資源簡介

(共42張PPT)
年 級：高二 學 科：化學（人教版）
課時2.1 共價鍵
網
科
第一節 共價鍵
2.1.1 共價鍵的類型-σ鍵和π鍵
第二章 分子結構與性質
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。
1.認識原子間通過原子軌道重疊形成共價鍵,從微觀結構認識分子的產生原因,培養宏觀辨識與微觀探析的核心素養。
2.根據原子軌道的重疊方式,了解共價鍵可分為σ鍵和π鍵等類型;結合原子軌道的伸展方向,了解共價鍵具有飽和性和方向性。
共價鍵
鈉、氯通過得失電子同樣是形成電子對，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？你能從元素的電負性差別來理解嗎？填寫下表。
元素 Na Cl H Cl C O
電負性
電負性差值
0.9 3.0
2.1
2.1 3.0
0.9
2.5 3.5
1
提示：元素的電負性差值很大，化學反應形成的電子對不會被共用，形成離子鍵，而共價鍵是電負性差值不大的原子間形成的共價鍵。
化學鍵：使離子相結合或原子相結合的強烈的作用力通稱為化學鍵。
化學鍵的類型：共價鍵、離子鍵、金屬鍵、配位鍵。
化學鍵的存在范圍：只存在于相鄰的原子或離子之間。分子間不存在化學鍵。
知識回顧
【主干知識梳理】
一、共價鍵1、共價鍵的形成(1)概念：原子間通過 所形成的相互作用叫做共價鍵。(2)成鍵微粒：原子；一般為 (相同或不相同)或 與非金屬原子。(3)成鍵實質：共用電子對；原子間通過 產生的強烈作用。共價鍵形成的過程是成鍵原子相互接近，原子軌道發生重疊，自旋方向相反的未成對電子形成共用電子對。(4)成鍵條件：非金屬元素的原子最外層未達到飽和狀態(即8電子穩定結構)，相互間通過共用電子對形成共價鍵。一般由非金屬元素的原子結合。大多數電負性之差小于1.7的金屬與非金屬原子之間形成共價鍵。 ①同種或不同種非金屬元素的原子的結合。②部分金屬元素的原子和非金屬原子結合 (如：AlCl3、BeCl2)。
共用電子對
非金屬原子
金屬原子
共用電子對(即電子云重疊)
(5)存在范圍①非金屬單質分子(稀有氣體除外)，如：H2、O2、N2、Cl2 ②非金屬形成的化合物中，如：CO2、H2O、H2SO4、NH3、CH4 ③部分離子化合物中，如：NaOH、Na2SO4、NH4NO3 ④某些金屬和非金屬形成的化合物中，如：AlCl3、BeCl2(6)成鍵的原因：共價鍵成鍵的原因是原子通過共用電子對，各原子最外層電子一般都能達到飽和狀態、兩原子核都吸引共用電子對，使之處于平衡狀態，原子形成分子后，體系的總能量降低(7)共價鍵表示方法①用電子式表示：用小黑點(或×)表示最外層電子，如：
②用結構式表示：用一根短線來表示“一”對共用電子對，如：H—H
(8)共價鍵的形成過程①用電子式表示H2的形成過程：
②用電子云表示氫原子形成氫分子的過程
H2分子的形成過程
兩個氫原子的1s電子的自旋方向相反，當它們相互靠近時，兩個原子核間的電子云密度變濃，兩個原子組成的體系總能量變低，低于兩個原子能量之和。當兩個氫原子核間達到某一距離r0時，體系總能量達到最低，表示兩個氫原子間生成了穩定的共價鍵，形成了H2分子。當核間距離進一步縮短時，由于兩個帶正電荷的氫原子核之間的強烈排斥，又使體系總能量迅速升高。電子云在兩個原子核間重疊，意味著電子出現在核間的概率增大，電子帶負電，因而可以形象的說，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
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。
3.共價鍵的類型
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
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
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
2、共價鍵的分類：按照不同的分類方法，可將共價鍵分為不同的類型(1)按共用電子對數目分類
(2)按共用電子對是否偏移分類 極性鍵：如H—Cl
非極性鍵：如Cl—Cl(3)按電子云的重疊方式分類 π鍵和σ鍵
【對點訓練1】
二、σ鍵與π鍵1、σ鍵(1)σ鍵的形成：沿鍵軸(兩原子核的連線)方向以“ ”的方式發生原子軌道重疊，軌道重疊部分呈圓柱形對稱沿著鍵軸分布，具有軸對稱特征的共價鍵稱為σ鍵。(2)σ鍵的類型：根據成鍵電子原子軌道的不同，σ鍵可分為s s σ鍵、s p σ鍵、p p σ鍵①s s σ鍵：兩個成鍵原子均提供s軌道形成的共價鍵。
②s p σ鍵：兩個成鍵原子分別提供s軌道和p軌道形成的共價鍵
③p p σ鍵：兩個成鍵原子均提供p軌道形成的共價鍵
頭碰頭
(3)σ鍵的特征①以形成化學鍵的兩原子核的連線為軸作旋轉操作，共價鍵電子云的圖形不變，這種特征稱為軸對稱②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(4)σ鍵的存在：共價單鍵為σ鍵；共價雙鍵和共價三鍵中存在一個σ鍵
2、π鍵
氮分子形成示意圖
氮分子的2個px單電子沿著x-x軸形成p-p σ鍵后，由于py、pz原子軌道垂直于px所在的平面，py、pz的單電子不可能再沿著(y，z)軸的方向以“頭碰頭”形成σ鍵，而只能是以“肩并肩”的方式重疊，我們把這種以“肩并肩”的方式重疊的共價鍵叫π鍵。
π鍵的特征是兩個原子軌道以平行或“肩并肩” 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。
p軌道與p軌道除了能形成σ鍵外，還能形成π鍵。
(1)π鍵的形成：兩個原子的電子以”肩并肩“的方式發生原子軌道重疊，重疊形成的電子云由兩塊形成，分別位于兩原子核構成的平面兩側，互為鏡像而具有鏡像對稱特征的共價鍵稱為π鍵，形成π鍵的電子稱為π電子，p軌道和p軌道形成π鍵的過程如圖所示：
(2)π鍵的特征①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，它們互為鏡像，這種特征稱為鏡面對稱②形成π鍵時原子軌道重疊程度比形成σ鍵時小，π鍵沒有σ鍵牢固③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，π鍵不能旋轉，若旋轉則會破壞π鍵(3)π鍵的存在：π鍵通常存在于雙鍵或三鍵中
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
N2中1個p-p σ鍵和2個p-p π鍵的形成過程
N≡N
↑ ↑ ↑
2P3軌道
z
z
y
y
x
3、判斷σ鍵、π鍵的一般規律共價單鍵為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
觀察下圖乙烷、乙烯和乙炔分子的結構回答 (1)乙烷、乙烯和乙炔分子中的共價鍵分別由幾個σ鍵和幾個π鍵組成？ 乙烷分子由7個σ鍵組成；乙烯分子由5個σ鍵和1個π鍵組成；乙炔分子由3個σ鍵和2個π鍵組成
(2)乙烯和乙炔的化學性質為什么比乙烷活潑呢？ 乙烯的碳碳雙鍵和乙炔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小，不穩定，容易斷裂。而乙烷中沒有π鍵，σ鍵穩定，不易斷裂
【規律總結 】
對于原子之間能否形成π鍵可依據原子的價電子數確定,若達到穩定結構只差一個電子,如H、Cl,則只能形成σ鍵;若達到穩定結構差兩個及兩個以上電子,如O、N等,則既能形成σ鍵,又能形成π鍵,H2O分子中氧原子只形成σ鍵,而O2分子中既有σ鍵,又有π鍵。另外需要注意,分子中存在π鍵,則一定存在σ鍵,但若存在σ鍵,則不一定存在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；共價雙鍵中一個是σ鍵,另一個是π鍵；共價三鍵中一個是σ鍵,另兩個是π鍵。
乙烯
鍵的類型比較項目 σ鍵 π鍵
概念
原子軌道重疊方式
原子軌道重疊部位
原子軌道重疊程度
特征(電子云形狀)
類型
形成共價鍵的未成對電子的原子軌道采取“頭碰頭”的方式重疊 形成共價鍵的未成對電子的原子軌道采取“肩并肩”的方式重疊
頭碰頭 肩并肩
兩原子核之間，在鍵軸處 鍵軸上方和下方，鍵軸處為零
大 小
原子軌道重疊部分沿鍵軸呈軸對稱 原子軌道重疊部分分別位于兩原子核構成平面的兩側，呈鏡面對稱
s－s σ鍵、s－p σ鍵、 p－p σ鍵 p－p π鍵
4、σ鍵與π鍵的比較
鍵的類型比較項目 σ鍵 π鍵
鍵的性質 σ鍵可沿鍵軸自由旋轉，不易斷裂 π鍵不能旋轉，易斷裂
鍵的強度 較大 較小
化學活潑性 不活潑 活潑
示意圖
存在的情況 能單獨存在，可存在于任何含共價鍵的分子中 不能單獨存在，必須與σ鍵共存，可存在于雙鍵和三鍵中
鍵的性質 σ鍵可沿鍵軸自由旋轉，不易斷裂 π鍵不能旋轉，易斷裂
【微點撥】①s軌道與s軌道形成σ鍵時，電子并不是只在兩核間運動，只是電子在兩核間出現的概率大②因s軌道是球形的，故s軌道與s軌道形成σ鍵時，無方向性。兩個s軌道只能形成σ鍵，不能形成π鍵③兩個原子間可以只形成σ鍵，但不能只形成π鍵④σ鍵和π鍵總稱價鍵軌道，但分子形成共價鍵時，先形成σ鍵后才形成π鍵
【對點訓練2】
三、共價鍵的特征1、飽和性：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，便可和幾個自旋狀態相反的電子配對成鍵，這就是共價鍵的“飽和性”，如：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等分子，水的分子式是H2O而不能是OH或H3O或HO2等(1)用電子排布圖表示HF分子中共用電子對的形成如下：
(2)氫、鹵原子只有一個未成對電子，只形成1個價鍵：—H、—X(3)氧、硫原子有2個未成對電子，總是形成兩個價鍵：=O或—O—；氮原子有3個未成對電子，與C、H等電負性比氮小的元素的原子成鍵時總是形成三個價鍵(4)共價鍵的飽和性決定了各種原子形成分子時相互結合的數量關系
2、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，原子軌道重疊的愈多，電子在核間出現的概率越大，所形成的共價鍵就越牢固，因此共價鍵將盡可能沿著電子出現概率最大的方向形成，所以共價鍵具有方向性，如圖所示：
(1)共價鍵的方向性決定了分子的立體構型(2)并不是所有共價鍵都具有方向性，如兩個s電子形成共價鍵時就沒有方向性
【對點訓練3】
有機物中的共價鍵
① C—H 是σ鍵。
② C—C 是σ鍵。
③ C==C 一個σ鍵，一個π鍵。
④ C≡C 一個σ鍵，兩個π鍵。
乙烯、乙炔分子中C—C σ鍵比較穩定不容易斷裂， π鍵比較容易斷裂。
乙烯
乙炔
乙烯、乙炔分子的球棍模型
(2)從乙烷、乙烯和乙炔分子中存在的σ鍵和π鍵來看,σ鍵和π鍵的存在條件和數目有何規律
提示:σ鍵可以獨立存在,π鍵不能單獨存在。
所有的單鍵都是σ鍵;雙鍵中有一個σ鍵和一個π鍵;三鍵中有一個σ鍵和兩個π鍵。
(3)乙烯和乙炔的化學性質為什么比乙烷活潑
提示: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。
(1)共價化合物(不同原子間以共用電子對(共價鍵)形成的化合物)中。原子之間通過共價鍵結合,共價化合物中一定存在共價鍵。如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。
(2)多原子非金屬單質分子中。如O2、F2、H2、C60、單質硫、白磷(P4)等(稀有氣體為單原子分子,不存在化學鍵),雙原子(或多原子)分子中一定存在共價鍵(但紅磷等分子結構較復雜,常以元素符號代表其單質)。
(3)含根的離子化合物 :如NaOH 、 Na2O2 、 NH4Cl 、NH4NO3等。含有共價鍵的化合物不一定是共價化合物。
4.共價鍵存在的范圍
二、鍵參數——鍵能、鍵長與鍵角1、鍵能
(1)概念：氣態分子中1mol化學鍵解離成氣態原子所吸收的能量。鍵能通常是298.15 K、100 kPa條件下的標準值，單位是kJ·mol－1(2)意義：共價鍵的鍵能越大，共價鍵就越不容易斷裂，成鍵原子間的結合就越牢固。結構相似的分子，鍵能越大，分子越穩定(3)共價鍵強弱的判斷①由原子半徑和共用電子對數判斷：成鍵原子的原子半徑越小，共用電子對數越多，則共價鍵越牢固，含有該共價鍵的分子越穩定②由鍵能判斷：共價鍵的鍵能越大，共價鍵越牢固，破壞共價鍵消耗的能量越大③由鍵長判斷：共價鍵的鍵長越短，共價鍵越牢固，破壞共價鍵消耗的能量越大④由電負性判斷：元素的電負性越大，該元素的原子對共用電子對的吸引力越大，形成的共價鍵越穩定
(4)鍵能的應用①判斷共價鍵的穩定性：鍵能越大，斷開化學鍵時需要的能量越多，化學鍵越穩定②判斷分子的穩定性：結構相似的分子中，共價鍵的鍵能越大，分子越穩定③判斷化學反應的能量變化：在化學反應中，舊化學鍵的斷裂吸收能量，新化學鍵的形成釋放能量，因此反應焓變與鍵能的關系為ΔH＝反應物鍵能總和－生成物鍵能總和ΔH＜0時，為放熱反應；ΔH＞0時，為吸熱反應
鍵能——衡量共價鍵的強弱
N2、O2、F2與氫氣的反應能力依次增強，從鍵能的角度如何理解這一事實？
N—H、O—H、H—F的鍵能依次為390.8 kJ mol-1、462.8 kJ mol-1、568 kJ mol-1，鍵能依次增加，分子的穩定性增強，故N2、O2、F2與氫氣的反應能力依次增強。
2.1mol H2分別與1mol Cl2、1mol Br2(蒸氣)反應，分別形成2mol HCl 和2mol HBr，哪一 個反應釋放的能量更多？如何用計算的結構說明氯化氫分子和溴化氫分子哪個更容易發生熱分解生成相應的單質？
通過計算，1mol H2分別與1mol Cl2、1mol Br2(蒸氣)反應，分別形成2mol HCl 和2mol HBr，放出能量依次為184.9 kJ、102.3 kJ，1mol H2與1mol Cl2反應形成2mol HCl放出的能量多，
氯化氫分子更穩定，溴化氫分子更容易發生熱分解生成相應的單質。
2、鍵長
(1)概念：構成化學鍵的兩個原子的核間距，因此原子半徑決定共價鍵的鍵長，原子半徑越小，共價鍵的鍵長越短(2)鍵長與共價鍵的穩定性之間的關系：共價鍵的鍵長越短，往往鍵能越大，表明共價鍵越穩定，反之亦然(3)鍵長的應用①一般鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩定，分子越穩定②鍵長的比較方法a．根據原子半徑比較，同類型的共價鍵，成鍵原子的原子半徑越小，鍵長越短b．根據共用電子對數比較，相同的兩個原子間形成共價鍵時，單鍵鍵長＞雙鍵鍵長＞三鍵鍵長
應用：共價鍵的鍵長越短，往往鍵能越大，表明共價鍵越穩定，反之亦然
例1、對比Cl—Cl、Br—Br的鍵能和鍵長，總結鍵能和鍵長的關系，鍵長和鍵能對分子的性質有什么影響？
利用鍵長可以判斷共價鍵的穩定性，鍵長越短，鍵能越大，表明共價鍵越穩定，分子越穩定。比如鍵長：Cl-Cl＜Br-Br，則分子的穩定性Cl2＞Br2。
例2.乙烯、乙炔為什么比乙烷活潑？
雖然鍵長C≡C＜C=C＜C－C，鍵能C≡C＞C=C＞C－C，但乙烯、乙炔在發生加成反應時，只有π鍵斷裂(π鍵的鍵能一般小于σ鍵的鍵能)，即共價鍵部分斷裂。
3、鍵角
(1)概念：在多原子分子中，兩個相鄰共價鍵之間的夾角(2)應用：在多原子分子中鍵角是一定的，這表明共價鍵具有方向性，因此鍵角影響著共價分子的空間結構(3)常見分子的鍵角與分子空間結構
化學式 結構式 鍵角 空間結構
CO2 O==C==O 180° 直線形
NH3 107° 三角錐形
H2O 105° V形
BF3 120° 平面三角形
CH4 109°28′ 正四面體形
【對點訓練4】
【課堂小結】
共價鍵
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
鍵參數——鍵能、鍵長與鍵角
典例1 共價鍵具有飽和性和方向性,下列關于共價鍵這兩個特征的敘述中,不正確的是( )
A.共價鍵的飽和性是由成鍵原子的未成對電子數決定的
B.共價鍵的方向性是由成鍵原子的軌道的方向性決定的
C.共價鍵的飽和性決定了分子內部的原子的數量關系
D.共價鍵的飽和性與原子軌道的重疊程度有關
D
典例2 所有共價鍵都有方向性和飽和性嗎？
所有的共價鍵都有飽和性，但并不是所有的共價鍵都有方向性，如s-sσ鍵就沒有方向性。
類型 方向性
s-s σ鍵 無
s-p σ鍵 有
p-p σ鍵 有
有關碳和硅的共價鍵鍵能如下表所示:
簡要分析和解釋下列有關事實。
(1)比較通常條件下,CH4和SiH4的穩定性強弱:　 　　。
(2)硅與碳同族,也有系列氫化物,但硅烷在種類和數量上都遠不如烷烴多,原因是。
(3)SiH4的穩定性小于CH4,硅更易生成氧化物,原因是　　　。
共價鍵 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
348 413 351 226 318 452
CH4比SiH4穩定
C—C鍵和C—H鍵鍵能較大,所形成的烷烴較穩定,而硅烷中Si—Si鍵和Si—H鍵的鍵能較小,易斷裂,導致長鏈硅烷難以生成
C—H鍵的鍵能大于C—O鍵,C—H鍵比C—O鍵穩定,而Si—H的鍵能卻遠小于Si—O鍵,所以Si—H鍵不穩定而傾向于形成穩定性更強的Si—O鍵
規律總結
(1)鍵長越小,鍵能越大,共價鍵越穩定,共價分子的性質也就越穩定。
(2)鍵長和鍵角決定分子的空間結構。

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