高中化学选修3第二章 第一节

第一节共价键[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：能从微观角度分析形成共价键的微粒、类型，能辨识物质中含有的共价键的类型及成键方式，了解键能、键长及键角对物质性质的影响。

2.证据推理与模型认知：理解共价键中σ键和π键的区别，建立判断σ键和π键的思维模型，熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数。

一、共价键的形成与特征1．共价键的形成(1)概念：原子间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。

(2)成键的粒子：一般为非金属原子(相同或不相同)或金属原子与非金属原子。

(3)本质：原子间通过共用电子对(即电子云重叠)产生的强烈作用。

(4)形成条件：非金属元素的原子之间形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属原子之间形成共价键。

2．共价键的特征(1)饱和性按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋状态相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”。

(2)方向性除s轨道是球形对称外，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，原子轨道重叠的愈多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键就越牢固，因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，所以共价键具有方向性。

共价键的特征及应用(1)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。

(2)共价键的方向性决定了分子的立体构型，并不是所有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性。

例1(2018·南昌高二月考)共价键具有饱和性和方向性。

下列有关叙述不正确的是()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轨道的方向性决定的C．共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系D．共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关答案 D解析一般地，原子的未成对电子一旦配对成键，就不再与其他原子的未成对电子配对成键了，故原子的未成对电子数目决定了该原子形成的共价键具有饱和性，这一饱和性也就决定了该原子成键时最多连接的原子数，故A、C正确；形成共价键时，为了达到原子轨道的最大重叠程度，成键的方向与原子轨道的伸展方向就存在着必然的联系，则共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的，故B正确；共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度无关，与原子的未成对电子数有关，故D错误。

二、共价键的类型1.σ键(1)概念：未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠形成的共价键叫σ键。

(2)类型：根据成键电子原子轨道的不同，σ键可分为s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键。

①s-s σ键：两个成键原子均提供s轨道形成的共价键。

②s-p σ键：两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键。

③p-p σ键：两个成键原子均提供p轨道形成的共价键。

(3)特征①以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。

②形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性。

(4)σ键的存在：共价单键为σ键；共价双键和共价三键中存在1个σ键。

2．π键(1)概念：未成对电子的原子轨道采取“肩并肩”的方式重叠形成的共价键叫π键。

(2)特征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，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。

②形成π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时小，π键没有σ键牢固。

(3)π键的存在：π键通常存在于双键或三键中，双键中有1个π键，三键中有2个π键。

σ键和π键的比较键的类型σ键π键原子轨道重叠方式两个原子的成键轨道沿着键轴的方向以“头碰头”的方式重叠两个原子的成键轨道以“肩并肩”的方式重叠原子轨道重叠部位两原子核之间，在键轴处键轴上方和下方，键轴处为零原子轨道重叠程度大小键的强度较大较小化学活泼性不活泼活泼例2下列有关σ键和π键的说法错误的是()A．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键D．在分子中，化学键可能只有π键而没有σ键答案 D解析共价键形成时，原子轨道首先以“头碰头”的方式重叠形成σ键，然后才可能以“肩并肩”的方式重叠形成π键，故B、C正确，D错误；从原子轨道重叠程度看，π键的重叠程度比σ键的重叠程度小，故π键的稳定性比σ键小，易被破坏，是化学反应的积极参与者，A正确。

例3(2018·四川绵阳南山中学高二期中)下列分子中σ键和π键数目之比为1∶1的是()A．HCN B．CO C．C6H6D．C2H2答案 A解析HCN分子的结构式为H—C≡N，其中含有2个σ键和2个π键，σ键和π键数目之比为1∶1，A正确；CO分子的结构式为C≡O，其中σ键和π键的数目之比为1∶2，B错误；C6H6分子中存在12个σ键和1个大π键，C错误；C2H2分子的结构式为H—C≡C—H，其中σ键和π键的数目之比为3∶2，D错误。

方法规律——σ键和π键的判断根据成键原子的价电子排布确定其未成对电子数，进而判断其能形成的共价键个数。

如果只形成一个共价键，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共价键，则其中一个为σ键，其他的为π键。

一般规律是：共价单键是σ键；共价双键中有一个σ键，另一个是π键；共价三键由一个σ键和两个π键组成。

三、共价键的键参数1．键参数——键能、键长、键角2.键参数与分子结构和性质的关系例4键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是()A．键角是描述分子立体构型的重要参数B．因为H—O键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱C．水分子的结构可表示为H—O—H，分子中的键角为180°D．H—O键的键能为463 kJ·mol－1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2×463 kJ 答案 A解析H—O键、H—F键的键能依次增大，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，O2、F2与H2反应的能力逐渐增强，B项错误；水分子呈V形，键角为105°，C项错误；H—O键的键能为463 kJ·mol－1，指的是断开1 mol H—O键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为463 kJ,18 g H2O即1 mol H2O中含2 mol H—O键，断开时需吸收2×463 kJ的能量形成气态氢原子和气态氧原子，再进一步形成H2和O2时，还会释放出一部分能量，D项错误。

共价键⎩⎪⎨⎪⎧本质：原子之间形成共用电子对(或电子云重叠)特征：具有方向性和饱和性成键方式⎩⎪⎨⎪⎧σ键――→特征电子云呈轴对称π键――→特征电子云呈镜面对称键参数影响分子结构和性质1．正误判断(1)只有非金属原子之间才能形成共价键()(2)两个原子之间形成共价键时，至少有一个σ键()(3)σ键和π键都能绕轴旋转()(4)σ键和π键都只能存在于共价化合物中()(5)1 mol丙酮()中含有σ键个数为9N A()(6)C==C键的键能等于C—C键键能的2倍()(7)双原子分子中，键长越短，分子越牢固()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)×(7)√2．原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是()A．共价键的方向性B．共价键的饱和性C．形成共价键原子的大小D．共价键的稳定性答案 B3．(2019·南宁高二检测)下列说法不正确的是()A．键能越小，表示化学键越牢固，越难以断裂B．成键的两原子核越近，键长越短，化学键越牢固，性质越稳定C．破坏化学键时消耗能量，而形成化学键时释放能量D．键能、键长只能定性地分析化学键的强弱答案 A解析键能越大，断开该键所需的能量越多，化学键越牢固，性质越稳定，故A错误；B、C、D均正确。

4．(2018·东莞期中)能说明BF3分子中四个原子在同一平面的理由是()A．任意两个键的夹角为120°B．B—F键是非极性共价键C．三个B—F键的键能相同D．三个B—F键的键长相等答案 A解析本题考查共价键键参数的运用。

当键角为120°时，BF3的立体构型为平面三角形，故分子中四个原子共面。

5．(2019·唐山高二调研)下列说法中不正确的是()A．σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键D．N2分子中有一个σ键，两个π键答案 C解析从原子轨道重叠程度看，π键重叠程度比σ键重叠程度小，故π键稳定性低于σ键，在气体单质分子中存在σ键(如Cl2、H2)、π键(N2中存在σ键和π键)，稀有气体为单原子分子，不存在化学键。

6．有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。

(1)只有σ键的是________________(填序号，下同)；既有σ键又有π键的是__________。

(2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是_________________________________。

(3)含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是______________。

(4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是__________。

答案(1)①②③⑥⑦⑧④⑤⑨(2)⑦(3)①③⑤⑥⑧⑨(4)②④⑤⑥⑧⑨解析(1)单键只有σ键，双键或三键才含有π键，故只有σ键的是①②③⑥⑦⑧；既有σ键又有π键的是④⑤⑨。

(2)H原子只有s轨道，题给物质中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的只有H2。

(3)含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的有①③⑤⑥⑧⑨。

(4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键，说明构成这种σ键的原子中一定没有H原子，故正确答案为②④⑤⑥⑧⑨。

题组一共价键的存在与特征1．下列元素的原子间易形成共价键的是()A．Na和Cl B．K和F C．H和Cl D．Ca和O答案 C解析非金属元素的原子间容易形成共价键，活泼的金属和非金属元素的原子间容易形成离子键。

则Na和Cl形成的是离子键，A错误；K和F形成的是离子键，B错误；H和Cl均是非金属元素，形成的是共价键，C正确；Ca和O形成的是离子键，D错误。

2．硫化氢(H2S)分子中两个共价键的夹角接近90°，其原因是()①共价键的饱和性②S原子的电子排布③共价键的方向性④S原子中p轨道的形状A．①②B．①③C．②③D．③④答案 D解析S原子的价电子排布式是3s23p4，有2个未成对电子，并且分布在相互垂直的两个p 轨道中，当与两个H原子配对成键时，形成的两个共价键间夹角接近90°，这体现了共价键的方向性，是由p轨道的伸展方向决定的。