第一节共价键

了解共价键的主要类型σ键和π键，知道σ键和π键的明显差别和一般规律。理解键能、键长、键角等键参数的概念。

能应用键参数——键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。了解等电子原理，结合实例说明等电子原理的应用。

共价键[学生用书P16]

共价键的概念和特征

原子间通过共用电子对形成的化学键为共价键。

共价键的类型(按成键原子的原子轨道重叠方式分类)

(1)σ键

形成 由成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠形成 类型 s-s型

H—H的s-s σ键的形成 s-p型

H—Cl的s-p σ键的形成 p-p型

Cl—Cl的p-p σ键的形成 特征 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;σ键的强度较大 (2)π键

形成 由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成 p-p π键

p-p π键的形成 特征 π键的电子云具有镜面对称性，即每个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;π键不能旋转;不如σ键牢固，较易断裂 (3)判断σ键、π键的一般规律

共价单键为σ键;共价双键中有一个σ键、一个π键;共价三键由一个σ键和两个π键组成。

判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)原子轨道在空间都具有方向性。()

(2)一般来说，σ键比π键强度大，更稳定。()

(3)N2分子中σ键与π键的个数比是2∶1。()

(4)形成Cl2分子时，p轨道的重叠方式为 eq avs4al(，，， ) 。()

(5)σ键和π键都只存在于共价分子中。()

答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×

关于σ键和π键的比较，下列说法不正确的是()

σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强

σ键是“头碰头”式重叠，π键是“肩并肩”式重叠

σ键不能断裂，π键容易断裂

原子只能形成σ键，O原子可以形成σ键和π键

答案：C

下列物质的分子中既有σ键又有π键的是()

①HCl②H2O③N2④H2O2⑤C2H4⑥C2H2

①②③ ③④⑤⑥

①③⑥ ③⑤⑥

答案：D

σ键与π键的比较

共价键类型 σ键 π键 电子云

重叠方式 沿键轴方向

相对重叠 沿键轴方向

平行重叠 续表

共价键类型 σ键 π键 电子云

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 电子云

重叠程度 大 小 示意图 键的强度 较大 较小 化学活泼性 不活泼 活泼 成键规律 共价单键是σ键;共价双键中一个是σ键，一个是π键;共价三键中一个是σ键，两个是π键 对于σ键和π键应特别注意的问题

(1)s轨道与s轨道形成σ键时，电子并不是只在两核间运动，只是电子在两核间出现的概率大。

(2)因s轨道是球形的，故s轨道与s轨道形成σ键时，无方向性。两个s轨道只能形成σ键，不能形成π键。

(3)两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键。

下列说法正确的是()

π键是由两个p原子轨道“头碰头”重叠形成的

σ键呈镜面对称，而π键呈轴对称

乙烷分子中的化学键全为σ键，而乙烯分子中含有σ键和π键

分子中含σ键，而Cl2分子中除σ键外还含有π键

[解析]本题考查了σ键和π键的形成方式和特征。原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键;σ键呈轴对称，而π键呈镜面对称;分子中所有的共价单键都是σ键，共价双键及共价三键中均含σ键和π键。

[答案]C

请指出上述例题C项中1 mol乙烷分子中σ键的个数为________;乙烯分子中σ键与π键数目之比为________。

答案：7NA5∶1

共价键的形成与类型判断

下列不属于共价键成键因素的是()

共用电子对在两原子核之间高频率出现

共用电子对必须在两原子中间

成键后的体系能量降低，趋于稳定

两原子核体积大小要适中

解析：选D。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机会更多;两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低;原子核体积的大小与能否形成共价键无必然联系。

(20XX·鞍山一中期中)下列说法中正确的是()

乙烷分子中，既有σ键，又有π键

和N2的共价键类型相同

由分子构成的物质中一定含有σ键

分子中含一个s-p σ键

解析：选D。A中，乙烷分子的结构式为 ，只有σ键，无π键;B中，Cl2分子是p-p σ键，N2分子中除有p-p σ键外，还有p-p π键;C中，某些单原子分子(如He、Ne等稀有气体)中不含有化学键。

共价键的特征

硫化氢(H2S)分子中两个共价键的夹角接近90°，其原因是()

①共价键的饱和性②S原子的电子排布③共价键的方向性④S原子中p轨道的形状

①② ①③

②③ ③④

解析：选D。S原子的价电子排布式是3s23p4，有2个未成对电子，并且分布在相互垂直的两个p轨道中，当与两个H原子配对成键时，形成的两个共价键间夹角接近90°，这体现了共价键的方向性，是由p轨道的伸展方向决定的。

下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是()

解析：选A。由共价键的饱和性可知：C、Si均形成4个共价键，H形成1个共价键，O、S均形成2个共价键。A项中O原子之间不可能形成双键，B项是过氧乙酸，含有过氧键“O—O”，C项相当于S取代了CH3OH中的氧原子，D项中Si原子形成4个共价键。

键参数[学生用书P17]

键能

(1)键能是气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。键能的单位是kJ·mol-1。例如：形成1 mol H—H键释放的最低能量为 kJ，即H—H键的键能为 kJ·mol—1。

(2)下表中是H—X键的键能数据

共价键 H—F H—Cl H—Br H—I 键能/kJ·mol-1 568 366 ①若使2 mol H—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收的能量。

②表中共价键最难断裂的是H—F键，最易断裂的是H—I键。

③由表中键能数据大小说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小，说明四种分子的稳定性依次减弱，即HF分子很稳定，最难分解，HI分子最不稳定，最易分解。

键长

(1)键长是指形成共价键的两个原子之间的核间距，因此原子半径决定化学键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。

(2)键长与共价键的稳定性之间的关系：共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。

(3)下列三种分子中：①H2、②Cl2、③Br2，共价键的键长最长的是③，键能最大的是①。

键角

(1)键角是指在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角。在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性。键角是描述分子立体结构的重要参数。

(2)根据立体构型填写下列分子的键角：

分子立体构型 键角 实例 正四面体形 109°28′ CH4、CCl4 平面形 120° 苯、乙烯、BF3 三角锥形 107° NH3 V形(或角形) 105° H2O 直线形 180° CO2、CS2、CH≡CH

判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)键角是描述分子立体结构的重要参数。()

(2)键长是成键两原子半径的和。()

(3)C===C键的键能等于C—C键的键能的2倍。()

(4)键长短，键能就一定大，分子就一定稳定。()

(5)因为O—H键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力依次减弱。()

答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×

实验测得四种结构相似的单质分子的键长、键能的数据如下：

A—A B—B C—C D—D 键长/10-10 m a c 键能/kJ·mol-1 193 b 151 d 已知D2分子的稳定性大于A2，则a________(填“>”或“<”，下同)，d________193;a________c，b________d。

解析：结构相似的单质分子中，键长越短，键能越大，分子越稳定。

答案：>><>

键参数的应用

对物质性质的影响

共价键强弱的判断

(1)由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的原子半径越小，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。如原子半径：FH—Br>H—I，稳定性：HF>HCl>HBr>HI。如共用电子对数：N≡N>Cl—Cl，则共价键的牢固程度：N≡N >Cl—Cl。

(2)由键能判断：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。

(3)由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。

共价键的键能与化学反应热

(1)化学反应的实质：化学反应的实质就是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。

(2)化学反应过程有能量变化：反应物和生成物中化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。

(3)放热反应和吸热反应

①放热反应：旧键断裂吸收的总能量小于新键形成放出的总能量。

②吸热反应：旧键断裂吸收的总能量大于新键形成放出的总能量。

(4)反应热(ΔH)与键能的关系

ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。

注意：ΔH<0时，为放热反应;ΔH>0时，为吸热反应。

由实验测得不同物质中O—O键的键长和键能数据如下表。其中X、Y的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为W>Z>Y>X。该规律性是()

O—O键

数据 O eq oal(2-，2) O eq oal(-，2) O2 O eq oal(+，2) 键长/10-12 m 149 128 121 112 键能/kJ·mol-1 X Y Z=494 W=628 电子数越多，键能越大

键长越长，键能越小

成键所用的电子数越少，键能越大

成键时电子对越偏移，键能越大

[解析]电子数由多到少的顺序为O eq oal(2-，2) >O eq oal(-，2) >O2>O eq oal(+，2) ，而键能由大到小顺序为W>Z>Y>X，A错误;对于这些微粒在成键时所用的电子数情况，题中无信息，C错误;这些微粒都是O原子成键，无偏移，D错误。

[答案]B

白磷与氧气可发生反应P4+5O2===P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—P a kJ·mol-1、P—O b kJ·mol-1、P===O c kJ·mol-1、O===O d kJ·mol-1。

根据如图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是()

(6a+5d-4c-12b) kJ·mol-1

(4c+12b-6a-5d) kJ·mol-1

(4c+12b-4a-5d) kJ·mol-1

(4a+5d-4c-12b) kJ·mol-1

解析：选A。根据ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和计算。从图中可以看出1个白磷分子中有6个P—P键，所以1 mol P4中共价键断裂要吸收6a kJ的能量，1 mol氧气分子中共价键断裂要吸收d kJ的能量;1个P4O10中有4个P===O键和12个P—O键，所以生成1 mol P4O10需放出(4c+12b) kJ的能量，所以该化学反应的反应热为(6a+5d-4c-12b) kJ·mol-1。

键参数及其应用

下列说法正确的是()

分子的结构是由键角决定的

共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定

、CCl4、CBr4、CI4中C—X(X=F、Cl、Br、I)键的键长、键角均相等

分子中两个O—H键的键角为180°

解析：选B。分子的结构是由键角、键长共同决定的，A项错误;由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X(X===F、Cl、Br、I)键的键长不相等，C项错误;H2O分子中两个O—H键的键角为105°，D项错误。

下列事实不能用键能的大小来解释的是()

氮元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定

稀有气体一般难发生反应

、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱

比H2O稳定

解析：选B。由于N2分子中存在三键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定;稀有气体都为单原子分子，没有化学键;卤族元素从F到I，原子半径逐渐增大，其氢化物中化学键的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性：HF>HCl>HBr>HI;由于H—F键的键能大于H—O键，所以稳定性：HF>H2O。

(20XX·鄂南高中检测)(1)关于键长、键能和键角，下列说法中不正确的是________。

化学键的键能通常为正值

键长的长短与成键原子的半径和成键数目有关

键能越大，键长越长，共价化合物越稳定

键角的大小与键长的长短、键能的大小无关

(2)N≡N键的键能是946 kJ/mol，N—N键的键能为193 kJ/mol，经过计算后可知N2中________键比________键稳定。(填“σ”或“π”)

解析：(1)键能是气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量，通常取正值，A正确;键长的长短与成键原子的半径有关，如Cl原子半径小于I原子半径，故Cl—Cl键的键长小于I—I键的键长，此外，键长还和成键数目有关，如乙烯分子中C=== C 键的键长比乙炔分子中C≡C键的键长要长，B正确;键能越大，键长越短，共价键越强，共价化合物越稳定，C错误;键角的大小取决于成键原子轨道间的夹角，D正确。

(2)N≡N键中含有1个σ键和2个π键，π键的键能E= eq f(946 kJ/mol-193 kJ/mol，2) kJ/mol。因为N≡N键中π键的键能比σ键的键能大，所以N2中π键比σ键稳定。

答案：(1)C(2)πσ

等电子原理[学生用书P19]