2.1共价键+高二下化学人教版（2019）选择性必修2(共45张PPT)

(共45张PPT)
第二章分子结构与性质
第一节共价键
2.1.1共价键
学习目标
1、熟 知共价键的概念与形成，知道共价键的特征——具有饱和 性和方向性
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，熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数。
3、知 道键能、键长、键角等键参数的概念，能用键参数说明简单 分子的某些性质
1、诺贝尔物理学奖得主理查德 ·费曼曾说过，假如发生了 大灾难，人类全部的科学知识只能概括为一句话传诸后世， 那么这句话应该是“万物皆由原子构成”,那原子又是如 何给构成物质了
思考
理查德 ·费曼
①什么是化学键
分子内相邻的原子之间的强烈相互作用力。
②化学键有哪些类型
极性键
共价键
非极性键
离子键
温故
化学键
比较 类型 离子键
共价键
概念 阴、阳离子间通过静电 作用所形成的化学键
原子间通过共用电子对 所形成的化学键。
成键微粒 阴、阳离子
原子
成键条件 得失电子
电子对共用
存在 (举例) 离子化合物 如NaCl、铵盐
非金属单质：H
共价化合物：HCl 某些离子化合物
分类
极性键和非极性键
、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叫做共价键
(2)成键微 粒：一般为非金属原子间(相同或不相同)或金属原子与非 金属原子间
(3)成键实质：原子间通 共用电子对(即电子云重叠或原子轨道重 叠) 产 生的强烈作用
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，体系能量降低。
非金属元素的原子最外层未达到饱和状态( 即未达8电子稳定结 构),相互间通过共用电子对形成共价键。
①同种或不同种非金属元素的原子的结合②部分电负性之差小
于1.7的金属元素的原子和非金属原子结合(如 ：AIC
BeCz)
(5)存在范围①非金属单质分子(稀有气体除外) , 如 ：H 、O 、N Cl ②非金属形成的化合物中，如：CO 、H O、 H SO4 、NH 、CH ③ 部分离子化合物中，
如 ：NaOH、Na,SO4、NH NO ④某些 金属和非金属形成的化合物中，如：AICl 、BeCl
(4)成键条件
共价键成键的原因是原子通过共用电子对，各原子最外层电子一 般都能达到饱和状态( 8个电子，仅H 是2个)两原子核都吸引共用 电子对，使之处于平衡状态，原子形成分子后，体系的总能量隆
低
(7)共价键表示方法①用电子式表示：用小黑点(或×)表示最外层
电子，如：H:H② 用结构式表示：用一根短线来表示一对共用 电子对，如：H-H
(6)成键的原因
①用电子式表示H 的形成过程：H ·+ ·H→H:H
②用电子云(原子轨道)表示氢原子形成氢分子的过程
H 。 >< ●H H 。 ●H H。。H
因而可以形象的说，核间电子好比在核间架起一座带负 电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了
形成H 分子的 共价键(H—H)
(8)共价键的形成过程
相互靠拢
1s
电子云相 互交叠
1s
单键(一对):H-H
(1)按共用电子对数目分类 双键(两对):C=C
三键(三对):N=N
非极性键(同原):H-H
(2)按共用电子对是否偏移分类 极性键(不同原) :H-Cl
σ键
(3)按电子云的重叠方式分类 π键
按照不同的分类方法，可将共价键分为不同的类型
2.共价键的分类
练一练
1、下列说法正确的是( B )
A. 含有共价键的化合物一定是共价化合物
B. 由共价键形成的分子一定是共价化合物
C. 分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物
D. 只有非金属原子间才能形成共价键
2、已 知 ：X、Y、Z、W 四种元素原子的电负性数值。你认为上 述四种元素中，最容易形成共价键的是( B )
A.X 与Y B.X 与W C.Y 与Z D.Y 与W
元素 X Y Z
W
电负性 2.5 3.5 1.2
2.4
(1)σ键的形成：沿键轴(两原子核的连线)方向以“头碰头”的 方式发生原子轨道重叠，轨道重叠部分呈圆柱形对称沿着键轴 分布，具有轴对称特征的共价键称为σ 键
二、σ键与π键
1、σ键
根据成键电子原子轨道的不同，σ键可分为s-s σ键、s- p σ键、 p-p σ键
①s-s σ键：两个成键原子均提供s轨道形成的共价键。
口
H 中的共价键是由两个氢原子提供的未成对电子的1s原子轨道
H-H 的s-s σ键的形成
(2)σ键的类型
H
HCl 中的共价键是由氢原子提供的未成对电子的1s原子轨道和氯原子提供的 未成对电子的3p 原子轨道重叠形成的。
②s-p σ键：两个成键原子分别提供s轨道和p 轨道形成的共价键
- CB
H CI H CI
H-Cl 的s-pσ键的形成
H
HCI
Cl 中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。
③p-p σ键 ：两个成键原子均提供p轨道形成的共价键
CI Cl Cl Cl
Cl-Cl的p-pσ键的形成
未成对电子的原子轨道相互靠拢
原子轨道相互重叠
形成的共价单键
Cl
(3)σ键的特征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
② 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
③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， 旋转时并不破坏o键的结构(化学单键可以旋转的原因)。
s σ 键
s-pσ 键
Px-P,σ 键
σ 键
(4)σ键的存在
共价单键为σ键；共价双键和共价三键中存在一个σ键
H·-> <一 ·H->H··H-> H··H
H—H的s-s σ键的形成
H—Cl的s-pσ 键的形成
Cl Cl Cl Cl Cl
Cl—Cl的p-pσ键的形成
分 子 式 乙烷
乙炔
球棍模型
比例模型
比例模型
2、观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，它们的分子中 只有σ键
思考
氮分子的2个px 单电子沿着x-x 轴头碰头形成p-p σ键 后，由于py、 pz原子轨道垂直于px所在的平面，py 、pz 的单电子不可能再沿着 (y,z) 轴的方向以“头碰头”形成σ键，而只能是以“肩并肩 ”的 方式重叠，我们把这种以“肩并肩”的方式重叠的共价键叫π键
2、π键
两个原子的电子以”肩并肩“的方式发生原子轨道重叠，重叠
形成的电子云由两块形成，分别位于两原子核构成的平面两侧，
互为镜像而具有镜像对称特征的共价键称为π键
形成元键的电子称为π电子，p 轨道和p轨道形成π键的过程如 图所示：
(1)π键的形成
(2)π键的特征① 每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子
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，这种特征称为镜面对称②形成π键时原子轨道重叠程
度比形成σ键时小，元键没有σ键牢固(断键时先断键，后元断σ键)
③以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子并不能单独 旋 转 ，元键不能旋转，若旋转则会破坏π键 (双键，三键不能转)
未成对电子的原子轨道相互靠拢
原子轨道相互重登
形成的π键
π键通常存在于双键或三键中
3、判断σ键、π键的一般规律
①共价单键为σ键；共价双键中有一个σ键，另一个是π键； 共价三键由一个σ键和两个元键构成
②s,p原子轨道均能形成σ键，分别为s-Sσ键，s-pσ键，p-pσ键
③只有p原子轨道能形成元键 ，p -pπ键
(3)π键的存在
乙烷 乙烯 乙炔
(1)观察乙烷、乙烯、乙炔的分子结构，它们的分子中的共价键分别由 几个δ键和几个π键构成
乙烷分子由7个σ键组成；乙烯分子由5个σ键和1个π键组成；乙炔分子 由3个σ键和2个π键组成
(2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼呢
乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有1个和2个π键，π键原子 轨道重叠程度小，不稳定，容易断裂。而乙烷中没有π键，σ键稳定， 不易断裂
练一练
3、观察下图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构回答
4 、 σ 键 与 π 键 的 比 较 键的类型比较项目 σ 键
π 键
概念 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
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
原子轨道重叠方式 头碰头
肩并肩
原子轨道重叠部位 两原子核之间，在键轴处
键轴上方和下方，键轴处为零
原子轨道重叠程度 大
小
特征(电子云形状) 原子轨道重叠部分沿键轴呈轴对称
原子轨道重叠部分分别位于两原子核 构成平面的两侧，呈镜面对称
类型 s -S σ键、s-p- σ键、p =p σ键
p=p π键
键的性质 σ键可沿键轴自由旋转，不易断裂
π 键不能旋转，易断裂
键的强度 较大
较小
化学活泼性 不活泼
活泼
示意图 s-sc键00 s-po键-O00x P - p o 键 - O 0 0 OX
yy
p-pπ键
存在的情况 能单独存在，可存在于任何含共价 键的分子中
不能单独存在，必须与σ键共存，可 存在于双键和三键中(先σ后π)
【几点强调】
①s轨道与s轨道形成σ键时，电子并不是只在两核间运动，只是 电子在两核间出现的概率大②因s 轨道是球形的，故s 轨道与s 轨 道形成σ键时，无方向性。两 个s 轨道只能形成σ键，不能形成元
键
③两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成元键④σ键和π键总 称价键轨道，但分子形成共价键时，先形成σ键后才形成π键
3、为什么只能有H 、HCl、Cl 等，不可能H 、H Cl和
思考
Cl 等
按照共价键的共用电子对理论，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”,如：H 原 子 、Cl 原子都只有一个未成对电子，因而只能形 成H 、HCl、Cl 分子，不能形成H 、H Cl、Cl 等分子，水的分 子式是H O 而不能是OH或H O 或HO 等
(1)用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下：
l s
三、共价键的特征
1、饱和性
H
2 p 个
原子轨道(电子云)重叠
l s 2 s
个
(2)氢、卤原子只有1个未成对电子，只形成1个共价键：-H、-
X(3)氧、硫原子有2个未成对电子，总是形成两个共价键：=0或- O-; 氮原子有3个未成对电子，与C、H等电负性比氮小的元素的 原子成键时总是形成三个共价键(共价键数=未成对电子数)
(4)共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关 系(分子组成)
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，原子轨道重叠的愈多，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，如图
2、方向性
所示：
类型
方向性
s-S σ键
无
s-pσ键
有
p-p σ键
有
(1)共价键的方向性决定了分子的立体(空间)构型(2)并不是所 有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方
向性
练一练
4. σ键的常见类型有(1)s-s,(2)s-p,(3)p-p, 请指出下列分子σ 键所属类型：
A.HF S-p
B.NH s-p
C.F p-p
D.H
5. 下列关于共价键的说法不正确的是( D )
A .H S分子中两个共价键的键角接近90°的原因是共价键有方向性
B.N 分子中有1个σ键，两个π键
C. 两个原子形成共价键时至少有1个σ键
D. 在双键中，σ键的键能小于π键的键能
练一练
6.关于乙醇分子的说法正确的是( C )
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
7.氰气的化学式为(CN)2, 结构式为NCCN, 性质与Cl 相似，下列
叙述不正确的是(BC)
A. 在一定条件下可发生加成反应
B. 分子中NC 键的键长大于C—C 键的键长
C. 分子只含有2个σ键和4个π键
D. 不 和NaOH 溶液反应
4、共价键的强弱用什么来衡量 我们如何用化学语言 来描述不同分子的空间结构和稳定性
CH CH CH OH C H CH COOH
思考
键能可通过实验测定，更多却是推算获得的，键能数据是平均值。
例如，断开CH 中的4个C—H, 所需能量并不相等，因此，CH 中的C—H 只能是平均值，而表2-1中的C—H键能是更多分子中 的C—H 键能的平均值。
气态分子中1_ mol 化学键解离(断键)成气态原子所吸收的能量。键 能通常是298.15 K、100 kPa条件下的标准值，单位是kJ ·mol-1
四、键参数—键能、键长与键角
1、键能
(1)概念
共价键的键能越大，共价键就越不容易断裂，成键原子间的结合
就越牢固。结构相似的分子，键能越大，分子越稳定
(3)共价键强弱的判断①由原子半径和共用电子对数判断：成键原 子的原子半径越小，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②由键能判断：共价键的键能越大，共价键越 牢固，破坏共价键消耗的能量越大③由键长判断：共价键的键长越 短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越大④由电负性判断： 元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力越大，形 成的共价键越稳定
(2)意义
(4)键能的应用①判断共价键的稳定性：键能越大，断开化学键时 需要的能量越多，化学键越稳定②判断分子的稳定性：结构相似 的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定③判断化学反应的能
量变化：在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的 形成释放能量，因此反应焓变与键能的关系为△H= 反应物键能
△H<0 时，为放热反应；△H>0 时，为吸热反应
总和-生成物键能总和
键 键能(kJ ·mol-1) 键
键能(kJ ·mol-1)
H-H 436.0 N=N
418
F-F 157 N-0
176
Cl-Cl 242.7 N=0
607
Br-Br 193.7 O-0
142
I-I 152.7 O=0
497.3
C-C 347.7 C-H
413.4
C=C 615 O-H
462.8
C-O 351 N-H
390.8
C=0 745 H-F
568
N-N 193 H-Cl
431.8
①(同种元素)单键<双键<三键
②H-X 稳定性：H-I共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定
【注意】
键长通过晶体的X 射线衍射实验获得。
构成化学键的两个原子的核间距(不等于两原子半径之和), 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)键长与共价键的稳定性之间的关系
2、键长
(1)概念
(3)键长的应用①一般共价键的键长越短，键能越大，共价键越稳定， 分子越稳定，反之亦然
②键长的比较方法a .根据原子半径比较，同类型的共价键，成键 原子的原子半径越小，键长越短
如键长：H-I>H-Cl>H - F;Br -Br>Cl-Cl>F-F;Si-
Si>Si-C>C-Cb. 根据共用电子对数比较，相同的两个原子间形 成共价键时，单键键长>双键键长>三键键长
如键长：C-C>C=C>C=C
根据原子半径和共
用电子对数目判断
根据键能判断
根据键长判断
→共价键越牢固
共价键越牢固
原子半径越小
共用电子对数 越多
共价键越牢固
分子越稳定
共价键稳定
性强弱的判 断方法
键能越大
键长越短
由于C-H 和C-Cl 的键长不相等，CH 分子的空间结构为 正四面体形，而CH Cl 分子的空间结构是四面体形而不是 正四面体形。可见键长可以判断分子的空间结构
5、解 释CH 分子的空间结构为正四面体形，而CH Cl 分子的 空间结构是四面体形而不是正四面体形。
思考
在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角
例如，三原子分子CO 的结构式为O=C=0, 它的键角为
180°,是一种直线型分子。 H O 分子中的H—0—H 键角是 105°,是一种V形(或称角形)分子。
105° 107°18'
H O: V形 NH : 三角锥形 (或称角形)
109°28′
CH : 正四面体形
3、键角
(1)概念：
180°
CO : 直线形
化学式 结构式 键角 空间结构
实例
CO O=C=0 180° 直线形
CS 、CH=CH
NH N HH 107° 三角锥形
NX
H O 0 H H 105° V形
H S
BF 120° 平面三角形
乙烯
CH 109°28' 正四面体形
CCl
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
常见分子的键角与分子空间结构
(2)应用
分子的稳定性
分子的性质
分子的空间构型一
【几点强调】
键参数对分子性质的影响
键能
键长 键角
决定
决定
决定
练一练
8. 原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是( B
)A. 共价键的方向性B. 共价键的饱和性C. 形成共价键原子的 大小D. 共价键的稳定性
9. 下列说法正确的是( )
A. 分子的结构是由键角决定的
B. 共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定 C.CF4、CCl4、CBr4、CI4 中C—X(X=F、Cl、Br、I) 的键长、 键角均相等
D.H20 分子中两个O—H的键角为180°