高二化学共价键人教实验版知识精讲

高二化学高二化学共价键共价键人教实验版人教实验版 【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 共价键 1. 共价键 2. 共价键参数 3. 等电子原理 二. 重点、难点 1、理解 键和 键的特征和性质。 2、能用键能、键长和键角说明简单分子的某些性质，知道共价键的主要类型 键和 键， 能用键能、键长、键角等键参数判断简单分子的构型和稳定性。 3、了解等电子原理的概念及应用。 三. 教学过程 （一）共价键 1、共价键的定义：原子之间通过共用电子对所形成的相互作用。 2、共价键的成键微粒：原子 3、共价键的成键本质：高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电 性作用。 4、共价键的成键条件： 电负性相同或相差很小的非金属元素原子之间形成共价键。 一般成键原子有未成对电子（自旋相反） 。 成键原子的原子轨道在空间重叠。 5、共价键的类型： 根据原子轨道最大重叠原理，成键时轨道之间可有两种不同的重叠方式，从而形成两 种类型的共价键 键和键和 键键。 （1） 键：以“头碰头”方式进行重叠，轨道的重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布， 原子轨道间以重叠方式形成的共价键。如： H2分子的 ss 键 HCl 分子的 sp 键 Cl2分子的 pp 键 分析：分析：对于含有单的 s 电子或单的 p 电子的原子，为了达到原子轨道最大程度重叠， ss、sp 和 pp 轨道沿着键轴即成键两原子核间的连线形成的共价键，这种共价键为 键。 键是两原子成键时，电子云采取“头碰头 ”的方式重叠形成的共价键，这种 重叠方式符合能量最低，最稳定。 键是轴对称的，可以围绕成键的两原子核的连 线旋转。 （2）键：p 电子和 p 电子除能形成 键外，还能以“肩并肩”的方式进行重叠形 成 键。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镜面，它们互为镜像，这种特征称为镜像对称。 分析：分析：由于 键的轨道重叠程度比 键的轨道重叠程度大，因而 键比 键牢固。 键较易断开，化学活泼性强，一般它是与 键共存于具有双键或叁键的分子中。 键 是构成分子的骨架，可单独存在于两原子间，以共价键结合的两原子间只可能有 1 个 键。 共价单键一般是 键，双键中有 1 个 键和 1 个 键，叁键中有 1 个 键和 2 个 键。 【归纳比较归纳比较】 键和 键的比较 键 键 成键方向沿轴方向“头碰头”平行或“肩并肩” 电子云形状轴对称镜像对称 牢固程度键强度大，不易断裂键强度较小，容易断裂 成键判断规律共价单键全是 键，共价双键中一个是 键，另一个 是 键；共价叁键中一个为 键，另两个为 键。 6、共价键的特征： （1）饱和性：在共价键的形成过程中，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成键后，一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配成键， 即每个原子所能形成共价键的数目或以单键连接的原子数目是一定的，饱和性决定了原 子形成分子时相互结合的数量关系。 分析：分析：自旋方向相反的单电子配对形成共价键后，就不能再和其他原子中的单电子配 对。所以，每个原子所能形成共价键的数目取决于该原子中的单电子数目。这就是共价键 的饱和性。例如氢原子和氯原子都有一个未成对的电子，从共价键的形成来看，只有未成 对的电子才能形成共用电子对，因此 H2、HCl、Cl2只能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，而不是 3 个、4 个。 （2）方向性：形成共价键时，原子轨道重叠愈多，电子在核间出现的概率愈大， 所形成的共价键就愈牢固，因此共价键将尽可能地沿着电子概率出现最大的方向形成， 这就是共价键的方向性。 分析：分析：原子轨道中，除 s 轨道呈球形对称外，p、d 等轨道都有一定的空间取向，它们 在成键时只有沿一定的方向靠近达到最大程度的重叠，才能形成稳定的共价键。 7、共价键的存在范围：非金属单质（H2、O2 ） 、共价化合物（NH3、CH4、H2O） 、离子 化合物（NaOH、NH4Cl） 。 8、共价键的表示方法： （1）电子式：在元素符号周围用小黑点或来描述分子中原子共用电子以及未 成键的价电子的式子,叫电子式。如： ： ： ： （2）结构式：用一根短线表示一对共用电子所形成的共价键。如： ： ： ： （二）共价键参数 化学键的性质可以通过表征键的性质的某些物理量来描述，这些物理量如键长、键角、 键能等，统称为键参数。 1、键能 （1）键能的定义：气态基态原子形成 1mol 化学键所释放出的最低能量。单位是 kmol。 （2）键能和共价键的关系：一般键能越大，表明键越牢固，由该键构成的分子也就越 稳定。 （3）键能和化学反应的能量变化的关系：键能越大，形成化学键放出的能量越大，化 学键越稳定。反应热=所有生成物键能总和所有反应物键能总和， （反应物总键能生成 物总键能）0，反应吸热；（反应物总键能生成物总键能）0，反应放热。 分析分析 1：由教材表 21 数据经计算可得： 1molH2与 1 molCl2反应生成 2molHCl 放热 184.9kJ，而 1molH2与 1molBr2反应生成 2molHBr 放热 102.3kJ。生成氯化 氢放热多，说明氯化氢分子比溴化氢分子稳定或溴化氢分子更容易发生热分解。 分析分析 2：N2、O2、F2与 H2的反应能力依次增强是因为NH 键、 OH 键与 HF 键的键能依次 增大，说明形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越 稳定。 分析分析 3：N2与 H2在常温下很难发生化学反应，必须在高温下才能发生化学反应， 而 F2与 H2在冷暗处就能发生化学反应。其原因是：化学反应是一个旧键断裂、新 键生成的过程， NN 键键能（ 946 kJmol1）远大于 FF 键键能（ 157 kJmol1） ， 说明断开 NN 键比断开 FF 键困难。 2、键长 （1）键长的定义：形成共价键的两原子间的核间距。单位是 1pm（1pm1012m） 。 （2）键长和共价键的关系：键长越短，共价键越牢固，形成的物质越稳定。如 H F，HCl，HBr，HI 键长依次递增，键能依次递减，分子的热稳定性依次递减。 3、键角 多原子分子中的两个共价键之间的夹角称为键角。键角是由共价键的方向性决定的， 键角反映了分子或物质的空间结构。例如水分子是 V 型分子，水分子中两个 HO 键的键 角为 10430。甲烷分子为正四面体型，碳位于正四面体的中心，任何两个 CH 键的键 角为 10928。金刚石中任何两个 CC 键的键角亦为 10928。石墨片层中的任何两个 CC 键的键角为 120。从键角和键长可以反映共价分子或原子晶体的空间构型。 【总结总结】 （1）键能、键长决定了共价键的稳定性：原子半径越小，键长越短，键能越 大，分子越稳定。如 HF、HCl、HBr、HI 分子中： X 原子半径：FClBrI HX 键键长：HFHClHBrHI HX 分子稳定性：HFHClHBrHI （2）键角决定分子空间构型，应注意掌握以下分子的键角和空间构型： 分子空间构型键角实例 10928CH4、CCl4、 （NH4+）正四面体 60白磷：P4 平面型120苯、乙烯、SO3、BF3等 三角锥型10718NH3 折线型10430H2O 直线型180CO2、CS2、CHCH （三）等电子原理 1、经验规律：等电子原理是指原子总数相同，价电子总数相同的分子具有相似的化 学键特征，它们的许多性质相近。 具有等电子的物质，如一氧化碳和氮分子就彼此叫做 等电子体。 分子N2CO 原子数22 电子数 27=14 6+8=14 价电子数 25=10 4+6=10 化学键2、12、1 键能（kJmol1）1075946 分子构型直线型直线型 沸点/K252253 熔点/K7783 液体密度/（克厘米3）0.7960.793 溶解度（水）难溶于水难溶于水 2、互为等电子体应该满足的条件： （1）在微粒的组成上，微粒所含原子数目相同； （2）在微粒的构成上，微粒所含价电子数目相同； （3）在微粒的结构上，微粒中原子的空间排列方式相同。 如：（BN）x与（C2）x、N2O 与 CO2等也是等电子体；硅和锗是良好的半导体材料， 它们的等电子体磷化铝（AlP）砷化镓（GaAs）也是很好的半导体材料；SiCl4、SiO44 、SO42的原子数目和价电子总数都相等，它们互为等电子体，都形成正四面体立体构型。 【典型例题典型例题】 例 1、氢元素与其他元素形成的二元化合物称为氢化物，下面关于氢化物的叙述正确的 是（ ） A、一个 D2O 分子所含的中子数为 8 B、NH3的结构式为 C、HCl 的电子式为 D、热稳定性：H2SHF 分析：分析：本题考查了对原子结构、分子结构、电子式及氢化物的热稳定性比较等基本知 识。A、一个 D2O 分子所含的中子数为 10，A 错；HCl 的电子式不应加括号，标电荷，C 错；热稳定性：HFH2S，D 错。 答案：答案：B 例 2、SO42和 S2O82结构中，硫原子均位于由氧原子组成的四面体的中心，且所有原 子的最外层电子均满足 8 电子结构。下列说法正确的是 A、SO42的电子式为 B、S2O82中没有非极性键 C、S2O82比 SO42 稳定D、S2O82有强氧化性 分析：分析：本题主要考查了原子结构、分子结构与性质的关系，侧重考查分析判断问题的 能力。硫酸根电子式的写法不正确，应加括号标电荷；S2O82中含有非极性键，B 错； S2O82中的硫为7 价，不如 SO42稳定，C 错。 答案：答案：D 例 3、下列说法中，正确的是 A、在 N2分子中，两个原子的总键能是单个键能的三倍 B、N2分子中有一个 键、两个 键 C、N2分子中有两个 键、一个 键 D、N2分子中存在一个 键、一个 键 分析：分析：N 原子的电子排布为 1s12s22p3，其中 3 个单电子分别占据 3 个互相垂直的 p 轨 道。当两个 N 原子结合成 N2分子时，各以 1 个 p 轨道沿键轴以“头碰头”方式重叠形成 1 个 键后，余下的 2 个 2p 轨道只能以“肩并肩”方式进行重叠，形成 2 个 键。所以，N2 分子中有 1 个 键和 2 个 键。 答案：答案：B 例 4、下列各分子中所有原子都满足最外层是 8 电子结构的是（ ） A、BeCl2 B. PCl3 C. PCl5 D. N2 分析：分析：分子中的原子是否满足 8 电子结构取决于两个因素：一是该中性原子的最外层 电子数；二是该原子在分子中形成的共价键数目。如果二者之和为 8，则满足 8 电子结构。 答案：答案：BD 例 5、下列过程中，共价键被破坏的是 A. 碘升华B. 溴蒸气被木炭吸附 C. 酒精溶于水 D. HCl 气体溶于水 分析：分析：HCl 气体溶于水，在水分子的作用下，电离为 H和 Cl，原 HCl 分子中共价 键被破坏。 答案：答案：D 例 6、下列说法中正确的是（ ） A. 分子中键能越大，键长越长，则分子越稳定 B. 失电子难的原子获得电子的能力一定强 C. 电子层结构相同的离子，其半径随着核电荷数的增加而减小 D. 在化学变化中，某元素由化合态变为游离态，该元素一定被还原 分析：分析：对于有关概念正误判断型的选择题，其基本解法有两种，一是运用正确的规律 或概念去比较看是否有错误；二是列举法，按其说法举一个正例或举一个反例证实或反证 其正误。对 A 项，分子中键能越大，键长应越短，A 项错误。对 B 项，失电子难的原子， 得电子能力不一定强，如A 族元素的原子得、失电子的能力都难，B 项错误。对 D 项， 化学反应中，元素从化合态变为游离态，该元素不一定被还原，如 HCl 中氯元素从化合态 变为游离态（Cl2）时，是被氧化，D 项错误。 答案：答案：C 例 7、1919 年，Langmuir 提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为 等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。 （1）根据上述原理，仅由第 2 周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是： 和 ； 和 。 （2）此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子数 相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。 在短周期元素组成的物质中，与 NO2互为等电子体的分子有： 、 。 分析：分析：根据题目给出的原理，要找出由第 2 周期元素组成的原子数相同、电子总数相 同的分子。先考虑双原子分子，常见的有 N2、CO、O2、F2，其中 N2、CO 电子数目相同， 属于等电子体，再考虑三原子分子，常见的 CO2，O3及 N2O、NO2，FO2，其中 CO2、N2O 电子数目相同，属于等电子体。问题二，首先分析 NO2离子，三个原子，最外 层共 18 个电子，这样，满足该条件的分子就有 SO2、O3。 答案答案：（1）N2 CO； CO2 N2O （2）SO2、 O3 【模拟试题模拟试题】 1、下列说法不正确的是（ ） A、 键比 键重叠程度大，形成的共价键强 B、两个原子间形成共价键时，最多有一个 键 C、气体单质中，一定有 键，可能有 键 D、N2分子中有一个 键，2 个 键 2、下列分子中，既含有 键又含有 键的是（ ） A、CH4 B、HCl C、CH2=CH2 D、F2 3、对 键的认识不正确的是（ ） A、 键不属于共价键，是另一种化学键 B、ss 键与 sp 键的对称性相同 C、分子中含有共价键，则至少含有一个 键 D、含有 键的化合物与只含 键的化合物的化学性质不同 4、关于乙醇分子的说法正确的是（ ） A、分子中含有 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 5、下列物质中只有共价键的是（ ） A、NaOH B、NaCl C、H2 D、H2S 6、下列电子式中，正确的是（ ） 7、下列分子中，所有原子满足8 电子结构的是（ ） A、光气（COCl2） B、六氟化硫 C、二氟化氙 D、六氟化硼 8、下列化学键中，键的极性最强的是（ ） A、HF B、HCl C、HBr D、HI 9、据权威刊物报道，1996 年科学家在宇宙中发现 H3分子。甲、乙、丙、丁四位学生对 此报道的认识正确的是（ ） A、甲认为上述发现绝对不可能，因为 H3分子违背了共价键理论 B、乙认为宇宙中还可能存在另一种氢单质，因为氢元素有三种同位素必然有三种同 素异形体 C、丙认为 H3分子实质上是 H2分子与 H+以特殊共价键结合的产物，应写成 H3+ D、丁认为如果上述的发现存在，则证明传统的价键理论有一定的局限性，有待继续 发展 10、最近，中国科大的科学家们将 C60分子组装在一单层分子膜表面，在268时冻结 分子的热振荡，并利用扫描隧道显微镜首次“拍摄”到能清楚分辨碳原子间单、双键的分 子图像。下列化合物分子中一定既含单键又含双键的是（ ） A、CO2 B、C2H4O C、COCl2 D、H2O2 11、下列有关键角与实际不相符的是（ ） A、CH4、NH3、H2O 中的键角依次减小 B、SiF4、BF3、BeCl 2的键角依次为 10928、120、180 C、CHCl3中的键角为 10928 D、P4分子为正四面体形，键角为 60，与甲烷分子不同 12、下列粒子组的中心原子的价电子全部用于形成化学键的是（ ） A、CO2、H2O、NH3、CH4 B、BeCl2、HCN、CH2O、BF3 C、NH4+、SO3、PCl5、CHCl3 D、HOCl、SO2、NH3、H3O+ 13、电子数相等的粒子叫等电子体，下列粒子属等电子体的是 （ ） A. CH4和 NH4 B、NO 和 O2 C、NH2和 H3O D、HCl 和 H2O 14、下列不互为等电子体的是（ ） A、N2O 和 CO2 B、O3和 NO2 C、CH4和 NH4+ D、OH和 NH2 15、下列说法不正确的是（ ） A、CO 和 N2互为等电子体，其许多物理性质相似 B、Cl2分子中氯原子的共价半径为键长的一半 C、共价键具有方向性和饱和性 D、键长越长，键能越大，共价键越稳定 16、化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成（或拆开） lmol 化学键时释放（或吸收）的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供 以下化学键的键能（ kJ/mol）：PP：198 PO：360 OO：498，则反应 P4 （白磷）+3O2P4O6的反应热H 为 （ ） A、1638 kJ/molB、+1638 kJ/mol C、126 kJ/molD、+126 kJ/mol 17、从实验测得不同物质中氧氧之间的键长键能的数据： O22O2O2O2+ 键长149128121112 键能kJxyz=494w=628 其中 x、y 的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为 wzyx。 该规律性是（ ） A、成键时电子数越多，键能越大 B、键长越长、键能越小 C、成键所用的电子数越少，键能越大 D、成键时电子对越偏移，键能越大 18、下列物质的分子与 O3分子的结构最相似的是（ ） A、H2O B、CO2 C、SO2 D、 BeCl2 19、下列各组物质的化学性质相似的是（ ） A、HF 和 H2O B、NH3和 PH3 C、CO 和 N2 D、H3O+和 NH3 20、判断下列分子中，只含 键的是 ，既含 键又含有 键的是 。 （填序号） H2 HCl NH3 H2O CO2 N2 C2H4 C2H2 H2O2 CH3CH3 21、分析下列化学式中划有横线的元素，选出符合 要求