資源簡介

2.1.1 共價鍵模型
課前思考
通過必修課程，你已經了解了原子之間能夠通過強烈的相互作用——化學鍵結合在一起。
原子之間為什么能夠以不同類型的化學鍵相互結合？
原子形成的分子為什么會有不同的空間結構？
分子之間是否也存在著相互作用？
物質結構的基礎理論——化學鍵與分子間作用力的理論。
學習目標定位（課程標準）
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。
3. 知道共價鍵可分為極性和非極性共價鍵。
4. 共價鍵的鍵能、鍵長和鍵角可以用來描述鍵的強弱和分子的空間結構。
一、共價鍵的形成
1. 概念：原子間通過共用電子形成的化學鍵稱為共價鍵。
2. 形成過程（以氫分子為例）：
(1)當兩個氫原子相距很遠時，他們之間的作用力可以忽略不計，體系能量等于兩個原子的能量之和。
(2)當兩原子逐漸接近時，原子軌道發生重疊，電子在核間區域出現的概率增大，原子核對兩個電子都產生吸引作用，體系能量逐漸下降。
(3)當氫原子互相接近達到最大限度（0.074nm），軌道重疊達到最大限度，形成穩定氫分子，此時體系中能量最低。
(4)核間距進一步減小時，兩原子間的斥力使體系的能量升高，這種排斥作用又將氫原子推回到平衡位置。
一、共價鍵的形成
3. 本質：高概率地出現在兩個原子核之間的電子與兩個原子核之間的電性作用。
4. 成鍵粒子：電負性相同或差值小的非金屬原子之間或個別金屬原子與非金屬原子之間（AlCl3、FeCl3、BeCl2等）。
5. 表示方法：（H2、HCl、CO2、N2的電子式、結構式如何書寫？）
(1)用一條短線表示一對共用電子所形成的共價鍵，如H—H。
(2)用“ = ”表示原子間共用兩對電子所形成的共價鍵，如C=C。
(3)用“ ≡ ”表示原子間共用三對電子所形成的共價鍵，如C≡C。
化學史話（滬教版）
化學史話（滬教版）
二、共價鍵的特征
1. 飽和性：
(1)共價鍵由未成對的電子通過配對形成，因為未成對電子數目有限，所以共價鍵總數以及共價鍵連接的原子數目有限。
(2)用軌道表示式表示 HF 分子中共用電子對的形成如下：
(3)由以上分析可知，F 原子與 H 原子間只能形成 1 個共價鍵，所形成的簡單化合物為 HF。同理，O 原子與 2 個 H 原子形成 2 個共用電子對，2 個 N 原子間形成 3 個共用電子對。
二、共價鍵的特征
2. 方向性
(1)除 s 軌道是球形對稱的外，其他的原子軌道在空間都具有一定的分布特點。
(2)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。
(3)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。
歸納總結
(1)共價鍵的飽和性決定了分子的組成，共價鍵的方向性決定了分子的空間結構。所有的共價鍵都具有飽和性，但并不是所有的共價鍵都具有方向性，如兩個s軌道重疊形成的共價鍵就沒有方向性。
(2)共價鍵的存在范圍
①非金屬單質分子中(稀有氣體除外)，如O2、Cl2 等。
②非金屬元素形成的化合物中，如HClO、HCl、有機物分子等。
③某些金屬與非金屬元素形成的化合物中，如AlCl3 、BeCl2等。
④某些離子化合物中，如NaOH、NaClO等。
判斷正誤
(1)水的非直線結構是由共價鍵的飽和性決定的(　　)
(2)氫原子和氯原子只能形成HCl分子，不能形成H2Cl，是由共價鍵的飽和性決定的(　　)
(3)金屬元素與非金屬元素之間不能形成共價鍵(　　)
(4)共價鍵是一種電性吸引(　　)
(5)CO2 分子內共價鍵可表示為O==C==O(　　)
√
×
√
×
×
三、共價鍵的類型
1. 共價鍵的分類
(1)按共用電子對數目分類：
(2)按共用電子對是否偏移分類：
(3)按原子軌道的重疊方式分類：
三、共價鍵的類型
2. σ 鍵
(1) 形成：
①氮原子的價電子排布式2s22p3。根據洪特規則，氮原子中處于 2p 軌道的三個電子實際上分別占據 2px，2py，2pz 三個原子軌道，是三個未成對電子。
②當形成氮原子的兩個氮原子相互接近時，一個氮原子的 2pz 軌道與另一個 2pz 軌道重疊形成一個共價鍵，同時他們的 2px 和 2pz 軌道也會分別兩兩重疊形成兩個共價鍵，稱為共價三鍵。
③共價三鍵中的三個鍵并不完全等同，當兩個 2pz 軌道“頭碰頭”時，其他p軌道只能“肩并肩”。
三、共價鍵的類型
三、共價鍵的類型
2. σ 鍵
(2)概念：將原子軌道以“頭碰頭”方式互相重疊導致電子在核間出現的概率增大而形成的共價鍵稱為 σ 鍵。
(3)種類：
①s－s σ 鍵：兩個成鍵原子均提供 s 軌道形成的共價鍵，如 H2 分子中 σ 鍵的形成過程：
三、共價鍵的類型
2. σ 鍵
(3)種類：
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，如 HCl 分子中 σ 鍵的形成過程：
③p?p σ 鍵：兩個成鍵原子均提供 p 軌道形成的共價鍵，如 Cl2 分子中 σ 鍵的形成過程：
三、共價鍵的類型
2. σ 鍵
(4)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。
三、共價鍵的類型
三、共價鍵的類型
3. π 鍵
(1)概念：將原子軌道以“肩并肩”方式互相重疊導致電子在核間出現的概率增大而形成的共價鍵稱為 π 鍵。
(2)形成：
(3)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。
三、共價鍵的類型
4. 極性鍵和非極性鍵
非極性鍵：共用電子對不偏向于其中任何一個電子，參與成鍵的原子都不顯電性的共價鍵。
極性鍵：共用電子偏向于吸引電子能力大的原子一側，這個原子因為附近電子出現的概率較大帶有部分負電荷，而另一個原子則帶部分正電荷的共價鍵。
根據共用電子偏移程度不同，又分為強極性鍵（共用電子偏離程度大，如H—F中的極性鍵）和弱極性鍵（共用電子偏離程度小，如 H—I 中的極性鍵）。
深度思考
1.C2H4比CH3CH3的化學性質活潑的原因是什么？
乙烯中碳碳雙鍵中有一個是π鍵，原子軌道重疊程度小，共價鍵不穩定，容易斷裂，而乙烷中C與C之間以C—C σ鍵結合，原子軌道重疊程度大，共價鍵穩定，不容易斷裂。
深度思考
2.回答下列問題：
(1)已知CO和CN－與N2結構相似，CO分子內σ鍵與π鍵的數目之比為______。HCN分子中σ鍵與π鍵的數目之比為_____。
(2)乙烯分子中σ鍵與π鍵的數目之比為______。
(3)共價鍵①H—H鍵、②H—F鍵、③H—O鍵、④N—H鍵、⑤P—H鍵中，鍵的極性由弱到強的順序是____________。
1∶2
1∶1
5∶1
①⑤④③②
判斷正誤
(1)Cl2分子內存在非極性鍵，HCl分子內存在極性鍵(　　)
(2)分子內若存在共價鍵，則一定存在σ鍵(　　)
(3)1 mol乙烯中含有σ鍵的數目為4NA(　　)
(4)氫原子和氟原子、氯原子均可以σ鍵相結合，其成鍵軌道完全相同(　　)
√
√
×
×
跟蹤強化
2.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_______。
(2)含有由兩個原子的s軌道重疊形成的σ鍵的是______。
(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_____________。
①②③⑥⑦⑧
④⑤⑨
⑦
①③⑤⑥⑧⑨
②④⑤⑥⑧⑨
跟蹤強化
2、下列說法正確的是(　　)
①共價鍵的本質是相互吸引的電性作用
②共價化合物一定含共價鍵，一定不含離子鍵
③水的非直線結構是由共價鍵的飽和性決定的
④由非金屬元素組成的化合物一定是共價化合物
⑤分子中不一定存在共價鍵
⑥烯烴比烷烴的化學性質活潑是由于烷烴中的 σ 鍵比烯烴中的 σ 鍵穩定
A．②⑤ B．④⑥ C．②③④ D．①③⑥
A
σ 鍵可以單獨存在，π 鍵不能單獨存在
跟蹤強化
1、下列說法中不正確的是(　　)
A．σ 鍵比 π 鍵重疊程度大，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．N2 分子中有 1 個 p?p σ 鍵，2個 p?p π 鍵
C
四、共價鍵的鍵參數
1. 鍵長
(1)概念：兩個成鍵原子的原子核間的距離（簡稱核間距）叫做該化學鍵的鍵長。
(2)與穩定性：一般來說，化學鍵的鍵長愈短，化學鍵就愈強，鍵就愈牢固。
(3)鍵長的判斷方法:
①根據原子半徑判斷：在其他條件相同時，成鍵原子的半徑越小，鍵長越短。
②根據共用電子對數判斷：相同的兩原子形成共價鍵時，單鍵鍵長＞雙鍵鍵長＞叁鍵鍵長。
四、共價鍵的鍵參數
2. 鍵角（可通過晶體的X射線衍射實驗測定）
(1)概念：在多原子分子中，兩個化學鍵的夾角。在多原子分子中鍵角是一定的，這表明共價鍵具有方向性，鍵角決定著共價分子的空間構型。
(2)常見分子空間構型：
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}分子空間構型
鍵角
實例
正四面體形
109.5°
CH4、CCl4
60°
白磷(P4)
平面形
120°
苯、乙烯、BF3等
三角錐形
107.3°
NH3
V形
104.5°
H2O
直線形
180°
CO2、CS2、CH≡CH
一些其他分子的空間結構模型（人教版）
四、共價鍵的鍵參數
3. 鍵能
(1)概念：鍵能是在101.3 kPa、298 K條件下，斷開1 mol AB(g) 分子中的化學鍵，使其分別生成氣態 A 原子和氣態 B 原子所吸收的能量。常用 EA－B 表示。鍵能的單位是 kJ·mol－1。如斷裂 1 mol H—H 鍵吸收的最低能量為 436 kJ，即 H—H 鍵的鍵能為 436 kJ·mol－1。
(2)意義：定量表示化學鍵的強弱程度，鍵能越大，化學鍵越牢固。
四、共價鍵的鍵參數
3. 鍵能
(3)根據下表中的H—X鍵的鍵能回答下列問題：
①若使2 mol H—Cl鍵斷裂為氣態原子，則發生的能量變化是吸收 kJ的能量。
②表中共價鍵最難斷裂的是 ，最易斷裂的是 。
③由表中鍵能大小數據說明鍵能與分子穩定性的關系：HF、HCl、HBr、HI的鍵能依次 ，說明四種分子的穩定性依次 。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}共價鍵
H—F
H—Cl
H—Br
H—I
鍵能/kJ·mol－1
565
431
363
297
862
H—F
H—I
減小
減弱
四、共價鍵的鍵參數
4. 鍵能與化學反應過程中的能量變化
ΔH = 反應物總鍵能 - 生成物總鍵能
四、共價鍵的鍵參數
5. 共價鍵參數與分子性質的關系
四、共價鍵的鍵參數
6. 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。
(3)由鍵長判斷：共價鍵的鍵長越短，共價鍵越牢固。
7. 鍵長的判斷方法：
(1)根據原子半徑判斷：其他條件相同時，原子半徑越小，鍵長越短。
(2)根據共用電子對數判斷：相同的兩原子形成共價鍵時，單鍵 > 雙鍵 > 三鍵
四、共價鍵的鍵參數
8. 鍵角的判斷方法
(1)CH4、BF3、CO2鍵角由大到小的順序為______________。
(2)H2O與H3O＋鍵角由大到小的順序為_____________。
(3)NH3、PH3、AsH3鍵角由大到小的順序為_________________。
(4)NF3與NH3鍵角由大到小的順序為__________。
CO2>BF3>CH4
H3O＋>H2O
NH3>PH3>AsH3
NH3>NF3
蘇教版
嚴格來說，并非鍵長越短，鍵能就越大
人教版
Ⅰ.利用數據計算，1 mol H2 分別與1 mol Cl2、1mol Br2 （蒸氣）反應，分別形成 2 mol HCl 和 2 mol HBr ，哪一個反應釋放的能量更多？?
ΔH = 反應物總鍵能 - 生成物總鍵能
ΔH (HCl) = [ ( 436 + 242.7 ) - 2×431.8 ] kJ/mol = - 184.9 kJ/mol
ΔH (HBr) = [ ( 436 + 193.7 ) - 2×366 ] kJ/mol = - 102.3 kJ/mol
Ⅱ.從計算結果看 HCl 和 HBr 哪個更容易分解呢？
HBr 分解需吸收能量少，更易分解。


魯科版
判斷正誤
(1)鍵長越短，鍵能一定越大(　　)
(2)斷開1 mol HCl需要吸收的能量稱為H—Cl鍵的鍵能(　　)
(3)鍵能越大，鍵長越長，共價鍵越牢固(　　)
(4)分子中鍵能越大，分子越穩定，熔、沸點越高(　　)
×
×
×
×
跟蹤強化
3、下列關于共價鍵的說法不正確的是(　　)
A．H2S 分子中兩個共價鍵的鍵角接近 90° 的原因是共價鍵有方向性
B．N2 分子中有一個 σ 鍵，兩個 π 鍵
C．兩個原子形成共價鍵時至少有1個 σ 鍵
D．在雙鍵中，σ 鍵不如 π 鍵穩定
D
跟蹤強化
4.(2022·宜昌高二期中)下列有關說法不正確的是
A.CH4、NH3、CO2分子中的鍵角依次增大
B.HCl、HBr、HI分子中的鍵長依次增大
C.H2O、H2S、H2Se分子中的鍵能依次減小
D.H2O、PH3、SiH4分子的穩定性依次減弱
A
跟蹤強化
6.如圖為元素周期表前4周期的一部分，下列有關R、W、X、Y、Z五種元素的敘述正確的是
A.W、R元素單質分子內都存在非極性鍵
B.X、Z元素都能形成雙原子分子
C.鍵長：W—H鍵W—H鍵
D.鍵長：X—H鍵B
應用體驗
1.N≡N鍵的鍵能為945 kJ·mol－1，N—N鍵的鍵能為160 kJ·mol－1，計算說明N2中的___(填“σ”或“π”，下同)鍵比___鍵穩定。
2.用“>”或“<”填空。
(1)比較鍵長大?。孩貱—H___N—H___H—O；②H—F___H—Cl。
(2)比較鍵能大小：①C—H___H—O；②H—F____H—Cl。
(3)比較鍵角大小：①CO2____NH3；②H2O___NH3。
π
σ
>　 >
<
<
>
>
<
應用體驗
3.某些共價鍵的鍵能數據如下表(單位：kJ·mol－1)：
(1)把1 mol Cl2分解為氣態原子時，需要_____(填“吸收”或“放出”) _____kJ能量。
(2)表中所列化學鍵形成的單質分子中，最穩定的是____，最不穩定的是___；形成的化合物分子中最穩定的是_____。
(3)試通過鍵能數據估算下列反應的反應熱：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝_______________。
H—H
Cl—Cl
Br—Br
H—Cl
H—I
I—I
N≡N
O—H
N—H
436
243
193
431
297
151
945
467
391
吸收
243
N2
I2
H2O
－183 kJ·mol－1

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