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第一节

共价键

1．了解σ键和π键，了解共价键成键规律和σ键、π键的形成过程。

2．理解键能、键长、键角等键参数的概念。(重点) 3．能应用键参数——键能、键长、键角说明简单分子的结构和性质。(重难点) 4．了解等电子原理，能够判断简单的等电子体。

共

价

键

[基础·初探] 教材整理1

共价键的本质和特征

1．本质：原子之间形成共用电子对。

2．特征：饱和性、方向性。

教材整理2

共价键的类型

1．σ键

形成

s-s型

类

型

s-p型

p -p型

成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成

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①以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电特征

子云的图形不变，这种特征称为轴对称。

②σ键的强度较大。

2.π键

形成

p-p型

①每个π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，特征

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。②π键不能旋转，不如σ键牢固，较易断裂

[探究·升华] [思考探究] 观察下图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构回答：

由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成的

问题思考：

(1)乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成？

【提示】

乙烷分子由7个σ键组成；乙烯分子由5个σ键和1个π键组成；乙炔分子由3个σ键和2个π键组成。

(2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼呢？

【提示】

乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有1个和2个π键，π键原子轨道重叠程度小，不稳定，容易断裂。而乙烷中没有π键，σ键稳定，不易断裂。

(3)H原子和H原子、H原子和Cl原子、Cl原子和Cl原子分别均以σ键结合成H2、HCl和Cl2分子，共价键轨道完全相同吗？

【提示】

不相同。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原子成键以1s和1s轨道“头碰头”重叠，H原子和Cl原子以1s和3p轨道“头碰头”重叠，Cl原子和Cl原子以3p和3p轨道“头碰头”重叠。

[认知升华] “备课大师”全科【9门】：免注册，不收费！http://www.eywedu.cn/

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σ键与π键的比较

共价键类型

电子云重叠方式

电子云重叠部位

电子云重叠程度

键的强度

化学活泼性

成键规律

σ键

沿键轴方向相对重叠

两原子核之间，在键轴处

大

较大

不活泼

π键

沿键轴方向平行重叠

键轴上方和下方，键轴处为零

小

较小

活泼

共价单键是σ键；双键中一个是σ键，一个是π键；三键中一个是σ键，两个是π键

[题组·冲关] 题组1

共价键的本质与特征

1．下列不属于共价键成键因素的是(

) A．共用电子对在两原子核之间高概率出现

B．共用的电子必须配对

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

【解析】

共价键的成因和本质是，当成键原子相互靠近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系的能量降低。

【答案】

D 2．在氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是(

) A．氯原子的2p轨道和氢原子的1s轨道

B．氯原子的2p轨道和氢原子的2p轨道

C．氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道

D．氯原子的3p轨道和氢原子的3p轨道

【解析】

H原子和Cl原子的核外电子排布式分别为1s1和1s22s22p63s23p5，由此可以看出，H原子的1s轨道和Cl原子的3p轨道上各有一个未成对电子，故两者在形成氯化氢分子时，形成共价键的原子轨道是氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道。

【答案】

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3．下列说法正确的是(

)

【导学号：90990031】

A．若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性

B．基态C原子有两个未成对电子，所以只能形成两个共价键

C．所有共价键都有方向性

D．两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子不仅仅在两核之间，而是绕两个原子核运动

【解析】

如在形成CH4分子的过程中，碳原子2s轨道中的1个电子被激发到2p轨道中，此时碳原子有4个未成对电子，形成4个共价键，B错误；H2分子中的s轨道成键时，因s轨道为球形，故H2分子中的H—H共价键无方向性，C错误；两个原子轨道重叠后，电子在核间出现的概率增大，但不是绕两个原子核运动，D错误。

【答案】

A 【规律总结】

1所有的共价键都有饱和性，但不是所有的共价键都有方向性，如两个1s轨道H原子与H原子重叠形成的s­s σ键没有方向性。

2少部分金属与非金属元素原子间形成共价键，如BeCl2、AlCl3等原子间均以共价键结合。

3并不是所有的单质中都有共价键，稀有气体中不存在化学键，金属单质中不存在共价键。

题组2

σ键和π键的比较与判断

4．关于乙醇分子的说法正确的是(

) A．分子中共含有8个极性键

B．分子中不含非极性键

C．分子中只含σ键

D．分子中含有1个π键

【解析】

乙醇的结构式为，共含有8个共价键，其中C—H、C—O、O—H键为极性键，共7个，C—C键为非极性键。由于乙醇分子中只有单键，故无π键。

【答案】

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5．关于σ键和π键的比较，下列说法不正确的是(

) A．σ键是轴对称的，π键是镜面对称的

B．σ键是“头碰头”式重叠，π键是“肩并肩”式重叠

C．σ键不能断裂，π键容易断裂

D．氢原子只能形成σ键，氧原子可以形成σ键和π键

【解析】

σ键较稳定，不易断裂，而不是不能断裂。化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。

【答案】

C 6．(1)1 mol HCHO分子中含有σ键的数目为__________________mol。

(2)CS2分子中，共价键的类型有________。

(3)Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4，1 mol Ni(CO)4中含有________ mol σ键。

(4)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型材料，图中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。

【解析】

(1)HCHO的结构式为，则1 mol HCHO分子中含有3 mol σ键。(2)CS2分子中，C与S原子形成双键，每个双键都是含有1个σ键和1个π键，分子空间构型为直线形，则含有的共价键类型为σ键和π键。(3)CO分子的电子式为∶C⋮⋮O∶，故1个CO分子中存在1个σ键，而Ni(CO)4中Ni与CO之间还存在4个σ键，故1 mol Ni(CO)4中含有8 mol σ键。(4)由图可看出每个碳原子能与三个碳原子形成单键，故能形成3个σ键。

【答案】

(1)3

(2)σ键、π键

(3)8

(4)3 【规律总结】

分子中σ键与π键的判断方法

根据成键原子的价电子数来判断能形成几个共用电子对。如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对时，则先形成1个σ键，另外的原子轨道形成π键。

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键

参

数

——

键

能

、

键

长

与

键

角

[基础·初探] 1．键能、键长与键角的概念和特点

键参数

键能

概念

特点

气态基态原子形成1 mol化学键释键能越大，键越稳定，越不易被打放的最低能量

形成共价键的两个原子之间的核间距

两个共价键之间的夹角

断

键长越短，键能越大，键越稳定

表明共价键有方向性，决定分子的立体结构

键长

键角

2.键能、键长和键角对分子性质的影响

[探究·升华] [思考探究] 键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键长和键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的几何构型就确定了。如NH3分子的H—N—H键角是107°，N—H的键长是101 pm，就可以断定NH3分子是三角锥形分子，如图

问题思考：

(1)根据元素周期律可知NH3的稳定性强于PH3，你能利用键参数加以解释吗？

【提示】

键长：N—H＜P—H，键能：N—H＞P—H，因此NH3更稳定。

(2)N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强，从键能的角度应如何理解这一化“备课大师”全科【9门】：免注册，不收费！http://www.eywedu.cn/

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学事实？

【提示】

由教材表2-1中键能的数值可知：H—F>H—O>H—N，而键长：H—F＜H—O＜H—N，说明分子的稳定性：HF＞H2O＞NH3，所以N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。

(3)一般来说，键长越短，键能越大。但F—F键键长短，键能小，请思考其原因。

【提示】

氟原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两个氟原子形成共价键时，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能不大，F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。

[认知升华] 1．共价键参数的应用

(1)键能的应用

①表示共价键的强弱

键能越大，断开化学键时需要的能量越多，化学键越稳定。

②判断分子的稳定性

结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。

③判断化学反应的能量变化

在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形成释放能量，因此反应焓变与键能的关系为ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和；ΔH＜0时，为放热反应；ΔH＞0时，为吸热反应。

(2)键长的应用

①一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子越稳定。

②键长的比较方法

a．根据原子半径比较，同类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短。

b．根据共用电子对数比较，相同的两个原子间形成共价键时，单键键长＞双键键长＞三键键长。

(3)键角的应用

①键长和键角决定分子的空间构型

②常见分子的键角与分子空间构型

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化学式

CO2

NH3

结构式

O===C===O 键角

180°

107°

空间构型

直线形

三角锥形

H2O

105°

V形

BF3

120°

平面三角形

CH4

2.共价键强弱的判断

109°28′

正四面体形

(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，共用电子对数越多，则共价键越牢固，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：共价键的键长越短，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，形成的共价键越稳定。

【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，由键长和键能决定。

[题组·冲关] 1．反映共价键强弱的物理量是(

) A．键能

C．键能、键长、键角

B．键能、键长

D．键长、键角

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【解析】

键能可看作是断开共价键所需的能量，键能越大，则断开键时所需的能量就越多，含该键的分子就越稳定；键长越长键能反而越小，故反映键的强弱的物理量是键能和键长。

【答案】

B 2．NH3分子的空间构型是三角锥形结构而不是平面正三角形结构，最充分的理由是(

)

【导学号：90990033】

A．NH3分子内3个N—H键长均相等

B．NH3分子内3个价键的键角和键长均相等

C．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于107°

D．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于120°

【解析】

NH3分子内的键角和键长都相等，可能有两种情况，一是平面正三角形，二是三角锥形结构。如果键角为120°，则必然为平面正三角形。

【答案】

C 3．碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：

化学键

键能－

kJ·mol1回答下列问题：

(1)通常条件下，比较CH4和SiH4的稳定性强弱：________。

(2)硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是_______________________________________________________ __________________________________________________________。

(3)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是

_______________________________________________________________ _____________________________________________________________。

【解析】

(1)因为C—H键的键能大于Si—H键的键能，所以CH4比SiH4稳定。

(2)C—C键和C—H键的键能比Si—H键和Si—Si键的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。

“备课大师”全科【9门】：免注册，不收费！http://www.eywedu.cn/ C—C 356 C—H 413 C—O 336 Si—Si 226 Si—H 318 Si—O 452

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(3)C—H键的键能大于C—O键的，C—H键比C—O键稳定，而Si—H的键能却远小于Si—O键的，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。

【答案】

(1)CH4比SiH4稳定

(2)C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成

(3)C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定，而Si—H的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键

等

电

子

原

理

[基础·初探] 1．等电子原理：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，它们的许多性质是相近的。

2．等电子体：满足等电子原理的分子称为等电子体。如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，它们的许多性质相似。

[探究·升华] [思考探究] (1)CO、CN－与N2互为等电子体，则CO和CN－的结构式应怎样书写？

【提示】

C≡O、[C≡N]－。

(2)已知CS2、N2O与CO2互为等电子体，试判断CS2的空间构型是怎样的？

【提示】

直线型。

(3)已知CN－与N2互为等电子体，则HCN分子中σ键与π键的数目之比为多少？

【提示】

1∶1。HCN中CN－与N2结构相同，含有三个键，一个σ键和两个π键；另外H和C之间形成一个σ键，所以HCN分子中σ键与π键数目之比为2∶2，即为1∶1。

[认知升华] 常见的等电子体

类型

实例

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三原子16电子的等电子体

二原子10电子的等电子体

三原子18电子的等电子体

四原子24电子的等电子体

五原子32电子的等电子体

－CO2

CS2

N2O NO＋2

N3

BeCl2(g) －－N2、CO、NO＋、C22、CN

NO－2、O3、SO2

2－3－NO－3、CO3、BO3、BF3、SO3(g) 2－3－SiF4、CCl4、BF－4、SO4、PO4

[题组·冲关] 1．下列各组粒子属于等电子体的是(

) A．12CO2和14CO

C．N2和13CO

B．H2O和NH3

D．NO和CO 【解析】

构成粒子的原子总数相同、价电子总数相同的粒子互称为等电子体。在上述粒子中，C选项中两分子的原子数相同且价电子总数也相同，所以是等电子体。

【答案】

C 2．根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间构型不相似的是(

)

【导学号：90990034】

A．NH＋4和CH4

2－C．NO－3和CO3

B．H3O＋和NH3

D．CO2和H2O 【解析】

根据等电子原理，CO2和H2O二者原子数相等，但价电子总数不等，不是等电子体，则它们的空间构型不相似。

【答案】

D 3．“笑气”(N2O)是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。下列有关“笑气”的说法合理的是(

) A．依据等电子原理，N2O与SiO2分子具有相似的结构(包括电子式) B．已知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，则N2O的结构式可表示为N===N===O C．N2O与CO2互为等电子体，因此不含非极性键

D．N2O为角形分子

【解析】

互为等电子体的两者必须具有相同数目的原子和价电子，故N2O与CO2互为等电子体，而CO2的结构式为O===C===O，直线形分子，故N2O也为直线形分子，但SiO2为正四面体形空间结构，A、D均错误；因为N2O分子“备课大师”全科【9门】：免注册，不收费！http://www.eywedu.cn/

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中氧原子只与一个氮原子相连，则N2O的结构式为N===N===O，分子含有非极性键，B正确、C错误。

【答案】

B 4．根据等电子原理，下列分子或离子与NO－3有相似结构的是(

) ①SO3

②BF3

③CH4

④NO2

A．①②

C．①②④

B．④

D．①②③④

【解析】

NO－3是4原子，24(5＋6×3＋1＝24)个价电子(最外层电子数)的微粒，与其原子数相同的只有①和②。SO3的价电子数为：6×4＝24；BF3的价电子数为：3＋7×3＝24，故SO3、BF3与NO－3是等电子体，结构相似。

【答案】

A 【规律总结】

等电子体的确定方法

1将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少nn＝1，2等的原子，－如N2与CO、N－3和CNO互为等电子体。

2将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加或减少n的元素带n个单位电荷的阳离子或阴离子，如N2O和N－3互为等电子体。

3同主族元素最外层电子数相同，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子，如O3与SO2、CO2与CS2互为等电子体。

4互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，如N2O与CO2互为等电子体。

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