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第二章 分子結構與性質
第一節 共 價 鍵
第1課時 共價鍵
【教學目標】
1.理解σ鍵和π鍵的特征和性質
2.認識σ鍵和π鍵的形成過程
3.學會區分σ鍵和π鍵
2
諾貝爾物理學獎得主理查德 費曼曾說過：
假如發生了大災難，人類全部的科學知識只能概括為一句話傳諸后世，那么這句話應該是“萬物皆由原子構成”。
理查德 費曼
原子是如何構成物質的呢？
物質
原子
分子
離子
共價鍵
離子鍵
分子間作用力
【知識回顧】
用電子式表示NaCl、HCl和H2的形成過程。
Na+
Cl
Na
Cl
H Cl
H
+
Cl
離子鍵
共價鍵
陰、陽離子間通過靜電作用所形成的化學鍵
定義：原子間通過共用電子對所形成的化學鍵。
分極性共價鍵（極性鍵）和非極性共價鍵（非極性鍵）。
H·
·H
＋
H:H
表示方法
(1)用電子式表示：用小黑點(或×)表示原子最外層電子。如:
(2)用結構式表示：用一條短線表示一對共用電子(見下表)。
化學式 結構式 化學式 結構式
N2 N≡N CH4
NH3 CO2 O=C=O
HCl H-Cl HClO H-O-Cl
(1)共價化合物，如：SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。
(2)多原子非金屬單質分子，如：O2、F2、H2、C60、單質硫、白磷(P4)等。
(3)含根的離子化合物，如：NaOH 、 Na2O2 、 NH4Cl 、NH4NO3等。
注意：含有共價鍵的化合物不一定是共價化合物，只含共價鍵的化合物才是共價化合物。
存在的范圍
一、共價鍵
學與問
為什么不可能有H3、H2Cl、Cl3
分子的形成？
按照共價鍵的共用電子對理論，一個原子有幾個未
成對電子，便可和幾個自旋相反的電子配對成鍵，
這就共價鍵的“飽和性”。H 原子、Cl原子都只有一
個未成對電子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，
不能形成H3、H2Cl、Cl3分子。
共價鍵
2
H2
He
O2
Ne
H:H
O
O
N2
N
N
↑
1s
↓↑
↓↑
2s
2p
↓↑
2s
2p
↑
↑
↑
↑
↑
↑↓
1s
↓↑
↓↑
2s
2p
↓↑
↓↑
1.飽和性
按照共用電子對理論， 一個原子有幾個未成對電子，可和幾個自旋相反的電子配對成鍵，這就是共價鍵的“飽和性”;如果原子沒有未成對電子，則不能形成共價鍵。
共價鍵的特征
CH4
NH3
H2O
CO2
正四面體形
三角錐形
V形
直線形
電子所在的原子軌道都具有一定的形狀，成鍵原子的電子云盡可能達到最大重疊必須沿一定方向成鍵，所以共價鍵有方向性。它決定了分子的空間構型。
2.方向性
類型：
H
H
H
H
↑
1S
↓
1S
原子軌道在兩個原子核間重疊，意味著電子出現在核間的概率增大，因此可以說，核間電子好比在核間架起一座帶負電的橋梁，把帶正電的兩個原子核“黏結”在一起了。
①氫原子形成氫分子的過程
氫原子形成氫分子的電子云描述（兩個s軌道重疊）
電子云
s-s σ鍵
一、共價鍵
σ鍵特征：以形成化學鍵的兩原子核的連線為軸旋轉，共價鍵電子云的圖形不變，這種特征為軸對稱。
相互靠攏
H2中的共價鍵稱為σ鍵。H2中的σ鍵是由兩個s軌道重疊形成的。
H2中的σ鍵是由兩個s軌道重疊形成的，可稱為s-s σ鍵。
s軌道和p軌道，p軌道和p軌道重疊是否也能形成σ鍵呢？
我們看一看HCl和Cl2中的共價鍵。
一、共價鍵
氫原子形成氫分子的過程
二、共價鍵的類型
H
Cl
（一個s軌道與一個p軌道重疊）
H－Cl
未成對電子的電子云相互靠攏
電子云相互重疊
s-p σ鍵
↑
1s
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1s
2s
2p
3s
3p
HCl中的共價鍵是由氫原子提供的未成對電子的1s原子軌道和氯原子提供的未成對電子的3p原子軌道重疊形成的。s-p σ鍵，軸對稱。
②氯化氫分子的形成過程
6.類型：
一、共價鍵
H-Cl的s-p σ鍵形成
6.類型：
Cl
Cl
Cl
Cl
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
1S
2S
2P
3S
3P
③氯氣分子的形成過程
（兩個p軌道重疊）
Cl2中的共價鍵是由2個氯原子各提供1個未成對電子的3p原子軌道重疊形成的。p-p σ鍵，軸對稱。
p-p σ鍵
電子云相互重疊
未成對電子的電子云相互靠攏
一、共價鍵
Cl-Cl的p-p σ鍵形成
①成鍵方式：沿軸方向“頭碰頭”；
②特征：軸對稱；
形成σ鍵的原子軌道重疊程度較大，故σ鍵有較強的穩定性。
類型 方向性
s-s σ鍵 無
s-p σ鍵 有
p-p σ鍵 有
(1)σ鍵：
p軌道與p軌道除了能形成σ鍵外，還能形成π鍵。
π鍵的特征是兩個原子軌道以平行或“肩” 方式重疊；原子重疊的部分分別位于兩原子核構成平面的兩側。每個π鍵的電子云由兩塊組成，它們互為鏡像，這種特征稱為鏡面對稱。
2. π鍵
二、共價鍵的類型
P-P π鍵的形成過程
主要為p-p π鍵。其形成過程如下圖：
(1)概念:
2. π鍵
二、共價鍵的類型
(2)類型：
未成對電子的原子軌道以“肩并肩”方式重疊形成共價鍵叫π鍵。
p-p π鍵的形成
2. π鍵
二、共價鍵的類型
結論: 三鍵中有1個σ鍵和2個π鍵
↑ ↑ ↑
2P3軌道
①p-p π鍵(下面以N2 的形成過程為例：)
2. π鍵
二、共價鍵的類型
N2中共價三鍵的形成過程
①p-p π鍵
二、共價鍵的類型
O2 中 p-p σ鍵和 p-p π鍵的形成過程
p-pσ鍵
p-pπ鍵
兩對孤對電子對電子云
↑↓ ↑ ↑
2P4軌道
一、共價鍵
①鏡面對稱：
②強度小：
③不能旋轉：
（3）π鍵的特征：
每個π鍵的電子云由兩塊組成，它們互為鏡像。
形成π鍵時電子云重疊程度比σ鍵小，π鍵不如σ鍵牢固，比較容易斷裂。比如：乙烯易發生加成反應。
特例：N2分子中的π鍵比σ鍵穩定。
以形成π鍵的兩個原子核的連線為軸，任意一個原子并不能單獨旋轉，若單獨旋轉則會破壞π鍵。
單鍵 雙鍵 三鍵
σ鍵
1個σ鍵、1個π鍵
1個σ鍵、2個π鍵
①s-s電子、s-p電子只形成σ鍵；p-p電子既形成σ鍵，又形成π鍵；且 p-p電子先形成σ鍵，后形成π鍵。
②共價單鍵是σ鍵；共價雙鍵中有一個σ鍵,另一個是π鍵；共價三鍵由一個σ鍵和兩個π鍵構成。
(4)判斷σ鍵、π鍵的一般規律
2. π鍵
二、共價鍵的類型
共價鍵的類型 σ鍵 π鍵
原子軌道重疊方式
原子軌道重疊程度
對稱類型
鍵的強度
旋轉情況
成鍵情況
“頭碰頭”
“肩并肩”
大
小
軸對稱
鏡面對稱
鍵的強度大，鍵牢固
鍵的強度小，易斷裂
單鍵可以繞鍵軸任意旋轉，不破壞σ鍵
不能旋轉，否則破壞π鍵
單鍵都是σ鍵，雙鍵含一個σ鍵和一個π鍵，三鍵含一個σ鍵和二個π鍵
4）σ鍵和 π鍵的比較
共價鍵
[問題與預測](1)觀察乙烷、乙烯和乙炔的分子結構，它們的分子中的共價鍵分別由幾個σ鍵和幾個π鍵構成？
探究
C2H6 C2H4 C2H2
σ鍵
π鍵
7
0
5
1
3
2
二、共價鍵的類型
共價鍵
(2)解釋乙烯分子中π鍵是如何形成的，預測乙炔分子中π鍵是如何形成的。
乙烯分子中π鍵由一個2p軌道重疊形成的
↑
↑
↑↓
2s
2p
C
x
y
z
x
y
z
肩并肩
x
探究
二、共價鍵的類型
共價鍵
(2)解釋乙烯分子中π鍵是如何形成的，預測乙炔分子中π鍵是如何形成的。
探究
解析：乙烯分子的碳原子采取sp2軌道雜化，2個碳原子各以2個sp2雜化軌道與氫原子形成2個碳氫σ鍵，而2個碳原子之間又各以1個sp2雜化軌道形成1個碳碳σ鍵，除此之外，2個碳原子中未參加雜化的p軌道形成了1個π鍵，因此，乙烯的雙鍵中有1個σ鍵和1個π鍵。乙炔分子的碳原子采取sp軌道雜化，2個碳原子各以1個sp雜化軌道與氫原子形成1個碳氫σ鍵，同時又各以其另一個sp雜化軌道形成1個碳碳σ鍵，除此之外，每個碳原子通過2個未參加雜化的p軌道形成了2個π鍵 （暫不作要求)
二、共價鍵的類型
共價鍵
[繪制圖示]模仿圖2-3，繪制乙炔分子中的π鍵。
乙炔分子中2個π鍵由兩個2p軌道重疊形成的
↑
↑
↑↓
2s
2p
C
x
y
z
x
y
z
x
探究
二、共價鍵的類型
共價鍵
探究
解析：稀有氣體的單質分子中不含化學鍵；多原子分子中一定含有σ鍵，可能含有π鍵
(3)乙烯和乙炔的化學性質為什么比乙烷活潑？
(4)在氣體單質分子中，一定含有σ鍵，可能含有π鍵嗎？
解析：乙烯分子中的碳碳雙鍵和乙炔分子中的碳碳三鍵中分別含有1個和2個π鍵,π鍵原子軌道重疊程度較小,不穩定,容易斷裂。而乙烷分子中沒有π鍵,σ鍵原子軌道重疊程度大,比較穩定,不易斷裂。
二、共價鍵的類型
[問題與討論]
鈉和氯通過得失電子同樣也是形成電子對，為什么這對電子不被鈉原子和氯原子共用形成共價鍵而形成離子鍵呢？你能從元素的電負性差別來理解嗎？討論后請填寫下表：
原子 Na Cl H Cl C O
電負性
電負性之差（絕對值）
結論：當元素的電負性相差很大，化學反應形成的電子對不會被共用，形成的將是_____鍵；而_____鍵是電負性相差不大的原子之間形成的化學鍵。
0.9 3.0
2.1 3.0
2.5 3.5
2.1
0.9
1.0
離子
共價
1.7
二、共價鍵的類型
一、化學鍵
本質：原子之間通過共用電子對（或原子軌道重疊）形成共價鍵
特征：具有方向性和飽和性
成鍵方式
σ鍵
原子軌道“頭碰頭”重疊，電子云呈軸對稱
特征
π鍵
原子軌道“肩并肩”重疊，電子云呈鏡面對稱
特征
共價三鍵——1個σ鍵、2個π鍵
共價單鍵——1個σ鍵
共價雙鍵——1個σ鍵、1個π鍵
一般規律
課堂小結
二、共價鍵的類型
課堂練習
√
1.下列不屬于共價鍵成鍵因素的是
A.共用電子對在兩原子核之間高概率出現
B.共用的電子必須配對
C.成鍵后體系能量降低，趨于穩定
D.兩原子體積大小要適中
課堂練習
√
2.下列說法正確的是
A.Cl2是雙原子分子，H2S是三原子分子，這是由共價鍵的方向性決定的
B.H2O與H2S的空間結構一樣是由共價鍵的飽和性決定的
C.并非所有的共價鍵都有方向性
D.兩原子軌道發生重疊后，電子在兩核間出現的概率減小
課堂練習
√
3.下列說法對σ鍵和π鍵的認識不正確的是
A.分子中只要含有共價鍵，則至少含有一個σ鍵
B.s-s σ鍵、p-p σ鍵與s-p σ鍵都是軸對稱的
C.p-p σ鍵和p-p π鍵的重疊方式是相同的
D.含有π鍵的分子在反應時，π鍵是化學反應的積極參與者
課堂練習
√
4.丁烯二酸(HOOCCH==CHCOOH)分子結構中含有σ鍵、π鍵的個數分別是
A.4個σ鍵，1個π鍵 B.11個σ鍵，3個π鍵
C.4個σ鍵，3個π鍵 D.9個σ鍵，5個π鍵
課堂練習
5.(1) 分子中σ鍵和π鍵的比例為________。
9∶1
(2)已知反應N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(l)，若該反應中有4 mol N—H斷裂，則形成的π鍵的數目為_____。
3NA
課 程 結 束

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