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第二章 分子結構與性質
第一節 共價鍵
教學目標
1、教學目標
1) 從原子軌道重疊的視角認識共價鍵的本質，知道共價鍵具有飽和性和方向性，能用模型、圖像和符號等正確表征H2、Cl2、HCl等簡單分子中原子軌道的重疊方式。
2) 知道σ鍵和π鍵的區別和特征，能說明C2H6、C2H4和C2H2 等分子的成鍵類型。
3) 理解鍵能、鍵長和鍵角等鍵參數的含義，能利用鍵參數解釋物質的某些性質。
4) 通過共價鍵理論模型的發展過程，初步體會不同理論模型的價值和局限。
教學目標
2、教學重點和難點
1) 重點：從原子軌道重疊的視角認識共價鍵的本質；用鍵能、鍵長和鍵角等鍵參數解釋物質的某些性質。
2) 難點：從原子軌道重疊方式的不同理解σ鍵和π鍵的區別和特征。
導入新課
思考：原子是如何構成物質的？
Cl
H Cl
H
H
Cl
原子
分子
物質
思考：原子是如何構成分子的？
共價鍵
一、共價鍵
1、共價鍵的定義和本質
(1) 定義：
(2) 本質：
原子間通過共用電子對所形成的相互作用
成鍵原子相互接近時，原子軌道發生重疊，自旋方向相反的未成對電子形成共有電子對，兩原子核間的電子密度增加，體系能量降低。
現代價鍵理論要點
電子配對原理
最大重疊原理
兩個原子各提供1個自旋方向相反的電子彼此配對
兩個原子軌道重疊越大，兩核間電子的概率密度越大，體系能量降低
飽和性
方向性
一、共價鍵
思考：如何通過原子軌道進一步理解共價鍵的形成？
氫原子形成氫分子的原子軌道描述
思考： s軌道和p軌道，p軌道和p軌道重疊是否也能形成共價鍵呢？
一、共價鍵
氫原子和氯原子形成氯化氫分子的原子軌道描述
飽和性
方向性
氯原子形成氯分子的原子軌道描述
一、共價鍵
思考與討論：請歸納 H-H、H-Cl 和 Cl-Cl 的特點
兩原子在成鍵時，原子軌道以“頭碰頭”的方式重疊形成的共價鍵。
σ鍵：
一、共價鍵
思考：如果將σ鍵沿著鍵軸旋轉，會發生什么情況呢？
σ鍵特征：
軸對稱：以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，這種特征為軸對稱。
一、共價鍵
思考： p軌道和p軌道除了以“頭碰頭”的方式重疊以外，還有沒有可能以其他的方式重疊成鍵？
兩原子在成鍵時，原子軌道以“肩并肩”的方式重疊形成的共價鍵。
π鍵：
一、共價鍵
π鍵特征：
觀察與思考：
(1) π鍵的電子云形狀有何特征？
(2) 如果將π鍵沿著鍵軸旋轉，會發生什么情況呢？
(1) 鏡面對稱：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) 不能旋轉、強度小(沒有σ鍵牢固)。
一、共價鍵
演示：N2中p-p σ鍵和 p-p π鍵的形成過程
2p3
p-pσ鍵
p-pπ鍵
p-pπ鍵
σx
πy
N
N
πz
πz
πy
一、共價鍵
小結：σ鍵和π鍵的比較
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
s-s、s-p、p-p
p-p
“頭碰頭”重疊
“肩碰肩”重疊
軸對稱(可旋轉)
鏡像對稱(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
一、共價鍵
練、乙烷、乙烯、乙炔的化學鍵
(1) 乙烷分子中有_____個σ鍵，_____個π鍵
(2) 乙烯分子中有_____個σ鍵，_____個π鍵
(3) 乙炔分子中有_____個σ鍵，_____個π鍵
問題導學
觀察與思考
結論：鹵化氫的穩定性大小比較為 HCl＞ HBr ＞ HI
提出問題：如何解釋HCl、HBr、HI的穩定性的差異呢？
猜測一： H Cl、H Br和H I中鍵的強度不同
猜測二：Cl、Br和I的原子半徑依次增大
猜測三：H2與Cl2、Br2和I2反應中的能量變化
鹵化氫 在1000℃分解的百分數/%
HCl 0.0014
HBr 0.5
HI 33
問題導學
觀察與思考
鹵化氫 在1000℃分解的百分數/%
HCl 0.0014
HBr 0.5
HI 33
猜測一：H Cl、H Br和H I中鍵的強度不同
猜測二：Cl、Br和I的原子半徑依次增大
猜測三：H2與Cl2、Br2和I2反應中的能量變化
如何衡量共價鍵的強度呢？
原子半徑是如何影響共價鍵的強度呢？
化學反應中能量變化與共價鍵的強度的關系是什么？
二、鍵參數——鍵能、鍵長與鍵角
1、鍵能
(1) 定義：
(2) 條件：
氣態分子中1 mol化學鍵解離成氣態原子所吸收的最低能量。(單位：kJ·mol 1 )
298.15K、100kPa
鍵能越大
共價鍵越牢固
分子越穩定
(3) 鍵能的大小與共價鍵的強弱關系
二、鍵參數——鍵能、鍵長與鍵角
某些共價鍵的鍵能 (單位： kJ·mol 1)
資料卡片
鍵 鍵能
N O 176.0
N=O 607.0
O O 142.0
O＝O 497.3
C C 347.7
C=C 615.0
C≡C 812.0
鍵 鹵素原子半徑(pm) 鍵能
H F 71 568.0
H Cl 99 431.8
H Br 114 366.0
H I 133 298.7
你能發現哪些規律？
(1) 成鍵原子相同時，鍵能強弱比較：單鍵＜雙鍵＜三鍵
(2) 形成共價鍵的原子的半徑越大，鍵能越小。
二、鍵參數——鍵能、鍵長與鍵角
構成化學鍵的兩個原子的核間距
2、鍵長
(1) 定義：
(2) 單位：
pm (1pm＝10 12m)
說明：由于分子中的原子始終處于不斷振動之中，因此，鍵長只能是振動著的原子處于平衡位置時的核間距。
二、鍵參數——鍵能、鍵長與鍵角
某些共價鍵的鍵長 (單位： pm)
資料卡片
鍵 鍵長
H F 92
H Cl 127
H Br 142
H I 161
鍵 鍵長
F F 141
Cl Cl 198
Br Br 228
I I 267
鍵 鍵長
C C 154
C=C 133
C≡C 120
鹵素 半徑
F 71
Cl 99
Br 114
I 133
你能發現哪些規律？
(1) 對于同種類型的共價鍵，原子半徑越大，鍵長越長。
(2) 成鍵原子相同的共價鍵的鍵長：單鍵＞雙鍵＞三鍵
二、鍵參數——鍵能、鍵長與鍵角
某些共價鍵的鍵長、鍵能
資料卡片
鍵 鍵長 鍵能
H F 92 568
H Cl 127 431.8
H Br 142 366
H I 161 298.7
鍵 鍵長 鍵能
F F 141 157.0
Cl Cl 198 242.7
Br Br 228 193.7
I I 267 152.7
鍵 鍵長 鍵能
C C 154 347.7
C=C 133 615
C≡C 120 812
觀察表格中的數據，你能發現鍵長和鍵能之間的關系嗎？
關系：鍵長越短，鍵能越大
F F不符合此的規律，為什么？
解釋：氟原子的原子半徑很小，F F的鍵長短，原子核之間的距離小，排斥力大，因此鍵能小。
問題導學
觀察與思考
猜測一：H Cl、H Br和H I中鍵的強度不同
如何衡量共價鍵的強度呢？
HCl、HBr、HI穩定性差異的分析
猜測二：Cl、Br和I的原子半徑依次增大
原子半徑是如何影響共價鍵的強度呢？
鍵能
鍵長
鍵 鍵長 鍵能
H Cl 127 431.8
H Br 142 366
H I 161 298.7
鹵素 半徑
Cl 99
Br 114
I 133
一般來說，原子半徑越短，形成的共價鍵鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越牢固，形成的分子越穩定
問題導學
觀察與思考
猜測三：H2與Cl2、Br2和I2反應中的能量變化
HCl、HBr、HI穩定性差異的分析
化學反應中能量變化
鍵 鍵能 (kJ·mol 1)
H H 436.0
Cl Cl 242.7
H Cl 431.8
Br Br 193.7
H Br 366.0
I I 152.7
H I 298.7
H2(g)＋Cl2(g)＝2HCl(g) ΔH＝_______kJ/mol
H2(g)＋Br2(g)＝2HBr(g) ΔH＝______kJ/mol
H2(g)＋I2(g)＝2HI(g) ΔH＝______kJ/mol
184.9
102.3
8.7
結論：同類型的化學反應，相同物質的量的反應物放出的熱量越多，產物越穩定
二、鍵參數——鍵能、鍵長與鍵角
在多原子分子中，兩個相鄰共價鍵之間的夾角
3、鍵角
(1) 定義：
(2) 意義：
是描述分子空間結構的重要參數
(3) 常見分子的鍵角：
二、鍵參數——鍵能、鍵長與鍵角
衡量共價鍵的穩定性,判斷分子穩定性；計算反應熱
鍵能
衡量共價鍵的穩定性,判斷分子穩定性
鍵長
描述分子空間結構的重要參數
鍵角
鍵
參
數
拓展：等電子原理
N2O和CO2
N2和CO
SO2 O3
練、原子數總數相同，價層電子總數相同的分子或離子，互稱為等電子體。互為等電子體的物質具有相似的化學鍵類型和空間結構，其物理性質相似。
(1)根據上述原理，僅由第二周期元素組成的共價分子中，互為等電子體的是： 和 。
(2)由短周期元素組成的物質中，與NO2 互為等電子體的分子有
、 。
高考真題中的化學鍵問題
[2021全國甲卷] CO2分子中存在____個σ鍵和____個π鍵。
[2021廣東卷] 在Ⅲ( )中存在離子鍵與共價鍵( )
在Ⅳ( )中硫氧鍵的鍵能均相等( )
CH2 SH
CH SH
CH2 SO3Na
O
CH3 S OH
O
2
2
╳
√
高考真題中的化學鍵問題
[2021湖南卷] 1個M2+ 中含有_____個σ鍵。
54
[2021八省聯考河北卷] 在CO分子中，C與O之間形成___個σ鍵、____個π鍵，在這些化學鍵中，O原子共提供了____個電子。
1
2
4
[2018全國Ⅰ卷] LiAlH4中，存在______(填標號)。
A. 離子鍵 B. σ鍵 C. π鍵 D. 氫鍵
A B

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