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第二章 分子結構與性質
第一節 共價鍵
課時一 共價鍵
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“萬物皆原子構成”。
——1965年諾貝爾獎得主，理查德·費曼
理查德·費曼
學習目標
1.認識原子間通過原子軌道重疊形成共價鍵，了解共價鍵具有飽和性和方向性。
2.知道根據原子軌道的重疊方式，共價鍵可分為σ鍵和π鍵等類型。
化學鍵
01
化學鍵
使離子相結合或原子相結合的強烈相互作用通稱為化學鍵。
定義
只存在于相鄰的原子或離子之間，分子間不存在化學鍵。
存在范圍
化學鍵的類型
離子鍵：陰陽離子間的強烈靜電作用
共價鍵：
相鄰原子之間通過共用電子對形成的強烈作用力
金屬鍵：
金屬陽離子與自由電子之間的強烈靜電作用
01
化學鍵
戰
形成過程
原子
原子
離子
化合物
單質或化合物
得失電子
靜電作用
共用電子
【思考】
HCl為何只有一對共用電子對？H2、O2、N2也是有一對嗎？
電負性的差值
1.7
形成條件
非極性鍵
極性鍵
離子鍵
0
共價鍵
02
共價鍵
Gilbert Newton Lewis
(吉爾伯特·牛頓·路易斯)
1916年，吉爾伯特·牛頓·路易斯提出共價鍵的電子理論。該理論認為2個(或多個)原子可以相互“共用”一對或多對電子，以便達成惰性氣體原子的電子層結構，而形成共價鍵，路易斯在1916年《原子和分子》和1923年《價鍵及原子和分子的結構》中闡述了共價鍵電子理論的觀點，并列出無機物和有機物的電子結構式。
02
共價鍵
常見的NaCl和HCl的性質差異很大，思考：從微粒間相互作用的角度解釋NaCl和HCl性質差異大的原因。
NaCl
HCl
02
共價鍵
NaCl和HCl的形成過程
離子鍵
NaCl
HCl
共價鍵
02
共價鍵
化學鍵的類型與電負性的差值的關系
離子鍵
H和Cl的電負性的差值
Na和Cl的電負性的差值
共價鍵
0
0.9
2.1
電負性的差值
成鍵原子之間的電負性差值
大于1.7
小于1.7
通常形成離子鍵，相應的化合物為離子化合物
通常形成共價鍵，相應的化合物為共價化合物
02
共價鍵
從電負性的角度來判斷下列元素的原子之間易形成共價鍵的是( )
B
A.Na和Cl
B.H和F
C.K和F
D.Ca和O
02
共價鍵
原子間通過___________所形成的相互作用
共價鍵的形成
共價鍵的形成與特征
共用電子對
共價鍵
成鍵要素
一般是同種的或者不同種的非金屬元素
原子
共用電子對與成鍵原子的靜電作用
成鍵微粒
成鍵
本質
成鍵
元素
02
共價鍵
根據共價鍵的定義，只能有H2、HCl、Cl2等，不可能有H3 、H2 Cl和Cl3等，這是為什么呢？
02
共價鍵
共價鍵的特征
飽和性
——電子配對原理
一個原子有幾個 ，便和幾個 電子配對成鍵，形成幾個共價鍵，這就是共價鍵的飽和性。
未成對電子
自旋狀態相反的
示例
H2
H
↑
1s1
H
↓
1s1
Cl
3p5
↑↓
↑↓
↑
↑↓
3s2
Cl
3p5
↑↓
↑↓
↓
↑↓
3s2
Cl2
02
共價鍵
NH3分子中N原子為什么是1個，而H原子為3個？
N和H原子的電子式分別為 和H·，N原子最外層有3個未成對電子，H原子有1個未成對電子，形成共價鍵時每個N原子只需與3個H原子分別形成3對共用電子對即可達到穩定狀態，共價鍵達到飽和，從而決定了分子中H原子個數。
02
共價鍵
戰
類型
單鍵：相鄰原子之間共用一對電子
雙鍵：相鄰原子之間共用兩對電子
三鍵：相鄰原子之間共用三對電子
極性鍵：不同原子之間
非極性鍵：相同原子之間
共用電子對數
電子對數偏移
【思考】
當電子形成電子對時，電子云（原子軌道）如何變化？
02
共價鍵
共價鍵的特征
H-H的形成
02
共價鍵
H
↑
1s1
H
↓
1s1
H2
相互靠攏
原子軌道相互重疊
形成氫分子的共價鍵(H-H)
“頭碰頭”
H-H的形成
共價鍵的特征
02
共價鍵
共價鍵的特征
形成氫分子的共價鍵(H-H)
相互靠攏
原子軌道相互重疊
σ 鍵
σ 鍵的特征
形成化學鍵的兩原子核的連線為軸做旋轉操作，共價鍵的電子云的圖形不變，這種特征稱為軸對稱
H2中的σ鍵是由兩個s軌道重疊形成的，可稱為 s-s σ鍵， σ鍵的強度較大
02
共價鍵
共價鍵的特征
——最大重疊原理
方向性
除s軌道是球形對稱外，其他原子軌道在空間都具有一定的分布特點。在形成共價鍵時，原子軌道重疊的 ，電子在核間出現的 越大，所形成的共價鍵就越 ，因此共價鍵將盡可能沿著__________________的方向形成，所以共價鍵具有方向性
越多
電子出現概率最大
概率
牢固
02
共價鍵
現代價鍵理論的基本要點
兩個原子各自提供1個自旋方向相反的電子彼此配對
電子配對原理
——飽和性
兩個原子軌道重疊越大，兩核間電子的概率密度越大，形成的共價鍵越牢固，分子越穩定
最大重疊原理
——方向性
02
共價鍵
共價鍵類型(按成鍵原子的原子軌道的重疊方式分類)
σ鍵——s-p σ鍵
H-Cl的形成
02
共價鍵
σ鍵——p-p σ鍵
Cl-Cl的形成
02
共價鍵
σ鍵——p-p σ鍵
Cl2中的共價鍵由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
Cl
3p5
↑↓
↑↓
↓
↑↓
3s2
Cl—Cl的p-p σ鍵的形成
Cl
3p5
↑↓
↑↓
↑
↑↓
3s2
Cl
Cl
未成對電子的原子軌道相互靠攏
原子軌道相互重疊
形成的共價單鍵
Cl2
02
共價鍵
歸納小結：σ鍵
σ 鍵
“頭碰頭”
原子軌道的重疊方式：
特征：電子云圖形軸對稱，能旋轉
s-s σ鍵，如：H-H
s-p σ鍵，如：H-Cl
p-p σ鍵，如：Cl-Cl
種類
形成σ鍵的原子軌道的重疊程度較大，故σ鍵較穩定。
02
共價鍵
π鍵
p軌道和p軌道除能形成σ鍵外，還能形成π鍵——由兩個原子的p軌道“肩并肩”重疊形成
未成對電子的原子軌道相互靠攏
原子軌道相互重疊
形成的π鍵
02
共價鍵
π鍵的電子云具有__________性，即每個π鍵的電子云由兩塊組成，分別位于由兩原子核構成平面的兩側，如果以它們之間包含原子核的平面為鏡面，它們互為_____；π鍵______旋轉；不如σ鍵____________，較易____________。
鏡面對稱
鏡像
不能
牢固
斷裂
特征
02
共價鍵
“肩并肩”
π 鍵
原子軌道的重疊方式：
特征：
p-p π鍵
種類：
電子云由兩塊組成，鏡面對稱，
不能旋轉
不存在s-s π鍵，s-p π鍵！
π鍵不能單獨存在！通常存在于共價雙鍵或共價三鍵中。
歸納小結：π 鍵
02
共價鍵
用電子式表示N2的形成過程，并用原子軌道重疊來解釋其共價鍵的形成過程。
＋
：
：
：
：
N
：
N
N
·
·
·
：
N
·
·
·
：
↑
↑
↑
↑↓
2s
2p
N
x
y
z
N的2p軌道
02
共價鍵
x
y
z
x
y
z
“頭碰頭”
02
共價鍵
y
z
x
y
z
“肩并肩”
“肩并肩”
y
z
x
y
z
p-p σ鍵
p-p π鍵
p-p π鍵
02
共價鍵
兩原子形成共價鍵時，先形成σ鍵，然后才能形成π鍵。
02
共價鍵
σ 鍵和 π 鍵的判斷
共價單鍵 共價雙鍵 共價三鍵
σ鍵
s-s
s-p
p-p
1個σ鍵、1個π鍵
1個σ鍵、2個π鍵
注意：分子中存在π鍵，則一定存在σ鍵；若存在σ鍵，則不一定存在π鍵。
02
共價鍵
(1)乙烷中有___個σ鍵，乙烯、乙炔中σ鍵與π鍵的個數之比分別為_____、_____。
(2)乙烯和乙炔的化學性質為什么比乙烷活潑？
乙烯的碳碳雙鍵和乙炔的碳碳三鍵中分別含1個和2個π鍵，π鍵原子軌道重疊程度小，不穩定，容易斷裂。而乙烷中沒有π鍵，σ鍵穩定，不易斷裂。
7
3∶2
5∶1
乙烷
乙烯
乙炔
觀察下圖乙烷、乙烯和乙炔分子的結構，并回答下列問題。
02
共價鍵
乙烯分子中σ鍵和π鍵的形成過程
02
共價鍵
乙炔分子中σ鍵和π鍵的形成過程
課堂總結
03
課堂總結
共價鍵的形成與特征
共價鍵類型
形成：原子間通過共用電子對所形成的相互作用
特征
σ鍵
π鍵
飽和性
方向性
原子軌道的重疊方式：“頭碰頭”
電子云的對稱方式：軸對稱
種類：s-s σ鍵，如：H-H/s-p σ鍵，如：H-Cl/p-p σ鍵，如：Cl-Cl
原子軌道的重疊方式：“肩并肩”
電子云的對稱方式：鏡面對稱
種類：p-p π鍵
共價鍵
03
課堂總結
鍵類型 σ鍵 π鍵
常見類型
原子軌道重疊方式
鍵的特征
原子軌道重疊程度
成鍵規律判斷
s-s 、s-p、p-p
p-p
“頭碰頭”重疊
“肩并肩”重疊
軸對稱，可旋轉
鏡面對稱，不可旋轉
大
小
單鍵：σ鍵；
雙鍵：1個σ鍵、1個π鍵;
三鍵：1個σ鍵、2個π鍵
σ鍵與π鍵的比較
課堂練習
04
課堂練習
1.下列分子中含π鍵的是（ ）
A．CH4 B．C2H4
C．C2H5Cl D．CH3CH2OH
B
2．下列說法不正確的是（ ）
A．σ鍵是軸對稱的，π鍵是鏡像對稱的
B．在氣體單質中，一定有σ鍵，可能有π鍵
C．兩個原子間形成共價鍵時，最多有一個σ鍵
D．BF3分子中原子的最外層電子數不全是8
B
04
課堂練習
3.下列說法正確的是(　　)。
A、π鍵是由兩個p軌道“頭碰頭”重疊形成的
B、σ鍵的電子云圖形是鏡面對稱的，而π鍵的電子云圖形是軸對稱的
C、所有的 鍵的強度都比 鍵的大
D、共價化合物中，一定有 鍵，可能有 鍵
D
04
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
B
5.已知反應N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(l)，若該反應中有4molN—H斷裂，則形成的π鍵的數目為______。
3NA
04
課堂練習
6.下圖表示氫原子的電子云重疊示意圖。以下各種說法錯誤的是(　　)
A.圖中電子云重疊表示電子在核間出現的概率大
B.是兩個氫原子核外的1s原子軌道發生重疊形成共價鍵
C.氫原子的核外電子呈云霧狀,在兩核間分布得密一些,將兩核吸引
D.氫原子之間形成σ鍵,s-sσ鍵沒有方向性
C
04
課堂練習
7.下列各組物質中,所有化學鍵都是共價鍵的是(　　)
A.H2S和Na2O2 B.H2O2和CaF2
C.NH3和N2 D.HNO3和NaCl
C
04
課堂練習
8.下列說法正確的是(　　)
A.若把H2S寫成H3S,則違背了共價鍵的飽和性
B.H3O+的存在說明共價鍵不應有飽和性
C.所有共價鍵都有方向性
D.金屬元素與非金屬元素的原子間只形成離子鍵
A
04
課堂練習
9.下列說法不正確的是(　　 )
A.σ鍵一般比π鍵原子軌道重疊程度大,形成的共價鍵強
B.兩個原子之間形成共價鍵時,最多有1個σ鍵
C.氣體單質中,一定有σ鍵,可能有π鍵
D.一個N2分子中有1個σ鍵,2個π鍵
C
04
課堂練習
10.有以下物質：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。
(1)只有σ鍵的是______________(填序號，下同)；既有σ鍵又有π鍵的是________。
①②③⑥⑦⑧
④⑤⑨
(2)含有由兩個原子的s軌道重疊形成的σ鍵的是____。
⑦
(3)含有由一個原子的s軌道與另一個原子的p軌道重疊形成的σ鍵的是______________。
(4)含有由一個原子的p軌道與另一個原子的p軌道重疊形成的σ鍵的是______________。
①③⑤⑥⑧⑨
②④⑤⑥⑧⑨
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