1、第 1 页 共 9 页第二章 分子结构与性质2-1 共价键【学习目标】1理解共价键的本质和特征，知道共价键的主要类型 键和 键，理解键参数键能、键长、键角对分子结构和性质的影响，并以此说明简单分子的某些性质。2理解“等电子原理”的含义，能举例说明“等电子原理”的应用。3在分子水平上进一步形成有关物质结构的基本观念，能从物质结构决定性质的角度解释、预测分子的某些性质。【学习重点】1 键和 键的特征和性质； 2用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。【学习难点】1 键和 键的特征； 2键角【复习提问】在必修中学习过的化学键有哪些类型？什么是共价键？试用电子式表示 H2、Cl 2、HCl 的形成
2、过程。复习小结：共价键的本质 原子间形成共用电子对成键条件 成键原子得失电子能力相同或差别较小（一般为同种或不同种非金属元素原子之间）成键粒子 原子成键性质 共用电子对对两原子核产生的电性作用存在 非金属元素的单质（稀有气体除外） 、共价化合物、某些离子化合物一、共价键1-1 共价键的实质与特征（1）实质：原子间形成共用电子对 （2）特征：共价键具有饱和性和方向性a共价键的饱和性按共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对的电子，便可和几个自旋方向相反的电子配对成键，这就是共价键的饱和性。共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成。例如：H 原子、Cl 原子都只有 1 个未成对电子，它们只能形
3、成 H2、Cl 2 或 HCl 分子，而不能形成H3、Cl 3 或 H2Cl 等分子。【典例分析】某化合物含碳、氢、氮三种元素，已知其分子内的 4 个氮原子排列成内空的四面体结构，且每 2 个氮原子间都有 1 个碳原子，分子中无 CC 、CC 和 C C。则此化合物的化学式是（ ）AC 6H12N4 BC 4H8N4 CC 6H10N4 DC 6H8N4【课堂练习 1】（1）写出 8O、 7N 的价层电子排布图，指出它们在与 H 原子结合时，为什么形成 H2O、NH 3 分子，而不是 H3O、NH 4 分子？（2）下列化学式及结构式中成键情况不合理的是（ ）ACH 3N BCH 2SeO CC
4、H 4S DCH 4Sib共价键的方向性共价键在形成时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，而且原子轨道重叠程度越大，电子在两原子核间出现的概率越大，形成的共价键也越牢固，能量也越低。由于原子轨道都有一定的形状，所以要取得最大程度的重叠，两个参与成键的原子轨道只有沿着轨道伸展的HCNHH HCSiHH HHCOHSeHCSHH第 2 页 共 9 页方向进行重叠，导致共价键必然具有方向性。共价键的方向性决定了分子的空间构型。例如：H 原子在与 Cl 原子形成共价键时，由于 Cl 原子未成对电子是 3p 电子（3p x或、3p y、3p z） ，因而 H 原子只能沿着
5、x 轴（或 y 轴、z 轴）方向靠近 Cl 原子。1-2 共价键的类型（1） 键a含义：形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠，这种共价键叫 键。例如：H 原子形成 H2 分子过程：b种类：s-s 键、s-p 键、p-p 键例如：H 原子与 Cl 原子形成 HCl 分子过程，HCl 属于 s-p 键。而 Cl 原子与 Cl 原子形成 Cl2 分子，ClCl 属于 p-p 键。c特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云图形不变，这种特征称为“轴对称” 。（2） 键a含义：形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“肩并肩”的方式重叠，这种共价键叫 键。例如：未成
6、对的 p 电子形成 p-p 键。b种类：只有 p-p 键c特征：形成 键的电子云重叠程度比 键小，没有 键牢固，比较容易断裂，活动性高，是化学反应的积极参与者。每个 键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成的平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像， 键的这种特征称为“镜像对称” 。因而 键不能旋转。d 键的存在： 键通常存在于双键或三键中。 键和 键总称价键轨道。【方法引领】 键和 键的存在规律 键成单键； 键成双键、三键。1s1 1s1 电子云相互重叠 形成氢分子共价键（HH）H H H HH HH Cl HClCl H未成对的 p 电子云以头碰头方式相互靠拢p
7、电子云以头碰头方式相互重叠形成的共价单键 键电子云图像Cl Cl ClCl Cl2未成对的 p 电子云以肩并肩方式相互靠拢p 电子云以肩并肩方式相互重叠形成的 键的电子云图像第 3 页 共 9 页共价单键为 键；共价双键中有 1 个 键、1 个 键；共价三键中有 1 个 键、2 个 键。例如：N 2 的结构式为 NN，N 2 分子的共价键是三键（1 个 p-p 键，2 个 p-p 键，如下图所示）【思考】下图为乙烷、乙烯和乙炔的球棍模型与比例模型，试分析三种分子中的共价键分别由几个 键和几个 键组成？【重难点突破】： 键和 键的比较键类型 键 键原子轨道重叠方式 沿键轴方向，以“头碰头”方式重
8、叠 在键轴上、下方以“肩并肩”方式重叠原子轨道重叠部位 两原子核之间，在键轴上 键轴上、下方，键轴处为零原子轨道重叠程度 大 小电子云对称特征 轴对称 镜像对称键的强度 较大 较小化学活泼性 不活泼 活泼类型 s-s 键、s-p 键、p-p 键 p-p 键存在 单键、双键、三键（只有 1 个 键） 双键中有 1 个 键，三键中有 2 个 键【典例分析】（1）下列关于 键和 键的说法错误的是A含有 键的分子在反应时， 键是化学反应的积极参与者B当原子形成分子时，首先形成 键，可能形成 键C有些原子在与其他原子形成分子时只能形成 键，不能形成 键D在分子中，化学键可能只有 键而没有 键（2）下列物
9、质的分子中，即有 键又有 键的是：HCl H 2O N 2 H 2O2 C 2H4 C 2H2A B C D【课堂练习 2】（1）下列有关化学键类型的判断正确的是A全部由非金属元素构成的化合物中肯定不存在离子键B所有物质中都存在化学键第 4 页 共 9 页C乙烷分子中的 6 个 CH 和 1 个 CC 键都为 键，不存在 键D已知乙炔的结构式为 HCC H，则乙炔分子中存在 2 个 键（CH） ，和 3 个 键（CH）（2）下列说法不正确的是A 键的特点是轴对称，而 键的特点是两个 p 电子“头碰头”重叠成镜像对称B气体单质中，一定有 键，可能有 键C两个原子间共价键时，最多有一个 键D 键与
10、 键重叠程度不同，形成的共价键强度不同（3）P 的价电子排布为 3s23p3，P 与 Cl 形成的化合物有 PCl3 和 PCl5，对此判断正确的是A磷原子最外层有 3 个未成对电子，故只能结合 3 个氯原子形成 PCl3BPCl 3 中的 PCl 键都是 键CPCl 5 中的 PCl 键都是 键D磷原子最外层有 3 个未成对电子，但是能形成 PCl5，说明传统的价键理论存在缺陷二、键参数键能、键长与键角2-1 键能：（1）含义：气态基态原子形成 1mol 化学键时释放的最低能量。（2）单位：kJmol 1 ，常用 EAB 表示例如：E HH 436.0kJmol 1 ，E NN 946.0k
11、Jmol 1某些共价键的键能与键长键键能/(kJmol1)键长/pm 键键能/(kJmol1)键长/pm 键键能/(kJmol1)键长/pmHH 436.0 74 CO 745 116 OH 462.8 96FF 157 141 OO 142 128 NH 390.8 101ClCl 242.7 198 OO 497.3 121 HF 568 100BrBr 193.7 228 NN 193 140 HCl 431.8 127II 152.7 267 NN 418 120 HBr 366 141CC 347.7 154 NN 946 110 HI 298.7 160CC 615 133 NO
12、176 115 SiSi 187 235CC 812 120 NO 607 120 Si O 432 162CO 351 113 CH 413.4 109（注：pm 称为皮米，1pm10 12 m，1nm10 9 m）（3）键能意义与应用a表示共价键的强弱：键能越大，即形成化学键时放出的热量越多，意味着这个化学键越稳定，越不容易被破坏。b表示分子的稳定性：结构相似的分子，化学键键能越大，分子越稳定。例如，键能：E HF E HCl E HBr E HI ，稳定性：HFHCl HBr HIc通过键能大小判断物质的反应活性大小例如，N 和 P 是同族元素，非金属性 NP，但 EPP 201kJ m
13、ol1 ，E NN 946.0kJmol 1 ，所以 P4 比 N2 更容易发生反应。【思考】：比较 CC 和 CC 的键能，分析为什么乙烯的化学性质比乙烷活跃，容易发生加成反应？d通过键能大小比较，判断化学反应中的能量变化2-2 键长：（1）含义：形成共价键的两个原子之间的核间距称为键长（相同原子的共价键长的一半称为共价半径） 。例如：37pm 共价半径74pm 键长H H71pm 共价半径键长141pm F F第 5 页 共 9 页（2）意义：键长越短，往往键能越大，表明共价越稳定。 （键长的长短可以通过成键原子半径大小来判断）2-3 键角（1）含义：在原子数超过 2 的分子中，两个共价键
14、之间的夹角称为键角。例如：（2）意义：a键角决定分子的空间构型b多原子分子中共价键间形成键角，是共价键具有方向性的具体表现。【典例分析】某些化学键的键能如下表（kJmol 1 ）键 HH BrBr II ClCl H Cl HBr HI NN NH键能 436 194 153 243 431 366 299 946 391（1）共价键中 HH 键的键能比 ClCl 键的键能大，其原因是_ _。（2）1molH 2 在 2molCl2 中燃烧，放出热量为_kJ。（3）在一定条件下，1molH 2 与足量的 Cl2、Br 2、I 2 分别反应，放出热量由多到少的顺序是ACl 2Br 2I 2 BI
15、 2Br 2Cl 2（4）预测 1molH2 在足量 F2 中燃烧比在 Cl2 中燃烧放热较 _（填“多”或“少” ） 。（5）已知：N 23H 2 2NH3，则该反应的逆反应是_（填“放热”或“吸热” ）反应。【课堂练习 3】（1）能够用键能解释的是（ ）A氮气的化学性质比氧气稳定 B常温常压下，溴呈液态，碘为固体C稀有气体一般很难发生化学反应 D硝酸易挥发，硫酸难挥发（2）H 2S 分子中两个共价键的夹角接近 90，其原因是（ ）A共价键的饱和性 BS 原子电子排布C共价键的方向性 DS 原子中 p 轨道的形状（3）下列说法中正确的是A双原子分子中化学键键能越大，分子越稳定B双原子分子中化
16、学键键长越长，分子越稳定C双原子分子中化学键键角越大，分子越稳定D在双键中， 键的键能要小于 键的键能（4）下列分子中，键角最大的是ACH 4 BCO 2 CH 2O DNH 3三、等电子原理3-1 概念原子总数相同，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，这称为等电子原理。例如，CO 分子与 N2 分子的某些性质分子 熔点/ 沸点/ 在水中的溶解度（室温） 分子解离能/(kJmol1 ) 分子的价电子总数180105 107第 6 页 共 9 页CO 205.05 191.49 2.3mL 1075 10N2 210.00 195.81 1.6mL 946 103-
17、2 应用（1）判断一些简单分子或离子的立体构型（2）利用等电子体在性质上的相似性制造新材料（3）利用等电子原理针对某物质找等电子体【重难点突破】等电子体的判断（1）判断思路：微粒的组成：微粒所含原子数目相等；微粒的构成：微粒所含价电子总数相等（即所有原子的价电子数之和相等，而不是指价电子数相等） ；微粒的结构：微粒中原子的空间排列方式相同。 （如果是离子，需注意离子所带的电荷）（2）判断方法转换法例如：CO 2COON 2O N 2ON 2N N 3；SO 2OO 2O 3N O 2NO 2（3）常见等电子体类型（价电子总数） 实例 空间构型双原子 10 电子的等电子体 N2、CO 、NO +
18、、 C2 2、CN 直线形三原子 16 电子的等电子体 CO2、CS 2、N 2O、NCO 、NO 2、N 3、NCS 、BeCl 2(g)直线形三原子 18 电子的等电子体 NO 2、SO 2、O 3 V 形四原子 24 电子的等电子体 NO 3、CO2 3、BO3 3、CS2 3、BF 3、SO 3(g)平面三角形五原子 32 电子的等电子体 SiF4、CCl 4、 CF4、BF 4、SO2 4、PO3 4 正四面体形【典例分析】1919 年，Langmuir 提出等电子原理：原子数相同、价电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。（1）根据上述原理，仅由第二周
19、期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：_和_ _；_和_。（2）此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与 NO 互为等电子体的分子有：_、_ 。 2【课堂练习 4】（1）根据等电子原理，下列分子或离子与其他选项不属于同一类的是（ ）APF 4 BSiO4 4 CSO2 4 DSiH 4（2）根据等电子原理，下列各组微粒结构不相似的是（ ）ACO 和 N2、 BO 3 和 NO 2 CN 2H4 和 C2H4 DCO 2 和 N2O（3）与 NO 3 互为
20、等电子体的是（ ） ASO 3 BBF 3 CCH 4 DNO 2【对应练习】1下列分子中存在的共价键类型完全相同的是（ ）ACH 4 与 NH3 BC 2H6 和 C2H4 CH 2 和 Cl2 DCl 2 和 N2 2下列反应中化学键断裂只涉及 键断裂的是（ ）ACH 4 燃烧 BC 2H4 与 Cl2 的加成反应CCH 4 与 Cl2 的取代反应 DC 2H4 被酸性 KMnO4 溶液氧化3化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1mol 化学键时释放第 7 页 共 9 页(或吸收) 的能量。已知白磷和 P4O6 的分子结构如图所示。现提供以下化学键的键能(k
21、Jmol 1 )：PP：198，P O：360，OO ：498，则反应 P4(白磷)3O 2P 4O6 的反应热 H 为（ ）A1638kJmol 1 B1638kJmol 1C 126kJ mol1 D126kJmol 1 4关于键长、键能和键角，下列说法中不正确的是（ ）A键角是描述分子立体结构的重要参数 B键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关C键能越大，键长越长，共价化合物越稳定D键角的大小与键长、键能的大小无关5实验测得不同物质中 O O 键的键长和键能数据如下表所示OO 键数据O2 2O 2O2 O 2键长/10 12 m 149 128 121 112键能/kJmol1 x y
22、 z494 w 628其中键能 x、y 的数据尚未测定，但可根据规律推导键能的大小顺序为 wzyx。该规律是（ ）A成键所用的电子数越多，键能越大 B键长越长，键能越小C成键所用的电子数越少，键能越大 D成键时电子对越偏移，键能越大6在白磷（P 4）分子中，4 个 P 原子分别处于正四面体的四个顶点上，结合有关 P 原子的成键特点，下列有关白磷的说法正确的是（ ）A白磷分子的键角为 10928 B白磷分子中共有 4 对共用电子对C白磷分子的键角为 60 D分子中有 6 对孤对电子7下列分子中，两核间距最大，键能最小的是（ ）AH 2 BBr 2 CCl 2 DI 2 8分别写出下列分子中 键和
23、 键的个数（1）CH 4： 键_个； 键_个。 （2）H 2O： 键_个； 键_个。（3）CH 3CHCH 2： 键_个； 键_个。（4）CHC CH2CH 3： 键_个； 键_个。9实验测得四种结构相似的单质分子的键能、键长的数据如下：AA BB CC DD键长/(10 10 m) a 0.74 c 1.98键能/(kJmol 1) 193 b 151 d已知 D 分子的稳定性大于 A2，则 a_；d_ ；比较 a、c 的大小_；比较 b、d 的大小_。10化学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构并推断不同物质的性质。如 CH4 和 NH 4 有相同数目的价电子及空间构型。依此原理在下表空
24、格中填出相应的化学式。CH4 CO2 3 C2O2 4NH 4N2H2 6NO 2 N211 （1）CH 3、CH 3、CH 3 都要重要的有机反应中间体，它们的电子式分别是白磷 P4O6第 8 页 共 9 页_、_、_；其中 CH 3 中四个原子是共平面的，三个键角相等，则键角应是_。（2）叠氮化合物在化学工业上有重要应用。N 3 叫做叠氮离子，请写出 N 3 的 3 种等电子体的化学式_、_、_；N 3 的空间构型为_。（3）SiO2 3、SO 3、NO 3 三种粒子是等电子体，三种粒子的几何构型为_，其中 Si、S、N 三种基态原子的第一电离能大小关系为_。（4）C 2O2 4 和_ 是
25、等电子体，C 2O2 4 离子具有较强的还原性，它能使酸性 KMnO4溶液褪色，Mn 原子在元素周期表中_区、第_周期_族，外围电子构型为_。（5）双原子 14 个电子的等电子体共同特点是物质中都具有共价三键，请举出 3 个例子：_、_、_（分子或离子） 。每个分子或离子中含_个 键，_个 键。12有 A、B、C、D、E、F 六种元素，已知：它们位于三个不同的短周期，核电荷数依次增大；E 元素的电离能数据见下表（kJmol 1 ）I1 I2 I3 I4 496 4562 6912 9540 B 与 F 同族；A、E 分别都能与 D 按原子个数比 11 或 21 形成化合物；B、C 分别都能与
26、D 按原子个数比 11 或 12 形成化合物。（1）写出只含有 A、B、D、E 四种元素的两种无水盐的化学式_、_。（2）B 2A2 分子中存在_个 键，_个 键。（3）下表列出了上述部分元素形成的化学键的键能化学键 FD FF BB FB CD DD键能/(kJmol1 ) 460 176 347.7 347 607 497.31molF 单质完全燃烧时放出的热量为_kJ（已知 1molF 原子可以形成 2molFF 键） 。13长期以来一直认为氟的含氧酸不存在。但是在 1971 年斯图杰尔和阿佩里曼（美）成功地合成了次氟酸。他们是在 0以下将氟化物从细冰末的上面通过，得到毫克量的次氟酸。（
27、1）以下两种结构式，能正确表示次氟酸结构的是_。AHOF BHFO（2）次氟酸中氧元素的化合价为_，次氟酸的电子式为_，次氟酸分子中共价键的键角_（填“”或“” ） 。（3）下表给出了几种化学键的键能化学键 HH FF HF HO OO OF键能/(kJmol1 ) 436 155 565 467 497 220试计算反应：2HOF(g)2HF(g)O 2(g)的反应热（H）的近似值为_kJmol 1 。请从计算结果预测次氟酸的一条化学性质_。（4）次氟酸刹那间能被热水所分解，生成一种常见的物质 M，该物质即表现有氧化性（对于 NaI） ，又表现有还原性（对于 KMnO4） ，则 M 的化学式
28、为_。写出次氟酸与热水反应的化学方程式_。14由 N2 和 H2 每生成 1molNH3 放热 46kJ，而每生成 1molH2NNH 2 却吸收 96.1kJ 的能量。又知键能：E HH 434.7kJmol1 ，E NN 940.5kJmol 1 。试求：（1）NH 键的键能是多少？（2）NN 键的键能是多少？第 9 页 共 9 页【走近高考】1 （2010-重庆）已知 H2(g)Br 2(l)2HBr(g)； H72kJ/mol，蒸发 1molBr2(l)需要吸收的能量为 30kJ，其它相关数据如下表：H2(g) Br2(g) HBr(g)1mol 分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/
29、kJ 436 a 369则表中 a 为（ ）A404 B260 C230 D2002(2010-北京)已知价电子数相同的分子或离子结构相似，如 SO3、NO 3 都是平面三角形。那么下列分子或离子中与 SO2 4 有相似结构的是（ ）APCl 5 B CCl4 CNF 3 DN 33(2010-安徽)X、Y、Z、W 是元素周期表前四周期中的四种常见元素，其相关信息如下表：元素 相关信息X X 的基态原子核外 3 个能级上有电子，且每个能级上的电子数相等Y 常温常压下，Y 单质是淡黄色固体，常在火山口附近沉积Z Z 和 Y 同周期，Z 的电负性大于 YW W 的一种核素的质量数为 63，中子数为
30、 34XY2 是一种常用的溶剂，XY 2 的分子中存在 个 键。在 HY 、HZ 两种共价键中，键的极性较强的是 ，键长较长的是 。4(2009-上海)卤素单质及化合物在许多性质上都存在着递变规律。（1）下列有关说法正确的是 。a卤化银的颜色按 AgCl、AgBr、AgI 的顺序依次加深b卤化氢的键长按 HF 、H Cl、H Br、HI 的顺序依次减小c卤化氢的还原性按 HF、HCl、HBr、HI 的顺序依次减弱卤素单质与氢气化合按 F2、Cl 2、Br 2、I 2 的顺序由难变易（2）卤素单质的键能大小如右图。由图推断：非金属性强的卤素，其单质分子的化 学键 断裂(填“容易”或“不容易 ”或“不一定容易”) 。卤素单质键能大小与键长的关系为：键能(kJmol1)050101502025030F F Cl Cl Br Br I I系 列 1
