第一节共价键
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[课标要求]
1．知道共价键的主要类型，了解σ键和π键的形成特点及其本质。
2．能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。
1．σ键的特征是轴对称，键的强度较大；π键的特征为镜像对称，一般不
如σ键牢固，比较容易断裂。
2．共价单键是σ键；共价双键中有一个σ键，一个π键；共价三键中有
一个σ键和两个π键。
3．键长越短，键能越大，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定，
键角决定分子的空间构型，共价键具有方向性和饱和性。
4．原子总数相同，价电子总数相同的等电子体，具有相似的化学键特
征和相近的化学性质。
1．本质和特征
(1)本质：原子之间形成共用电子对。
(2)特征：饱和性——决定分子的组成；方向性——决定分子的立体构型。
2．类型(按成键原子轨道的重叠方式分类)
(1)σ键
形成 成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成 类型 s-s型 s-p型 p-p型 特征 ①以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称；
②σ键的强度较大 (2)π键
形成 由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成 p-p型 特征 ①π键的电子云具有镜像对称性，即每个π键的电子云由两块组成，分别位于由原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像；
②π键不能旋转；一般不如σ键牢固，较易断裂
现有①N2②CO2③CH2Cl2④C2H4四种分子
(1)只存在σ键的分子有哪些？
(2)同时存在σ键和π键的分子有哪些？
(3)σ键和π键的数目之比为1∶1的是哪种分子？
提示：(1)③(2)①②④(3)②
分子中σ键和π键的判断方法
(1)根据成键原子的价电子数来判断能形成几个共用电子对。如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对，则先形成1个σ键，另外的原子轨道形成π键。
(2)一般规律：共价单键是σ键；共价双键中有一个σ键，另一个是π键；共价三键中有一个σ键，另两个是π键。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)原子轨道在空间都具有方向性()
(2)σ键是轴对称而π键是镜像对称()
(3)一般来说，σ键比π键强度大，更稳定()
(4)N2分子中σ键与π键的个数比是2∶1()
答案：(1)×(2)√(3)√(4)×
2．下列分子中，只有σ键而没有π键的是()
①CH4②CH3CH3③CH2===CH2④CH≡CH
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选ACH4和CH3CH3中只有单键没有双键或三键，所以只有σ键而没有π键。
1．概念和特点
键参数 概念 特点 键能 气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量 键能越大，键越稳定，越不易断裂 键长 形成共价键的两个原子之间的核间距 键长越短，键能越大，键越稳定 键角 两个共价键之间的夹角 表明共价键有方向性，决定分子的立体结构
2.对分子性质的影响
1．根据价键理论分析氮气分子中的成键情况？并解释N2通常稳定的原因。
提示：氮原子各自用三个p轨道分别跟另一个氮原子形成一个σ键和两个π键。N2分子中存在N≡N，键能大，破坏它需要消耗较大的能量，因而通常N2很稳定。
2．你能比较出HF、HCl、HBr、HI稳定性大小吗？
提示：HF＞HCl＞HBr＞HI。
3．BF3键角是120°，你能判断出该分子的形状吗？
提示：平面三角形。
(1)一般地，形成共价键的共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。
(2)形成共价键的原子半径越小，键长越短，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同(1对)，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，故共价键牢固程度H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，因此，稳定性HF＞HCl＞HBr＞HI。
(3)键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的立体构型就确定了。如氨分子的H—N—H键角是107°，N—H键的键长是101pm，就可以断定氨分子是三角锥形分子，如图。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)键角是描述分子立体结构的重要参数()
(2)键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关()
(3)键能越大，键长越长，共价化合物越稳定()
(4)键角的大小与键长、键能的大小无关()
答案：(1)√(2)√(3)×(4)√
2．下列说法正确的是()
A．键能越大，表示该分子越容易受热分解
B．共价键都具有方向性
C．在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长
D．H—Cl键的键能为431.8kJ·mol－1，H—Br键的键能为366kJ·mol－1，这可以说明HCl比HBr分子稳定
解析：选D键能越大，分子越稳定，A错误，D正确；H—H键没有方向性，B错误；形成共价键的两个原子之间的核间距叫键长，C错误。
1．等电子原理：原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。
2．等电子体：满足等电子原理的分子称为等电子体。如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，它们的许多性质相似。
1．你能写出与CO2互为等电子体的一种分子和一种阳离子吗？
提示：CS2或N2O、NO。
2．你能写出与NO互为等电子体的一种阴离子和一种分子吗？
提示：CO或BO、BF3或SO3(g)。
(1)等电子体的寻找方法
①将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n＝1,2等)的原子，如N2与CO、N和CNO－均互为等电子体。
②将粒子中一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素的带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N2O和N互为等电子体。
③同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。
(2)常见的等电子体
类型 实例 二原子10电子的等电子体 N2、CO、NO＋、C、CN－ 三原子16电子的等电子体 CO2、CS2、N2O、NO、N、BeCl2(g) 三原子18电子的等电子体 NO、O3、SO2 四原子24电子的等电子体 NO、CO、BO、BF3、SO3(g) 五原子32电子的等电子体 SiF4、CCl4、BF、SO、PO
1．根据等电子原理判断，下列各对粒子中互为等电子体的是()
①SO2与O3②CO2与NO2③CS2与NO2
④PCl3与NF3
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选D由题中信息可知，只要计算出分子中各原子的最外层电子数之和即可判断。C的最外层电子数为4；N、P的最外层电子数为5；O、S的最外层电子数为6。SO2与O3、PCl3与NF3互为等电子体。
2．下列物质属于等电子体的一组是()
①CH4和NH②B3H6N3和C6H6
③F－和Mg④H2O和CH4
A．①② B．②③
C．①③ D．②④
解析：选A等电子体要具备两个条件：一是粒子的原子总数相同，二是粒子的价电子总数相同。分析可知①②两组属于等电子体，③中F－和Mg的价电子总数不同，④中H2O和CH4的原子总数不相同。
[三级训练·节节过关]
1．下列说法中，不正确的是()
A．σ键比π键的重叠程度大，形成的共价键强度大
B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键
C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．N2分子中有一个σ键、2个π键
解析：选C从原子轨道重叠程度看，π键轨道的重叠程度比σ键轨道的重叠程度小，故一般π键的稳定性弱于σ键；在单质分子中存在σ键(如Cl2、H2)、π键(如N2中存在σ键和π键)；稀有气体为单原子分子，不存在化学键。
2．关于乙醇分子的说法正确的是()
A．分子中共含有8个极性键 B．分子中不含非极性键
C．分子中只含σ键 D．分子中含有1个π键
解析：选C乙醇的结构式为CHHHCHHOH，共含有8个共价键，其中C—H、C—O、O—H键为极性键，共7个，C—C键为非极性键。由于乙醇分子中只有单键，故无π键。
3．N—H键键能的含义是()
A．由N和H形成1molNH3所放出的能量
B．把1molNH3中的共价键全部拆开所吸收的能量
C．拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的能量
D．形成约1个N—H键所放出的能量
解析：选CN—H键的键能是指形成1molN—H键放出的能量或拆开1molN—H键吸收的能量，不是形成1个N—H键释放的能量。1molNH3分子中含有3molN—H键，拆开1molNH3或形成1molNH3中的全部共价键，吸收或放出的能量应是N—H键键能的3倍。
4．已知通常分子中所含的键能越大，分子越稳定。参考下表中化学键的键能数据，判断下列分子中，受热时最不稳定的是()
化学键 H—H H—Cl H—Br H—I 键能/(kJ·mol－1) 436.0 431.8 366 298.7
A．氢气 B．氯化氢
C．溴化氢 D．碘化氢
解析：选DH—I键的键能最小，分子最不稳定。
5．美国物理化学家Langmuir提出：“凡原子数与价电子总数均相等的物质，其结构相同，物理性质相近”，称为等电子原理。相应的物质，互称为等电子体。化学科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构与性质。例如，CH4与NH有相同的价电子数及空间构型。请你根据等电子原理在下表空格处填上相应的化学式：
CH4 CO C2O NH N2H NO 解析：等电子体要求必须是具有相同的原子总数和价电子总数，分子与离子也可以是等电子体。表中第一列的CH4与NH是含有5个原子和8个价电子的等电子体，同理可得其他几组答案。
答案：
CH4 C2H6 CO CO2 C2O NH N2H NO NO N2O4 6.W、X、Y、Z是周期表前36号元素中的四种常见元素，其原子序数依次增大。W、Y的氧化物是导致酸雨的主要物质，X的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，Z能形成红色(或砖红色)的Z2O和黑色的ZO两种氧化物。
(1)W2中含有________个σ键________个π键。W的气态氢化物稳定性比H2O(g)________(填“强”或“弱”)。
(2)Y的基态原子价电子轨道排布式是__________，Y的第一电离能比X的________(填“大”或“小”)。
(3)Y的最高价氧化物对应水化物的浓溶液与Z的单质反应的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：W、Y的氧化物是导致酸雨的主要物质，且原子序数：Y＞W，则W为氮元素、Y为硫元素；X的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，则X原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，X为铝元素；Z能形成红色(或砖红色)的Z2O和黑色的ZO两种氧化物，则Z为铜元素。
答案：(1)12弱(2)大
(3)Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
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