共价键的键参数与等电子体

第二章分子结构与性质第一节共价键探究１共价键的类型研读教材·自主认知1.共价键:共用电子对电子云(或原子轨道)饱和性方向性2.共价键的分类:(1)按共用电子对数分类。①共价单键:σ键(如H—Cl、H—H、Cl—Cl等分别为s-pσ键、s-sσ键、p-pσ键)。②共价双键:1个σ键、1个π键(如碳碳双键、碳氧双键)。③共价三键:1个σ键、2个π键(如碳碳三键、氮氮三键)。(2)按共用电子对是否偏移分类:非极性键和极性键。(3)按原子轨道重叠方式分类。①σ键形成成键原子的s轨道或p轨道“_______”重叠而形成类型s-s型s-p型p-p型特征a.对称性:_______b.强度:较大头碰头轴对称②π键形成由两个原子的p轨道“_______”重叠形成p-pπ键特征a.对称性:_________b.强度:较小肩并肩镜面对称合作探究·核心归纳1.所有的共价键都有方向性吗?提示:并不是所有的共价键都有方向性,如s-sσ键就没有方向性。2.你能用所学原子结构理论解释氢原子只能结合为H2,而不是以H3的形式存在吗?提示:因为氢原子1s轨道上的电子同另一个氢原子的1s轨道上的电子配对成键后,根据泡利原理,H就不能再同第三个氢原子结合,因为如果再同第三个氢原子结合,其中必有两个电子的自旋方向相同而违背泡利原理。3.氢原子和氟原子、氯原子均可以以σ键相结合,其成键轨道完全相同吗?提示:不相同。氢原子的未成对电子位于1s轨道,氟原子、氯原子的未成对电子分别位于2p、3p轨道,即氢原子和氟原子成键是1s和2p轨道“头碰头”重叠,而氢原子和氯原子成键是1s和3p轨道“头碰头”重叠。4.已知氮气分子的共价键是三键(N≡N),你能通过画图来描述吗?提示:氮原子各自用三个p轨道分别跟另一个氮原子形成一个σ键和两个π键,其示意图如下:5.乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成?提示:乙烷分子中的共价键由7个σ键组成;乙烯分子中的共价键由5个σ键和1个π键组成;乙炔分子中的共价键由3个σ键和2个π键组成。【归纳总结】1.σ键与π键的比较:键型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面对称强度大小强度大强度较小活泼性不活泼活泼2.正确认识σ键和π键:(1)σ键与π键的实质都是由共用电子对而形成的化学键。(2)σ键与π键由于原子轨道的重叠程度不同从而导致了两者的稳定性不同。(3)由于s轨道没有方向性,所以两个s轨道只能形成σ键,不能形成π键。(4)两个原子之间可以只形成σ键,但不能只形成π键。【拓展延伸】共价键的特征(1)饱和性。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对成键后,一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配对成键了,即每个原子所能形成共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的,所以共价键具有饱和性。(2)方向性。在形成共价键时,原子轨道重叠得越多,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。过关小练·即时应用1.(2015·银川高二检测)下列物质的分子中,既有σ键又有π键的是()A.C2H6B.HClOC.CH4D.CO2【解题指南】解答本题的关键是(1)明确各分子的结构特点,并能写出其结构简式;(2)明确σ键和π键的存在原则。【解析】选D。共价化合物中单键为σ键,双键或三键中有一个为σ键其余为π键。C2H6的结构式为,分子中只存在σ键;HClO的结构式为H—O—Cl,分子中只存在σ键;CH4的结构式为,分子中只存在σ键;而CO2结构式为OCO,既有σ键又有π键。＝＝2.(2015·三明高二检测)下列说法中不正确的是()A.碳原子与碳原子之间形成σ键的重叠程度比π键大得多,σ键比π键牢固B.两个原子之间形成共价键时,最多有一个σ键C.分子中可能只有σ键,也可能只有π键,也可能既有σ键又有π键,还有可能是既没有σ键也没有π键D.N2中有一个σ键,2个π键,而HCN中σ键与π键数目之比为1∶1【解析】选C。从原子轨道重叠程度看,碳碳原子间π键轨道重叠程度比σ键重叠程度小,故π键稳定性小于σ键;两个原子间成键时,首先形成σ键且只形成1个σ键,如果双方都含有未成对电子,则再形成π键(存在双键、三键之中),因此B项正确而C项错误(分子中不可能只有π键);在单质分子中存在σ键(如Cl2、H2)、π键(N2中存在1个σ键和2个π键),稀有气体为单原子分子,不存在化学键,而HCN(H—C≡N)中存在2个σ键和2个π键。【补偿训练】指明下列化学键类型的名称,并各举一例含有这种价键类型的物质。化学键类型举例(1),。(2),。(3),。(4),。(5),。【解析】共价键具有方向性,以“头碰头”重叠形成的为σ键,“肩并肩”重叠形成的为π键,由此可知(1)、(2)、(3)形成的为σ键,(4)、(5)形成的为π键。答案:(1)s-sσ键H2(2)s-pσ键HCl(3)p-pσ键Cl2(4)pz-pzπ键N2(5)py-pyπ键N2(举例合理即可)探究２键参数和等电子体研读教材·自主认知1.键参数:概念作用键能气态基态原子形成1mol化学键_____的_________键能越大,键越_____,越不易断裂键长形成共价键的两个原子之间的_______键长越短,键能_____,键越_____键角两个共价键之间的夹角表明共价键有_______,描述分子的立体结构释放最低能量稳定核间距越大稳定方向性2.等电子原理及等电子体:(1)等电子原理:_____总数相同、_______总数相同的分子具有相似的化学键特征,它们的许多性质是相近的。(2)等电子体。①概念:满足等电子原理的分子称为等电子体。原子价电子②实例:CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数,属于等电子体,其性质对比如下:分子N2CO结构原子数____电子数______价电子数______立体构型直线形直线形性质沸点/℃-195.81-191.49熔点/℃-210.00-205.052214141010合作探究·核心归纳1.键参数:(1)试从键长和键能的角度分析HF、HCl、HBr、HI稳定性逐渐减弱的原因。提示:从F到I原子半径逐渐增大,分别与氢原子形成共价键时,H—F、H—Cl、H—Br、H—I的键长逐渐增长,键能逐渐减小,故分子的稳定性逐渐减弱。(2)C—C键和C＝C键的键能为347.7kJ·mol-1和615kJ·mol-1,为什么后者的键能不是前者的2倍?提示:由σ键和π键的判断方法可以知道,乙烷分子中的碳碳单键为σ键,乙烯分子中的碳碳双键中有一个σ键和一个π键,由于π键键能小于σ键,所以,乙烯的C＝C键的键能小于乙烷C—C键的键能的2倍。(3)N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强,从键能的角度应如何理解这一化学事实?提示:根据键能N2O2F2,知破坏3个分子中的共价键消耗的能量依次减少,再由原子半径可推知产物的键长:H—FH—OH—N,故键能H—FH—OH—N,说明分子的稳定性:HFH2ONH3,所以N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。(4)电负性大的双原子分子,键长短的键能一定大吗?提示:电负性大的双原子分子,键长短的键能不一定大。例如,F2分子中氟原子的半径很小,因此其键长短,而两个氟原子形成共价键时核间距很小,排斥力很大,故其键能不大。因此F2的稳定性较差,性质活泼。2.等电子体:(1)根据等电子原理及所学知识,试举出几种等电子体。提示:H2O和H2S,SO2和O3,CO2和CS2,卤素的氢化物。(2)已知CO2是直线形结构、N是平面正三角形结构,试推测C和CS2的结构。提示:N和C是等电子体,均为平面正三角形结构,CO2和CS2是等电子体,均为直线形结构,3O3O23O23O【归纳总结】1.键参数的应用:(1)共价键的键能和键长反映了共价键的强弱程度,键长和键角常被用来描述分子的空间构型。(2)一般来讲,形成共价键的两原子半径之和越小,共用电子对数越多,则共价键越牢固,含有该共价键的分子越稳定。(3)键能与化学反应过程中的能量关系。化学反应的实质是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物分子内新化学键的形成。化学反应过程中,若旧键断裂所吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量,反应为吸热反应,否则,反应为放热反应。2.键参数与分子性质的关系:分子的键参数与分子的空间构型和分子性质之间的关系可以表示如下:过关小练·即时应用1.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.元素周期表中的第ⅠA族(除H外)和第ⅦA族元素的原子间可能形成共价键C.水分子可表示为H—O—H,分子中键角为180°D.H—O键的键能为467kJ·mol-1,即18gH2O分解成H2和O2时,消耗能量为934kJ【解题指南】解答本题时应注意以下3点:(1)键长与键能之间的关系。(2)了解常见分子的构型及键角。(3)会利用键能计算化学反应的热效应。【解析】选B。一般来说,键能越大,键长越短,分子结构越稳定,故A选项错误。查表知Li的电负性为1.0,I的电负性为2.5,其差值为1.51.7,所以LiI中存在共价键,B选项正确。水分子中H—O—H的键角是105°,是V形分子,故C选项错误。D项中,H—O键键能指的是气态基态氢原子和氧原子形成1molH—O键时释放的最低能量,则拆开1molH—O键形成气态氢原子和氧原子所需吸收的能量也为467kJ,18gH2O即1molH2O中含2molH—O键,断开时需吸收934kJ的能量形成气态氢原子和氧原子,再进一步形成H2和O2时,还需释放出一部分能量,故需知H—H键和O＝O键的键能,D选项错误。2.(2015·太原高二检测)下列各组互为等电子体的是()A.N2O和NO2B.O3和SO2C.CH4和NH3D.OH-和N2H【解析】选B。N2O和NO2的原子总数为3,相同,价电子总数分别为16、17,不同,故A不符合题意;O3和SO2原子总数为3,相同,价电子总数均为18,相同,故B符合题意;CH4和NH3原子总数分别为5、4,不同,价电子总数均为8,相同,故C不符合题意;OH-和N原子总数分别为2、3,不同,价电子总数均为10,相同,故D不符合题意。2H【补偿训练】(2015·武汉高二检测)下列说法中,错误的是()A.非金属元素可能形成离子化合物B.成键原子间原子轨道重叠得越多,共价键越牢固C.对双原子分子来说,键能越大,含有该键的分子越稳定D.键长越长,化学键越牢固【解析】选D。非金属元素能形成共价化合物(如H2O、HCl),也可形成离子化合物(如NH4Cl);成键原子间原子轨道重叠越多,键长越短,则键能越大,共价键越牢固,分子越稳定,D项错误。