2.1 共价键【基础必牢】化学人教版选择性必修2

该高中化学知识清单系统梳理共价键内容，从概念、形成条件出发，明确成键粒子与本质，通过单双键表示方法引入，阐述饱和性和方向性特征及易错点，按原子轨道重叠方式分σ键、π键并对比，结合乙烷等有机物实例分析，延伸键能、键长、键角参数及与分子性质关系，构建从基础到应用的学习支架。 知识链路以“概念-特征-类型-实例-参数-性质”递进，用表格对比σ键与π键，易错提醒纠正常见误区，典型有机物实例具象化抽象概念，键参数结合能量计算体现应用。体现结构决定性质的化学观念，通过比较归纳的科学思维，帮助学生构建完整认知体系，适合教学使用。

2.1 共价键 一、共价键 1．共价键的形成 （1）概念：原子间通过共用电子对所形成的相互作用。 （2）成键的粒子：一般为非金属原子(相同或不相同)或金属原子与非金属原子。 （3）本质：原子间通过共用电子对(即原子轨道重叠)产生的强烈作用。 （4）键的形成条件：非金属元素的原子之间形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属原子与非金属原子之间形成共价键。 （5）表示方法： ①用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键，如H—H、H—Cl； ②“=”表示原子间共用两对电子所形成的共价键(共价双键)； ③“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键(共价叁键)。 2．共价键的特征 饱和性 一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋状态相反的电子配对成键，这就是共价键的饱和性。 方向性 除s轨道是球形对称外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点。在形成共价键时，原子轨道重叠的越多，电子在核间出现的概率越大，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。 （1）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。 （2）非金属元素之间并不是只形成共价键，也可以形成离子键，如NH4NO3只由非金属元素组成，但是含有离子键。 （3）活泼的金属元素和非金属元素之间也可以形成共价键，如AlCl3中只有共价键。 （4）所有共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如s-s σ键就没有方向性。 易错提醒 2．共价键的类型(按成键原子的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 s­s型 s­p型 p­p型 特征 以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变，这种特征称为轴对称 （2）π键 形成 由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成的 p­p 型 特征 ①每个π键的电子云由两块组成，它们互为镜像，这种特征称为镜面对称；②π键不能旋转；不如σ键牢固，较易断裂 （3）σ键和π键的比较 共价键类型 σ键 π键 电子云重叠方式 沿键轴方向“头碰头”重叠 沿键轴方向“肩并肩”平行重叠 电子云重叠部位 两原子核之间，在键轴处 键轴上方和下方，键轴处为零 电子云重叠程度 大 小 示意图 键的强度 较大 较小 化学活泼性 不活泼 活泼 成键规律 共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键，一个是π键；共价三键中一个是σ键，两个是π键 3．典型有机物的化学键类型 （1）乙烷的化学键 乙烷的结构简式是CH3CH3，在乙烷分子中，每个碳原子与3个氢原子形成3个σ键，2个碳原子之间形成1个σ键，所以1个乙烷分子中共有7个σ键。 （2）乙烯的化学键 乙烯的结构简式是CH2===CH2，在乙烯分子中，每个碳原子与2个氢原子形成2个σ键，2个碳原子之间形成1个σ键和1个π键，所以1个乙烯分子中共有5个σ键和1个π键。 （3）乙炔的化学键 乙炔的结构简式是CH≡CH，在乙炔分子中，每个碳原子与1个氢原子形成1个σ键，2个碳原子之间形成1个σ键和2个π键，所以1个乙炔分子中共有3个σ键和2个π键。 （4）苯的化学键 苯的分子式是C6H6，结构简式为。苯分子中的6个碳原子都以σ键与氢原子结合，每个碳原子以2个σ键与其他碳原子形成环状结构，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π键(称为大π键)。苯的这种结构，使任意两个相邻碳原子间形成的共价键的键能和键长完全相同。 二、键能 1．概念 气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值，单位是kJ·mol－1。 2．应用 （1）判断共价键的稳定性 原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，释放能量越多，所形成的共价键键能越大，共价键越稳定。 （2）判断分子的稳定性 一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越稳定。 （3）计算反应热 ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。 三、键长 1．概念 构成化学键的两个原子的核间距。因此原子半径决定共价键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。 2．应用 共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定，反之亦然。 定性判断键长的方法 （1）根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。 （2）根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子形成双键或者三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长＞双键键长＞三键键长。 易错提醒 四、键角 1．概念 在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角。 2．应用 在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性，因此键角影响着共价分子的空间结构。 3．试根据空间结构填写下列分子的键角 分子的空间结构 键角 实例 正四面体形 109°28′ CH4、CCl4 平面形 120° 苯、乙烯、BF3等 三角锥形 107° NH3 V形(角形) 105° H2O 直线形 180° CO2、CS2、CH≡CH 4．部分键角图解 五、键参数与分子性质的关系 1．对物质性质的影响 2．共价键参数与分子的性质 （1）一般来讲，形成共价键的两原子半径之和越小，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。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。 （2）键长越短，往往键能越大，共价键越稳定。 （3）键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键角是描述分子空间结构的参数。一般来说，如果知道分子中的键角，这个分子的空间结构就确定了。 （4）键能与化学反应的能量变化关系： ①化学反应过程中，旧键断裂吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量，则反应为吸热反应，吸热反应使反应体系的能量增加，故规定反应的热量变化ΔH为“＋”。 化学反应过程中，旧键断裂所吸收的总能量小于新键形成放出的总能量，则反应为放热反应，放热反应使反应体系的能量降低，故规定反应的热量变化ΔH为“－”。 ②利用键能计算反应的热量变化：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.1 共价键 一、共价键 1．共价键的形成 （1）概念：原子间通过 所形成的相互作用。 （2）成键的粒子：一般为 原子(相同或不相同)或金属原子与非金属原子。 （3）本质：原子间通过 (即原子轨道重叠)产生的强烈作用。 （4）键的形成条件：非金属元素的 之间形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属原子与非金属原子之间形成共价键。 （5）表示方法： ①用一条短线表示由 所形成的共价键，如H—H、H—Cl； ②“=”表示原子间共用 电子所形成的共价键(共价双键)； ③“≡”表示原子间共用 电子所形成的共价键(共价叁键)。 2．共价键的特征 饱和性 一个原子有几个 ，便可和几个 的电子配对成键，这就是共价键的饱和性。 方向性 除s轨道是球形对称外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点。在形成共价键时，原子轨道重叠的越多，电子在核间出现的概率越大，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。 (1)共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的(　　) (2)共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系(　　) (3)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的(　　) 【答案】　(1)√　(2)√　(3)√ 易错辨析 （1）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。 （2）非金属元素之间并不是只形成共价键，也可以形成离子键，如NH4NO3只由非金属元素组成，但是含有离子键。 （3）活泼的金属元素和非金属元素之间也可以形成共价键，如AlCl3中只有共价键。 （4）所有共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如s-s σ键就没有方向性。 易错提醒 2．共价键的类型(按成键原子的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“ ”重叠而形成 类型 s­s型 s­p型 p­p型 特征 以形成化学键的两原子核的 为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变，这种特征称为 对称 （2）π键 形成 由两个原子的p轨道“ ”重叠形成的 p­p 型 特征 ①每个π键的电子云由两块组成，它们互为 ，这种特征称为 对称；②π键不能旋转；不如σ键牢固，较易 （3）σ键和π键的比较 共价键类型 σ键 π键 电子云重叠方式 沿键轴方向“头碰头”重叠 沿键轴方向“肩并肩”平行重叠 电子云重叠部位 两原子核之间，在键轴处 键轴上方和下方，键轴处为零 电子云重叠程度 大 小 示意图 键的强度 较大 较小 化学活泼性 不活泼 活泼 成键规律 共价单键是 键；共价双键中一个是 键，一个是 键；共价三键中一个是 键，两个是 键 3．典型有机物的化学键类型 （1）乙烷的化学键 乙烷的结构简式是CH3CH3，在乙烷分子中，每个碳原子与3个氢原子形成 个σ键，2个碳原子之间形成 个σ键，所以1个乙烷分子中共有 个σ键。 （2）乙烯的化学键 乙烯的结构简式是CH2===CH2，在乙烯分子中，每个碳原子与2个氢原子形成 个σ键，2个碳原子之间形成 个σ键和 个π键，所以1个乙烯分子中共有 个σ键和 个π键。 （3）乙炔的化学键 乙炔的结构简式是CH≡CH，在乙炔分子中，每个碳原子与1个氢原子形成1个σ键，2个碳原子之间形成 个σ键和 个π键，所以1个乙炔分子中共有 个σ键和 个π键。 （4）苯的化学键 苯的分子式是C6H6，结构简式为。苯分子中的6个碳原子都以σ键与氢原子结合，每个碳原子以2个σ键与其他碳原子形成环状结构，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π键(称为大π键)。苯的这种结构，使任意两个相邻碳原子间形成的共价键的键能和键长完全相同。 (1)只有非金属原子之间才能形成共价键(　 　) (2)所有的物质中都含有化学键(　 　) (3)两个原子之间形成共价键时，至少有一个σ键(　 　) (4)非极性键只存在于单质分子中(　 　) (5)1 mol丙酮()中含有的σ键个数为9NA(　 　) 【答案】(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　 易错辨析 二、键能 1．概念 气态分子中 化学键解离成气态原子所吸收的能量。键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值，单位是 。 2．应用 （1）判断共价键的稳定性 原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度 ，释放能量 ，所形成的共价键键能越大，共价键越 。 （2）判断分子的稳定性 一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越 。 （3）计算反应热 ΔH＝ 的总键能－ 的总键能。 (1)N—H的键能是很多分子中的N—H的键能的平均值(　　) (2)O—H的键能是指在298.15 K、101 kPa下，1 mol气态分子中1 mol O—H解离成气态原子所吸收的能量(　　) (3)C==C的键能等于C—C的键能的2倍(　　) (4)σ键一定比π键牢固(　　) 【答案】　(1)√　(2)√　(3)×　(4)× 易错辨析 三、键长 1．概念 构成化学键的两个原子的 。因此 决定共价键的键长， 越小，共价键的键长越短。 2．应用 共价键的键长越短，往往键能越 ，表明共价键越 ，反之亦然。 (1)双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定(　　) (2)键长：H—I>H—Br>H—Cl、C—C>C==C>C≡C(　　) (3)键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关(　　) 【答案】　(1)×　(2)√　(3)√ 易错辨析 定性判断键长的方法 （1）根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。 （2）根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子形成双键或者三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长＞双键键长＞三键键长。 易错提醒 四、键角 1．概念 在多原子分子中， 之间的夹角。 2．应用 在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性，因此键角影响着共价分子的 。 3．试根据空间结构填写下列分子的键角 分子的空间结构 键角 实例 正四面体形 CH4、CCl4 平面形 苯、乙烯、BF3等 三角锥形 107° NH3 V形(角形) H2O 直线形 CO2、CS2、CH≡CH 4．部分键角图解 五、键参数与分子性质的关系 1．对物质性质的影响 2．共价键参数与分子的性质 （1）一般来讲，形成共价键的两原子半径之和越小，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。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。 （2）键长越短，往往键能越大，共价键越稳定。 （3）键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键角是描述分子空间结构的参数。一般来说，如果知道分子中的键角，这个分子的空间结构就确定了。 （4）键能与化学反应的能量变化关系： ①化学反应过程中，旧键断裂吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量，则反应为吸热反应，吸热反应使反应体系的能量增加，故规定反应的热量变化ΔH为“＋”。 化学反应过程中，旧键断裂所吸收的总能量小于新键形成放出的总能量，则反应为放热反应，放热反应使反应体系的能量降低，故规定反应的热量变化ΔH为“－”。 ②利用键能计算反应的热量变化：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。 学科网（北京）股份有限公司 $