苏教版高中化学选修3讲义共价键

第三单元共价键原子晶体第1课时共价键目标与素养：1.理解共价键的概念与形成过程，知道共价键的特征，能从分子水平上进一步形成有关物质结构的基本观念。

(宏观辨识与微观探析)2.知道共价键的类型，掌握σ键与π键的形成及特点。

(证据推理与模型认知)一、共价键的形成1．共价键概念吸引电子能力相近的原子间通过共用电子对所形成的强烈的相互作用，叫共价键。

2．共价键的形成过程(以氢气分子形成为例)当两个氢原子相互接近，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，体系的能量逐渐下降，达到能量最低状态。

若核间距离进一步地减小，两原子核间的斥力增大，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。

氢分子形成过程中能量(主要指势能)随核间距的变化如图所示：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，两原子间总是排斥作用占主导地位，体系能量将逐渐升高。

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分子。

3．共价键的特征(1)饱和性成键过程中，每种元素的原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键。

故在共价分子中，每个原子形成共价键的数目是一定的。

(2)方向性成键时，两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，且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越多，体系的能量下降也就越多，形成的共价键越牢固。

二、共价键的分类1．σ键和π键(1)分类依据：成键原子的原子轨道重叠方式。

(2)σ键和π键的比较(1)非极性键：当原子间形成共价键时，若两个成键原子吸引电子的能力相同，共用电子对不发生偏移，这样的共价键叫非极性共价键，简称非极性键。

(2)极性键：若形成共价键的两个原子吸引电子的能力不同，共用电子对发生偏移，这样的共价键叫极性共价键。

由共用电子对偏移的共价键是极性共价键，简称极性键。

成键原子的电负性差值愈大，键的极性就越强。

当成键原子的电负性相差很大时，可以认为成键电子对完全移到电负性很大的原子一方。

这时原子转变成为离子，从而形成离子键。

3．配位键(1)定义：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。

(2)表示常用“―→”表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子，如NH＋4的结构式可表示为，其实NH＋4中4个N—H键是完全相同的。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)金属元素原子与非金属元素原子形成化学键一定是离子键。

()(2)稀有气体元素原子形成的分子为双原子分子。

()(3)所有共价键均有方向性。

()(4)O2分子中含有一个σ键，一个π键。

()(5)s—s σ键与s—p σ键对称性不同。

()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√(5)×2．下列说法不正确的是()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1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1个σ键，2个π键C[σ键的“头碰头”重叠比π键“肩并肩”重叠的程度大，所以分子稳定，共价键强，故A正确；s电子只能形成σ键，p电子间优先形成1个σ键且也只能形成1个σ键，所以两个原子之间最多有1个σ键，故B正确；稀有气体是单原子分子，不存在化学键，故C错误；N2分子的结构式为N≡N，而叁键是由1个σ键和2个π键组成，故D正确。

]3．过二硫酸(H2S2O8)的结构式为，按要求回答：一分子H2S2O8含有________个σ键，__________个极性键，________个非极性键，________个配位键。

[答案]11101 4共价键的特征及存在(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。

如H、Cl都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，即分子中只有一个共价键，而不能形成H3、HCl2、Cl3分子；一个N有3个未成对电子，两个N可以形成N≡N共价三键，一个N可与3个氢形成，含有3个共价键。

(2)方向性共价键形成时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的概率越大，形成的共价键越牢固。

同种分子(如HX)中成键原子电子云(原子轨道)重叠程度越大，形成的共价键越牢固，分子结构越稳定。

如HX的稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI。

2．共价键的表示方法(1)电子式：用小黑点(或×)表示原子最外层电子。

(2)结构式：用一条短线表示一对共用电子。

如HClO的电子式为、结构式为H—O—Cl。

3．共价键的存在范围(1)共价化合物以共用电子对(形成共价键)形成分子的化合物称为共价化合物。

共价化合物的组成粒子(原子)通过共价键结合成分子，因此共价化合物中一定存在共价键。

如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。

(2)非金属单质分子中(稀有气体除外)，如O2、F2、H2、C60等。

(3)部分离子化合物中，如Na2SO4中的SO2－4中存在共价键，NaOH中的OH－中存在共价键，NH4Cl中的NH＋4中存在共价键，Na2O2中的O2－2中存在共价键。

【典例1】下列有关共价键的形成的说法错误的是()A．原子间形成共价键，体系的能量降低B．原子间形成共价键后，若原子核间距离更近时，体系的能量会更低C．原子间形成共价键时，电子云在空间部分重叠D．共用电子对在形成共价键的原子核之间区域出现的概率较大B[]1．共价键具有饱和性和方向性，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D[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两项正确；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大越好，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存在着必然的联系，故B项正确，D项错误。

]2．下列各组物质中，所有化学键都是共价键的是()A．H2S和Na2O2B．H2O2和CaF2C．NH3和N2D．HNO3和NaClC含有共价键的物质(1)非金属单质(稀有气体除外)；(2)所有共价化合物；(3)复杂的离子化合物，如强碱、含氧酸盐、过氧化物(Na2O2等)、过硫化物(Na2S2等)、CaC2等。

共价键分类标准类型共用电子对数单键、双键、叁键共用电子对的偏移程度极性键、非极性键原子轨道重叠方式σ键、π键键类型σ键π键原子轨道重叠方式沿键轴方向“头碰头”重叠沿键轴方向“肩并肩”重叠原子轨道重叠部位两原子核之间键轴上方和下方，键轴处为零原子轨道重叠程度大小键的强度较大较小(2)极性键的极性强弱4．单键、双键和叁键单键：共价单键一般是σ键，以共价单键结合的两个原子间只能有1个σ键。

双键：一个是σ键，另一个是π键。

叁键：叁键中有一个σ键和两个π键。

5．配位键如果共价键的形成是由两个成键原子中的一个原子单独提供一对电子进入另一个原子的空轨道共用而成键，这种共价键称为配位键。

配位键是一种特殊的共价键。

NH＋4、H3O＋、H2SO4等以及种类繁多的配位化合物中都存在配位键。

【典例2】在下列物质中：①HCl②N2③NH3④Na2O2⑤H2O2⑥NH4Cl⑦NaOH⑧Ar⑨CO2⑩C2H4(1)只存在非极性键的分子是________(填序号，下同)；既存在非极性键又存在极性键的分子是________；只存在极性键的分子是________。

(2)只存在单键的分子是________；存在叁键的分子是________；只存在双键的分子是________；既存在单键又存在双键的分子是________。

(3)只存在σ键的分子是________，既存在σ键又存在π键的分子是________。

(4)不存在化学键的是________。

(5)既存在离子键又存在极性键的是________；既存在离子键又存在非极性键的是________。

[解析](1)氮气是由两个氮原子形成的分子，只存在非极性键；H2O2中O—H 键是极性键，O—O键是非极性键，C2H4中C===C键是非极性键，C—H键是极性键，则既存在非极性键又存在极性键的分子是⑤⑩；HCl、NH3和CO2中只存在极性键。

(2)HCl、NH3、H2O2的结构式分别为H—Cl、、H—O—O—H，所以只存在单键的分子是①③⑤；氮气的结构式为N≡N，则存在叁键的分子是②；CO2中氧原子的最外层有6个电子，能形成两对共用电子对，所以只存在双键的分子是⑨；乙烯的结构式为，既存在单键又存在双键。

(3)只存在σ键，即只存在单键，根据上述分析，只存在σ键的分子是①③⑤，含有双键、叁键的分子中既存在σ键又存在π键，所以根据上述分析，既存在σ键又存在π键的分子是②⑨⑩。

(4)稀有气体是单原子分子，没有化学键，所以不存在化学键的分子是⑧。

(5)NH4Cl、NaOH中既有离子键又有极性共价键，所以既存在离子键又存在极性键的是⑥⑦；Na2O2中既有O—O非极性键，又有Na＋和O2－2之间的离子键，所以既存在离子键又存在非极性键的是④。

[答案](1)②⑤⑩①③⑨(2)①③⑤②⑨⑩(3)①③⑤②⑨⑩(4)⑧(5)⑥⑦④3．CH4、NH3、H2O和HF分子中，共价键的极性由强到弱的顺序是() A．CH4、NH3、H2O、HFB．HF、H2O、NH3、CH4C．H2O、HF、CH4、NH3D．HF、H2O、CH4、NH3B[键的极性即为共用电子对的偏向(或偏离)程度，偏向(或偏离)程度越大，键的极性越强。

比较共价键的极性，应比较成键的两个原子电负性的大小。

两原子电负性相差得越大，则键的极性越强。

](1)在极性共价键中，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键)和弱极性键(如H—I 键)之分。

(2)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。

1．下列化学式及结构式中成键情况不合理的是()D[由共价键的饱和性可知：C、Si都形成4个共价键，H形成1个共价键，N形成3个共价键，O、S、Se都形成2个共价键。

]2．(双选)H2S分子中两个共价键的夹角接近90°，其原因是()A．共价键的饱和性B．S原子的电子排布C．共价键的方向性D．S原子中p轨道的形状CD[S原子的价电子构型是3s23p4，有2个未成对电子，并且分布在相互垂直的3p x和3p y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，是由轨道的伸展方向决定的。