高二化学共价键人教实验版知识精讲.doc

高二化学共价键人教试验版
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
共价键
1. 共价键
2. 共价键参数
3. 等电子原理
二. 重点、难点
1、理解σ键和π键的特征和性质。
2、能用键能、键长和键角说明简洁分子的某些性质，明白共价键的主要类型σ键和π键，能用键能、键长、键角等键参数推断简洁分子的构型和稳定性。
3、理解等电子原理的概念及应用。
三. 教学过程
（一）共价键
1、共价键的定义：原子之间通过共用电子对所构成的相互作用。
2、共价键的成键微粒：原子
3、共价键的成键本质：高概率地出如今两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用。
4、共价键的成键条件：
①电负性一样或相差格外小的非金属元素原子之间构成共价键。
②一般成键原子有未成对电子（自旋相反）。
③成键原子的原子轨道在空间重叠。
5、共价键的类型：
依照原子轨道最大重叠原理，成键时轨道之间可有两种不同的重叠方式，从而构成两品种型的共价键——σ键和π键。
（1）σ键：以“头碰头”方式进展重叠，轨道的重叠部分沿键轴呈圆柱形对称分布，原子轨道间以重叠方式构成的共价键。如：
①H2分子的s－sσ键

②HCl分子的s－pσ键

③Cl2分子的p－pσ键

分析：关于含有单的s电子或单的p电子的原子，为了到达原子轨道最大程度重叠，s－s、s－p和p－p轨道沿着键轴即成键两原子核间的连线构成的共价键，这种共价键为σ键。σ键是两原子成键时，电子云实行“头碰头”的方式重叠构成的共价键，这种重叠方式符合能量最低，最稳定。σ键是轴对称的，能够围绕成键的两原子核的连线旋转。
（2）π键：p电子和p电子除能构成σ键外，还能以“肩并肩”的方式进展重叠构成π键。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，假如以它们之间包含原子核的平面镜面，它们互为镜像，这种特征称为镜像对称。

分析：由于σ键的轨道重叠程度比π键的轨道重叠程度大，因而σ键比π键牢固。π键较易断开，化学爽朗性强，一般它是与σ键共存于具有双键或叁键的分子中。σ键是构成分子的骨架，可单独存在于两原子间，以共价键结合的两原子间只可能有1个σ键。共价单键一般是σ键，双键中有1个σ键和1个π键，叁键中有1个σ键和2个π键。
【归纳比拟】σ键和π键的比拟

σ键
π键
成键方向
沿轴方向“头碰头”
平行或“肩并肩”
电子云外形
轴对称
镜像对称
牢固程度
键强度大，不易断裂
键强度较小，简洁断裂
成键推断规律
共价单键全是σ键，共价双键中一个是σ键，另一个是π键；共价叁键中一个为σ键，另两个为π键。
6、共价键的特征：
（1）饱和性：在共价键的构成过程中，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成键后，一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配成键，即每个原子所能构成共价键的数目或以单键连接的原子数目是肯定的，饱和性打算了原子构成分子时相互结合的数量关系。
分析：自旋方向相反的单电子配对构成共价键后，就不能再和其他原子中的单电子配对。因而，每个原子所能构成共价键的数目取决于该原子中的单电子数目。这的确是共价键的饱和性。例如氢原子和氯原子都有一个未成对的电子，从共价键的构成来看，只有未成对的电子才能构成共用电子对，因而H2、HCl、Cl2只能由两个原子各供应一个未成对电子构成一个共用电子对，因而H2、HCl、Cl2只能由两个原子构成，而不是3个、4个。
（2）方向性：构成共价键时，原子轨道重叠愈多，电子在核间消灭的概率愈大，所构成的共价键就愈牢固，因而共价键将尽可能地沿着电子概率消灭最大的方向构成，这的确是共价键的方向性。
分析：原子轨道中，除s轨道呈球形对称外，p、d等轨道都有肯定的空间取向，它们在成键时只有沿肯定的方向靠近到达最大程度的重叠，才能构成稳定的共价键。
7、共价键的存在范围：非金属单质（H2、O2 ）、共价化合物（NH3、CH4、H2O）、离子化合物（NaOH、NH4Cl）。
8、共价键的表示方法：
（1）电子式：在元素符号四周用小黑点·或×来描绘分子中原子共用电子以及未成键的价电子的式子,叫电子式。如：
： ： ：
（2）构造式：用一根短线表示一对共用电子所构成的共价键。如：
： ： ：
（二）共价键参数
化学键的性质能够通过表征键的性质的某些物理量来描绘，这些物理量如键长、键角、键能等，统称为键参数。
1、键能
（1）键能的定义：气态基态原子构成1mol化学键所释放出的最低能量。单位是kＪ／mol。
（2）键能和共价键的关系：一般键能越大，说明键越牢固，由该键构成的分子也就越稳定。
（3）键能和化学反响的能量变化的关系：键能越大，构成化学键放出的能量越大，化学键越稳定。反响热=全部生成物键能总和－全部反响物键能总和，（反响物总键能－生成物总键能）＞0，反响吸热；（反响物总键能－生成物总键能）＜0，反响放热。
分析1：由教材表2－1数据经计算可得：1molH2与1 molCl2反响生成2molHCl放热184.9kJ，而1molH2与1molBr2反响生成2molHBr放热102.3kJ。生成氯化氢放热多，说明氯化氢分子比溴化氢分子稳定或溴化氢分子更简洁发生热分解。
分析2：N2、O2、F2与H2的反响才能依次加强是由于N—H键、O—H键与H—F键的键能依次增大，说明构成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定。
分析3：N2与H2在常温下格外难发生化学反响，必需在高温下才能发生化学反响，而F2与H2在冷暗处就能发生化学反响。其原因是：化学反响是一个旧键断裂、新键生成的过程，NN键键能（946 kJ·mol－1）远大于F—F键键能（157 kJ·mol－1），说明断开NN键比断开F—F键困难。
2、键长
（1）键长的定义：构成共价键的两原子间的核间距。单位是1pm（1pm＝10－12m）。
（2）键长和共价键的关系：键长越短，共价键越牢固，构成的物质越稳定。如H—F，H—Cl，H—Br，H—I键长依次递增，键能依次递减，分子的热稳定性依次递减。
3、键角
多原子分子中的两个共价键之间的夹角称为键角。键角是由共价键的方向性打算的，键角反映了分子或物质的空间构造。例如水分子是V型分子，水分子中两个H—O键的键角为104°30′。甲烷分子为正四周体型，碳位于正四周体的中心，任何两个C—H键的键角为109°28′。金刚石中任何两个C—C键的键角亦为109°28′。石墨片层中的任何两个C—C键的键角为120°。从键角和键长能够反映共价分子或原子晶体的空间构型。
【总结】（1）键能、键长打算了共价键的稳定性：原子半径越小，键长越短，键能越大，分子越稳定。如HF、HCl、HBr、HI分子中：　
X原子半径：F<Cl<Br<I H－X键键长：H－F<H－Cl<H－Br<H－I
H－X键键能：HF>HCl>HBr>HI H－X分子稳定性：HF>HCl>HBr>HI
（2）键角打算分子空间构型，应留意把握以下分子的键角和空间构型：
分子空间构型
键角
实例
正四周体
109°28′
CH4、CCl4、（NH4+）
60°
白磷：P4
平面型
120°
苯、乙烯、SO3、BF3等
三角锥型
107°18′
NH3
折线型
104°30′
H2O
直线型
180°
CO2、CS2、CH≡CH
（三）等电子原理
1、经受规律：等电子原理是指原子总数一样，价电子总数一样的分子具有类似的化学键特征，它们的很多性质相近。具有等电子的物质，如一氧化碳和氮分子就彼此叫做等电子体。
分子
N2
CO
原子数
2
2
电子数
2×7=14
6+8=14
价电子数
2×5=10
4+6=10
化学键
2π、1σ
2π、1σ
键能（kJ·mol－1）
1075
946
分子构型
直线型
直线型
沸点/K
252
253
熔点/K
77
83
液体密度/（克·厘米－3）

溶解度（水）
难溶于水
难溶于水
2、互为等电子体应当满足的条件：
（1）在微粒的组成上，微粒所含原子数目一样；
（2）在微粒的构成上，微粒所含价电子数目一样；
（3）在微粒的构造上，微粒中原子的空间陈设方式一样。
如：（BN）x与（C2）x、N2O与CO2等也是等电子体；硅和锗是良好的半导体材料，它们的等电子体磷化铝（AlP）砷化镓（GaAs）也是格外好的半导体材料；SiCl4、SiO44—、SO42—的原子数目和价电子总数都相等，它们互为等电子体，都构成正四周体立体构型。
【典型例题】
例1、氢元素与其他元素构成的二元化合物称为氢化物，下面关于氢化物的表达正确的选项（ ）
A、一个D2O分子所含的中子数为8 B、NH3的构造式为
C、HCl的电子式为 D、热稳定性：H2S＞HF
分析：此题考察了对原子构造、分子构造、电子式及氢化物的热稳定性比拟等根本学问。A、一个D2O分子所含的中子数为10，A错；HCl的电子式不应加括号，标电荷，C错；热稳定性：HF＞H2S，D错。
答案：B
例2、SO42－和 S2O82－构造中，硫原子均位于由氧原子组成的四周体的中心，且全部原子的最外层电子均满足8电子构造。以下说法正确的选项
A、SO42－的电子式为 B、S2O82－中没有非极性键
C、S2O82－比SO42－ 稳定 D、S2O82－有强氧化性
分析：此题主要考察了原子构造、分子构造与性质的关系，侧重考察分析推断询问题的才能。硫酸根电子式的写法不正确，应加括号标电荷；S2O82－中含有非极性键，B错；S2O82－中的硫为＋7价，不如SO42－稳定，C错。
答案：D
例3、以下说法中，正确的选项
A、在N2分子中，两个原子的总键能是单个键能的三倍
B、N2分子中有一个σ键、两个π键
C、N2分子中有两个σ键、一个π键
D、N2分子中存在一个σ键、一个π键
分析：N原子的电子排布为1s12s22p3，其中3个单电子分别占据3个相互垂直的p轨道。当两个N原子结合成N2分子时，各以1个p轨道沿键轴以“头碰头”方式重叠构成1个σ键后，余下的 2个2p轨道只能以“肩并肩”方式进展重叠，构成2个π键。因而，N2分子中有1个σ键和2个π键。
答案：B
例4、以下各分子中全部原子都满足最外层是8电子构造的是（ ）
A、BeCl2 B. PCl3 C. PCl5 D. N2
分析：分子中的原子是否满足8电子构造取决于两个要素：一是该中性原子的最外层电子数；二是该原子在分子中构成的共价键数目。假如二者之和为8，则满足8电子构造。
答案：BD
例5、以下过程中，共价键被破坏的是
A. 碘升华 B. 溴蒸气被木炭吸附 C. 酒精溶于水 D. HCl气体溶于水
分析：HCl气体溶于水，在水分子的作用下，电离为H＋和Cl－，原HCl分子中共价键被破坏。
答案：D
例6、以下说法中正确的选项（ ）
A. 分子中键能越大，键长越长，则分子越稳定
B. 失电子难的原子获得电子的才能肯定强
C. 电子层构造一样的离子，其半径随着核电荷数的增加而减小
D. 在化学变化中，某元素由化合态变为游离态，该元素肯定被复原
分析：关于有关概念正误推断型的选择题，其根本解法有两种，一是运用正确的规律或概念去比拟看是否有错误；二是列举法，按其说法举一个正例或举一个反例证明或反证其正误。对A项，分子中键能越大，键长应越短，A项错误。对B项，失电子难的原子，得电子才能不肯定强，如ⅣA族元素的原子得、失电子的才能都难，B项错误。对D项，化学反响中，元素从化合态变为游离态，该元素不肯定被复原，如HCl中氯元素从化合态变为游离态（Cl2）时，是被氧化，D项错误。
答案：C
例7、1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数一样、电子总数一样的分子，互称为等电子体。等电子体的构造类似、物理性质相近。
（1）依照上述原理，仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：
和 ； 和 。
（2）此后，等电子原理又有所开展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子数一样，各原子最外层电子数之和一样，也可互称为等电子体，它们也具有类似的构造特征。在短周期元素组成的物质中，与NO2－互为等电子体的分子有： 、 。
分析：依照标题给出的原理，要找出由第2周期元素组成的原子数一样、电子总数一样的分子。先考虑双原子分子，常见的有N2、CO、O2、F2，其中N2、CO电子数目一样，属于等电子体，再考虑三原子分子，常见的CO2，O3及N2O、NO2，FO2，其中CO2、N2O电子数目一样，属于等电子体。询问题二，首先分析NO2－离子，三个原子，最外层共18个电子，如此，满足该条件的分子就有SO2、O3。
答案：（1）N2 CO； CO2 N2O （2）SO2、 O3
【仿照试题】
1、以下说法不正确的选项（ ）
A、σ键比π键重叠程度大，构成的共价键强
B、两个原子间构成共价键时，最多有一个σ键
C、气体单质中，肯定有σ键，可能有π键
D、N2分子中有一个σ键，2个π键
2、以下分子中，既含有σ键又含有π键的是（ ）
A、CH4 B、HCl C、CH2=CH2 D、F2
3、对σ键的生疏不正确的选项（ ）
A、σ键不属于共价键，是另一种化学键
B、s－sσ键与s－pσ键的对称性一样
C、分子中含有共价键，则至少含有一个σ键
D、含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同
4、关于乙醇分子的说法正确的选项（ ）
A、分子中含有8个极性键 B、分子中不含非极性键
C、分子中只含σ键 D、分子中含有1个π键
5、以下物质中只有共价键的是（ ）
A、NaOH B、NaCl C、H2 D、H2S
6、以下电子式中，正确的选项（ ）

7、以下分子中，全部原子满足8电子构造的是（ ）
A、光气（COCl2） B、六氟化硫 C、二氟化氙 D、六氟化硼
8、以下化学键中，键的极性最强的是（ ）
A、H—F B、H—Cl C、H—Br D、H—I
9、据权威刊物报道，1996年科学家在宇宙中发觉H3分子。甲、乙、丙、丁四位同学对此报道的生疏正确的选项（ ）
A、甲认为上述发觉确定不行能，由于H3分子违犯了共价键理论
B、乙认为宇宙中还可能存在另一种氢单质，由于氢元素有三种同位素必定有三种同素异形体
C、丙认为H3分子本质上是H2分子与H+以特殊共价键结合的产物，应写成H3+
D、丁认为假如上述的发觉存在，则证明传统的价键理论有肯定的局限性，有待接着开展
10、最近，中国科大的科学家们将C60分子组装在一单层分子膜外表，在－268℃“拍摄”到能清楚辨别碳原子间单、双键的分子图像。以下化合物分子中肯定既含单键又含双键的是（ ）
A、CO2 B、C2H4O C、COCl2 D、H2O2
11、以下有关键角与实际不相符的是（ ）
A、CH4、NH3、H2O中的键角依次减小
B、SiF4、BF3、BeCl 2的键角依次为109°28′、120°、180°
C、CHCl3中的键角为109°28′
D、P4分子为正四周体形，键角为60°，与甲烷分子不同
12、以下粒子组的中心原子的价电子全部用于构成化学键的是（ ）
A、CO2、H2O、NH3、CH4 B、BeCl2、HCN、CH2O、BF3
C、NH4+、SO3、PCl5、CHCl3 D、HOCl、SO2、NH3、H3O+
13、电子数相等的粒子叫等电子体，以下粒子属等电子体的是 （ ）
A. CH4和NH4＋ B、NO和O2 C、NH2－和H3O＋ D、HCl和H2O
14、以下不互为等电子体的是（ ）
A、N2O和CO2 B、O3和NO2－ C、CH4和NH4+ D、OH－和NH2－
15、以下说法不正确的选项（ ）
A、CO和N2互为等电子体，其很多物理性质类似
B、Cl2分子中氯原子的共价半径为键长的一半
C、共价键具有方向性和饱和性
D、键长越长，键能越大，共价键越稳定
16、化学反响可视为旧键断裂和新键构成的过程。化学键的键能是构成（或拆开）lmol化学键时释放（或吸取）的能量。已经明白白磷和P4O6的分子构造如下图，现供应以下化学键的键能（kJ/mol）：P—P：198 P—O：360 O＝O：498，则反响P4 （白磷）+3O2＝P4O6的反响热△H为 （ ）

A、－1638 kJ/mol B、+1638 kJ/mol
C、－126 kJ/mol D、+126 kJ/mol
17、从试验测得不同物质中氧－氧之间的键长键能的数据：

O22－
O2－
O2
O2+
键长
149
128
121
112
键能／kJ
x
y
z=494
w=628
其中x、y的键能数据尚未测定，但可依照规律性推导键能的大小挨次为w>z>y>x。该规律性是（ ）
A、成键时电子数越多，键能越大 　　　B、键长越长、键能越小
C、成键所用的电子数越少，键能越大 　D、成键时电子对越偏移，键能越大
18、以下物质的分子与O3分子的构造最类似的是（ ）
A、H2O B、CO2 C、SO2 D、 BeCl2
19、以下各组物质的化学性质类似的是（ ）
A、HF和H2O B、NH3和PH3 C、CO和N2 D、H3O+和NH3
20、推断以下分子中，只含σ键的是 ，既含σ键又含有π键的是 。（填序号）
① H2 ② HCl ③ NH3 ④ H2O ⑤ CO2 ⑥ N2 ⑦ C2H4 ⑧ C2H2 ⑨H2O2 ⑩ CH3CH3
21、分析以下化学式中划有横线的元素，选出符合①②③ 要求的物质编号，填写在横线上。
A. NH3 B. H2O C. HCl D. CH4 E. N2
① 全部的价电子都参与构成共价键的是 ；
② 只有一个价电子参与构成共价键的是 ；
③ 最外层有未参与成键电子对的是 ；
22、“笑气”（N2O）是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。有关理论认为N2O与CO2分子具有类似的构造（包括电子式）；又已经明白N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，则N2O的电子式可表示为 ，由此可知它 （填“含有”或“不含”）非极性键。
23、氮能够构成多种离子，如N3－，NH2－，N3－，NH4+，N2H5+，N2H62+等，已经明白N2H5+与N2H62+是由中性分子结合质子构成的，类似于NH4+，因而有类似于 NH4+的性质。
⑴写出N2H62+在碱性溶液中反响的离子方程式： 。
⑵NH2－的电子式为 。
⑶N3－有 个电子。
⑷写出两种由多个原子组成的含有与N3－电子数一样的物质的化学式 。
⑸等电子数的微粒往往具有类似的构造，试猜测N3－的构型 。
⑹据报道，美国科学家卡尔·克里斯特于1998年11月合成了一种名为“N5”的物质，由于其具有极强的爆炸性，又称为“盐粒炸弹”。迄今为止，人们对它的构造尚不清楚，只明白“N5”实际上是带正电荷的分子碎片，其构造是对称的，5个N排成V形。假如5个N结合后都到达8电子构造，且含有2个N≡N键。则“N5”的分子碎片所带的电荷是 。
【试题答案】
1、C 2、C 3、A 4、C 5、C D 6、D
7、A 8、A 9、D 10、C 11、C 12、BC
13、A 14、D 15、D 16、A 17、B 18、C 19、BC
20、①②③④⑨⑩，⑤⑥⑦⑧
21、①D②C③A、B、C、E
22、 含有
23、⑴N2H62++2OH－＝N2H4+2H2O
⑵
⑶22
⑷N2O CO2 CNO－ BeF2 CaH2 C3H4等
⑸直线型
⑹一个单位正电荷
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