高中化学专题3微粒间作用力与物质性质3.3共价键原子晶体1学案苏教版选修3

3.3 共价键原子晶体知识回顾离子键、共价键、金属键的比较比较类型离子键共价键金属键概念使阴、阳离子结合成化合物的静电作用原子间通过共用电子对形成的相互作用金属阳离子和自由电子之间的静电作用组成微粒阴阳离子原子金属阳离子和自由电子成键条件得失电子电子云重叠（电子对共用）能形成自由电子作用方式阴、阳离子的静电作用原子间通过共用电子对作用金属阳离子和自由电子间的静电作用存在（举例）离子化合物，如NaCl非金属单质，如H2，共价化合物，如HCl，离子化合物，如NaOH金属单质，如Na键的强弱判断成键离子半径越小，离子所带电荷越高，离子键越强，离子晶体的熔沸点越高原子半径越小，共用电子对数越多，共价键越强，形成的单质或化合物越稳定金属阳离子半径越小，离子所带电荷越高，金属键越强。

金属单质的熔沸点越高疏导引导知识点1：共价键的形成1.共价键的概念原子间通过共用电子对所形成的强烈的相互作用。

2.共价键形成的本质当成键原子相互接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。

以H2分子的形成为例来说明共价键是如何形成的。

当两个氢原子相互接近时，若两个氢原子核外电子的自旋方向相反，它们接近到一定距离时，两个1s轨道发生重叠，电子在两原子核间出现的机会较大。

随着核间距的减小，核间电子出现的机会增大，体系的能量逐渐下降，达到能量最低状态。

核间距离进一步减小时，两原子间的斥力使体系的能量迅速上升，这种排斥作用又将氢原子推回到平衡位置。

氢气分子的形成过程中能量（主要指势能）随核间距的变化下如下图中曲线a表示。

氢气分子的能量与核间距的关系若两个氢原子核外电子的自旋方向相同，当它们相互接近时，原子间总是排斥作用占主导地位（如上图中曲线b所示）。

所以两个带有自旋方向相同的电子的氢原子不可能形成氢气分子。

3.共价键形成的表示方法与用电子式表示离子化合物的形成过程类似，用电子式表示共价分子的形成过程时−”的左侧为原子的电子式，同种原子可以合并，右侧为单质或化合物分子的电子式。

“−→不同的是，因未发生原子间的得失，也没有形成离子，因此在化合物中出现括号和离子电荷数。

例：注意：用电子式表示化合物时，一是要搞清成键原子间形成的是离子键还是共价键；二是不要混淆“用电子式表示结构”和“用电子式表示分子的形成过程”。

4.共价键的饱和性同只有成键原子中自旋方向相反的未成对电子才能形成共用电子对，通常每种元素的原子有几个未成对电子就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键。

5.共价键的方向性2个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键。

原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越多，体系能量下降越多，形成的共价键越牢固。

知识点2：共价键的类型1.按成键方式（1）σ键：原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”的方式重叠形成的共价键。

（2）π键：原子轨道在核间连线上、下或前后两侧以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键。

原子之间形成双键时，有一个σ键一个π键，形成叁键时有一个σ键两个π键。

因π键的重叠程度比σ键重叠程度小得多，所以σ键要更牢固。

2.按键的极性（1）非极性键：2个成键原子吸引电子的能力相同，共用电子对不发生偏移，这类共价键称为非极性共价键，简称非极性键。

由同种元素的原子间形成的共价键是非极性键。

(2)极性键：2个成键原子吸引电子的能力不同，共用电子对发生偏移，这类共价键称极性共价键，简称极性键。

由不同种元素的原子间形成的共价键是极性键。

键的极性强弱判断方法：成键的两原子吸引电子对的能力差别（即非金属性差别）越大，电子对偏移的程度越大，键的极性越强。

如有处于短周期的四种元素：，它们之间能形成共价键，键的极性最强的是X—Y键，键的极性最弱的是Y—E键。

3.按两原子间共用电子对数目可分为单键、双键、叁键等。

如C—C、C==C、C≡C。

4.配位键由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成的共价键，在写物质的结构式时通常用“”表示配位键。

（1）孤对电子：分子（或离子）中，没有跟其他原子共用的电子对就是孤对电子。

如NH3、H2O、HF分子中分别有1对、2对、3对孤对电子。

（2）空轨道：指无电子的原子轨道，如H+的1s轨道。

[]知识点3：共价键的键能与化学反应热1.共价键的键参数（1）键能：101 kPa，298 K条件下，1 mol气态AB分子生成气态A原子和B原子的过程中所吸收的能量，称为AB间共价键的键能，单位kJ·mol-1。

键能为正值，键能越大，共价键越牢固。

含有该键的分子越稳定。

（2）键长：在分子中两个成键原子的核间平均距离叫键长，键长越短，键就越强，越牢固，类型相同的共价键，键长长短可根据成键原子的半径来比较。

（3）键角：在分子中键与键之间的夹角叫键角。

键角可反映分子的空间构型，可判断分子的极性。

2.化学反应的本质与化学键的关系化学反应的本质是原子之间的重新组合，而原子之间的重新组合必然会涉及到反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的生成。

化学键断裂需要克服原子间的相互作用而吸收能量；当原子重新组合形成新化学键时，又要释放能量。

生成物中新化学键形成时所释放的总能量与反应物中旧化学键断裂时所吸收的总能量的差就是此反应的反应热。

3.键能与化学反应热化学反应都伴随能量的变化。

我们用ΔH表示反应的热效应。

ΔH有“+”“-”号，单位kJ·mol-1。

（1）ΔH＜0，该反应放热，反应物的键能之和小于生成物的键能之和。

（2）ΔH＞0，该反应吸热，反应物的键能之和大于生成物的键能之和。

知识点4：原子晶体1.定义晶体中所有原子都是通过共价键结合的，这样的晶体称原子晶体。

举例：金刚石、晶体硅、金刚砂（SiC）、二氧化硅（SiO2）、氮化硼（BN）、氮化硅（Si3N4）。

2.空间结构立体网状结构。

3.部分物理性质熔、沸点都很高，硬度都很大。

其原因是共价键键能大，如金刚石熔点为3 550 ℃。

4.构成微粒原子、原子晶体中不存在单个分子，化学式（如SiO2）不是分子式，只代表原子个数比。

5.教材中“金刚石的结构示意图”与“金刚石晶胞”图，二者不一样。

从前者能更加直观地看出金刚石是以正四面体结构向空间发展成的空间网状结构，从后者较方便地计算出金刚石晶胞中的碳原子数。

活学巧用1.如下图所示的物质结构示意图中，代表原子序数从1到10的元素的原子实（原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分），小黑点代表未用于形成共价键的最外层电子，短线代表价键。

（示例：F2）根据各图表示的结构特点，写出这些分子的化学式：A___________________，B________________，C__________________，D_____________。

解析：观察A、B、C、D图示，结合题给信息可以推知，在A中，有三个相同原子各提供一个电子与另一原子形成共用电子对以单键与这个原子结合，且这个原子最外层还有2个未成键电子，说明该原子最外层有5个电子，又由于其原子序数小于10，故该原子为氮原子，另三个原子最外层只有一个电子，且其原子序数也是小于10的，应判断是氢原子而不是Li 原子（因Li为金属元素）。

由此可推出A为NH3，即：，同理我们可以分析得出B为H—C≡N，即HCN；C为，即为；D为，即为BF3。

答案：NH3 HCN CO（NH2）2 BF32.下列电子式书写正确的是（）解析：在书写共价分子的电子式时，应注意：①各原子最外层的电子即使未参与成键也必须全数标出；②要正确标出共用电子对的对数；③较复杂的分子要标对原子间的连接方式，原子间的连接方式不一定是分子式书写的顺序，如HClO的电子式为，而不是。

选项A中N原子的最外层电子未标全；B项中Cl原子的最外层电子也没有全部标出；D项中，C、O共用电子对数目标错，也不满足8电子稳定结构，正确写法为。

答案：C3.原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系是（）A.共价键的方向性B.共价键的饱和性C.共价键原子的大小D.共价键的稳定性解析：共价键的特征：具有方向性和饱和性，方向性决定原子以共价键结合形成分子的构型，而饱和性决定原子相互结合的数量。

答案：B4.下列说法不正确的是（）A.σ键比π键重叠程度更大，形成的共价键强B.气体单质中，一定有σ键，可能有π键C.乙烯分子中的碳碳双键有一个σ键一个π键D.N2分子中形成的共价键都是σ键解析：B项中气体单质中可能没有共价键，如He等单原子分子形成的单质。

D项中N2分子中的共价键为一个σ键两个π键。

A、C项都正确。

答案：BD5.下列分子含有的电子数目与HF相同，且只有两个极性共价键的是（）A.CO2B.N2OC.H2OD.CH4解析：1个HF分子含10个电子，题目给出的4种物质中只有CH4、H2O为10电子微粒，CH4分子中含4个C—H键；只有一个水分子含2个O—H键。

答案：C规律总结：10电子粒子：分子有CH4、NH3、H2O、HF；阴离子有N3-、O2-、F-、OH-；阳离子有NH、H3O+。

Na+、Mg2+、Al3+、46.下列物质中含有非极性键的共价化合物是（）A.H2O2B.CH3COONH4C.Na2O2D.I2解析：B、C为离子化合物，D为单质，只有H2O2为共价化合物。

4种物质中均含非极性键，依次为O—O键、C—C键、O—O键、I—I键。

答案：A规律总结：配位键与共价键的区别与联系：（1）配位键一定是共价键，但共价键不一定是配位键。

（2）配位键与共价键只是在形成过程上有所不同：配位键的共用电子对是由某个原子单方面提供的；共价键的共用电子对是成键双方共同提供的。

（3）同共价键一样，配位键可以存在于分子中也可存在于离子中，如NH4Cl、H2SO4。

-1键H—H Br—Br I—I Cl—Cl H—Cl H—I H—Br 键能193 436 151 247 431 299 356 22（2）在一定条件下，1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应，放出热量由多到少的是____________。

A.Cl2＞Br2＞I2B.I2＞Br2＞Cl2预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中放热____________。

解析：（1）1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，参加反应的H2和Cl2都是1 mol ，生成HCl 2 mol。

则放出热量：431 kJ·mol-1×2-193 kJ·mol-1×1-247 kJ·mol-1×1 mol=422 kJ。

（2）由于键能Cl—Cl键＞Br—Br键＞I—I键，故H2在Cl2中燃烧放热最多，在I2中燃烧放热少，推测得键能F—F键＞Cl—Cl键。