第二章 第1节 化学键与分子间作用力[选修3]鲁科版

第1节共价键模型“臭氧空洞”的危害已被人类所认识人。

南极上空部分区域臭氧接近消失。

“行善的臭氧”，是那些在高空大气平流层中的臭氧，它们能抵挡有害的紫外线，保护地球生物，降低我们接受日照后患皮肤癌的几率。

人类呼吸的氧气是由两个氧原子构成，而臭氧都是由三个氧原子组成。

同是氧原子构成的分子，其性质为什么不同呢？显然是因为其结构不同引起的。

氧气和臭氧中有怎样的化学结构呢？对共价键的学习肯定能帮你理解其中的奥秘。

一细品教材一、共价键1、化学键的定义：分子里相邻的原子之间强烈的相互作用叫化学键。

分子里原子之间的相互作用，按作用的强度分类分为两种，一种是强烈的，一种是微弱的，化学键是强烈的相互作用，而不是微弱的相互作用。

化学键是使原子（广义原子）相互联结形成分子（广义分子）的主要因素，化学键包括共价键、离子键、金属键三种类型。

关于化学键的理解：“分子”是广义的分子，它不仅指H2、H2O、CO2、H2SO4等分子，还包括C（金刚石和石墨），Si、SiO2、NaC1、CaC12、Al、Cu等物质。

“原子”也是广义的原子，它不仅指H、O、Cl、S等原子，还包括Na+、Cl－等离子。

2、共价键的形成及本质（1）定义：原子间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键。

（2）共价键形成和本质共价键形成的本质：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配对成键，两原子核间的电子云密度增大，体系的能量降低。

如：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，电子云在两原子核之间出现的机会增大。

随着核间距离的减小，核间电子出现的机会增大，体系的能量降低，达到能量最低状态。

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

如图2-1：2-1注意：自旋相反的未成对电子可配对形成共价键。

成键电子的原子轨道尽可能达到最大程度的重叠。

重叠越多，体系能量降低越多，所形成的共价键越定。

以上称最大重叠原理。

（3）共价键的形成条件①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相遇时，或同种或不同种非金属元素的原子相遇，且原子的最外电子层有未成对电子。

②形成共价键的微粒：共价键成键的粒子是原子。

原子既可以是相同相同元素的原子，也可以是不同元素的原子。

③同种非金属元素原子间形成非极性键，如O2、H2、N2等。

不同种非金属元素原子间形成极性键，如HCl、CO2、H2SO4等。

总结：（1）一般非金属元素的原子之间通过共价键结合。

如非金属气态氢化物、水、酸、非金属氧化物等物质中的元素都以共价键结合。

（2）共价键存在于非金属单质、共价化合物中，也可存在于离子化合物中（例如，氢氧化钠、过氧化钠、硫酸钾等）。

【例1】下列有关共价键的叙述中,不正确的是（）A、某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数一定等于该元素原子的价电子数B、水分子内氧原子结合的电子数已经达到饱和，故不能再结合其他氢原子C、非金属元素原子之间形成的化合物也可能是离子化合物D、所有简单离子的核电荷数与其核外电子数一定不相等（4）共价键形成的表示①电子式：a、原子的电子式：中性原子最外层电子数未发生变化，书写时应把最外层电子都表达出来，排列形式一般要求在元素符号的上下左右四个方向，以不超过3个电子而排列开来画出。

以电子对的形式表示。

例如，氧原子等。

各主族元素原子的典型电子式：族ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ典型元素的电子式b、共价化合物的电子式①共价化合物分子是由原子通过共用电子对结合而成的，书写电子式时，应把共用电子对写在两成键原子之间，然后不要忘记写上未成键电子。

如果是不同键型也可用电子对的位置不同显示出来。

例如：Cl—Cl键是非极性键，共用电子对应写在两个Cl原子正中间。

HCl中H—Cl是极性键，共用电子对应偏离H原子而偏向Cl原子。

如果是多原子形成的分子，有时电子式也可粗略地显示出分子的构型来。

如H2O2、NH3、HClO分子的电子式：②用电子式表示化合物的形成过程共价键的形成用电子式表示时，同样是前面写出成键原子的电子式，后面写出共价型分子的电子式，中间用—箭头→连起来即可。

如：HCl：H 2：提醒：用电子式表示化合物时，一要搞清成键原子间形成的离子键还是共价键；二是不要混淆“用电子式表示物质”和“用电子式表示分子的形成过程”。

前者只要求写化合物的电子式，后者要表示出过程。

【例2】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是（）A、CO2B、N2OC、H2OD、CH43、σ键与π键（1）定义：σ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称为σ键。

π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称为π键。

（2）形成：分子中σ键的形成时电子云示意图：（图2-2）“肩并肩”方式形成的π键（图2-3）如：氮原子的价电子排布是2S22P3。

根据洪特规则，氮原子中处于2P轨道的三个电子实际上分别占据2P X、2P y和2P Z三个原子轨道，是三个未成对电子。

当形成氮分子的氮原子相互接近时，若一个氮原子2P z轨道上的一个电子与另一个氮原子2P z轨道上的一个电子配对形成一个共价键，此时它们的2P x和2P y轨道会同时分别发生重叠，因此处于这两个轨道上的电子也会分别两两配对形成两个共价键，从而形成氮氮叁键：N N。

仔细分析氮分子中的三个共价键，可以发现它们并不是完全等同的。

当两个氮原子的2P z轨道以“头碰头”的方式相互重叠形成σ键时，2P x和2P y轨道只能分别采取相互平行“肩并肩”的方式重叠形成π键。

原子轨道以“头碰头”的方式比以“肩并肩”的方式重叠的程度大，电子在核间出现的概率大，形成的共价键强。

总结：（1）在由两个原子形成的多个共价键中，只能有一个σ键，而π键可以是一个或多个。

例如，氮分子的N≡N中有一个σ键，两个π键。

（2）原子轨道以“头碰头”的方式比以“肩并肩”的方式重叠的程度大，电子在核间出现的概率大，形成的共价键强。

【例3】下列物质的分子中既有σ键，又有π键的是（）①HCl ②H2O ③N2 ④H2O2⑤C2H4 ⑥C2H2A、①②③B、③④⑤⑥C、①③⑥D、③⑤⑥4、共价键的特征：共价键具有方向性和饱合性（1）饱合性：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，就不能再与其他原子的未成对电子配对成键，即每个原子所能形成共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的，这称为共价键的饱和性。

例如，氯原子中只有一个未成对电子，所以两个氯原子之间可以形成一个共价键，结合成氯分子，表示为Cl-Cl；氮原子中有三个未成对单电子，两个氮原子之间能够以共价叁键结合成氮分子，表示为N≡N，一个氮原子也可与三个氢原子以三个共价键结合成氨分子。

（2）方向性：共价键将尽可能沿着电子概率出现最大的方向形成，这就是共价键的方向性。

除s轨道是球形对称的外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点，在形成共价键时，原子轨道重叠得愈多，电子在核间出现的概率愈大，所形成的共价键就愈牢固。

例如，硫原子的价电子构型是3s23p4，有两个未成对电子，如果它们分布在互相垂直的3Px和3Py轨道中，那么当硫原子与氢原子结合生成硫化氢分子时，一个氢原子的1s轨道上的电子能与硫原子的3p x轨道上的电子配对成键，另一个氢原子的1s轨道上的电子只能与硫原子的3p y轨道上的电子配对成键。

注意：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；共价键的方向决定了分子的立体构型。

【例4】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轨道的方向性决定的C、共价键的饱和性决定了分子内部的原子的数量关系D、共价键的方向性决定了分子的立体构型E、共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关F、硫化氢分子中的两个共价键的夹角与硫原子的两个未成对电子所在的原子轨道的夹角有关4.极性键和非极性键（1）定义：极性键：当成键原子所属元素的电负性不同，两个原子吸引电子的能力不同，共用的电子偏向电负性大的原子一方，电子在此原子周围出现的概率相较大而使其带部分负电荷，元素电负性小的原子带部分正电荷。

这种共价键叫极性共价键，简称极性键。

非极性键：当成键原子所属元素的电负性相同，两个原子吸引电子的能力相同，共用的电子不偏向其中任何一个原子，电子在每个原子周围出现的概率相等，参与成键的原子都不显电性，叫非极性共价键，简称非极性键。

（2）非极性键的形成条件：原子所属元素的电负性相同，即两个原子吸引电子的能力相同。

如：H-H键、Cl-Cl键、N≡N键都是非极性键。

非极性键可以存在于单质中，也可以存在于化合物中，如Na2O2中的O-O键，CH3CH2OH中的C-C键。

（3）极性键的形成条件：原子所属元素的电负性不同，两个原子吸引电子的能力也就不同。

如：HCl分子中，Cl吸引电子的能力比H强，共用电子对偏向Cl原子，偏离H原子，而使Cl一方相对显负电性，H一方相对显正电性。

如H2O中的O-H键，CO2中的C=O键都是极性键。

极性键不存在于单质分子中，只存在于化合物中，如NaOH中的O-H键，NH4Cl中的N-H键，CH4中的C-H键等都是极性键。

总结：在极性键中，根据成键原子所属元素电负性的差值不同，形成的共价键的极性强弱也有所不同。

所以，极性键又有强极性键（如H-F中的极性键）和弱极性键（如H-I中的极性键）之分。

当电负性差值为零时，通常形成非极性共价键；差值不为零时，形成极性共价键；而且差值越小，形成的共价键极性越弱。

【例5】从电负性角度来判断下列元素之间易形成共价键的是（）（双选）A、Na 和ClB、Cl和HC、Na和HD、I和Br二、键参数定义：像“键能”、“键长”、“键角”和“键的极性”这样一些表明化学键性质的物理量，通常称为“键参数”。

1.键能（1）定义：在101.3kPa、298K条件下，断开1mol 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-B键的键能。

（2）表示方示：E A-B（A和B分别表示成键的两个原子，可以相同，也可以不同）（3）特点：定量地表示化学键的强弱程度。

键能愈大，断开时需要的能量愈多，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。

（4）可以判断分子的相对稳定性。

如：E H-1=297kJ·mol-1，而E H-Cl=431kJ·mol-1，所以碘化氢分子较不稳定，易分解，氯化氢分子则较稳定，难以分解。