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1、第二章分子结构与性质第一节共价键探究探究 共价共价键键的的类类型型研研读读教材教材自主自主认认知知1.1.共价共价键键:共用电子对共用电子对电子云电子云(或原子轨道或原子轨道)饱和性饱和性方向性方向性2.2.共价共价键键的分的分类类:(1)(1)按共用按共用电电子子对对数分数分类类。共价共价单键单键:键键(如如H HClCl、H HH H、ClClClCl等分等分别为别为s-ps-p键键、s-ss-s键键、p-pp-p键键)。共价双共价双键键:1:1个个键键、1 1个个键键(如碳碳双如碳碳双键键、碳氧双、碳氧双键键)。共价三共价三键键:1:1个个键键、2 2个个键键(如碳碳三如碳碳三键键、氮氮
2、三、氮氮三键键)。(2)(2)按共用按共用电电子子对对是否偏移分是否偏移分类类:非极性非极性键键和极性和极性键键。(3)(3)按原子按原子轨轨道重叠方式分道重叠方式分类类。键键 形成形成成成键键原子的原子的s s轨轨道或道或p p轨轨道道“_”重叠而形成重叠而形成类型类型s-ss-s型型s-ps-p型型p-pp-p型型特征特征a.a.对对称性称性:_:_b.b.强强度度:较较大大头头碰碰头头轴对轴对称称键键形成形成由两个原子的由两个原子的p p轨轨道道“_”重叠形成重叠形成p-pp-p键键特征特征a.a.对对称性称性:_:_b.b.强强度度:较较小小肩并肩肩并肩镜镜面面对对称称合作探究合作探究
3、核心核心归纳归纳1.1.所有的共价所有的共价键键都有方向性都有方向性吗吗?提示提示:并不是所有的共价键都有方向性并不是所有的共价键都有方向性,如如s-ss-s键就没有方向性。键就没有方向性。2.2.你能用所学原子你能用所学原子结结构理构理论论解解释氢释氢原子只能原子只能结结合合为为H H2 2,而不是以而不是以H H3 3的形的形式存在式存在吗吗?提示提示:因为氢原子因为氢原子1s1s轨道上的电子同另一个氢原子的轨道上的电子同另一个氢原子的1s1s轨道上的电子轨道上的电子配对成键后配对成键后,根据泡利原理根据泡利原理,H,H就不能再同第三个氢原子结合就不能再同第三个氢原子结合,因为如果因为如果
4、再同第三个氢原子结合再同第三个氢原子结合,其中必有两个电子的自旋方向相同而违背泡其中必有两个电子的自旋方向相同而违背泡利原理。利原理。3.3.氢氢原子和氟原子、原子和氟原子、氯氯原子均可以以原子均可以以键键相相结结合合,其成其成键轨键轨道完全相道完全相同同吗吗?提示提示:不相同。氢原子的未成对电子位于不相同。氢原子的未成对电子位于1s1s轨道轨道,氟原子、氯原子的未氟原子、氯原子的未成对电子分别位于成对电子分别位于2p2p、3p3p轨道轨道,即氢原子和氟原子成键是即氢原子和氟原子成键是1s1s和和2p2p轨道轨道“头碰头头碰头”重叠重叠,而氢原子和氯原子成键是而氢原子和氯原子成键是1s1s和和
5、3p3p轨道轨道“头碰头头碰头”重重叠。叠。4.4.已知氮气分子的共价已知氮气分子的共价键键是三是三键键(NN),(NN),你能通你能通过过画画图图来描述来描述吗吗?提示提示:氮原子各自用三个氮原子各自用三个p p轨道分别跟另一个氮原子形成一个轨道分别跟另一个氮原子形成一个键和两键和两个个键键,其示意图如下其示意图如下:5.5.乙乙烷烷、乙、乙烯烯和乙炔分子中的共价和乙炔分子中的共价键键分分别别由几个由几个键键和几个和几个键组键组成成?提示提示:乙烷分子中的共价键由乙烷分子中的共价键由7 7个个键组成键组成;乙烯分子中的共价键由乙烯分子中的共价键由5 5个个键和键和1 1个个键组成键组成;乙炔
6、分子中的共价键由乙炔分子中的共价键由3 3个个键和键和2 2个个键组键组成。成。【归纳总结归纳总结】1.1.键键与与键键的比的比较较:键键型型键键键键成成键键方向方向沿沿轴轴方向方向“头头碰碰头头”平行或平行或“肩并肩肩并肩”电电子云形状子云形状轴对轴对称称镜镜面面对对称称强强度大小度大小强强度大度大强强度度较较小小活活泼泼性性不活不活泼泼活活泼泼2.2.正确正确认识认识键键和和键键:(1)(1)键键与与键键的的实质实质都是由共用都是由共用电电子子对对而形成的化学而形成的化学键键。(2)(2)键键与与键键由于原子由于原子轨轨道的重叠程度不同从而道的重叠程度不同从而导导致了两者的致了两者的稳稳定
7、性定性不同。不同。(3)(3)由于由于s s轨轨道没有方向性道没有方向性,所以两个所以两个s s轨轨道只能形成道只能形成键键,不能形成不能形成键键。(4)(4)两个原子之两个原子之间间可以只形成可以只形成键键,但不能只形成但不能只形成键键。【拓展延伸拓展延伸】共价共价键键的特征的特征(1)(1)饱饱和性。和性。一个原子中的一个未成一个原子中的一个未成对电对电子与另一个原子中的一个未成子与另一个原子中的一个未成对电对电子配子配对对成成键键后后,一般来一般来说说就不能再与其他原子的未成就不能再与其他原子的未成对电对电子配子配对对成成键键了了,即每即每个原子所能形成共价个原子所能形成共价键键的的总总
8、数或以数或以单键连单键连接的原子数目是一定的接的原子数目是一定的,所所以共价以共价键键具有具有饱饱和性。和性。(2)(2)方向性。方向性。在形成共价在形成共价键时键时,原子原子轨轨道重叠得越多道重叠得越多,电电子在核子在核间间出出现现的概率越大的概率越大,所所形成的共价形成的共价键键就越牢固就越牢固,因此共价因此共价键键将尽可能沿着将尽可能沿着电电子出子出现现概率最大概率最大的方向形成的方向形成,所以共价所以共价键键具有方向性。具有方向性。过过关小关小练练即即时应时应用用1.(20151.(2015银银川高二川高二检测检测)下列物下列物质质的分子中的分子中,既有既有键键又有又有键键的的是是()
9、A.CA.C2 2H H6 6B.HClOB.HClOC.CHC.CH4 4D.COD.CO2 2【解题指南解题指南】解答本题的关键是解答本题的关键是(1)(1)明确各分子的结构特点明确各分子的结构特点,并能写出其结构简式并能写出其结构简式;(2)(2)明确明确键和键和键的存在原则。键的存在原则。【解析解析】选选D D。共价化合物中单键为。共价化合物中单键为键键,双键或三键中有一个为双键或三键中有一个为键键其余为其余为键。键。C C2 2H H6 6的结构式为的结构式为 ,分子中只存在分子中只存在键键;HClOHClO的的结构式为结构式为H HO OClCl,分子中只存在分子中只存在键键;CH
10、;CH4 4的结构式为的结构式为 ,分分子中只存在子中只存在键键;而而COCO2 2结构式为结构式为O CO C O O,既有既有键又有键又有键。键。2.(20152.(2015三明高二三明高二检测检测)下列下列说说法中不正确的是法中不正确的是()A.A.碳原子与碳原子之碳原子与碳原子之间间形成形成键键的重叠程度比的重叠程度比键键大得多大得多,键键比比键键牢固牢固B.B.两个原子之两个原子之间间形成共价形成共价键时键时,最多有一个最多有一个键键C.C.分子中可能只有分子中可能只有键键,也可能只有也可能只有键键,也可能既有也可能既有键键又有又有键键,还还有可能是既没有有可能是既没有键键也没有也没
11、有键键D.ND.N2 2中有一个中有一个键键,2,2个个键键,而而HCNHCN中中键键与与键键数目之比数目之比为为1111【解析解析】选选C C。从原子轨道重叠程度看。从原子轨道重叠程度看,碳碳原子间碳碳原子间键轨道重叠程度键轨道重叠程度比比键重叠程度小键重叠程度小,故故键稳定性小于键稳定性小于键键;两个原子间成键时两个原子间成键时,首先首先形成形成键且只形成键且只形成1 1个个键键,如果双方都含有未成对电子如果双方都含有未成对电子,则再形成则再形成键键(存在双键、三键之中存在双键、三键之中),),因此因此B B项正确而项正确而C C项错误项错误(分子中不可能只有分子中不可能只有键键););在
12、单质分子中存在在单质分子中存在键键(如如ClCl2 2、H H2 2)、键键(N(N2 2中存在中存在1 1个个键和键和2 2个个键键),),稀有气体为单原子分子稀有气体为单原子分子,不存在化学键不存在化学键,而而HCN(HHCN(HC CN)N)中中存在存在2 2个个键和键和2 2个个键。键。【补偿训练补偿训练】指明下列化学指明下列化学键类键类型的名称型的名称,并各并各举举一例含有一例含有这这种价种价键键类类型的物型的物质质。化学化学键类键类型型举举例例(1)(1),。(2)(2),。(3)(3),。(4)(4),。(5)(5),。【解析解析】共价键具有方向性共价键具有方向性,以以“头碰头头
13、碰头”重叠形成的为重叠形成的为键键,“肩并肩肩并肩”重叠形成的为重叠形成的为键键,由此可知由此可知(1)(1)、(2)(2)、(3)(3)形成的形成的为为键键,(4),(4)、(5)(5)形成的为形成的为键。键。答案答案:(1)s-s(1)s-s键键H H2 2(2)s-p(2)s-p键键HClHCl(3)p-p(3)p-p键键ClCl2 2(4)p(4)pz z-p-pz z键键N N2 2(5)p(5)py y-p-py y键键N N2 2(举例合理即可举例合理即可)探究探究 键键参数和等参数和等电电子体子体研研读读教材教材自主自主认认知知1.1.键键参数参数:概念概念作用作用键键能能气气
14、态态基基态态原子形成原子形成1 mol1 mol化化学学键键_的的_键键能越大能越大,键键越越_,_,越不易断裂越不易断裂键长键长形成共价形成共价键键的两个原子之的两个原子之间间的的_键长键长越短越短,键键能能_,_,键键越越_键键角角两个共价两个共价键键之之间间的的夹夹角角表明共价表明共价键键有有_,_,描述分子的立描述分子的立体体结结构构释释放放最低能量最低能量稳稳定定核核间间距距越大越大稳稳定定方向性方向性2.2.等等电电子原理及等子原理及等电电子体子体:(1)(1)等等电电子原理子原理:_:_总总数相同、数相同、_总总数相同的分子具有相似数相同的分子具有相似的化学的化学键键特征特征,它
15、它们们的的许许多性多性质质是相近的。是相近的。(2)(2)等等电电子体。子体。概念概念:满满足等足等电电子原理的分子称子原理的分子称为为等等电电子体。子体。原子原子价价电电子子实实例例:CO:CO和和N N2 2具有相同的原子具有相同的原子总总数和相同的价数和相同的价电电子子总总数数,属于等属于等电电子子体体,其性其性质对质对比如下比如下:分子分子N N2 2COCO结结构构原子数原子数_电电子数子数_价价电电子数子数_立体构型立体构型直直线线形形直直线线形形性性质质沸点沸点/-195.81-195.81-191.49-191.49熔点熔点/-210.00-210.00-205.05-205.
16、052 22 21414141410101010合作探究合作探究核心核心归纳归纳1.1.键键参数参数:(1)(1)试试从从键长键长和和键键能的角度分析能的角度分析HFHF、HClHCl、HBrHBr、HIHI稳稳定性逐定性逐渐渐减弱的原减弱的原因。因。提示提示:从从F F到到I I原子半径逐渐增大原子半径逐渐增大,分别与氢原子形成共价键时分别与氢原子形成共价键时,H,HF F、H HClCl、H HBrBr、H HI I的键长逐渐增长的键长逐渐增长,键能逐渐减小键能逐渐减小,故分子的稳定性故分子的稳定性逐渐减弱。逐渐减弱。(2)C(2)CC C键键和和C CC C键键的的键键能能为为347.7
17、 kJ347.7 kJmolmol-1-1和和615 kJ615 kJmolmol-1-1,为为什么什么后者的后者的键键能不是前者的能不是前者的2 2倍倍?提示提示:由由键和键和键的判断方法可以知道键的判断方法可以知道,乙烷分子中的碳碳单键为乙烷分子中的碳碳单键为键键,乙烯分子中的碳碳双键中有一个乙烯分子中的碳碳双键中有一个键和一个键和一个键键,由于由于键键能小键键能小于于键键,所以所以,乙烯的乙烯的C CC C键的键能小于乙烷键的键能小于乙烷C CC C键的键能的键的键能的2 2倍。倍。(3)N(3)N2 2、O O2 2、F F2 2跟跟H H2 2的反的反应应能力依次增能力依次增强强,从
18、从键键能的角度能的角度应应如何理解如何理解这这一化学事一化学事实实?提示提示:根据键能根据键能N N2 2OO2 2FF2 2,知破坏知破坏3 3个分子中的共价键消耗的能量依次个分子中的共价键消耗的能量依次减少减少,再由原子半径可推知产物的键长再由原子半径可推知产物的键长:H:HFHFHOHOHFHOHOHN,N,说明分子的稳定性说明分子的稳定性:HFH:HFH2 2ONHONH3 3,所以所以N N2 2、O O2 2、F F2 2跟跟H H2 2的的反应能力依次增强。反应能力依次增强。(4)(4)电负电负性大的双原子分子性大的双原子分子,键长键长短的短的键键能一定大能一定大吗吗?提示提示:
19、电负性大的双原子分子电负性大的双原子分子,键长短的键能不一定大。例如键长短的键能不一定大。例如,F,F2 2分子中分子中氟原子的半径很小氟原子的半径很小,因此其键长短因此其键长短,而两个氟原子形成共价键时核间距而两个氟原子形成共价键时核间距很小很小,排斥力很大排斥力很大,故其键能不大。因此故其键能不大。因此F F2 2的稳定性较差的稳定性较差,性质活泼。性质活泼。2.2.等等电电子体子体:(1)(1)根据等根据等电电子原理及所学知子原理及所学知识识,试举试举出几种等出几种等电电子体。子体。提示提示:H H2 2O O和和H H2 2S,SOS,SO2 2和和O O3 3,CO,CO2 2和和C
20、SCS2 2,卤素的氢化物。卤素的氢化物。(2)(2)已知已知COCO2 2是直是直线线形形结结构、构、N N 是平面正三角形是平面正三角形结结构构,试试推推测测C C和和CSCS2 2的的结结构。构。提示提示:N N 和和C C 是等电子体是等电子体,均为平面正三角形结构均为平面正三角形结构,CO,CO2 2和和CSCS2 2是是等电子体等电子体,均为直线形结构均为直线形结构,【归纳总结归纳总结】1.1.键键参数的参数的应应用用:(1)(1)共价共价键键的的键键能和能和键长键长反映了共价反映了共价键键的的强强弱程度弱程度,键长键长和和键键角常被用角常被用来描述分子的空来描述分子的空间间构型。
21、构型。(2)(2)一般来一般来讲讲,形成共价形成共价键键的两原子半径之和越小的两原子半径之和越小,共用共用电电子子对对数越多数越多,则则共价共价键键越牢固越牢固,含有含有该该共价共价键键的分子越的分子越稳稳定。定。(3)(3)键键能与化学反能与化学反应过应过程中的能量关系。程中的能量关系。化学反化学反应应的的实质实质是反是反应应物分子内旧化学物分子内旧化学键键的断裂和生成物分子内新化的断裂和生成物分子内新化学学键键的形成。化学反的形成。化学反应过应过程中程中,若旧若旧键键断裂所吸收的断裂所吸收的总总能量大于新能量大于新键键形成所放出的形成所放出的总总能量能量,反反应为应为吸吸热热反反应应,否否
22、则则,反反应为应为放放热热反反应应。2.2.键键参数与分子性参数与分子性质质的关系的关系:分子的分子的键键参数与分子的空参数与分子的空间间构型和分子构型和分子性性质质之之间间的关系可以表示如下的关系可以表示如下:过过关小关小练练即即时应时应用用1.1.下列下列说说法中正确的是法中正确的是()A.A.分子中分子中键键能越大能越大,键长键长越越长长,则则分子越分子越稳稳定定B.B.元素周期表中的第元素周期表中的第AA族族(除除H H外外)和第和第AA族元素的原子族元素的原子间间可能形成共可能形成共价价键键C.C.水分子可表示水分子可表示为为H HO OH,H,分子中分子中键键角角为为180180D
23、.HD.HO O键键的的键键能能为为467 kJ467 kJmolmol-1-1,即即18 g H18 g H2 2O O分解成分解成H H2 2和和O O2 2时时,消耗能量消耗能量为为934 kJ934 kJ【解题指南解题指南】解答本题时应注意以下解答本题时应注意以下3 3点点:(1)(1)键长与键能之间的关系。键长与键能之间的关系。(2)(2)了解常见分子的构型及键角。了解常见分子的构型及键角。(3)(3)会利用键能计算化学反应的热效应。会利用键能计算化学反应的热效应。【解析解析】选选B B。一般来说。一般来说,键能越大键能越大,键长越短键长越短,分子结构越稳定分子结构越稳定,故故A A
24、选项错误。查表知选项错误。查表知LiLi的电负性为的电负性为1.0,I1.0,I的电负性为的电负性为2.5,2.5,其差值为其差值为1.51.7,1.51.7,所以所以LiILiI中存在共价键中存在共价键,B,B选项正确。水分子中选项正确。水分子中H HO OH H的键的键角是角是105105,是是V V形分子形分子,故故C C选项错误。选项错误。D D项中项中,H,HO O键键能指的是气键键能指的是气态基态氢原子和氧原子形成态基态氢原子和氧原子形成1 mol H1 mol HO O键时释放的最低能量键时释放的最低能量,则拆则拆开开1 mol H1 mol HO O键形成气态氢原子和氧原子所需
25、吸收的能量也为键形成气态氢原子和氧原子所需吸收的能量也为467 kJ,18 g H467 kJ,18 g H2 2O O即即1 mol H1 mol H2 2O O中含中含2 mol H2 mol HO O键键,断开时需吸收断开时需吸收934 kJ934 kJ的能量形成气态氢原子和氧原子的能量形成气态氢原子和氧原子,再进一步形成再进一步形成H H2 2和和O O2 2时时,还需释放出一部分能量还需释放出一部分能量,故需知故需知H HH H键和键和O OO O键的键能键的键能,D,D选项错误。选项错误。2.(20152.(2015太原高二太原高二检测检测)下列各下列各组组互互为为等等电电子体的是
26、子体的是()A.NA.N2 2O O和和NONO2 2B.OB.O3 3和和SOSO2 2C.CHC.CH4 4和和NHNH3 3D.OHD.OH-和和N N【解析解析】选选B B。N N2 2O O和和NONO2 2的原子总数为的原子总数为3,3,相同相同,价电子总数分别为价电子总数分别为1616、17,17,不同不同,故故A A不符合题意不符合题意;O;O3 3和和SOSO2 2原子总数为原子总数为3,3,相同相同,价电子总数均为价电子总数均为18,18,相同相同,故故B B符合题意符合题意;CH;CH4 4和和NHNH3 3原子总数分别为原子总数分别为5 5、4,4,不同不同,价电子总价
27、电子总数均为数均为8,8,相同相同,故故C C不符合题意不符合题意;OH;OH-和和N N 原子总数分别为原子总数分别为2 2、3,3,不不同同,价电子总数均为价电子总数均为10,10,相同相同,故故D D不符合题意。不符合题意。【补偿训练补偿训练】(2015(2015武武汉汉高二高二检测检测)下列下列说说法中法中,错误错误的是的是()A.A.非金属元素可能形成离子化合物非金属元素可能形成离子化合物B.B.成成键键原子原子间间原子原子轨轨道重叠得越多道重叠得越多,共价共价键键越牢固越牢固C.C.对对双原子分子来双原子分子来说说,键键能越大能越大,含有含有该键该键的分子越的分子越稳稳定定D.D.键长键长越越长长,化学化学键键越牢固越牢固【解析解析】选选D D。非金属元素能形成共价化合物。非金属元素能形成共价化合物(如如H H2 2O O、HClHCl),),也可形成也可形成离子化合物离子化合物(如如NHNH4 4Cl);Cl);成键原子间原子轨道重叠越多成键原子间原子轨道重叠越多,键长越短键长越短,则键能则键能越大越大,共价键越牢固共价键越牢固,分子越稳定分子越稳定,D,D项错误。项错误。