3.3 共价键 共价晶体 第1课时（同步讲义）化学苏教版选择性必修2

专题3 微粒间作用力与物质性质 第三单元 共价键 共价晶体 第1课时 共价键的形成及类型 教学目标 1．能结合实例描述共价键的成键特征及其本质。 2．能够从不同的角度对共价键分类，会分析σ键和π键的形成及特点。 重点和难点 重点：共价键的成键特征及本质；共价键的类型及判断。 难点：σ键和π键的形成及特点。 ◆知识点一 共价键的形成 1．共价键的概念 原子间通过共用电子对形成的强烈的相互作用称为共价键。 吸引电子能力相近的原子之间通过共用电子对形成共价键。 2．共价键的形成过程（以H2分子的形成为例） (1)当两个氢原子相互接近时，若两个氢原子核外电子的自旋方向相反，它们接近到一定距离时，两个1s轨道发生重叠，电子在两原子核间出现的机会较大。随着核间距的减小，核间电子出现的机会增大，体系的能量逐渐下降，达到能量最低状态。 (2)若两个氢原子核外电子的自旋方向相同，当它们相互接近时，原子间总是排斥作用占主导地位，所以两个带有自旋方向相同的电子的氢原子不可能形成氢分子。 3．共价键的本质 当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系的能量降低。 4．共价键的特征 (1)饱和性：成键原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键，每个原子形成共价键的数目是一定的。 (2)方向性：两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，原子轨道重叠越多，共价键越牢固。 【特别提醒】 (1)一般情况下，电负性之差小于1.7的元素原子之间易形成共价键。 (2)共价键的饱和性决定了分子的组成，共价键的方向性决定了分子的空间结构。 (3)共价键不仅存在于共价化合物中，也可以存在于离子化合物中，如NaOH、NH4Cl中都含有共价键，还可以存在于非金属单质中，如H2、O3等。 (4)所有的共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如H2分子由两个s轨道重叠形成的共价键就没有方向性。 5．共价键的表示方式 (1)用电子式表示：用小黑点(或×)表示原子最外层电子。如： HCl： H2O： N2： (2)用结构式表示：用一条短线表示一对共用电子(见下表)。 化学式 结构式 化学式 结构式 N2 N≡N CH4 NH3 CO2 O==C==O HCl H—Cl HClO H—O—Cl 即学即练 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)形成共价键后体系的能量降低，趋于稳定(　√　) (2)共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的(　√　) (3)共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系(　√　) (4)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的(　√　) (5)原子轨道在空间都具有方向性(　×　) (6)只有非金属原子之间才能形成共价键(　×　) 2．下列关于共价键的说法正确的是（ ） A．只有非金属原子之间才能形成共价键 B．只要空间允许，一个原子能与另一个原子形成多个共价键 C．形成共价键时，参加成键的原子轨道可以沿着电子各个方向重叠 D．共价键的本质是自旋方向相反、能量相近的未成对电子形成共用电子对 答案 D 解析 A选项，当两个原子电负性差值小于1．7时，一般形成共价键，因此金属原子和非金属原子之间也可能形成共价键，错误；B选项，成键原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键，每个原子形成共价键的数目是一定的，即共价键具有饱和性，错误；C选项，参加成键的原子总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，错误；D选项，共价键的本质是自旋方向相反、能量相近的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系的能量降低正确。故选D。 3．下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是(　　) A．H2O2(过氧化氢)：H—O==O—H B．N2H4(肼)： C．C2H5SH(乙硫醇)： D．SiHCl3(三氯氢硅)： 答案　A 解析　由共价键的饱和性可知：C、Si均形成4个共价键，H形成1个共价键，N形成3个共价键，O、S均形成2个共价键。A项中O原子间是双键，且每个氧原子与1个氢原子再形成1个单键，即每个氧原子形成3个共价键，与其饱和性不相符。 ◆知识点二 共价键的类型 1．σ键和π键 (1)分类依据：成键原子的原子轨道重叠方式。 (2)σ键和π键的比较： 键类型 σ键 π键 原子轨道重叠方式 沿核间连线方向以“头碰头”方式重叠 沿核间连线两侧以“肩并肩”方式重叠 原子轨道重叠部位 两原子核连线之间 核间连线上方和下方 原子轨道重叠程度 大 小 键的强度 较大 较小 成键规律判断 共价单键一定是σ键，双键中一个是σ键，一个是π键，三键中一个是σ键，另两个是π键 (3)几种分子的成键方式 ①N2中含有1个σ键和2个π键，结构式为：N≡N。 ②乙烷分子中碳原子与碳原子之间形成1个σ键，乙烯分子中碳原子与碳原子之间形成1个σ键和1个π键，乙炔分子中碳原子与碳原子之间形成1个σ键和2个π键。 ③有机化合物中，碳原子与碳原子之间形成σ键比π键牢固，在化学反应中，π键容易断裂。 ④苯分子中，每个碳原子分别与1个氢原子、2个碳原子形成σ键，同时每个碳原子各有一个垂直于分子平面的p轨道，形成了一个以6个碳原子为中心的大π键。 【特别提醒】σ键、π键的类型和特征 (1)σ键： ①原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”方式重叠形成的共价键。 ②σ键的类型：根据成键电子的原子轨道的不同，σ键可分为s—sσ键、s—pσ键、p—pσ键等。 轨道类型 成键原子轨道 形成过程 实例 s—s σ键 s轨道、s轨道 H—H s—p σ键 s轨道、p轨道 H—Cl p—p σ键 p轨道、p轨道 Cl—Cl ③σ键的特征： a．对称性：以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。 b．稳定性：形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性。 c．以形成σ键的两原子核的连线为轴，任何一个原子均可以旋转，并不破坏σ键的结构。 (2)π键 ①原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键。 ②π键的特征： a．对称性：每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成的平面两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像，这种特征称为镜像对称。 b．稳定性：形成π键时电子云重叠程度比σ键小，π键没有σ键牢固。 c．以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转，如以py-pyπ键为例，若旋转其中一个成键原子，则两侧的py轨道就不在平行，就无法“肩并肩”地靠近形成π键。 ④π键的存在：π键通常存在于双键和叁键中。 (3)σ键、π键的存在规律 共价单键中只有σ键；共价双键中有一个σ键，一个π键；共价叁键由一个σ键和两个π键组成。 2．极性键和非极性键 (1)极性键和非极性键比较 类型 形成元素 共用电子对偏移 原子电性 非极性键 同种元素 两原子电负性相同，共用电子对不偏移 两原子都不显电性 极性键 不同种元素 共用电子对偏向电负性较大的原子 电负性较大的原子显负电性，电负性较小的原子显正电性 (2)极性键的强弱 ①极性共价键中，成键原子的吸引电子能力差别越大，共用电子对的偏移程度越大，共价键的极性越强。 ②通常可以根据元素的电负性差值判断极性键的强弱。 【特别提醒】共价键的极性判断的方法 (1)由同种元素组成（A—A型）为非极性键，由不同种元素组成（A—B型）为极性键。 (2)有电子对偏移的为极性键，无电子对偏移的为非极性键。 (3)电负性相同，即由同种元素组成，电负性不同，即由不同种元素组成。 3．配位键 (1)定义：由一个原子提供孤电子对与另一个有空轨道可接受电子的原子形成的共价键。 (2)表示 常用“→”表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子。 如NH的结构式为，其实NH中4个N—H键是完全相同的。 【特别提醒】共价键的分类 分类标准 类　型 共用电子对数 单键、双键、叁键 共用电子对的偏移程度 极性键、非极性键 原子轨道重叠方式 σ键、π键 即学即练 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)非极性键只存在于单质分子中(　×　) (2)两个原子之间形成共价键时，至少有一个σ键(　√　) (3)任意两个原子都能形成配位键(　×　) 2．现有以下物质：①HF　②Cl2　③H2O　④N2　⑤C2H4　⑥C2H6　⑦H2　⑧H2O2 按要求回答下列问题(填序号)： (1)只含有极性键的是__________；只含有非极性键的是________；既含有极性键，又含有非极性键的是____________。 (2)只含有σ键的是__________；既含有σ键又含有π键的是________。 (3)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是____________。 (4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是________________。 答案　(1)①③　②④⑦　⑤⑥⑧　(2)①②③⑥⑦⑧　④⑤　(3)⑦　(4)②④⑤⑥⑧ 解析　(1)①中H—F键、③中H—O键属于极性键；②中Cl—Cl键、④中N≡N键、⑦中H—H键属于非极性键；⑤中C—H键属于极性键，C==C键属于非极性键，⑥中C—H键属于极性键，C—C键属于非极性键，⑧中H—O键属于极性键，O—O键属于非极性键。 (4)②中Cl—Cl键、④中N≡N键、⑤中C==C键、⑥中C—C键、⑧中O—O键都是由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键。 一、共价键的形成及特征 (1)共价键的形成条件 ①吸引电子能力相近的原子（电负性差值小于1．7）之间通过共用电子对形成共价键。 ②自旋方向相反、能量相近的未成对电子形成共用电子对，使体系能量降低，形成稳定的共价键 ③共用电子对归两个原子共有，两原子核间的电子密度增加。 (2)价键的特征 ①饱和性：成键过程中，每种元素的原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共用电子对，所以在共价分子中，每个原子形成的共价键的数目是一定的，所以共价键具有饱和性。 ②方向性：除s轨道是球形对称外，其他的原子轨道在空间都具有一定的伸展方向。在形成共价键时，原子轨道重叠越多，电子在核间出现的概率越大，体系能量越低，所形成的共价键就越牢固，因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，所以共价键具有方向性。 实践应用 1．下列说法正确的是(　　) A．若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性 B．H3O＋的存在，说明共价键不应有饱和性 C．所有共价键都有方向性 D．两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子仅存在于两核之间 答案 A 解析 S原子最外层有2个未成对电子，分别与2个H原子形成共用电子对，因此只能形成H2S，H3S违背了共价键的饱和性，A正确；H3O＋中，有两个H原子与O原子形成普通共价键，还有一个H＋与O原子形成配位键，没有违背共价键的饱和性，B错误；共价键中至少含有一个σ键，这是一种电子云通过“头碰头”形式重叠形成的，因此共价键具有方向性，但是H原子电子云呈球形对称，因此H原子与H原子电子云采用“头碰头”形成σ键时没有方向性，C错误；两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子并不仅存在于两核之间，而仍然是在围绕原子核运动，D错误。 2．下列说法正确的是(　　) A．Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的方向性决定的 B．H2O与H2S的空间结构一样是由共价键的饱和性决定的 C．并非所有的共价键都有方向性 D．两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率减小 答案　C 解析　Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的饱和性决定的，A不正确；氢气中的共价键没有方向性，C正确；两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率增大，D不正确。 3．下列说法正确的是(　　 ) A．所有的原子轨道都具有一定的伸展方向，因此所有的共价键都具有方向性 B．某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数目一定等于该元素原子的外围电子数 C．基态C原子有两个未成对电子，所以最多只能形成2个共价键 D．1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子，是由共价键的饱和性决定的 答案　D 解析　只有2个s轨道重叠形成的共价键没有方向性，其他原子轨道重叠形成的共价键都有方向性，A不正确；非金属元素的原子形成的共价键数目一般等于该原子最外层的未成对电子数，不能说一定等于该元素原子的外围电子数，B不正确；在形成CH4分子的过程中，形成了4个共价键，C不正确；N原子最外层2p轨道上共有3个未成对电子，1个N原子可以与3个H原子结合形成NH3，此时共价键饱和，D正确。 二、共价键的类型及判断 (1)两原子之间可以只形成σ键，但不能只形成π键，即多原子分子中一定有σ键，可能有π键。 (2)以形成σ键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子可以绕轴旋转，并不会破坏σ键。以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转。 (3)通常情况下，σ键比π键牢固，π键容易断裂，如乙烯、乙炔的化学性质比乙烷活泼，但N2中的π键由于电子云重叠程度大，π键牢固，故N2中的π键不易断裂，不易发生反应。 (4)通常可通过元素电负性的差值来判断键的极性强弱，一般情况下，两种成键元素间的电负性差值越大，它们形成的共价键极性就越强。 实践应用 1．下列分子中，既含有σ键又含有π键的是　(　　) A．CH4 B．HCl C．CH2＝CH2 D．F2 答案 C 解析 一个双键中一个是σ键，另外一个是π键。 2．下列物质中，既含有极性键又含有非极性键的是(　　) A．CO2 B．CH4 C．C2H4 D．NH4Cl 答案　C 解析　CO2、CH4中只含有极性键；C2H4中含有极性键和非极性键；NH4Cl中含有极性键和离子键。 3．下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是(　　) A．CH4与NH3 B．C2H6与C2H4 C．H2与Cl2 D．Cl2与N2 答案　A 解析　分子中全是s－p σ键，A正确；C2H6中只存在σ键，而C2H4中存在σ键和π键，B错误；H2为s－s σ键，Cl2为p－p σ键，C错误；Cl2中只存在σ键，而N2中存在σ键和π键，D错误。 考点一 σ键和π键的形成及特点 【例1】氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，其性质与卤素气体单质相似，氰气可用于有机合成，制作农药，也可用作消毒、杀虫的熏蒸剂等。下列叙述正确的是(　　) A．氰气分子中只含极性键 B．氰气分子中共形成了2对共用电子对 C．氰气分子中含有3个σ键和4个π键 D．(CN)2不能与氢氧化钠溶液发生反应 答案 C 解析 氰气分子C-C键为非极性键，A错误；一条短线表示一对共用电子对，因此氰气分子中共形成了7对共用电子对，B错误；(CN)2分子中含有3个σ键和4个π键，C正确；由于(CN)2与卤素单质性质相似，故可以和氢氧化钠溶液反应，D错误。故选C。 解题要点 σ键和π键的判断方法 (1)依据共价键的类型判断 共价键类型 即：两原子形成共价键时，有且只有1个σ键。 (2)依据共价分子的组成判断σ键 ABx型分子或原子团中，含σ键的数目为x。如H2O中含2个σ键，NH3中含3个σ键，CO中含3个σ键，SO中含4个σ键。 【变式1-1】下列说法对σ键和π键的认识不正确的是(　　) A．分子中只要含有共价键，则至少含有一个σ键 B．s-s σ键、p-p σ键与s-p σ键都是轴对称的 C．p-p σ键和p-p π键的重叠方式是相同的 D．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者 答案　C 解析　单键为σ键，双键和三键中均含1个σ键，所以分子中只要含有共价键，则至少含有一个σ键，故A正确；因s-s σ键、p-p σ键与s-p σ键的电子云均为“头碰头”重叠，则为轴对称，故B正确；p-p σ键是“头碰头”重叠，而p-p π键是“肩并肩”重叠，故C错误；π键不稳定，易断裂，则含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者，故D正确。 【变式1-2】回答下列问题： (1)1 mol CO2中含有的σ键数目为________。 (2)已知CO和CN－与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为________。HCN分子中σ键与π键数目之比为________。 (3)C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子，该分子中σ键与π键的个数之比为________。 (4)1 mol乙醛分子中含有 σ键的数目为________，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为________。 答案　(1)2NA　(2)1∶2　1∶1　(3)5∶1　(4)6NA(或3.612×1024)　7 基础达标 1．下列关于共价键的说法错误的是(　　) A．共价键是原子间通过共用电子对形成的 B．形成共价键的原子电负性相同或相差不大 C．一般情况下，一个原子有几个未成对电子，就会和几个自旋方向相反的未成对电子成键 D．共价键不属于电性作用 答案　D 解析　共价键是成键原子间通过共用电子对形成的，A项正确；根据共价键的饱和性，一个原子有几个未成对电子，就会和几个自旋方向相反的未成对电子成键，C项正确；形成共价键时，原子核对共用电子对有吸引作用，同时原子核与原子核之间、电子与电子之间存在排斥作用，即共价键属于电性作用，D项错误。 2．下列关于σ键和π键的理解不正确的是(　　) A．σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转 B．H2分子中的σ键是s-s σ键，HClO分子中的σ键都是p-p σ键 C．C2H4分子和N2H4分子中都含有5个σ键 D．σ键以“头碰头”方式重叠，π键以“肩并肩”方式重叠 答案　B 解析　σ键为轴对称，π键为镜面对称，则σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转，故A正确；H只有1s轨道上的电子，O的2p轨道上的电子与H的1s轨道上的电子以“头碰头”方式重叠形成s-p σ键，故B错误；乙烯分子中氢原子和碳原子之间存在共价单键，为σ键，碳原子与碳原子之间存在共价双键，有1个σ键和1个π键，则C2H4分子中有5个σ键和1个π键，N2H4中只有5个共价单键，即含有5个σ键，故C正确；π键为p电子“肩并肩”重叠形成，而σ键为s或p电子“头碰头”重叠形成，故D正确。 3．下列关于σ键和π键的说法中错误的是(　　) A．s-s σ键与s-p σ键的电子云形状的对称性相同 B．所有的σ键的强度都比π键的大 C．H原子只能形成σ键而O原子可以形成σ键和π键 D．在 H2O2 中只有σ键没有π键 答案　B 解析　在N2中，σ键的强度比π键的小，B错误。 4．下列物质的分子中既有σ键又有π键，并含有非极性键的是(　　) ①NH3　②N2　③H2O　④HCl　⑤C2H4　⑥C2H2 A．②⑤⑥ B．①②⑤⑥ C．②③④ D．②④⑥ 答案　A 解析　①NH3中存在H—N键，只有σ键，故错误；②N2的结构式为N≡N，含有σ键和π键，N与N之间为非极性键，故正确；③H2O中只存在H—O键，即只有σ键，故错误；④HCl的结构式为H—Cl，只存在σ键，故错误；⑤C2H4中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价双键，含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确；⑥C2H2中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价三键，所以含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确。 5．在下列化学反应中，所断裂的共价键中，仅仅断裂σ键的是(　　) A．N2＋3H22NH3 B．2C2H2＋5O22H2O＋4CO2 C．Cl2＋H22HCl D．C2H4＋H2C2H6 答案　C 解析　氮气中π键断裂，故A不选；乙炔中π键断裂，故B不选；氯气、氢气中均为σ键断裂，故C选；乙烯中π键断裂，故D不选。 6．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是(　　) A．X、Y只能是分子 B．X、Y只能是离子 C．若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对 D．若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y 答案　C 解析　形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必须是一种微粒提供空轨道、另一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确；配位键中箭头应该指向提供空轨道的X，D项错误。 7．CH4、NH3、H2O和HF分子中，共价键的极性由强到弱的顺序是(　　) A．CH4、NH3、H2O、HF B．HF、H2O、NH3、CH4 C．H2O、HF、CH4、NH3 D．HF、H2O、CH4、NH3 答案 B 解析 键的极性即为共用电子对的偏向(或偏离)程度，偏向(或偏离)程度越大，键的极性越强。比较共价键的极性，应比较成键的两个原子电负性的大小。两原子电负性相差得越大，则键的极性越强。 8．下列有关化学键类型的判断中正确的是(　　) A．全部由非金属元素组成的化合物中不可能存在离子键 B．物质中有σ键一定有π键，有π键一定有σ键 C．已知乙炔的结构式为H—C≡C—H，则乙炔分子中存在2个σ键(C—H)和3个π键(C≡C) D．乙烷分子中只存在σ键．即C—H和C—C均为σ键 答案 D 解析 NH4Cl、(NH4)2SO4均是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项错误；共价单键为σ键，如CH4中只含有σ键，但不含π键，有共价键就有σ键，故有π键一定有σ键，B错误；共价双键中有一个为σ键，另一个为π键，共价三键中有一个为σ键，另两个为π键，故乙炔(H—C≡C—H)分子中有2个C—H σ键，C≡C中有1个σ键，2个π键，C项错误；共价单键为σ键，乙烷分子的结构式为，其所含的6个C—H和1个C—C均为σ键，D项正确。 9．下列关于丙醇(CH3CH2CH2OH)分子的说法正确的是(　　) A．分子中共含有8个极性键 B．分子中含有配位键 C．分子中只含σ键 D．分子中含有1个π键 答案　C 解析　1个丙醇(CH3CH2CH2OH)分子中共含有9个极性键，A项错误；分子中不含有配位键，B项错误；分子中只有单键，所以只有σ键，C项正确、D项错误。 10．有下列十种物质：①CH4　②CH3CH2OH ③N2　④HCl　⑤CO2　⑥CH3CH3 ⑦C2H4　⑧C2H2　⑨H2O2　⑩HCHO。 (1)只含有非极性键的有_____________。 (2)只含有极性键的化合物有____________。 (3)既含有极性键，又含有非极性键的化合物有________。 答案　(1)③　(2)①④⑤⑩ (3)②⑥⑦⑧⑨ 解析　十种物质的结构式分别为、、、H—Cl、O==C==O、、、、H—O—H、。同种元素原子之间形成的共价键是非极性键，不同种元素原子之间形成的共价键是极性键。 11．下列物质中，只含有极性键的分子是________，既含离子键又含共价键的化合物是________；只存在σ键的分子是________，同时存在σ键和π键的分子是________。 A．N2 B．CO2 C．CH2Cl2 D．C2H4 E．C2H6 F．CaCl2 G．NH4Cl 答案　BC　G　CE　ABD 解析　N2中含有氮氮三键，由1个σ键和2个π键组成，为非极性键；CO2中含有2个碳氧双键，由2个σ键和2个π键组成，为极性键；CH2Cl2中含有C—H键、C—Cl键，均为极性键(σ键)；C2H4中含有4个C—H键、1个碳碳双键，其中碳碳双键由1个σ键和1个π键组成；C2H6中含有C—H键、C—C键，均由σ键组成；CaCl2为离子化合物，只含有离子键；NH4Cl为离子化合物，含有离子键和共价键。 综合应用 12．如图所示的分子中含有σ键和π键的数目分别为(　　) A．13　2 B．10　2 C．10　3 D．9　3 答案　C 解析　题述分子中含有6个C—H键、2个C—C键、1个C===C键、1个C≡C键，单键中只含有σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，三键中含有1个σ键和2个π键，故该分子中共有10个σ键和3个π键，故C项正确。 13．由短周期前10号元素组成的物质T和X，有如图所示的转化。X不稳定，易分解。下列有关说法正确的是(设NA代表阿伏加德罗常数的值)(　　) A．为使该转化成功进行，Y可以是酸性KMnO4溶液 B．等物质的量的T、X分子中含有π键的数目均为NA C．X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍 D．T分子中只含有极性键，X分子中既含有极性键又含有非极性键 答案　A 解析　由结构模型可知，T为HCHO，X不稳定，易分解，则X为H2CO3，Y为氧化剂，可以选择氧化性较强的酸性KMnO4溶液，A项正确；B项中等物质的量并不一定是1 mol，B项错误；X分子中含有的σ键个数为5，T分子中含有的σ键个数为3，C项错误；T、X分子中均只含有极性键，无非极性键，D项错误。 14．硝基胍的结构简式如图所示(“→”是一种特殊的共价单键，属于σ键)。下列说法正确的是(　　) A．硝基胍分子中只含极性键，不含非极性键 B．N原子间只能形成σ键 C．硝基胍分子中σ键与π键的个数比是5∶1 D．10.4 g硝基胍中含有11×6.02×1023个原子 答案　C 解析　分子中N—N键为非极性键，A项错误；N原子间可以形成σ键和π键，B项错误；分子中含有4个N—H键、1个C==N键、1个N==O键、2个C—N键、1个N—N键和1个N→O键，σ键与π键的个数比是5∶1，C项正确；硝基胍的分子式为CN4H4O2，相对分子质量为104，10.4 g该物质的物质的量为0.1 mol，含有1.1×6.02×1023个原子，D项错误。 拓展培优 15．N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，·表示对应原子提供的电子。下列说法错误的是(　　) A．N2分子与CO分子中都含σ键和π键 B．N2分子与CO分子中的π键不完全相同 C．电负性：C<O D．N2分子中含有2个π键，CO分子中含有1个π键 答案　D 解析　从题图可以看出，N2分子与CO分子均含有1个σ键和2个π键，A项正确、D项错误；N2分子中的π键是由每个氮原子各提供一个p电子以“肩并肩”的方式形成的，而CO分子中的一个π键是由O原子单方面提供电子对形成的，B项正确；同一周期主族元素从左到右，电负性逐渐增大，故电负性：C<O，C项正确。 16．气态氯化铝(Al2Cl6)是具有配位键的化合物，分子中原子间成键的关系如选项所示。若将选项中配位键的斜线上加上箭头，下列4个选项中正确的是(　　) A．　　　　 B． C． D． 答案 D 解析 Cl原子最外层有7个电子，只能与Al原子各提供1个电子形成一个共价键，使Cl原子达到8电子稳定结构，Al原子最外层有3个电子，可分别与3个Cl原子形成共价键，而Cl原子与2个Al原子或Al原子与4个Cl原子形成的化学键中，必有一个是配位键，Cl原子最外层有孤电子可提供，Al原子的3p轨道上有空轨道可接受孤电子，故D正确。 17．已知乙醛分子的结构简式为，请回答下列问题： (1)①乙醛分子中极性最强的键是________键。 ②乙醛分子中，用1s原子轨道形成化学键的原子的对应元素是______；有____个π键；有______个化学键的化学性质完全相同。 (2)乙醛很容易被某些弱氧化剂(如新制氢氧化铜、银氨溶液)氧化为 (乙酸)。化学性质最活泼的是_______键，支持这种判断的事实是(仅对乙酸而言，只写出一项即可) _________________。 (3)以下是有关乙醛和乙酸的比较，其中不正确的是(用序号填空)________。 ①分子中含有相同数目的化学键 ②分子中含有相同数目的π键 ③分子中都没有非极性键 答案：（1）C=O H 1 3 （2）O-H 乙酸在水中易电离出H+ （3）①③ 18．(1)今有A、B两种元素，A的+1价阳离子与B的-2价阴离子的电子层结构与氖相同。 ①用电子式表示A与B两种元素构成的两种化合物分别为_____________和_____________。前者所含的化学键有________；后者所含的化学键有_____________。  ②元素B的气态氢化物的电子式为________，该分子中的键属于________(填“极性”或“非极性”)键，该氢化物与H+形成的键属于________。  ③元素A的最高价氧化物的水化物的电子式为_____________，所含的化学键有________。  (2)某有机物的结构式如图所示： 则分子中有______个σ键，______个π键。  答案 (1)① 离子键　离子键和共价键 ②　极性　配位键 ③　离子　极性(或共价) (2)7　3 解析 (1)由其离子的电子层结构判断A+为Na+，B2-为O2-。 (2)除共价单键全部为σ键外，双键中有一个为σ键，另一个为π键，三键中有一个为σ键，另两个为π键，故该有机物分子中σ键总数为7，π键总数为3。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题3 微粒间作用力与物质性质 第三单元 共价键 共价晶体 第1课时 共价键的形成及类型 教学目标 1．能结合实例描述共价键的成键特征及其本质。 2．能够从不同的角度对共价键分类，会分析σ键和π键的形成及特点。 重点和难点 重点：共价键的成键特征及本质；共价键的类型及判断。 难点：σ键和π键的形成及特点。 ◆知识点一 共价键的形成 1．共价键的概念 原子间通过_____________形成的强烈的相互作用称为共价键。 吸引电子能力________的原子之间通过___________形成共价键。 2．共价键的形成过程（以H2分子的形成为例） (1)当两个氢原子相互接近时，若两个氢原子核外电子的自旋方向________，它们接近到一定距离时，两个______轨道发生重叠，电子在两原子核间出现的机会________。随着核间距的减小，核间电子出现的机会增大，体系的能量逐渐________，达到__________状态。 (2)若两个氢原子核外电子的自旋方向相同，当它们相互接近时，原子间总是________作用占主导地位，所以两个带有自旋方向________的电子的氢原子不可能形成氢分子。 3．共价键的本质 当成键原子相互接近时，原子轨道发生________，自旋方向________的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的___________增加，体系的能量________。 4．共价键的特征 (1)饱和性：成键原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键，每个原子形成共价键的________是一定的。 (2)方向性：两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会________的方向重叠成键，原子轨道重叠越多，共价键越________。 【特别提醒】 (1)一般情况下，电负性之差小于1.7的元素原子之间易形成共价键。 (2)共价键的饱和性决定了分子的组成，共价键的方向性决定了分子的空间结构。 (3)共价键不仅存在于共价化合物中，也可以存在于离子化合物中，如NaOH、NH4Cl中都含有共价键，还可以存在于非金属单质中，如H2、O3等。 (4)所有的共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如H2分子由两个s轨道重叠形成的共价键就没有方向性。 5．共价键的表示方式 (1)用电子式表示：用小黑点(或×)表示原子最外层电子。如： HCl：___________ H2O：___________ N2：___________ (2)用结构式表示：用一条短线表示一对共用电子(见下表)。 化学式 结构式 化学式 结构式 N2 NH3 HCl 即学即练 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)形成共价键后体系的能量降低，趋于稳定(　　) (2)共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的(　　) (3)共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系(　　) (4)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的(　　) (5)原子轨道在空间都具有方向性(　　) (6)只有非金属原子之间才能形成共价键(　　) 2．下列关于共价键的说法正确的是（ ） A．只有非金属原子之间才能形成共价键 B．只要空间允许，一个原子能与另一个原子形成多个共价键 C．形成共价键时，参加成键的原子轨道可以沿着电子各个方向重叠 D．共价键的本质是自旋方向相反、能量相近的未成对电子形成共用电子对 3．下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是(　　) A．H2O2(过氧化氢)：H—O==O—H B．N2H4(肼)： C．C2H5SH(乙硫醇)： D．SiHCl3(三氯氢硅)： ◆知识点二 共价键的类型 1．σ键和π键 (1)分类依据：成键原子的原子轨道_______方式。 (2)σ键和π键的比较： 键类型 σ键 π键 原子轨道重叠方式 沿核间连线方向以“_______”方式重叠 沿核间连线两侧以“_______”方式重叠 原子轨道重叠部位 两原子核连线之间 核间连线上方和下方 原子轨道重叠程度 键的强度 成键规律判断 共价单键一定是_____键，双键中一个是_____键，一个是_____键，三键中一个是____键，另两个是_____键 (3)几种分子的成键方式 ①N2中含有_____个σ键和_____个π键，结构式为：_______。 ②乙烷分子中碳原子与碳原子之间形成_____个σ键，乙烯分子中碳原子与碳原子之间形成_____个σ键和_____个π键，乙炔分子中碳原子与碳原子之间形成_____个σ键和_____个π键。 ③有机化合物中，碳原子与碳原子之间形成σ键比π键_______，在化学反应中，π键_________。 ④苯分子中，每个碳原子分别与_____个氢原子、_____个碳原子形成σ键，同时每个碳原子各有一个垂直于分子平面的_____轨道，形成了一个以_____个碳原子为中心的_______键。 【特别提醒】σ键、π键的类型和特征 (1)σ键： ①原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”方式重叠形成的共价键。 ②σ键的类型：根据成键电子的原子轨道的不同，σ键可分为s—sσ键、s—pσ键、p—pσ键等。 轨道类型 成键原子轨道 形成过程 实例 s—s σ键 s轨道、s轨道 H—H s—p σ键 s轨道、p轨道 H—Cl p—p σ键 p轨道、p轨道 Cl—Cl ③σ键的特征： a．对称性：以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。 b．稳定性：形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性。 c．以形成σ键的两原子核的连线为轴，任何一个原子均可以旋转，并不破坏σ键的结构。 (2)π键 ①原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键。 ②π键的特征： a．对称性：每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成的平面两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像，这种特征称为镜像对称。 b．稳定性：形成π键时电子云重叠程度比σ键小，π键没有σ键牢固。 c．以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转，如以py-pyπ键为例，若旋转其中一个成键原子，则两侧的py轨道就不在平行，就无法“肩并肩”地靠近形成π键。 ④π键的存在：π键通常存在于双键和叁键中。 (3)σ键、π键的存在规律 共价单键中只有σ键；共价双键中有一个σ键，一个π键；共价叁键由一个σ键和两个π键组成。 2．极性键和非极性键 (1)极性键和非极性键比较 类型 形成元素 共用电子对偏移 原子电性 非极性键 _______元素 两原子电负性相同，共用电子对_______ 两原子都不显电性 极性键 _______元素 共用电子对偏向电负性_______的原子 电负性较大的原子显_____电性，电负性较小的原子显______电性 (2)极性键的强弱 ①极性共价键中，成键原子的吸引电子能力差别_______，共用电子对的偏移程度_______，共价键的极性_______。 ②通常可以根据元素的__________判断极性键的强弱。 【特别提醒】共价键的极性判断的方法 (1)由同种元素组成（A—A型）为非极性键，由不同种元素组成（A—B型）为极性键。 (2)有电子对偏移的为极性键，无电子对偏移的为非极性键。 (3)电负性相同，即由同种元素组成，电负性不同，即由不同种元素组成。 3．配位键 (1)定义：由一个原子提供__________与另一个______________的原子形成的共价键。 (2)表示 常用“→”表示配位键，箭头指向______________的原子。 如NH的结构式为，其实NH中4个N—H键是______的。 【特别提醒】共价键的分类 分类标准 类　型 共用电子对数 单键、双键、叁键 共用电子对的偏移程度 极性键、非极性键 原子轨道重叠方式 σ键、π键 即学即练 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)非极性键只存在于单质分子中(　 　) (2)两个原子之间形成共价键时，至少有一个σ键(　 　) (3)任意两个原子都能形成配位键(　 　) 2．现有以下物质：①HF　②Cl2　③H2O　④N2　⑤C2H4　⑥C2H6　⑦H2　⑧H2O2 按要求回答下列问题(填序号)： (1)只含有极性键的是__________；只含有非极性键的是________；既含有极性键，又含有非极性键的是____________。 (2)只含有σ键的是__________；既含有σ键又含有π键的是________。 (3)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是____________。 (4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是________________。 一、共价键的形成及特征 (1)共价键的形成条件 ①吸引电子能力相近的原子（电负性差值小于1．7）之间通过共用电子对形成共价键。 ②自旋方向相反、能量相近的未成对电子形成共用电子对，使体系能量降低，形成稳定的共价键 ③共用电子对归两个原子共有，两原子核间的电子密度增加。 (2)价键的特征 ①饱和性：成键过程中，每种元素的原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共用电子对，所以在共价分子中，每个原子形成的共价键的数目是一定的，所以共价键具有饱和性。 ②方向性：除s轨道是球形对称外，其他的原子轨道在空间都具有一定的伸展方向。在形成共价键时，原子轨道重叠越多，电子在核间出现的概率越大，体系能量越低，所形成的共价键就越牢固，因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，所以共价键具有方向性。 实践应用 1．下列说法正确的是(　　) A．若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性 B．H3O＋的存在，说明共价键不应有饱和性 C．所有共价键都有方向性 D．两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子仅存在于两核之间 2．下列说法正确的是(　　) A．Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的方向性决定的 B．H2O与H2S的空间结构一样是由共价键的饱和性决定的 C．并非所有的共价键都有方向性 D．两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率减小 3．下列说法正确的是(　　 ) A．所有的原子轨道都具有一定的伸展方向，因此所有的共价键都具有方向性 B．某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数目一定等于该元素原子的外围电子数 C．基态C原子有两个未成对电子，所以最多只能形成2个共价键 D．1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子，是由共价键的饱和性决定的 二、共价键的类型及判断 (1)两原子之间可以只形成σ键，但不能只形成π键，即多原子分子中一定有σ键，可能有π键。 (2)以形成σ键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子可以绕轴旋转，并不会破坏σ键。以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转。 (3)通常情况下，σ键比π键牢固，π键容易断裂，如乙烯、乙炔的化学性质比乙烷活泼，但N2中的π键由于电子云重叠程度大，π键牢固，故N2中的π键不易断裂，不易发生反应。 (4)通常可通过元素电负性的差值来判断键的极性强弱，一般情况下，两种成键元素间的电负性差值越大，它们形成的共价键极性就越强。 实践应用 1．下列分子中，既含有σ键又含有π键的是　(　　) A．CH4 B．HCl C．CH2＝CH2 D．F2 2．下列物质中，既含有极性键又含有非极性键的是(　　) A．CO2 B．CH4 C．C2H4 D．NH4Cl 3．下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是(　　) A．CH4与NH3 B．C2H6与C2H4 C．H2与Cl2 D．Cl2与N2 考点一 σ键和π键的形成及特点 【例1】氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，其性质与卤素气体单质相似，氰气可用于有机合成，制作农药，也可用作消毒、杀虫的熏蒸剂等。下列叙述正确的是(　　) A．氰气分子中只含极性键 B．氰气分子中共形成了2对共用电子对 C．氰气分子中含有3个σ键和4个π键 D．(CN)2不能与氢氧化钠溶液发生反应 解题要点 σ键和π键的判断方法 (1)依据共价键的类型判断 共价键类型 即：两原子形成共价键时，有且只有1个σ键。 (2)依据共价分子的组成判断σ键 ABx型分子或原子团中，含σ键的数目为x。如H2O中含2个σ键，NH3中含3个σ键，CO中含3个σ键，SO中含4个σ键。 【变式1-1】下列说法对σ键和π键的认识不正确的是(　　) A．分子中只要含有共价键，则至少含有一个σ键 B．s-s σ键、p-p σ键与s-p σ键都是轴对称的 C．p-p σ键和p-p π键的重叠方式是相同的 D．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者 【变式1-2】回答下列问题： (1)1 mol CO2中含有的σ键数目为________。 (2)已知CO和CN－与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为________。HCN分子中σ键与π键数目之比为________。 (3)C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子，该分子中σ键与π键的个数之比为________。 (4)1 mol乙醛分子中含有 σ键的数目为________，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为________。 基础达标 1．下列关于共价键的说法错误的是(　　) A．共价键是原子间通过共用电子对形成的 B．形成共价键的原子电负性相同或相差不大 C．一般情况下，一个原子有几个未成对电子，就会和几个自旋方向相反的未成对电子成键 D．共价键不属于电性作用 2．下列关于σ键和π键的理解不正确的是(　　) A．σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转 B．H2分子中的σ键是s-s σ键，HClO分子中的σ键都是p-p σ键 C．C2H4分子和N2H4分子中都含有5个σ键 D．σ键以“头碰头”方式重叠，π键以“肩并肩”方式重叠 3．下列关于σ键和π键的说法中错误的是(　　) A．s-s σ键与s-p σ键的电子云形状的对称性相同 B．所有的σ键的强度都比π键的大 C．H原子只能形成σ键而O原子可以形成σ键和π键 D．在 H2O2 中只有σ键没有π键 4．下列物质的分子中既有σ键又有π键，并含有非极性键的是(　　) ①NH3　②N2　③H2O　④HCl　⑤C2H4　⑥C2H2 A．②⑤⑥ B．①②⑤⑥ C．②③④ D．②④⑥ 5．在下列化学反应中，所断裂的共价键中，仅仅断裂σ键的是(　　) A．N2＋3H22NH3 B．2C2H2＋5O22H2O＋4CO2 C．Cl2＋H22HCl D．C2H4＋H2C2H6 6．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是(　　) A．X、Y只能是分子 B．X、Y只能是离子 C．若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对 D．若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y 7．CH4、NH3、H2O和HF分子中，共价键的极性由强到弱的顺序是(　　) A．CH4、NH3、H2O、HF B．HF、H2O、NH3、CH4 C．H2O、HF、CH4、NH3 D．HF、H2O、CH4、NH3 8．下列有关化学键类型的判断中正确的是(　　) A．全部由非金属元素组成的化合物中不可能存在离子键 B．物质中有σ键一定有π键，有π键一定有σ键 C．已知乙炔的结构式为H—C≡C—H，则乙炔分子中存在2个σ键(C—H)和3个π键(C≡C) D．乙烷分子中只存在σ键．即C—H和C—C均为σ键 9．下列关于丙醇(CH3CH2CH2OH)分子的说法正确的是(　　) A．分子中共含有8个极性键 B．分子中含有配位键 C．分子中只含σ键 D．分子中含有1个π键 10．有下列十种物质：①CH4　②CH3CH2OH ③N2　④HCl　⑤CO2　⑥CH3CH3 ⑦C2H4　⑧C2H2　⑨H2O2　⑩HCHO。 (1)只含有非极性键的有_____________。 (2)只含有极性键的化合物有____________。 (3)既含有极性键，又含有非极性键的化合物有________。 11．下列物质中，只含有极性键的分子是________，既含离子键又含共价键的化合物是________；只存在σ键的分子是________，同时存在σ键和π键的分子是________。 A．N2 B．CO2 C．CH2Cl2 D．C2H4 E．C2H6 F．CaCl2 G．NH4Cl 综合应用 12．如图所示的分子中含有σ键和π键的数目分别为(　　) A．13　2 B．10　2 C．10　3 D．9　3 13．由短周期前10号元素组成的物质T和X，有如图所示的转化。X不稳定，易分解。下列有关说法正确的是(设NA代表阿伏加德罗常数的值)(　　) A．为使该转化成功进行，Y可以是酸性KMnO4溶液 B．等物质的量的T、X分子中含有π键的数目均为NA C．X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍 D．T分子中只含有极性键，X分子中既含有极性键又含有非极性键 14．硝基胍的结构简式如图所示(“→”是一种特殊的共价单键，属于σ键)。下列说法正确的是(　　) A．硝基胍分子中只含极性键，不含非极性键 B．N原子间只能形成σ键 C．硝基胍分子中σ键与π键的个数比是5∶1 D．10.4 g硝基胍中含有11×6.02×1023个原子 拓展培优 15．N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，·表示对应原子提供的电子。下列说法错误的是(　　) A．N2分子与CO分子中都含σ键和π键 B．N2分子与CO分子中的π键不完全相同 C．电负性：C<O D．N2分子中含有2个π键，CO分子中含有1个π键 16．气态氯化铝(Al2Cl6)是具有配位键的化合物，分子中原子间成键的关系如选项所示。若将选项中配位键的斜线上加上箭头，下列4个选项中正确的是(　　) A．　　　　 B． C． D． 17．已知乙醛分子的结构简式为，请回答下列问题： (1)①乙醛分子中极性最强的键是________键。 ②乙醛分子中，用1s原子轨道形成化学键的原子的对应元素是______；有____个π键；有______个化学键的化学性质完全相同。 (2)乙醛很容易被某些弱氧化剂(如新制氢氧化铜、银氨溶液)氧化为 (乙酸)。化学性质最活泼的是_______键，支持这种判断的事实是(仅对乙酸而言，只写出一项即可) _________________。 (3)以下是有关乙醛和乙酸的比较，其中不正确的是(用序号填空)________。 ①分子中含有相同数目的化学键 ②分子中含有相同数目的π键 ③分子中都没有非极性键 18．(1)今有A、B两种元素，A的+1价阳离子与B的-2价阴离子的电子层结构与氖相同。 ①用电子式表示A与B两种元素构成的两种化合物分别为_____________和_____________。前者所含的化学键有________；后者所含的化学键有_____________。  ②元素B的气态氢化物的电子式为________，该分子中的键属于________(填“极性”或“非极性”)键,该氢化物与H+形成的键属于________。  ③元素A的最高价氧化物的水化物的电子式为_____________，所含的化学键有________。  (2)某有机物的结构式如图所示： 则分子中有______个σ键，______个π键。  1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $