高二化学共价键人教实验版知识精讲

学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网高二化学共价键人教实验版【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、键长和键角说明简单分子的某些性质，知道共价键的主要类型σ键和π键，能用键能、键长、键角等键参数判断简单分子的构型和稳定性。3、了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形成的相互作用。2、共价键的成键微粒：原子3、共价键的成键本质：高概率地出现在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电负性相同或相差很小的非金属元素原子之间形成共价键。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：根据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，从而形成两种类型的共价键——σ键和π键。（1）σ键：以“头碰头”方式进行重叠，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形成的共价键。如：①H2分子的s－sσ键②HCl分子的s－pσ键③Cl2分子的p－pσ键学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网分析：对于含有单的s电子或单的p电子的原子，为了达到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形成的共价键，这种共价键为σ键。σ键是两原子成键时，电子云采取“头碰头”的方式重叠形成的共价键，这种重叠方式符合能量最低，最稳定。σ键是轴对称的，可以围绕成键的两原子核的连线旋转。（2）π键：p电子和p电子除能形成σ键外，还能以“肩并肩”的方式进行重叠形成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，如果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，化学活泼性强，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。【归纳比较】σ键和π键的比较σ键π键成键方向沿轴方向“头碰头”平行或“肩并肩”电子云形状轴对称镜像对称牢固程度键强度大，不易断裂键强度较小，容易断裂成键判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：在共价键的形成过程中，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，即每个原子所能形成共价键的数目或以单键连接的原子数目是一定的，饱和性决定了原子形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形成共价键后，就不能再和其他原子中的单电子配对。所以，每个原子所能形成共价键的数目取决于该原子中的单电子数目。这就是共价键的饱和性。例如氢原子和氯原子都有一个未成对的电子，从共价键的形成来看，只有未成对的电子才能形成共用电子对，因此H2、HCl、Cl2只能由两个原子各提供一个未成对电子形成一个共用电子对，因此H2、HCl、Cl2只能由两个原子形成，而不是3个、4个。（2）方向性：形成共价键时，原子轨道重叠愈多，电子在核间出现的概率愈大，所形成的共价键就愈牢固，因此共价键将尽可能地沿着电子概率出现最大的方向形成，这就是共价键的方向性。分析：原子轨道中，除s轨道呈球形对称外，p、d等轨道都有一定的空间取向，它们在成键时只有沿一定的方向靠近达到最大程度的重叠，才能形成稳定的共价键。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：学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网（1）电子式：在元素符号周围用小黑点·或×来描述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）结构式：用一根短线表示一对共用电子所形成的共价键。如：：：：（二）共价键参数化学键的性质可以通过表征键的性质的某些物理量来描述，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：气态基态原子形成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，表明键越牢固，由该键构成的分子也就越稳定。（3）键能和化学反应的能量变化的关系：键能越大，形成化学键放出的能量越大，化学键越稳定。反应热=所有生成物键能总和－所有反应物键能总和，（反应物总键能－生成物总键能）＞0，反应吸热；（反应物总键能－生成物总键能）＜0，反应放热。分析1：由教材表2－1数据经计算可得：1molH2与1molCl2反应生成2molHCl放热184.9kJ，而1molH2与1molBr2反应生成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容易发生热分解。分析2：N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强是因为N—H键、O—H键与H—F键的键能依次增大，说明形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在常温下很难发生化学反应，必须在高温下才能发生化学反应，而F2与H2在冷暗处就能发生化学反应。其原因是：化学反应是一个旧键断裂、新键生成的过程，NN键键能（946kJ·mol－1）远大于F—F键键能（157kJ·mol－1），说明断开NN键比断开F—F键困难。2、键长（1）键长的定义：形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，形成的物质越稳定。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决定的，键角反映了分子或物质的空间结构。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′。甲烷分子为正四面体型，碳位于正四面体的中心，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°。从键角和键长可以反映共价分子或原子晶体的空间构型。【总结】（1）键能、键长决定了共价键的稳定性：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：FClBrIH－X键键长：H－FH－ClH－BrH－IH－X键键能：HFHClHBrHIH－X分子稳定性：HFHClHBrHI（2）键角决定分子空间构型，应注意掌握以下分子的键角和空间构型：分子空间构型键角实例学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网°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、经验规律：等电子原理是指原子总数相同，价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近。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N2CO原子数22电子数2×7=146+8=14价电子数2×5=104+6=10化学键2π、1σ2π、1σ键能（kJ·mol－1）1075946分子构型直线型直线型沸点/K252253熔点/K7783液体密度/（克·厘米－3）0.7960.793溶解度（水）难溶于水难溶于水2、互为等电子体应该满足的条件：（1）在微粒的组成上，微粒所含原子数目相同；（2）在微粒的构成上，微粒所含价电子数目相同；（3）在微粒的结构上，微粒中原子的空间排列方式相同。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）也是很好的半导体材料；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，都形成正四面体立体构型。【典型例题】例1、氢元素与其他元素形成的二元化合物称为氢化物，下面关于氢化物的叙述正确的是（）A、一个D2O分子所含的中子数为8B、NH3的结构式为C、HCl的电子式为D、热稳定性：H2S＞HF分析：本题考查了对原子结构、分子结构、电子式及氢化物的热稳定性比较等基本知识。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学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网、SO42－和S2O82－结构中，硫原子均位于由氧原子组成的四面体的中心，且所有原子的最外层电子均满足8电子结构。下列说法正确的是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：本题主要考查了原子结构、分子结构与性质的关系，侧重考查分析判断问题的能力。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、下列说法中，正确的是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个互相垂直的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”方式重叠形成1个σ键后，余下的2个2p轨道只能以“肩并肩”方式进行重叠，形成2个π键。所以，N2分子中有1个σ键和2个π键。答案：B例4、下列各分子中所有原子都满足最外层是8电子结构的是（）A、BeCl2B.PCl3C.PCl5D.N2分析：分子中的原子是否满足8电子结构取决于两个因素：一是该中性原子的最外层电子数；二是该原子在分子中形成的共价键数目。如果二者之和为8，则满足8电子结构。答案：BD例5、下列过程中，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、下列说法中正确的是（）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能力一定强C.电子层结构相同的离子，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，该元素一定被还原分析：对于有关概念正误判断型的选择题，其基本解法有两种，一是运用正确的规律或概念去比较看是否有错误；二是列举法，按其说法举一个正例或举一个反例证实或反证其正误。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，得电子能力不一定强，如ⅣA族元素的原子得、失电子的能力都难，B项错误。对D项，化学反应中，元素从化合态变为游离态，该元素不一定被还原，如HCl中氯元素从化合态变为学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网学而思教育·学习改变命运思考成就未来！高考网游离态（Cl2）时，是被氧化，D项错误。答案：C例