1、第二章 第1节共价键模型发 展 目 标体 系 构 建1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键，了解共价键具有饱和性和方向性。2.知道根据原子轨道的重叠方式，共价键可分为键和键等类型；知道共价键可分为极性和非极性共价键。3.共价键的键能、键长和键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。一、共价键的形成与特征1共价键的形成(1)氢分子中HH键的形成当两个氢原子(核外电子的自旋方向相反)相互接近到一定距离时，两个1s轨道发生重叠，电子在两原子核之间出现的概率增大，每个氢原子的原子核都会同时对自身和对方的1s轨道上的电子产生吸引作用，体系的能量达到最低状态。(2)共价键的概念原子间通过共用电子形成的化
2、学键称为共价键。(3)共价键的本质当成键原子相互接近时，由于电子在两个原子核之间出现的概率增大，使得它们同时受到两个原子核的吸引，从而导致体系能量降低，形成化学键。即：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是共价键的本质。微点拨：共价键的本质是电性作用，但这种电性作用是不能用经典的静电理论来解释的，它是通过量子力学用原子轨道的重叠来说明的。(4)共价键的形成条件形成共价键的条件：电负性相同或差值小的非金属元素原子之间形成的化学键。形成共价键的微粒：共价键成键的微粒是原子。既可以是相同元素的原子，也可以是不同元素的原子。(5)共价键的表示方法人们常常用一条短线表示由一对共用
3、电子所形成的共价键。共价单键：如HH键、ClCl键、OH键等。共价双键：如O=O键、C=O键等。共价三键：如NN键等。2共价键的特征(1)饱和性：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对成键后，一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配对成键了，即每个原子所能形成共价键的总数或以共价键连接的原子数目是一定的，这称为共价键的饱和性。显然，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。如氨分子的结构可表示为。(2)方向性：共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，即共价键具有方向性。除s轨道是球形对称外，其他原子轨道都具有一定的空间取向。在形成共价键时，原子轨道重
4、叠得多，电子在核间出现的概率大，所形成的共价键就牢固。共价键的方向性决定着分子的空间结构。二、共价键的类型1键与键键：原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键。键：原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键。2极性键和非极性键按两原子核间的共用电子对是否偏移可将共价键分为极性键和非极性键。形成元素电子对偏移原子电性非极性键同种元素因两原子电负性相同，共用电子对不偏移两原子均不显电性极性键不同元素电子对偏向电负性大的原子电负性较大的原子显负电性三、键参数1键长两个成键原子的原子核间的距离(简称核间距)叫作该化学键的键长。一般而言，
5、化学键的键长愈短，化学键就愈强，键就愈牢固。键长是影响分子空间结构的因素之一。键长的数值可以通过晶体X射线衍射实验进行测定，也可以通过理论计算求得。2键角在多原子分子中，两个化学键的夹角叫作键角。键角也常用于描述多原子分子的空间结构。例如，二氧化碳分子中两个碳氧键(C=O)的夹角为180，所以二氧化碳分子呈直线形；水分子中两个氢氧键(HO)的夹角为104.5，所以水分子不呈直线形而呈角形；氨分子中每两个氮氢键(NH)的夹角均为107.3，所以氨分子呈三角锥形。3键能在1105_Pa、298_K条件下，断开1_mol_AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A
6、B键的键能，常用EAB表示。键能的大小可以定量地表示化学键的强弱。键能愈大，断开时需要的能量就愈多，这个化学键就愈牢固；反之，键能愈小，断开时需要的能量就愈少，这个化学键就愈不牢固。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)共价键只存在于共价化合物中。()(2)金属元素和非金属元素间一定不能形成共价键。()(3)非极性键只存在于单质分子中。()(4)离子化合物中既可能含有极性键也可能含有非极性键。()2下列不属于共价键成键因素的是()A共用电子在两原子核之间高概率出现B成键原子的原子轨道在空间重叠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D成键原子的原子轨道在空间重叠，形成稳定
7、的共价键后体系能量降低，共用电子在两原子核之间高概率出现是共价键的成键因素，A、B、C正确；成键原子的原子核体积的大小对共价键的形成没有影响，D错误。3下列关于共价键的说法不正确的是()AH2S分子中两个共价键的键角接近90的原因是共价键有方向性BN2分子中有1个键、2个键C两个原子形成共价键时至少有1个键，可能还有其他键D在双键中，键的键能小于键的键能D共价键是原子之间通过共用电子对形成的，所以共价键有方向性和饱和性，A正确；N2分子中存在NN键，则有1个键和2个键，B正确；键是原子轨道以“头碰头”方式形成的，两个原子之间只能形成一个键，C正确；键是原子轨道以“头碰头”方式重叠形成的，键是原
8、子轨道以“肩并肩”方式重叠形成的，键原子轨道重叠程度大于键，因此键的键能大于键的键能，D错误。键与键(素养养成宏观辨识与微观探析)如图所示表示成键的两种方式。1哪种成键方式电子云重叠程度大？提示：头碰头。2键与键哪个更牢固？提示：键。1键(1)键：形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠，这种共价键叫键。(2)键的类型：根据成键电子原子轨道的不同，键可分为ss 键、sp 键、pp 键。ss 键：两个成键原子均提供s原子轨道形成的共价键，如H2分子中键的形成过程：sp 键：两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键，如HCl分子中键的形成过程：pp 键：两个成键原子均提供p原
9、子轨道形成的共价键，如Cl2分子中键的形成过程：(3)键的特征以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键电子云图形不变，这种特征称为轴对称。形成键的原子轨道重叠程度较大，故键有较强的稳定性。(4)键的存在：共价单键为键；共价双键和共价三键中存在键(通常含一个键)。2键(1)键：形成共价键的未成对电子的原子轨道，采取“肩并肩”的方式重叠，这种共价键叫键。(2)pp 键的形成过程(3)键的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。形成键时原子轨道重叠程度比形成键时小，键没有键牢固。(4)键的存在
10、：键通常存在于双键或三键中。【例1】下列关于键和键的理解不正确的是()A键能单独形成，而键一定不能单独形成B键可以绕键轴旋转，键一定不能绕键轴旋转C双键中一定有一个键和一个键，三键中一定有一个键和两个键D气体单质中一定存在键，可能存在键D共价单键中只含键，共价双键和共价三键中含键和键，所以键一定不能单独形成，A正确；键为轴对称，键为镜面对称，则键可以绕键轴旋转，键一定不能绕键轴旋转，B正确；双键中一定有一个键和一个键，三键中一定有一个键和两个键，C正确；稀有气体是单原子分子，分子中不存在共价键，也就不存在键，所以气体单质中不一定存在键，D错误。要正确理解共价键需要从物质分类、形成元素以及成键方
11、式等多方面来分析，尤其是一些特例，在平时的学习中应多留心，注意在理解的基础上记忆这些特殊的例子，以便迅速准确进行有关概念的辨析。如大多数铵盐是只含有非金属元素的离子化合物少数铵盐含有金属元素，如(NH4)2Cr2O7，稀有气体单质不存在化学键。1下列物质的分子中既有键又有键的是()HClH2ON2H2O2C2H4C2H2ABCDD当两个原子间能形成多个共用电子对时，先形成一个键，另外的原子轨道只能形成键。HCl中只有一个HCl 键；H2O中含有两个HO 键；H2O2中含有两个HO 键和一个OO 键；N2中含有三个共价键：一个为键，两个为键；C2H4中，碳原子与碳原子之间有两个共价键，一个为键，
12、一个为键，另外有四个CH 键；C2H2中，碳原子与碳原子之间有三个共价键，一个为键，两个为键，另外有两个CH 键。2下列说法中正确的是()A由分子组成的物质中一定存在共价键B由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物C已知乙炔的结构简式为HCCH，则乙炔中存在2个键(CH)和3个键(CC)D两个非金属元素原子间不可能形成离子键D由分子组成的物质也可能是稀有气体，稀有气体为单原子分子，不存在化学键，A项错误；由非金属元素组成的化合物如NH4Cl，则是离子化合物，B项错误；共价单键都为键，而共价三键中有1个为键，另外2个为键，故乙炔(HCCH)中有2个CH 键，CC键中有1个键、2个键，C项错误；两
13、个非金属元素原子间不可能得失电子形成离子键，只能通过共用电子对形成共价键，D项正确。键参数(素养养成宏观辨识与微观探析)1键长、键角、键能对分子有什么影响？提示：键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子的化学性质就越稳定。键长和键角共同决定分子的空间结构。2HF键的键能：565 kJmol1，HCl键的键能：431 kJmol1，HI键的键能：297 kJmol1；从上述数据分析三种分子中哪一种最稳定？提示：HF键的键能最大，HF最稳定。1键参数键参数概念对分子的影响键能在1105Pa、298 K条件下，断开1 mol AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为
14、AB键的键能(单位：kJmol1)键能越大，键越牢固，含该键的分子越稳定键长两个成键原子的原子核间的距离(单位：nm)键长越短，键能越大，键越牢固键角分子中相邻键之间的夹角(单位：度)与分子的空间结构有密切联系2.共价键的键能与化学反应热(1)化学反应的实质：化学反应的实质就是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。(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。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
15、总和生成物的键能总和。注意：H0时，为吸热反应。【例2】从实验测得不同物质中氧氧键的键长和键能的数据：氧氧键数据OOO2O键长/1012m149128121112键能/(kJmol1)xyz494w628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成键的电子数越多，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B观察表中数据发现，O2与O的键能大者键长短，O中OO键键长比O中的长，所以键能要小。按键长(OO)由短而长的顺序为OO2Ozyx。1下列说法能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面上的是()A任意
16、两个BF键间的夹角都相等B3个BF键键能相等C3个BF键键长相等D任意两个BF键间的夹角都是120D键参数中，键能和键长是用于判断共价键稳定性的依据，而键角是判断分子立体构型的依据。3个BF键间的夹角均为120时，正好构成一个以B原子为中心的平面结构，因此BF3中4个原子共平面。2化学反应可视为旧键的断裂和新键的形成过程。化学键的键能是形成化学键时释放的能量。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(kJmol1)：PP：198；PO：360；O=O：498。反应P4(白磷)3O2=P4O6的反应热H为()A1 638 kJmol1B1 638 kJmol1C126 kJm
17、ol1D126 kJmol1A反应中的键能包括：断裂1 mol P4和3 mol O2分子中共价键吸收的能量和形成1 mol P4O6中共价键放出的能量。由各物质的分子结构知1 mol P4含6 mol PP键，3 mol O2含3 mol O=O键，1 mol P4O6含12 mol PO键，化学反应的反应热H反应物的总键能生成物的总键能。故H(198 kJmol16498 kJmol13)360 kJmol1121 638 kJmol1。1共价键是有饱和性和方向性的，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
18、轨道的方向性决定的C共价键的方向性决定了分子的空间结构D共价键的方向性与原子轨道的重叠程度有关D共价键的方向性与原子轨道的伸展方向有关。2根据氢原子和氟原子的核外电子排布，下列对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是()A两者都为ss 键B两者都为pp 键C前者为pp 键，后者为sp 键D前者为ss 键，后者为sp 键CH原子的核外电子排布式为1s1，F原子的核外电子排布式为1s22s22p5，形成共价键时，F为2p电子参与成键，H为1s电子参与成键，则F2分子中形成的共价键为pp 键，HF分子中形成的共价键为sp 键，C正确。3键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是(
19、)A键角是描述分子空间结构的重要参数B因为HO键的键能小于HF键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱C水分子可表示为HOH，分子中的键角为180DHO键的键能为467 kJmol1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2467 kJAHO键、HF键的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定，O2、F2与H2反应的能力逐渐增强，B项错误；水分子呈角形，键角为104.5，C项错误；HO键的键能为467 kJmol1，指的是断开1 mol HO键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为467 kJ,18 g H2O即1 mol H2O中含2 mo
20、l HO键，断开时需吸收2467 kJ的能量形成气态氢原子和气态氧原子，再进一步形成H2和O2时，还会释放出一部分能量，D项错误。4断开1 mol化学键形成气态原子所需要的能量用E表示。结合表中信息判断下列说法不正确的是()共价键HHFFHFHClHIE/(kJmol1)436157568432298A432 kJmol1E(HBr)298 kJmol1B表中最稳定的共价键是HF键C键的极性：HFHClHIDH2(g)F2(g)=2HF(g)H25 kJmol1D键长越短，键能越大，共价键越稳定，键长可以通过原子半径进行比较，同主族元素从上到下原子半径逐渐增大，则HBr键的键能在HCl键和HI
21、键之间，A正确；键能越大，共价键越稳定，表中HF键的键能最大，因此HF键最稳定，B正确；元素非金属性越强，得电子能力越强，电子对越偏向此元素，形成共价键的极性越强，即极性：HFHClHI，C正确；根据反应热和键能的关系，H(4361572568)kJmol1543 kJmol1，D错误。5A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们的核电荷数依次递增。已知B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，电子总数是E原子电子总数的；F是同周期主族元素中原子半径最小的元素；D2与E2的电子层结构相同；B与D可以形成三原子化合物甲；A是非金属元素，且A、C、F可形成离子化合物乙。请回答下列问题：(1
22、)F元素的名称是_，E的元素符号是_。(2)写出化合物乙的电子式：_。(3)化合物甲有_个键和_个键。(4)B、C、D三种元素对应的气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序是_。解析A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们的核电荷数依次递增，B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，则B为C元素；B原子核外电子总数是E原子核外电子总数的，则E为Mg元素；F是同周期主族元素中原子半径最小的元素，则F为Cl元素；D2与E2的电子层结构相同，则D为O元素，C为N元素；B与D可以形成三原子化合物甲，则甲为CO2；A是非金属元素，且A与N、Cl元素可形成离子化合物乙，则乙为NH4Cl，所以A为H元素。(1)根据上述分析可知，F为Cl元素，元素名称是氯，E为镁元素，元素符号为Mg。(2)化合物乙为NH4Cl，是离子化合物，故其电子式为。(3)化合物甲为CO2，结构式为O=C=O，所以有2个键和2个键。(4)B、C、D分别为C、N、O元素，同周期元素从左到右，元素的非金属性增强，元素的非金属性越强，对应简单气态氢化物的稳定性越强，则CH4、NH3、H2O的稳定性由强到弱的顺序为H2ONH3CH4。答案(1)氯Mg(2) (3)22(4)H2ONH3CH4
