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第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第一節(jié) 共價鍵
第 1-2 課時
請用電子式描述H2、HCl、Cl2、O2、N2的形成過程
H
+
H
H
H
H
.
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Cl
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+
.
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Cl
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H
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Cl
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Cl
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+
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Cl
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Cl
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→
：
O
··
··
O
··
··
：
··
··
＋
· O ·
··
· O ·
··
必修定義：原子間通過共用電子對所形成的強烈相互作用，叫共價鍵。
選必描述：兩個原子元素的電負性差值小于1.7時，一般形成共價鍵。
如何基于微觀視角（原子軌道）進一步理解共價鍵的形成？
海特勒和倫敦
鮑林
現(xiàn)代價鍵理論
（valence bond theory,VBT）
H
+
H
H
H
氫原子形成氫分子的過程示意
H
↑
1s
H
↓
1s
成鍵過程中兩個單電子以自旋方向相反的方式配對，體系能量最低。
VBT要點1：電子配對原理
原子軌道重疊程度越大，核間電子的概率密度最大，共價鍵越穩(wěn)定。
VBT要點2：最大重疊原理
H
.
.
.
.
.
.
Cl
.
+
.
.
.
.
.
Cl
.
.
H
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
Cl
↓
1s
H
氫原子與氯原子形成氯化氫分子的過程示意
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Cl
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Cl
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+
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Cl
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Cl
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↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↓
↑↓
↑↓
↑↓
Cl
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
Cl
氯原子與氯原子形成氯氣分子的過程示意
共價鍵
σ鍵：原子軌道以“頭碰頭”重疊，形成化學(xué)鍵的兩原子核的連線為軸做旋轉(zhuǎn)操作，共價鍵電子云的圖形不變，這種特征稱為軸對稱。
π鍵：原子軌道按“肩并肩”方式重疊（高中階段一般指p電子云與p電子云），電子云呈現(xiàn)鏡面對稱。
共價鍵
1s
↑
↑↓
↑↓
↑
↑
2s
2p
N
1s
↓
↑↓
↑↓
↓
↓
2s
2p
N
“頭碰頭”
x
y
z
x
y
z
x
y
z
z
y
“肩并肩”
y
z
z
y
x
p-p σ鍵
p-p 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
【探究】下面是乙烷、乙烯、乙炔的球棍模型和空間填充模型：
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 乙烯 乙炔
σ鍵數(shù)目
π鍵數(shù)目
2.解釋乙烯分子中π鍵的形成過程
3.繪制乙炔分子中π鍵
（1）為什么不可能有H3、H2Cl和Cl3？
共價鍵的特征
按照價鍵理論，未成對的電子通過相互配對形成共價鍵。因為可參與配對的電子數(shù)是一定的，所以每個原子所能形成共價鍵的總數(shù)或以共價鍵連接的原子數(shù)目是一定的，這稱為共價鍵的飽和性。顯然，共價鍵的飽和性決定了各種原子形成分子時相互結(jié)合的數(shù)量關(guān)系。
飽和性
N：1S22S22P3
O：1S22S22P4
F：1S22S22P5
3個
2個
1個
【思考】
一般而言，N、O、F能形成幾個共價單鍵？
↑↓
1s 2s 2p 3s 3p
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑
↑↓
↑↓
↑↓
Cl
↓
1s
H
（2）所有的共價鍵都有方向性嗎？
共價鍵的特征
除s軌道是球形對稱外，其他原子軌道都具有一定的空間取向。在形成共價鍵時，原子軌道重疊得多，電子在核間出現(xiàn)的概率大，所形成的共價鍵就牢固。因此，共價鍵將盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向形成，即共價鍵具有方向性。分子的空間結(jié)構(gòu)與共價鍵的方向性密切相關(guān)。
方向性
種類
σ鍵
s s σ鍵，如：H-H
-
s p σ鍵，如：H-Cl
-
p p σ鍵，如：Cl-Cl
“頭碰頭”
原子軌道的重疊方式：
種類
軸對稱
電子云的對稱方式：
π鍵
p-p π鍵
“肩并肩”
原子軌道的重疊方式：
鏡面對稱
電子云的對稱方式：
種類
特征
飽和性
方向性
共價鍵
-
【小結(jié)】
單鍵：σ鍵
雙鍵：1個σ鍵、1個π鍵
三鍵：1個σ鍵、2個π鍵
【拓展】
如何解釋HCl、HBr和HI的穩(wěn)定性的差異？
鹵化氫 HF HCl HBr HI
在1000 ℃分解的 百分數(shù)/% 0.0014 0.5 33
鍵參數(shù)——鍵能
氣態(tài)分子中1mol化學(xué)鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量;單位：kJ·mol-1。
通常是298.15K、101KPa條件下的標準值，鍵能可通過實驗測定，大多通過推算，鍵能通常為平均值。
共價鍵鍵能越大
共價鍵越牢固
（分子越穩(wěn)定）
共價鍵 H—F H—Cl H—Br H—I
鍵能/(kJ·mol－1) 568 431.8 366 298.7
鍵 鍵能 （kJ·mol-1 ） 鍵 鍵能
（kJ·mol-1 ）
F-F 157 C-C 347.7
Cl-Cl 242.7 C=C 615
Br-Br 193.7 C≡C 812
I-I 152.7 N-N 193
H-F 568 N=N 418
H-Cl 431.8 N≡N 946
H-Br 366 O-O 142
H-I 298.7 O=O 497.3
請找出鍵能數(shù)據(jù)中的規(guī)律
成鍵原子相同時，鍵能強弱比較：
單鍵鍵能＜雙鍵鍵能＜三鍵鍵能
【規(guī)律】
鍵參數(shù)——鍵長
構(gòu)成化學(xué)鍵的兩個原子之間的核間距；單位：pm（1pm＝10-12m）。
資料卡片：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。
鍵 鍵能
（kJ·mol-1 ）
H-F 568
H-Cl 431.8
H-Br 366
H-I 298.7
同：都是 s-p 鍵，均為極性共價鍵
異：鹵素原子半徑不同，電子云重疊程度不一致，因此共價鍵的鍵長不一
Cl2中Cl-Cl鍵長
HBr
HF
HCl
HI
化學(xué)鍵 鹵素原子半徑（pm） 鍵長（pm） 鍵能（kJ·mol-1）
H-F 71 92 568.0
H-Cl 99 128 431.8
H-Br 114 142 366.0
H-I 133 162 298.7
共價鍵成鍵原子半徑小
共價鍵鍵長
越小（鍵能越大）
共價鍵越牢固
（分子越穩(wěn)定）
鍵 鍵能 （kJ·mol-1 ） 鍵 鍵能
（kJ·mol-1 ）
F-F 157 C-C 347.7
Cl-Cl 242.7 C=C 615
Br-Br 193.7 C≡C 812
I-I 152.7 N-N 193
H-F 568 N=N 418
H-Cl 431.8 N≡N 946
H-Br 366 O-O 142
H-I 298.7 O=O 497.3
請找出鍵能數(shù)據(jù)中的規(guī)律
成鍵原子相同時，鍵能強弱比較：
單鍵鍵能＜雙鍵鍵能＜三鍵鍵能
同種類型的共價鍵，鍵能強弱比較：
成鍵原子的原子半徑越小，鍵長越小。
一般地，鍵長越短, 鍵能越大，共價
鍵越牢固,由此形成的分子越穩(wěn)定。
【規(guī)律】
鍵 鍵長 pm 鍵能
（kJ·mol-1）
F-F 141 157
Cl-Cl 198 242.7
Br-Br 228 193.7
I-I 267 152.7
F-F不符合“鍵長越短，鍵能越大”的規(guī)律，為什么？
　　
F原子半徑很小，因此F-F的鍵長短，而由于鍵長短，兩個F原子形成共價鍵時，原子核之間的距離小，排斥力大，因此鍵能小。
鍵能
鍵長
衡量共價鍵的穩(wěn)定性
【小結(jié)】
利用下表數(shù)據(jù)說明乙烷、乙烯和乙炔的反應(yīng)活性。
鍵 鍵能
（kJ·mol-1 ）
C-C 347.7
C=C 615
C≡C 812
乙烯、乙炔中π鍵不如σ鍵牢固，比較容易斷裂
N-N 193
N=N 418
N≡N 946
O-O 142
O=O 497.3
H2O
V形（角形）
CO2
直線形
同為三原子分子，為什么下列分子的空間構(gòu)型不同？
H2O
V形（角形）
CO2
直線形
在多原子分子中，兩個相鄰共價鍵之間的夾角稱為鍵角。
鍵參數(shù)——鍵角
（可通過晶體X射線衍射實驗獲得）
鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，分子的許多性質(zhì)都與鍵角有關(guān)。
鍵能
鍵長
衡量共價鍵的穩(wěn)定性
【小結(jié)】
鍵角
衡量分子的空間結(jié)構(gòu)
鍵參數(shù)
分子的性質(zhì)

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