2023人教版化學-選擇性必修2-第二章-分子結構與性質-第一節(jié)-共價鍵

第一節(jié)共價鍵

1.共價鍵的形成與特征(1)共價鍵的形成①概念:原子間通過共用電子對所形成的相互作用,叫做共價鍵。②本質:原子間通過原子軌道重疊產生的強烈作用。③形成條件(詳見定點1)(2)共價鍵的特征共價鍵具有飽和性和方向性。(詳見定點1)2.共價鍵類型(按原子軌道的重疊方式分類)1|共價鍵(1)σ鍵形成由兩個原子的s軌道或p軌道“頭碰頭”重疊形成

s-sσ鍵s-pσ鍵

p-pσ鍵

特征以形成化學鍵的兩原子核的連線為軸做旋轉操作,共價鍵的電子云的圖形不變,這種特征稱為軸對稱;σ鍵的強度較大(2)π鍵(3)判斷σ鍵、π鍵的一般規(guī)律(詳見定點1)形成由兩個原子的p軌道“肩并肩”重疊形成p-pπ鍵

特征每個π鍵的電子云由兩塊組成,它們互為鏡像,這種特征稱為鏡面對稱;π鍵不能旋轉,一般不如σ鍵牢固,較易斷裂1.鍵能及其應用(1)定義:氣態(tài)分子中1mol化學鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量叫鍵能。單位為

kJ·mol-1。(2)應用(詳見定點2)2.鍵長及其應用(1)定義:構成化學鍵的兩個原子的核間距。(2)應用:衡量共價鍵強弱的另一個重要參數,一般鍵長越長,鍵能越小,鍵越弱。3.鍵角及其應用(1)定義:多原子分子中,兩個相鄰共價鍵之間的夾角。(2)應用(詳見定點2)2

|鍵參數1.所有共價鍵都有方向性,這種說法正確嗎?提示：不正確。兩個s電子形成的共價鍵就沒有方向性。2.H2、HCl和Cl2分子中,共價鍵類型完全相同,這種說法正確嗎?提示：不正確。H原子的未成對電子位于1s軌道,Cl原子的未成對電子位于3p軌道,即H原子和H原子形成s-sσ鍵,H原子和Cl原子形成s-pσ鍵,Cl原子和Cl原子形成p-pσ鍵。3.多原子分子中一定含有π鍵,這種說法正確嗎?提示：不正確。多原子分子中一定含有σ鍵,不一定含有π鍵。知識辨析4.元素非金屬性越強,對應的單質分子中共價鍵的鍵能一定越大,這種說法正確嗎?提示：不正確。F、Cl、Br、I元素的非金屬性逐漸減弱,但F—F鍵、Cl—Cl鍵、Br—Br鍵、I—I鍵的鍵能依次為157kJ·mol-1、242.7kJ·mol-1、193.7kJ·mol-1、152.7kJ·mol-1。5.π鍵是由兩個p軌道“頭碰頭”重疊形成的,這種說法正確嗎?提示：不正確。原子軌道以“頭碰頭”方式相互重疊形成的共價鍵為σ鍵,以“肩并肩”方式相互重疊形成的共價鍵為π鍵。

1.共價鍵的本質(成鍵原因)當成鍵原子相互接近時,原子軌道發(fā)生重疊,自旋狀態(tài)相反的未成對電子形

成共用電子對,兩原子核間電子出現的概率增大,體系能量降低。2.共價鍵的特征(1)共價鍵的飽和性①按照共價鍵的共用電子對理論,一個原子有幾個未成對電子,便可和幾個自旋狀態(tài)相反的電子配對成鍵,這就是共價鍵的飽和性。②用電子排布圖表示HF分子中共用電子對的形成如下:1共價鍵的本質、特征及共價鍵類型的判斷

③由以上分析可知,F原子與H原子間只能形成1個共價鍵,所形成的簡單化合物為

HF而不是H2F。同理,H原子、F原子分別只能形成H2、F2分子,不能形成H3、F3。④共價鍵的飽和性決定了各種原子形成分子時相互結合的數量關系。(2)共價鍵的方向性共價鍵形成時,兩個參與成鍵的原子軌道總是盡可能沿著電子出現概率最大

的方向重疊,而且原子軌道重疊越多,電子在兩核間出現的概率越大,形成的共價鍵就越牢固。電子所在的原子軌道都有一定的形狀,所以要達到最大重疊,共價

鍵必然有方向性。

共價鍵的方向性決定了分子的空間結構,但不是所有共價鍵都具有方向性,

如兩個s軌道上的電子形成的共價鍵就沒有方向性。歸納總結形成共價鍵應遵循的原理(1)電子配對原理:兩原子提供數目相等的自旋狀態(tài)相反的電子彼此配對。(2)最大重疊原理:兩個原子軌道重疊部分越大,形成的共價鍵越牢固,分子越穩(wěn)定。3.共價鍵的存在形式一般非金屬元素的原子之間通過共價鍵結合。如非金屬氣態(tài)氫化物、含氧

酸、非金屬氧化物等物質中的原子都以共價鍵結合。共價鍵既可存在于非金屬單質、共價化合物中,也可存在于離子化合物中

(例如:氫氧化鈉、過氧化鈉、硫酸鉀等)。

特別提醒

某些金屬原子與非金屬原子之間也能形成共價鍵,如AlCl3、BeCl2、

FeCl3。4.分子中σ鍵和π鍵的判斷方法(1)根據成鍵原子的價層電子數來判斷能形成幾個共用電子對。如果兩原子間只

形成一個共用電子對,則該共價鍵一定是σ鍵;如果形成多個共用電子對,則有1個

是σ鍵,其余的是π鍵。(2)一般規(guī)律:共價單鍵是σ鍵;共價雙鍵中有一個是σ鍵,另一個是π鍵;共價三鍵中

有一個是σ鍵,另外兩個是π鍵。(3)σ鍵與π鍵的比較

σ鍵π鍵示意圖

特征軸對稱鏡面對稱原子軌道重疊方式“頭碰頭”重疊“肩并肩”重疊原子軌道重疊程度大小鍵的強度較大較小活潑性不活潑活潑

典例下列關于σ鍵與π鍵的說法正確的是

(

)A.σ鍵是以“頭碰頭”方式重疊形成的共價鍵,π鍵是以“肩并肩”方式重疊形成

的共價鍵B.

描述的是π鍵的形成過程C.原子軌道以“頭碰頭”方式相互重疊比以“肩并肩”方式相互重疊的程度小,

所以σ鍵比π鍵活潑D.

可以表示N2分子中σ鍵和π鍵存在的情況A思路點撥明確σ鍵和π鍵的含義是解答該題的關鍵,注意原子軌道以“頭碰頭”

方式重疊形成σ鍵,原子軌道以“肩并肩”方式重疊形成π鍵。σ鍵與π鍵比較:σ鍵

原子軌道重疊程度比π鍵原子軌道重疊程度大,所以一般σ鍵比π鍵牢固,在化學反

應中π鍵易發(fā)生斷裂。另外,單鍵只含σ鍵,而雙鍵和三鍵中均既含σ鍵又含π鍵。解析

從電子云的相互重疊方式來看,如果兩個原子的成鍵軌道以“頭碰頭”方

式相互重疊,形成的共價鍵為σ鍵,如果兩個原子的成鍵軌道以“肩并肩”方式相

互重疊,形成的共價鍵為π鍵,A項正確;選項中描述的是“頭碰頭”方式的相互重

疊,所以形成的是σ鍵,B項錯誤;σ鍵的相互重疊程度大于π鍵,所以σ鍵更穩(wěn)定,C項

錯誤;中間位置形成的是σ鍵,其他位置形成的是π鍵,D項錯誤。知識拓展N2的形成過程氮原子的2p軌道上有3個未成對電子,當兩個氮原子結合成分子時,若兩個氮

原子的2px軌道以“頭碰頭”的方式相互重疊,則相互平行的2pz軌道和2py軌道只

能以“肩并肩”的方式重疊,這樣便形成了氮氮三鍵,如圖所示:

鍵能、鍵長、鍵角等是表征共價鍵性質的物理量,稱為鍵參數。1.鍵能(1)意義:鍵能是衡量共價鍵穩(wěn)定性的一個重要參數。鍵能越大,即形成化學鍵時

放出的能量越多,意味著這個化學鍵越穩(wěn)定,越不容易斷裂。如

鍵的鍵能大,N2的化學性質穩(wěn)定。(2)應用①鍵能的大小可以定量地表示化學鍵的強弱程度。鍵能越大,斷開時需要的能量

就越多,這個化學鍵就越牢固;反之,鍵能越小,這個化學鍵就越不牢固。2鍵參數的意義及其應用②可以判斷結構相似的分子的相對穩(wěn)定性。一般來說,結構相似的分子中,化學

鍵的鍵能越大,分子越穩(wěn)定。如H—F、H—Cl、H—Br、H—I鍵的鍵能逐漸減小

(依次為568kJ·mol-1、431.8kJ·mol-1、366kJ·mol-1、298.7kJ·mol-1),HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性逐漸減弱。③判斷化學反應過程中的能量變化。2.鍵長(1)意義:一般鍵長越短,鍵能越大,表明共價鍵越穩(wěn)定。(2)定性判斷鍵長的方法①根據原子半徑進行判斷。在其他條件相同時,成鍵原子的半徑越小,鍵長越

短。如鍵長:H—I>H—Cl>H—F;Br—Br>Cl—Cl>F—F;Si—Si>Si—C>C—C。②根據共用電子對數判斷。就相同的兩原子形成的共價鍵而言,單鍵鍵長>雙鍵

鍵長>三鍵鍵長。如鍵長:C—C>C

C>

。3.鍵角(1)意義:鍵角是描述分子空間結構的重要參數。例如,水分子的H—O—H鍵角是105°,這就決定了水分子是角形(又稱V形)結構;CO2分子的結構式為

,它的鍵角為180°,CO2是一種直線形分子。一些常見分子的鍵角,白磷:60°,BF3:120°,

NH3:107°,CH4、CCl4(正四面體形):109°28'。(2)應用:鍵角常用于描述多原子分子的空間結構。歸納總結

鍵參數與分子的空間結構和分子性質之間的關系可以表示如下:

典例關于鍵長、鍵能和鍵角,下列說法正確的是

(

)A.

鍵的鍵能等于C—C鍵鍵能的三倍B.

/EN—N=4.9,說明N2中的

鍵非常牢固,不易發(fā)生加成反應C.(CN)2(結構式為

)分子中

鍵的鍵長大于C—C鍵的鍵長D.白磷(P4)分子呈正四面體構型,其鍵角為109°28'思路點撥

B解析

A項,碳碳三鍵中含有1個σ鍵,2個π鍵,由于π鍵電子云重疊程度小,不如σ鍵

穩(wěn)定,所以碳碳三鍵的鍵能小于碳碳單鍵鍵能的三倍,錯誤;B項,可結