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1、第一节共价键基础课时5共价键第二章分子结构与性质学习任务学习目标1min自学指导6min阅读课本第34-39页，完成课堂导学案 自学检测3min AlCl3键能：F-FCl-ClC自学检测3min元素NaClHClCO电负性电负性差值【温故知新】钠、氯通过得失电子形成电子对，为什么这对电子不被钠原子和氯原子共用形成共价键而形成离子键？你能从元素的电负性差别来理解吗？填写下表。0.93.0 2.13.02.53.52.10.91元素的电负性差值很大（大于1.7），化学反应形成的电子对不会被共用，形成离子键，电负性差值不大（小于1.7）的原子间形成共价键。教师点拨25minH2HClCl2温故知新
2、你能用电子式表示下列物质的形成过程吗？(1)(2)HClH+ClHHH:HClClCl Cl(3)共价键如何用原子轨道的概念来进一步理解共价键的形成？如何通过原子轨道进一步理解共价键的形成？【思考交流思考交流】氢原子形成氢分子的过程示意氢原子形成氢分子的过程示意H1sH1s两个氢原子电子自旋方向相反，当它们相互靠近到一定距离时，两个1s原子轨道发生重叠，核间形成一个电子概率密度较大的区域。体系能量降低，形成氢分子。共价键的本质：由于原子轨道重叠，原子核间电子概率密度增大，吸引原子核而成键。HHHHHH的形成（两个s轨道重叠）1s11s1s轨道呈球形对称，s-s轨道重叠时没有方向性。H原子只有一
3、个未成对电子，一旦配对，就不能再与其它原子结合了。H2HeO2NeH:HO ON2N N1s2s2p2s2p1s2s2p1.饱和性按照共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，可和几个自旋相反的电子配对成键，这就是共价键的;如果原子没有未成对电子，则不能形成共价键。一、共价键的特征CH4NH3H2OCO2正四面体形三角锥形V形直线形电子所在的原子轨道都具有一定的形状，成键原子的电子云尽可能达到最大重叠必须沿一定方向成键，所以共价键有方向性。它决定了分子的空间构型。2.方向性共价键的特征与分类比较共价键的特征与分类比较由图知，。由到过程是两个氢原子的核间距逐渐减小的过程，核间距逐渐减小时，两个氢
4、原子的原子轨道会相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大。氢原子和氯原子都有一个未成对电子，从分子的形成过程来看，只有未成对电子才能形成共用电子对，在H2、HCl、Cl2分子中，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。HHHH1S1S二、共价键的类型氢原子形成氢分子的电子云描述1、键按照原子轨道重叠方式分类两个原子轨道沿着键轴方向（两核间联线）方向以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键。1.1s-s键H2中的共价键称为中的共价键称为键键。H2中的中的键是由两个键是由两个s轨道重叠形成的。轨道重叠形成的。氢原子形成氢分子的过程氢原子形成氢分子的过
5、程HClHCl1s1 1s22s22p63s23p5HCl的形成的电子云描述1.2s-p键s轨道呈球形对称，p轨道呈哑铃形，只有当沿着键轴方向以“头碰头”方式重叠，才能实现原子轨道最大重叠。除了s轨道和s轨道重叠形成共价键外，还能找到其他轨道重叠形成共价键的例子吗？【思考交流思考交流】H-Cl的形成的形成HCl中的共价键是中的共价键是由氢原子提供的未成对电子的由氢原子提供的未成对电子的1s原子轨原子轨道和氯原子提供的未成对电子的道和氯原子提供的未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。原子轨道重叠形成的。两个3p轨道沿着键轴方向以“头碰头”方式重叠，形成pp键用原子轨道描述2个氯原子形成Cl2分子的
6、过程。1s22s22p63s23p5ClClClCl1.3p-p键Cl-Cl的形成的形成Cl2中的共价键是中的共价键是由由2个氯原子各提供个氯原子各提供1个未成对电子的个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。原子轨道重叠形成的。H-ClH-HCl-Cl请归纳请归纳H-H、H-Cl和和Cl-Cl的特点。的特点。【思考交流思考交流】1.键s-s键，如：键，如：H-Hs-p键，如：键，如：H-Clp-p键，如：键，如：Cl-Cl“头碰头头碰头”原子轨道的重叠方式：原子轨道的重叠方式：种类种类轴对称轴对称电子云的对称方式：电子云的对称方式：总结键的特点：1.轨道的重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布（轴对称）
7、。因此，通过键连接的原子绕键轴旋转而不会破坏化学键。2.“头碰头”重叠符合原子轨道最大重叠原理：轨道重叠越多，两核间电子云密度越大，共价键越牢固，键能越大。3.共价单键都是键。原子轨道除了以“头碰头”的方式重叠以外，还有没有可能以其他的方式重叠成键？【思考交流】p-p键的形成未成对电子的原子轨道相互靠拢原子轨道相互重叠形成的键p轨道与轨道与p轨道除了能形成轨道除了能形成键外，还能形成键外，还能形成键键。键特征是两个原子轨道以平行或“肩并肩”方式重叠；原子重叠的部分分别位于两原子核构成平面的两侧。每个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。p-p键p-p键p-p键2p3轨道N2
8、（NN）用电子云画出形成过程【科学探究1】N2NN分子结构资料N2中共价三键的形成过程O2的形成过程p-p键p-p键两对孤对电子对电子云2p4轨道2.键概念：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，主要类型为p-p键，其形成过程可以表示为下图：键的重叠方式：“肩并肩”P-P键的形成(1)镜面对称：每个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。(2)强度小：形成键时，原子轨道重叠程度比键的小小，通常情况下，键没有键牢固。(3)不能旋转：以形成键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转，若单独旋转则会破坏键。键键的特征的特征通过氮气中氮氮
9、三键形成过程的分析，通过氮气中氮氮三键形成过程的分析，如何判断共价键如何判断共价键是是键或是键或是键？键？【思考交流思考交流】单键双键三键键1个键、1个键1个键、2个键 观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，它们的分子中的观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，它们的分子中的共价键分别由几个共价键分别由几个键和几个键和几个键构成？键构成？乙烷乙烷乙烯乙烯乙炔乙炔【科学探究】乙烷中含有乙烷中含有1个个C-C键和键和6个个C-H键，所以乙烷中含有键，所以乙烷中含有7个个键；键；乙烯中含有乙烯中含有1个个C=C键和键和4个个C-H键，即含有键，即含有5个个键和键和1个个键；键；乙炔中含有乙炔中含有1个三键和个三键
10、和2个个C-H键，即含有键，即含有3个个键和键和2个个键；键；单键可绕键轴任意旋转，不破坏键双键不能旋转，否则破坏键C分子中所有的共价单键都是键，含有共价双键的还含有键键“头碰头”，键“肩并肩”键呈轴对称，键呈镜面对称只有H原子间成键含有非H原子间成键共价共价键键本质：原子之间通过共用电子对本质：原子之间通过共用电子对(或原子轨道重叠或原子轨道重叠)形成共价键形成共价键特征：具有方向性和饱和性特征：具有方向性和饱和性成键方式成键方式键键原子轨道原子轨道“头碰头头碰头”重叠，重叠，电子云呈轴对称电子云呈轴对称特征特征键键原子轨道原子轨道“肩并肩肩并肩”重叠，重叠，电子云呈镜面对称电子云呈镜面对称
11、特征特征共价三键共价三键1个个键、键、2个个键键共价单键共价单键1个个键键共价双键共价双键1个个键、键、1个个键键一般规律一般规律【小结】【小结】共价键的强弱用什么来衡量？我们如何用化学语言来描述共价键的强弱用什么来衡量？我们如何用化学语言来描述不同分子的空间结构和稳定性不同分子的空间结构和稳定性？CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6【思考交流思考交流】键参数键能、键长与键角1.概念：气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。2.单位：kJmol-13.条件：通常是298.15K、100kPa条件下的标准值。4.测定：键能可以通过实验测定，更多的是推算获得，是平均值。5.意义
12、：衡量共价键的强弱。一一、键能键能或气态原子形成1mol化学键结合成气态分子所释放的能量。键能可通过实验测定，更多却是推算获得的。例如，断开CH4中的4个CH，所需能量并不相等，因此，CH4中的CH只能是平均值，而表2-1中的CH键能是更多分子中的CH键能的平均值。某些共价键的键能(kJmol1)1.相同原子间的键能：单键双键三键2.碳碳双键键能不等于碳碳单键键能的两倍，碳碳叁键不等于碳碳单键的三倍，说明了什么？键键能键键能3.氮氮双键键能不等于氮氮单键键能的两倍，氮氮叁键不等于氮氮单键的三倍，说明了什么？键键能键键能【思考交流思考交流】请找出请找出键键能数据中的规律。能数据中的规律。氮分子不
13、容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应规律：一般来说，结构相似的分子中，原子半径越小，键能越大。某些共价键的键能(kJmol1)【思考交流思考交流】请找出请找出键键能数据中的规律。能数据中的规律。NH、OH与HF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。所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。F原子半径很小，因此两个F原子形成共价键时，原子核之间的距离小，排斥力大，因此键能小。某些共价键的键能(kJmol1)【思考交流思考交流】F-F不符合不符合“半径越小，键能越大半径越小，键能越大”的的规律，为什么？规律，为什么？6.键能的应用判断共价键的稳定性（键
14、能越大，共价键越稳定）从键能的定义可知，破坏1mol化学键所需能量越多，即共价键的键能越大，则共价键越稳定。判断分子的稳定性（键能越大，分子越稳定）一般来说，结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。如分子的稳定性：HFHClHBrHI。估算化学反应的反应热同一化学键解离成气态原子所吸收的能量与气态原子结合形成化学键所释放的能量在数值上是相等的，故根据化学键的键能数据可计算化学反应的反应热。H=反应物的总键能生成物的总键能计计算算，1molH2分分别别跟跟1molCl2、1molBr2(蒸蒸气气)反反应应，分分别别形形成成2molHCl和和2molHBr，哪哪一一个个反反应应释释放放的的
15、能能量量更更多多？如如何何用用计计算算的的结结果果说说明明氯氯化化氢氢分分子子和和溴溴化化氢氢分分子子哪哪个个更更容容易易发生热分解生成相应的单质发生热分解生成相应的单质？HH(436.0kJmol1)、ClCl(242.7kJmol1)、BrBr(193.7kJmol1)、HCl(431.8kJmol1)、HBr(366kJmol1)对于反应H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H436.0242.72431.8184.9kJmol1对于反应H2(g)Br2(g)=2HBr(g)H436.0193.72366102.3kJmol1。思考与讨论思考与讨论Cl2中Cl-Cl键长单位：单位：pm（
16、1pm10-12m）二二、键键长长1.概念：构成化学键的两个原子的核间距。不过，分子中的原子始终处于不断振动之中，键长只是振动着的原子处于平衡位置时的核间距。2.键长大小：原子半径决定共价键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。共价半径：相同原子的共价键键长的一半称为共价半径P39键键长/pm 键能/(kJmol1)HX的热分解温度/HCl127.4431.81000HBr141.4366600HI160.9298.7300根据下表中的HCl、HBr和HI的键长、键能的数据和热分解温度，考察它们之间的相关性。通过这个例子说明分子的结构如何影响分子的化学性质？3.键长、键能与分子化学性质的关系
17、：键长是衡量共价键强弱的另一重要参数。一般来说，共价键的键长越短，键能越大，该共价键越稳定，含该键的分子越稳定，越不容易分解。4.键长判断方法根据原子半径判断其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。如键长：HIHBrHClHF；IIBrBrClClFF；SiSiSiCCC。根据共用电子对数目判断对于相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子间形成双键、三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长双键键长三键键长。如键长：CCC=CCC。思考：乙烯、乙炔为什么比乙烷活泼？虽然键长CCC=CCC，键能CCC=CCC，但乙烯、乙炔在发生加成反应时，只有键断裂(键
18、的键能一般小于键的键能)，即共价键部分断裂。为什么CH4分子的空间结构是正四面体，而CH3Cl只是四面体而不是正四面体？CH和CCl的键长不相等。键长是影响分子空间结构的因素之一。5.键长的应用判断共价键的稳定性键长越短，键能越大，表明共价键越稳定。分子的空间结构键长是影响分子空间结构的因素之一。同为三原子分子，为什么CO2的空间结构是直线形，而H2O的空间结构是V形？NH3H2OCO2常见分子的空间结构三角锥形V形直线形键角是描述分子空间结构的重要参数。多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性键长和键角的数值可通过晶体的X X射线衍射实验射线衍射实验获得三三、键角键角1.概念：在多原子分子
19、中，两个相邻共价键之间的夹角。分子的空间结构键角实例正四面体形CH4、CCl4平面形苯、乙烯、BF3等三角锥形NH3V形(角形)H2O直线形CO2、CS2、CHCH109281201071051802.意义：多原子分子中的键角一定,表明共价键具有方向性。键角是描述分子空间构型的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。1.如图白磷和甲烷均为正四面体结构：它们的键角是否相同，为什么？不同，白磷分子的键角是指PP之间的夹角，为60；而甲烷分子的键角是指CH的夹角，为10928。2.实验测得H2S为共价化合物，HSH的夹角为92.3，键长相同，则H2S的空间结构是什么？H2S分子是V形结构。思考与讨论思
20、考与讨论 常见分子中的键角与分子空间结构。3.键角键角的应用的应用键长和键角决定分子的空间结构。多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。键角是描述分子空间结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。四四、共价键强弱的判断共价键强弱的判断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，两原子间共用电子对数越多，则一般共价键越牢固，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：共价键的键长越小，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
21、共价键一般越稳定。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大小决定。五五共价键的牢固性与物质稳定性的关系：共价键的牢固性与物质稳定性的关系：(1)对于双原子分子，其分子内只含一个共价键时，共价键越牢固，该物质分子的化学性质越稳定。(2)共价键的牢固程度与其化学活泼性不是完全相同的，如CC键或C=C键，依据键能数据是较牢固的共价键，但由于该类键中的键部分是由原子轨道的侧面重叠所得，所以容易破坏而发生化学反应。(3)FF的键长短，键能小的解释：F原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两F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
22、键能不大，F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。键参数对分子性质的影响键参数对分子性质的影响【归纳小结归纳小结】键参数的应用键参数的应用 不同。N2中存在NN，氮氮三键的键能比较大，断开氮氮三键需要较高的能量，故单质的活泼性：N2Cl2。化学反应包括旧键断裂和新键形成两个过程，N2中NN断裂需要很高的能量，而Cl2中ClCl键断裂需要的能量相对较低，故氯气容易与氢气发生反应。原子半径：FClBrI，键长：HFHClHBrHClHBrHI，稳定性：HFHClHBrHI。DB物理性质单原子分子，没有化学键从F到I，原子半径增大，氢化物中化学键的键长变长，键能变小，所以稳定性：HFHClHBrHI；由于HF的键能大于HO，所以稳定性：HFH2ONN键能很大稳定性化学性质随堂自测DCAC4个原子共面，呈平面三角形。双键中含有1个键和1个键，键电子云重叠程度小，不如键稳定CH4比SiH4稳定CC和CH的键能较大，不易断裂，形成的烷烃比较稳定，而硅烷中SiSi和SiH的键能较小，易断裂，所以长链硅烷难以形成CH的键能大于CO，CH比CO稳定，而SiH的键能却小于SiO，所以SiH不稳定而倾向于形成稳定性更强的SiO