共价键的特征与类型

第一节共价键第1课时共价键的特征与类型[目标定位]1.熟知共价键的概念与形成，知道共价键的特征——具有饱和性和方向性。2.能够从不同的角度对共价键分类，会分析σ键和π键的形成及特点。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)键的本质：原子间通过共用电子对(即电子云重叠)产生的强烈作用。(4)键的形成条件：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①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用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下：③由以上分析可知，F原子与H原子间只能形成1个共价键，所形成的简单化合物为HF。同理，O原子与2个H原子形成2个共用电子对，2个N原子间形成3个共用电子对。(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。共价键的形成与特征(1)当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋状态相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子密度增大，体系的能量降低。(2)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。共价键的方向性决定了分子的立体构型。(3)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。1．下列不属于共价键成键因素的是()A．共用电子对在两原子核之间高概率出现B．共用的电子必须配对C．成键后体系能量降低，趋于稳定D．两原子体积大小要适中答案D解析两原子形成共价键时，电子云发生重叠，即电子在两核之间出现的概率更大；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子的体积大小与能否形成共价键无必然联系。2．下列说法正确的是()A．若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性B．H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性C．所有共价键都有方向性D．两个原子轨道发生重叠后，电子仅存在于两核之间答案A解析S原子有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，形成的氢化物为H2S，A项对；H2O能结合1个H＋形成H3O＋，不能说明共价键不具有饱和性，B项错；H2分子中，H原子的s轨道成键时，因为s轨道为球形，所以H2分子中的H—H键没有方向性，C项错；两个原子轨道发生重叠后，电子只是在两核之间出现的概率大，D项错。二、共价键的类型1．共价键的分类按照不同的分类方法，可将共价键分为不同的类型：(1)按共用电子对数目分类单键：如H—H双键：如C===C三键：如N≡N(2)按共用电子对是否偏移分类非极性键：如Cl—Cl极性键：如H—Cl(3)按电子云的重叠方式分类σ键π键2．σ键与π键(1)σ键①σ键：形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠，这种共价键叫σ键。②σ键的类型：根据成键电子原子轨道的不同，σ键可分为s­sσ键、s­pσ键、p­pσ键。a．s­sσ键：两个成键原子均提供s轨道形成的共价键。b．s­pσ键：两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键。c．p­pσ键：两个成键原子均提供p轨道形成的共价键。③σ键的特征a．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。b．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。④σ键的存在：共价单键为σ键；共价双键和共价三键中存在一个σ键。(2)π键①π键：形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“肩并肩”的方式重叠，这种共价键叫π键。②π键的特征a．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。b．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。③π键的存在：π键通常存在于双键或三键中。归纳总结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示意图3．σ键可由两个原子的s轨道或一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道或两个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成。则下列分子中的σ键是由两个原子的s轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是()A．H2B．HClC．Cl2D．F2答案A解析A项中H2是由两个1s轨道形成的σ键；B项中是由H的1s轨道与Cl的3p轨道形成的σ键；C项中是由Cl的两个3p轨道形成的σ键；D项中是由F的两个2p轨道形成的σ键。4．下列有关化学键类型的判断不正确的是()A．s­sσ键与s­pσ键的对称性不同B．分子中含有共价键，则至少含有一个σ键C．已知乙炔的结构式为H—C≡C—H，则乙炔分子中存在2个σ键(C—H)和3个π键(C≡C)D．乙烷分子中只存在σ键，即6个C—H键和1个C—C键都为σ键，不存在π键答案C解析s­sσ键无方向性，s­pσ键轴对称，A项对；在含有共价键的分子中一定有σ键，可能有π键，如HCl、N2等，B项对；单键都为σ键，乙烷分子结构式为，其6个C—H键和1个C—C键都为σ键，D项正确；共价三键中有一个为σ键，另外两个为π键，故乙炔(H—C≡C—H)分子中有2个C—Hσ键，C≡C键中有1个σ键、2个π键，C项错。1．共价键是具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．共价键的方向性决定了分子的立体构型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就存在着必然的联系，这种成键的方向性也就决定了所形成分子的立体构型，故B、C项正确；D项错误。2．根据氢原子和氟原子的核外电子排布，对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是()A．两者都为s­sσ键B．两者都为p­pσ键C．前者为p­pσ键，后者为s­pσ键D．前者为s­sσ键，后者为s­pσ键答案C解析氢原子的核外电子排布式为1s1，氟原子的核外电子排布式为1s22s22p5，p轨道上有1个未成对的p电子。F2是由两个氟原子未成对的p电子轨道重叠形成的p­pσ键，HF是由氢原子中的s轨道与氟原子中的1个p轨道形成的s­pσ键。3．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解析本题主要考查σ键和π键的形成。由于π键的键能小于σ键的键能，所以反应时易断裂，A项正确；在形成分子时为了使其能量最低，必然首先形成σ键，根据形成原子的核外电子排布来判断是否形成π键，所以B项正确，D项错误；像H、Cl原子跟其他原子只能形成σ键。4．下列分子中含有两个π键的组合是()①H2O②CO2③H—C≡N④NH3⑤N2⑥CH4A．①③⑥B．②③⑤C．①②③⑥D．③④⑤⑥答案B解析H2O分子中含有2个H—O键，不含π键，①错误；CO2的分子中只有两个C===O，含有两个π键，②正确；H—C≡N的分子中有C≡N，含有两个π键，③正确；NH3分子中含有3个H—N键，不含π键，④错误；N2的分子中有N≡N，含有两个π键，⑤正确；CH4的分子中有4个H—C键，不含π键，⑥错误。故分子中含有两个π键的是②③⑤。5．分析下列化学式中画有横线的元素，选出符合要求的物质并填空。A．NH3B．H2OC．HClD．CH4E．C2H6F．N2(1)所有的价电子都参与形成共价键的是______。(2)只有一个价电子参与形成共价键的是______。(3)最外层有未参与成键的电子对的是______。(4)既有σ键，又有π键的是______。(5)某有机物的结构式如下所示：则分子中有________个σ键，________个π键。答案(1)DE(2)C(3)ABCF(4)F(5)73解析NH3中N原子与3个H原子形成3个σ键，还有一对不成键电子；H2O中O原子与2个H原子形成2个σ键，还有两对不成键电子；HCl中Cl原子与1个H原子形成1个σ键，还有三对不成键电子；CH4中C原子与4个H原子形成4个σ键，所有价电子都参与成键，其分子构型为正四面体形；C2H6中C原子分别与3个H原子及另1个C原子形成4个σ键，所有价电子都参与成键，C—H为极性键，C—C为非极性键；N2中N原子与另1个N原子形成1个σ键，2个π键，还有一对不成键电子。除共价单键全部为σ键外，双键中有一个为σ键，另一个为π键；三键中有一个为σ键，另两个为π键，故该有机物分子中σ键总数为7，π键总数为3。[基础过关]题组一共价键的形成与判断1．下列说法正确的是()A．含有共价键的化合物一定是共价化合物B．由共价键形成的分子一定是共价化合物C．分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物D．只有非金属原子间才能形成共价键答案C解析在离子化合物中也有共价键，如NaOH；由不同元素的原子形成的共价键分子是共价化合物，由相同元素的原子形成的共价键分子是单质，如H2、Cl2等；对于D项，也存在金属元素的原子与非金属元素的原子间形成共价键的化合物，如AlCl3等。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NaCl答案C解析A项，Na2O2中既有离子键又有O—O共价键，不正确；B项，CaF2中只有离子键，不正确；D项，NaCl属于离子化合物，没有共价键。3．已知：X、Y、Z、W四种元素原子的电负性数值。元素XYZW电负性2.53.51.22.4你认为上述四种元素中，最容易形成共价键的是()A．X与YB．X与WC．Y与ZD．Y与W答案B解析当两种元素原子的电负性相差很大时，形成的将是离子键；当两种元素原子的电负性相差不大时，形成的将是共价键。题组二共价键的类型与特征4．下列物质中σ键和π键数目比为1∶2的是()A．O2B．HCNC．CO2D．N2答案D解析O2的结构式是O===O，分子中两个氧原子形成共价双键，分子中σ键和π键数目比为1∶1，A错误；HCN的结构式是H—C≡N，分子中σ键和π键数目比为1∶1，B错误；CO2的结构式是O===C===O，分子中σ键和π键数目比为1∶1，C错误；N2的结构式是N≡N，分子中σ键和π键数目比为1∶2，D正确。5．下列说法正确的是()A．所有的原子轨道都具有一定的伸展方向，因此所有的共价键都具有方向性B．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C．基态C原子有两个未成对电子，所以最多只能形成2个共价键D．1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子，是由共价键的饱和性决定的答案D解析只有2个s原子轨道重叠形成的共价键没有方向性，其他原子轨道重叠形成的共价键都有方向性，故A不正确；非金属元素的原子形成的共价键数目一般等于该原子最外层的未成对电子数，不能说一定等于该元素原子的价电子数，故B不正确；在形成CH4分子的过程中，碳原子2s轨道中的1个电子激发到2p空轨道，这样形成了4个未成对电子，C不正确；N原子最