2023人教版化学-选择性必修2-第二章-分子结构与性质-第一节-共价键

第一节共价键

1.共价键的形成与特征(1)共价键的形成①概念:原子间通过共用电子对所形成的相互作用,叫做共价键。②本质:原子间通过原子轨道重叠产生的强烈作用。③形成条件(详见定点1)(2)共价键的特征共价键具有饱和性和方向性。(详见定点1)2.共价键类型(按原子轨道的重叠方式分类)1|共价键(1)σ键形成由两个原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠形成

s-sσ键s-pσ键

p-pσ键

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;σ键的强度较大(2)π键(3)判断σ键、π键的一般规律(详见定点1)形成由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成p-pπ键

特征每个π键的电子云由两块组成,它们互为镜像,这种特征称为镜面对称;π键不能旋转,一般不如σ键牢固,较易断裂1.键能及其应用(1)定义:气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量叫键能。单位为

kJ·mol-1。(2)应用(详见定点2)2.键长及其应用(1)定义:构成化学键的两个原子的核间距。(2)应用:衡量共价键强弱的另一个重要参数,一般键长越长,键能越小,键越弱。3.键角及其应用(1)定义:多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角。(2)应用(详见定点2)2

|键参数1.所有共价键都有方向性,这种说法正确吗?提示：不正确。两个s电子形成的共价键就没有方向性。2.H2、HCl和Cl2分子中,共价键类型完全相同,这种说法正确吗?提示：不正确。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原子形成s-sσ键,H原子和Cl原子形成s-pσ键,Cl原子和Cl原子形成p-pσ键。3.多原子分子中一定含有π键,这种说法正确吗?提示：不正确。多原子分子中一定含有σ键,不一定含有π键。知识辨析4.元素非金属性越强,对应的单质分子中共价键的键能一定越大,这种说法正确吗?提示：不正确。F、Cl、Br、I元素的非金属性逐渐减弱,但F—F键、Cl—Cl键、Br—Br键、I—I键的键能依次为157kJ·mol-1、242.7kJ·mol-1、193.7kJ·mol-1、152.7kJ·mol-1。5.π键是由两个p轨道“头碰头”重叠形成的,这种说法正确吗?提示：不正确。原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键,以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键。

1.共价键的本质(成键原因)当成键原子相互接近时,原子轨道发生重叠,自旋状态相反的未成对电子形

成共用电子对,两原子核间电子出现的概率增大,体系能量降低。2.共价键的特征(1)共价键的饱和性①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,这就是共价键的饱和性。②用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下:1共价键的本质、特征及共价键类型的判断

③由以上分析可知,F原子与H原子间只能形成1个共价键,所形成的简单化合物为

HF而不是H2F。同理,H原子、F原子分别只能形成H2、F2分子,不能形成H3、F3。④共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。(2)共价键的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,形成的共价键就越牢固。电子所在的原子轨道都有一定的形状,所以要达到最大重叠,共价

键必然有方向性。

共价键的方向性决定了分子的空间结构,但不是所有共价键都具有方向性,

如两个s轨道上的电子形成的共价键就没有方向性。归纳总结形成共价键应遵循的原理(1)电子配对原理:两原子提供数目相等的自旋状态相反的电子彼此配对。(2)最大重叠原理:两个原子轨道重叠部分越大,形成的共价键越牢固,分子越稳定。3.共价键的存在形式一般非金属元素的原子之间通过共价键结合。如非金属气态氢化物、含氧

酸、非金属氧化物等物质中的原子都以共价键结合。共价键既可存在于非金属单质、共价化合物中,也可存在于离子化合物中

(例如:氢氧化钠、过氧化钠、硫酸钾等)。

特别提醒

某些金属原子与非金属原子之间也能形成共价键,如AlCl3、BeCl2、

FeCl3。4.分子中σ键和π键的判断方法(1)根据成键原子的价层电子数来判断能形成几个共用电子对。如果两原子间只

形成一个共用电子对,则该共价键一定是σ键;如果形成多个共用电子对,则有1个

是σ键,其余的是π键。(2)一般规律:共价单键是σ键;共价双键中有一个是σ键,另一个是π键;共价三键中

有一个是σ键,另外两个是π键。(3)σ键与π键的比较

σ键π键示意图

特征轴对称镜面对称原子轨道重叠方式“头碰头”重叠“肩并肩”重叠原子轨道重叠程度大小键的强度较大较小活泼性不活泼活泼

典例下列关于σ键与π键的说法正确的是

(

)A.σ键是以“头碰头”方式重叠形成的共价键,π键是以“肩并肩”方式重叠形成

的共价键B.

描述的是π键的形成过程C.原子轨道以“头碰头”方式相互重叠比以“肩并肩”方式相互重叠的程度小,

所以σ键比π键活泼D.

可以表示N2分子中σ键和π键存在的情况A思路点拨明确σ键和π键的含义是解答该题的关键,注意原子轨道以“头碰头”

方式重叠形成σ键,原子轨道以“肩并肩”方式重叠形成π键。σ键与π键比较:σ键

原子轨道重叠程度比π键原子轨道重叠程度大,所以一般σ键比π键牢固,在化学反

应中π键易发生断裂。另外,单键只含σ键,而双键和三键中均既含σ键又含π键。解析

从电子云的相互重叠方式来看,如果两个原子的成键轨道以“头碰头”方

式相互重叠,形成的共价键为σ键,如果两个原子的成键轨道以“肩并肩”方式相

互重叠,形成的共价键为π键,A项正确;选项中描述的是“头碰头”方式的相互重

叠,所以形成的是σ键,B项错误;σ键的相互重叠程度大于π键,所以σ键更稳定,C项

错误;中间位置形成的是σ键,其他位置形成的是π键,D项错误。知识拓展N2的形成过程氮原子的2p轨道上有3个未成对电子,当两个氮原子结合成分子时,若两个氮

原子的2px轨道以“头碰头”的方式相互重叠,则相互平行的2pz轨道和2py轨道只

能以“肩并肩”的方式重叠,这样便形成了氮氮三键,如图所示:

键能、键长、键角等是表征共价键性质的物理量,称为键参数。1.键能(1)意义:键能是衡量共价键稳定性的一个重要参数。键能越大,即形成化学键时

放出的能量越多,意味着这个化学键越稳定,越不容易断裂。如

键的键能大,N2的化学性质稳定。(2)应用①键能的大小可以定量地表示化学键的强弱程度。键能越大,断开时需要的能量

就越多,这个化学键就越牢固;反之,键能越小,这个化学键就越不牢固。2键参数的意义及其应用②可以判断结构相似的分子的相对稳定性。一般来说,结构相似的分子中,化学

键的键能越大,分子越稳定。如H—F、H—Cl、H—Br、H—I键的键能逐渐减小

(依次为568kJ·mol-1、431.8kJ·mol-1、366kJ·mol-1、298.7kJ·mol-1),HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱。③判断化学反应过程中的能量变化。2.键长(1)意义:一般键长越短,键能越大,表明共价键越稳定。(2)定性判断键长的方法①根据原子半径进行判断。在其他条件相同时,成键原子的半径越小,键长越

短。如键长:H—I>H—Cl>H—F;Br—Br>Cl—Cl>F—F;Si—Si>Si—C>C—C。②根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言,单键键长>双键

键长>三键键长。如键长:C—C>C

C>

。3.键角(1)意义:键角是描述分子空间结构的重要参数。例如,水分子的H—O—H键角是105°,这就决定了水分子是角形(又称V形)结构;CO2分子的结构式为

,它的键角为180°,CO2是一种直线形分子。一些常见分子的键角,白磷:60°,BF3:120°,

NH3:107°,CH4、CCl4(正四面体形):109°28'。(2)应用:键角常用于描述多原子分子的空间结构。归纳总结

键参数与分子的空间结构和分子性质之间的关系可以表示如下:

典例关于键长、键能和键角,下列说法正确的是

(

)A.

键的键能等于C—C键键能的三倍B.

/EN—N=4.9,说明N2中的

键非常牢固,不易发生加成反应C.(CN)2(结构式为

)分子中

键的键长大于C—C键的键长D.白磷(P4)分子呈正四面体构型,其键角为109°28'思路点拨

B解析

A项,碳碳三键中含有1个σ键,2个π键,由于π键电子云重叠程度小,不如σ键

稳定,所以碳碳三键的键能小于碳碳单键键能的三倍,错误;B项,可结