定性差，很容易与其他物质反 应。认知升华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
13、；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构型常见分子的键角与分子空间构型化学式 结构式 键角 空间构型8CO2 O=C=O 180 直线形NH3 107 三角锥形H2O 105 V 形BF3 120 平面三角形CH4 10928 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
14、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多。(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多。(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，形成的共价键越稳定。【特别提醒】 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。题组冲关1反映共价键强弱的物理量是( )A键能 B键能、键长C键能、键长、键角 D键长、键角【解析】 键能可看作是断开共价键所需的能量，键能越大，则断开键时所9需的能量就越多，含该键的分子就越稳定；键长越长键能反而
15、越小，故反映键的强弱的物理量是键能和键长。【答案】 B2NH 3 分子的空间构型是三角锥形结构而不是平面正三角形结构，最充分的理由是( ) 【导学号：90990033】ANH 3 分子内 3 个 NH 键长均相等BNH 3 分子内 3 个价键的键角和键长均相等CNH 3 分子内 3 个 NH 的键长相等，键角都等于 107DNH 3 分子内 3 个 NH 的键长相等，键角都等于 120【解析】 NH 3 分子内的键角和键长都相等，可能有两种情况，一是平面正三角形，二是三角锥形结构。如果键角为 120，则必然为平面正三角形。【答案】 C3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
16、：化学键 CC CH CO SiSi SiH SiO键能kJmol 1 356 413 336 226 318 452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 键的键能大于 SiH 键的键能，所以 CH4 比 SiH4稳定。(2)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
17、成。(3)CH 键的键能大于 CO 键的，CH 键比 CO 键稳定，而 SiH 的键10能却远小于 SiO 键的，所以 SiH 键不稳定而倾 向于形成稳定性更强的 SiO 键。【答案】 (1)CH 4 比 SiH4 稳定(2)CC 键和 CH 键较强，所形成的烷烃稳定，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(3)CH 键的键能大于 CO 键，CH 键比 CO 键稳定，而 SiH 的键能却远小于 SiO 键，所以 SiH 键不稳定而倾向于形成稳定性更强的 SiO键等 电 子 原 理基础初探1等电子原理：原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它
18、们的许多性质是相近的。2等电子体：满足等电子原理的分子称为等电子体。如 CO 和 N2 具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，它们的许多性质相似。探究升华思考探究(1)CO、 CN 与 N2 互为等电子体，则 CO 和 CN 的结构式应怎样书写？【提示】 CO、CN 。(2)已知 CS2、N 2O 与 CO2 互为等电子体，试判断 CS2 的空间构型是怎样的？【提示】 直线型。(3)已知 CN 与 N2 互为等电子体，则 HCN 分子中 键与 键的数目之比为多少？【提示】 11。HCN 中 CN 与 N2结构相同，含有三个 键，一个 键和两个 键 ；另外 H 和 C 之间 形成一
19、个 键，所以 HCN 分子中 键与 键数目之比为 22，即为 11。认知升华常见的等电子体类型 实例11三原子 16 电子的等电子体 CO2 CS 2 N 2O NO N BeCl 2(g) 2 3二原子 10 电子的等电子体 N2、 CO、NO 、 C 、CN 22三原子 18 电子的等电子体 NO 、O 3、SO 2 2四原子 24 电子的等电子体 NO 、CO 、BO 、BF 3、SO 3(g) 3 23 33五原子 32 电子的等电子体 SiF4、CCl 4、BF 、SO 、PO 4 24 34题组冲关1下列各组粒子属于等电子体的是( )A 12CO2 和 14CO BH 2O 和 N
20、H3CN 2 和 13CO DNO 和 CO【解析】 构成粒子的原子总数相同、价 电子总数相同的粒子互称 为等电子体。在上述粒子中，C 选项中两分子的原子数相同且价 电子总数也相同，所以是等电子体。【答案】 C2根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间构型不相似的是( ) 【导学号：90990034】ANH 和 CH4 BH 3O 和 NH3 4CNO 和 CO DCO 2 和 H2O 3 23【解析】 根据等电子原理，CO 2 和 H2O 二者原子数相等，但价电子总数不等，不是等电子体，则它们的空间构型不相似。【答案】 D3 “笑气”(N 2O)是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。下列有关“笑
21、气”的说法合理的是( )A依据等电子原理，N 2O 与 SiO2 分子具有相似的结构(包括电子式)B已知 N2O 分子中氧原子只与一个氮原子相连，则 N2O 的结构式可表示为 N=N=OCN 2O 与 CO2 互为等电子体，因此不含非极性键DN 2O 为角形分子【解析】 互为等电子体的两者必须具有相同数目的原子和价电子，故N2O 与 CO2 互为等电子体，而 CO2 的结构式为 O=C=O，直 线形分子，故12N2O 也为直线形分子，但 SiO2为正四面体形空间结构，A、 D 均错误；因为 N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，则 N2O 的结构式为 N=N=O，分子含有非极性键，B 正确、C
22、 错误。【答案】 B4根据等电子原理，下列分子或离子与 NO 有相似结构的是( ) 3SO 3 BF 3 CH 4 NO 2A BC D【解析】 NO 是 4 原子，24(563124)个价电子(最外层电子数) 3的微粒，与其原子数相同的只有和。 SO3 的价电 子数为：6424；BF 3 的价电子数为：37324，故 SO3、BF3 与 NO 是等电子体，结构相似。 3【答案】 A【规律总结】 等电子体的确定方法1将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加 n 和减少 nn1，2 等的原子，如 N2 与 CO、N 和 CNO 互为等电子体。 32将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加或减少n 的元素带 n 个单位电荷的阳离子或阴离子 ，如 N2O 和 N 互为等电子体。 33同主族元素最外层电子数相同，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子，如 O3 与 SO2、CO2 与 CS2 互为等电子体。4互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，如N2O 与 CO2 互为等电子体。
