第1节 共价键模型
第1课时 共价键(基础课)
素养 目标 1．认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键，了解共价键具有饱和性和方向性。 2．能根据原子轨道的重叠方式知道共价键可分为σ键和π键；知道共价键可分为极性共价键和非极性共价键，建立共价键认知模型。
旧知 回顾 1．化学键：相邻原子间的强相互作用，分为离子键和共价键。 2．离子键：阴、阳离子之间通过 静电作用形成的化学键，成键微粒是阴离子和阳离子。一般情况下，活泼金属元素原子与活泼非金属元素原子之间易形成离子键。 3．共价键：原子间通过共用电子形成的化学键，成键微粒是原子，一般情况下，非金属元素原子间形成共价键。
一、共价键的形成与特征
1．氢分子中共价键(H—H键)的形成
用电子云表示形成过程 能量变化
相距较远时 体系的能量等于两个氢原子的能量之和(能量最高)
原子轨道重叠 两原子逐渐接近时，原子轨道会相互重叠，使电子在核间区域出现的概率增大，原子核对两个电子都产生吸引作用，使体系能量逐渐下降
形成共价键 原子轨道重叠，两个单电子形成共用电子对即形成共价键(核间距为0.074 nm时，能量最低)
[注意] 形成共价键的氢原子不能无限靠近，因为靠得过近时，原子核以及电子之间的排斥作用会导致体系能量上升，分子不稳定。
2．共价键的形成
概念 原子间通过共用电子形成的化学键
本质 原子之间通过共用电子对形成的相互作用
形成 元素 通常，在电负性差值小的元素原子之间形成
表示 方法 ①共价单键：用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键，如H—H键 ②共价双键：用“==”表示原子间共用两对电子所形成的共价键，如C==C键 ③共价三键：用“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键，如C≡C键
3．共价键的特征
(1)饱和性
定义 每个原子所能形成共价键的总数或以共价键连接的原子数目是一定的
原因 每个原子所能提供的未成对电子的数目是一定的，因此在共价键形成的过程中，一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个未成对电子配对成键后，一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配对成键
应用 决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。
(2)方向性
定义 共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成
原因 除s轨道是球形对称外，其他原子轨道都具有一定的空间取向。在形成共价键时，原子轨道重叠得多，电子在核间出现的概率大，所形成的共价键就牢固
应用 分子的空间结构与共价键的方向性密切相关
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)只有非金属元素之间才能存在共价键。 ( )
(2)所有物质中的原子间都存在化学键。 ( )
(3)原子轨道在空间都具有方向性。 ( )
[答案] (1)× (2)× (3)×
二、共价键的类型
1．σ键与π键：(按原子轨道重叠方式分类)
σ键 原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键
π键 原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键
2．极性键和非极性键
按两原子核间的共用电子是否偏移可将共价键分为极性键和非极性键。
形成元素 电子对偏移 原子电性
非极性键 同种元素 因两原子电负性相同，共用电子不偏移 两原子均不显电性
极性键 不同元素 共用电子偏向电负性较大的原子 电负性较大的原子显负电性
C2H4比C2H6的化学性质活泼的原因是什么？
提示：乙烯分子中含有π键，原子轨道重叠程度小，共价键不稳定，容易断裂，而乙烷分子中都是σ键，原子轨道重叠程度大，共价键稳定，不容易断裂。
共价键的形成与特征
1．非金属元素只能形成共价键吗？只有非金属原子之间才能形成共价键吗？
提示：不是。有些离子键是由非金属元素形成的，如铵盐；金属与非金属原子间形成的化学键也可能是共价键，如AlCl3中的化学键是共价键。
2．为什么氖原子不能形成双原子分子，而氯分子是双原子分子？
提示：因为氖原子轨道中不含有未成对电子，原子轨道间不能发生重叠而形成化学键。而氯原子3p轨道上有一个未成对电子，两个氯原子之间发生原子轨道重叠而形成双原子分子。
1．共价键的饱和性由成键原子的未成对电子数决定，共价键的方向性由成键原子的轨道的方向性决定。
2．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。
3．共价键的方向性决定了分子的空间结构，并非所有的共价键都有方向性，如两个s轨道电子形成共价键时就没有方向性。
1．下列化学式及结构式中，从成键情况看不合理的是( )
B [根据每种元素原子形成的化学键判断正误，氮原子能形成3个共价键，碳原子能形成4个共价键，硅原子能形成4个共价键，硫原子能形成2个共价键，氢原子能形成1个共价键，氧原子能形成2个共价键。]
2．(双选)下列说法错误的是( )
A．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
B．H2O与H2S的空间结构一样，都是由共价键的饱和性决定的
C．HCl中Cl显－1价是因为共用电子对只在氯原子周围运动
D．两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率增大
BC [共价键的饱和性决定组成分子的原子间的数量关系，A项正确；共价键的方向性决定分子的空间结构，B项错误；在形成HCl分子时，Cl原子吸引电子的能力比H原子强，共用电子对偏向Cl，导致共用电子在Cl原子附近出现的概率较大，从而使Cl原子带部分负电荷，H原子带部分正电荷，故HCl中Cl显－1价，C项错误；两原子轨道发生重叠使电子出现在两核间的概率增大，D项正确。]
[教材 联想·质疑]
共价键是由成键原子双方各提供自旋状态相反的未成对价电子用以成对，核间电子概率密度大吸引原子核而成的。即共价键形成的本质就是电子云的重叠，电子云重叠越多，分子越稳定。且两个原子的未成对电子，只有自旋相反，才能配对形成一个共价键。回答下列问题：
(1)为什么共价键有方向性？任何分子中的共价键都有方向性吗？
(2)所有单质都有共价键吗？
(3)为什么不存在H3、H3O、Cl3等分子？
[提示] (1)共价键形成时，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，重叠程度越大，形成的共价键越牢固，所以共价键有方向性。不是任何分子中的共价键都有方向性，如H2分子中的共价键没有方向性。
(2)并不是所有的单质中都有共价键，稀有气体中不存在化学键，金属单质中不存在共价键。
(3)H原子和Cl原子都只有1个未成对电子，而O原子有2个未成对电子，根据共价键的饱和性，两个H原子通过未成对电子配对成键形成H2分子，而不是H3分子。两个Cl原子通过未成对电子配对成键形成Cl2分子，而不是Cl3分子。一个O原子的两个未成对电子分别和两个H原子的未成对电子配对成键形成H2O分子，而不是H3O分子。
深度理解σ键和π键
如图所示表示成键的两种方式。
1．哪种成键方式电子云重叠程度大？
提示：头碰头。
2．σ键与π键哪个更牢固？
提示：σ键。
3．所有σ键都有方向性吗？
提示：s-s σ键没有方向性。
σ键和π键的比较
键类型 σ键 π键
原子轨道重叠方式 沿键轴方向“头碰头”重叠 沿键轴方向“肩并肩”重叠
类型 s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键 p-p π键
原子轨道重叠部分 两原子核之间，在键铀处 键轴上方和下方，键轴处为零
原子轨道重叠程度 大 小
键的强度 较大 较小
化学活泼性 不活泼 活泼
键的存在 共价单键为σ键，1个共价双键、三键中含有一个σ键 1个共价双键、三键分别含有1个、2个π键
1．下列关于σ键和π键的说法错误的是( )
A．1个共价双键中含有1个σ键和1个π键
B．烯烃分子中σ键比π键稳定，不易断裂
C．双原子单质分子中一定既有σ键又有π键
D．σ键是原子轨道“头碰头”方式相互重叠，π键则为“肩并肩”方式相互重叠
C [1个共价双键中含有1个σ键和1个π键，A正确；σ键比π键重叠程度大，因此烯烃分子中σ键比π键稳定，不易断裂，B正确；双原子单质分子中可能只含有σ键不含π键，如Cl2分子中只含σ键不含π键，C错误；原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键，D正确。]
2．下列物质的分子中既有σ键又有π键的是( )
①HCl ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．①②③ B．③④⑤⑥
C．①③⑥ D．③⑤⑥
D [当两个原子间能形成多个共用电子对时，形成一个σ键，另外的原子轨道只能形成π键。HCl中只有一个H—Cl σ键；H2O中含有两个H—O σ键；H2O2中含有两个H—O σ键和一个O—O σ键；N2中含有三个共价键：一个为σ键，两个为π键；C2H4中，碳原子与碳原子之间有两个共价键，一个为σ键，一个为π键，另外有四个C—H σ键；C2H2中，碳原子与碳原子之间有三个共价键，一个为σ键，两个为π键，另外有两个C—H σ键。]
3．(双选)下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A．σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成
B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
C．CH3—CH3、CH2==CH2、CH≡CH中σ键都是C—C键，所含σ键数目相同
D．π键比σ键的重叠程度大，形成的共价键强
CD [分子中单键中只含σ键，双键和三键中含π键和σ键，σ键能单独形成，而π键不能单独形成，故A正确；σ键为轴对称，则σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转，故B正确；三种分子中分别含C—C键、C—H键，都是σ键，由于所含C—H键数目不同，故所含σ键数目均不相同，故C错误；σ键“头碰头”重叠，π键“肩并肩”重叠，σ键重叠程度大，共价键强，故D错误。]
1．下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是( )
A．CH3CH3 B．CH2==CH2
C．CH≡CH D．CH4
C [CH3CH3中有7个σ键，没有π键，A不符合题意；CH2===CH2中有5个σ键，1个π键，B不符合题意；CH≡CH中有3个σ键，2个π键，C符合题意；CH4中有4个σ键，没有π键，D不符合题意。]
2．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A．14 g N2含有π键数为NA
B．22.4 L CO2含π键的数目为2NA
C．1 mol 18O原子含中子的数目为8NA
D．46 g CH3CH2OH含极性共价键的数目为8NA
A [n(N2)＝＝＝0.5 mol，每个氮 气分子含两个π键，所以14 g N2含有的π键数为NA，A正确；缺少气体所处的外界条件，不能确定其物质的量，因此不能计算其中含有的化学键的数目，B错误；在1个18O原子中含中子数为18－8＝10，则1 mol 18O原子含中子数为10NA，C错误；46 g乙醇的物质的量是1 mol，1个CH3CH2OH分子中含有5个C—H键，1个C—O键，1个H—O键，因此在乙醇分子中共含有7个极性共价键，则在1 mol乙醇分子中含极性共价键的数目为7NA，D错误。]
3．(双选)化合物A是近年来采用的锅炉水添加剂，其结构式如图，A能除去锅炉水中溶解的氧气，下列对化合物A说法正确的是( )
A．该分子既有非极性键也有极性键
B．所含的σ键与π键个数之比为10∶1
C．所含的σ键与π键个数之比为11∶1
D．N元素的化合价均为－3价
AC [由该有机物的成键方式可知，该分子既有N—N非极性键也有C==O、N—H、C—N极性键，故A正确；一个单键含1个σ键，一个双键含有1个σ键和1个π键，所以一个A分子中含有11个σ键和1个π键，故B错误、C正确；因N的电负性大于C、H，故N元素的化合价均为－2价，故D错误。]
4．(双选)四氟乙烯是一种无色无臭的气体，可用于制聚四氟乙烯，四氟乙烯是平面形分子()，对于四氟乙烯分子的说法正确的是( )
A．四氟乙烯分子中σ键与π键个数分别为5、1，π键比σ键活泼
B．四氟乙烯分子中的F原子无法与其他碳原子形成共价键
C．碳氟键、碳碳键可沿键轴旋转不被破坏
D．氟原子与碳原子可以共用电子形成共价键，也可以发生电子得失形成离子键
[答案] AB
5．A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们的核电荷数依次增大。已知B原子核最外层电子数是次外层电子数的两倍，电子总数是E原子电子总数的；F是同周期主族元素中原子半径最小的元素；D2-与E2+的电子层结构相同；B与D可以形成三原子化合物甲；A是非金属元素，且A、C、F可形成离子化合物乙。
请回答下列问题：
(1)F的元素名称是______________________，E的元素符号是________。
(2)写出化合物乙的电子式：___________________________________。
(3)化合物甲有____________个σ键和__________个π键。
(4)B、C、D三种元素对应的简单气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序是_____________________________________________________________________(填氢化物化学式)。
[解析] A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们的核电荷数依次增大，B原子核最外层电子数是次外层电子数的两倍，则B为C元素；B原子核外电子总数是E原子核外电子总数的，则E为Mg元素；F是同周期主族元素中原子半径最小的元素，则F为Cl元素；D2-与E2+的电子层结构相同，则D为O元素；B与D可以形成三原子化合物甲，则甲为CO2；C的核电荷数介于BD之间，则C为N元素A是非金属元素，且A与N、Cl元素可形成离子化合物乙，则乙为NH4Cl，所以A为H元素。
(1)根据上述分析可知，F为Cl元素，元素名称是氯，E为镁元素，元素符号为Mg。
(2)化合物乙为NH4Cl，是离子化合物，故其电子式为。
(3)化合物甲为CO2，结构式为O==C==O，所以有2个σ键和2个π键。
(4)B、C、D分别为C、N、O元素，同周期主族元素从左到右，元素的非金属性增强，元素的非金属性越强，对应简单气态氢化物的稳定性越强，则CH4、NH3、H2O的稳定性由强到弱的顺序为H2O>NH3>CH4。
[答案] (1)氯 Mg
(2) (3)2 2
(4)H2O＞NH3＞CH4
课时分层作业(八) 共价键
(选择题只有一个选项符合题目要求)
1．下列关于共价键的描述正确的是( )
A．两个原子的未成对电子若自旋状态相同，则两两配对可形成共价键
B．原子轨道具有一定的伸展方向，所形成的共价键都具有方向性
C．两个原子的p轨道不仅能形成σ键，也能形成π键
D．π键只能由相同电子层的p轨道形成
C [A．两个原子的未成对电子若自旋状态相反，则两两配对可形成共价键，A错误；B．s轨道在形成共价键时，没有方向性，则不是所有共价键都有方向性，B错误；C．两个原子的p轨道不仅能形成σ键，也能形成π键，C正确；D．π键可由不同电子层的p轨道形成，如二氧化硫分子中氧原子与硫原子形成的π键，故D错误。]
2．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)：
A [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项分子中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，与共价键的饱和性不相符。]
3．下列对HBr、H2、NH3、C2H4中共价键存在类型的判断正确的是( )
A．都有σ键，没有π键
B．都有π键，没有σ键
C．都既有σ键，又有π键
D．除C2H4外，都只有σ键
D [先写出四种分子的结构式：
H—Br、H—H、、只有C2H4中既存在单键又存在双键，其余分子中都只有单键，故只有C2H4中存在π键，其余分子中都只有σ键。]
4．下列说法错误的是( )
A．s—s σ键与p—p σ键的电子云图像都呈轴对称
B．s轨道与s轨道不能形成π键，p轨道与p轨道能形成π键
C．乙烯与乙烷化学性质不同，主要是因为乙烯中的π键不如σ键牢固
D．1，3-丁二烯(CH2==CHCH==CH2)分子中含有7个σ键、2个π键
D [A．σ键为原子轨道通过“头碰头”方式电子云重叠形成，s—s轨道和p—p轨道形成的σ键均呈轴对称，故A正确；B．s轨道为球形，只能通过“头碰头”形成σ键，p轨道为哑铃形，既能通过“头碰头”形成σ键也能通过肩并肩形成p键，故B正确；C．乙烯中的π键不如σ键牢固，π键容易断裂，所以乙烯比乙烷活泼，故C正确；D．由1，3-丁二烯的结构简式可知分子中含有9个σ键、2个π键，故D错误。]
5．下列物质中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的是( )
A．CCl4 B．CO2
C．C2H4 D．NH4Cl
C [CCl4、CO2中只含有极性共价键，A、B项不符合题意；C2H4中既含有C===C非极性共价键，又含有C—H极性共价键，C项符合题意；NH4Cl中含有离子键和极性共价键，D项不符合题意。]
6．下列关于有机化合物中化学键的说法不正确的是( )
A．烷烃中的化学键均为σ键
B．CH3CH2Br中C—H键的极性比C—Br键的极性弱
C．乙烯分子中含有极性键和非极性键
D．1个丙炔(C3H4)分子中含有5个σ键和3个π键
D [烷烃为饱和烃，所有的化学键均为σ键，A正确；溴元素的电负性强于氢元素，元素的电负性相差越大，键的极性越强，故C—H键的极性比C—Br键的极性弱，B正确；乙烯中含碳碳非极性键和碳氢极性键，C正确；丙炔的结构式：，三键中含1个σ键和2个π键，单键全部是σ键，共含6个σ键和2个π键，D错误。]
7．科学家宣称普通盐水在无线电波的作用下可燃烧，这很可能是21世纪人类伟大的发现之一，未来人类的能源危机问题将有望解决。无线电频率可以降低盐水中所含元素原子之间的结合力，释放出氢原子，一旦点燃，氢原子就会在这种频率下持续燃烧。上述“结合力”的实质是( )
A．离子键 B．s-s σ键
C．s-p σ键 D．p-p π键
C [“释放出氢原子”必须破坏水分子中的氢氧键，这是由氢原子的1s轨道与氧原子的2p轨道重叠形成的一种s-p σ键。]
8．化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式为，设NA是阿伏加德罗常数的值，下列说法中正确的是( )
A．A分子中只有极性键没有非极性键
B．A分子中的共用电子对数为11
C．1 mol A分子中所含的σ键数目为10NA
D．A是共价化合物
D [A项，N—N键是非极性键，A项不正确；A分子中存在12个共价键，其中有一个碳氧双键，故有12个共用电子对、11个σ键，B、C项均不正确；A分子中只有共价键，故A是共价化合物，D项正确。]
9．按要求回答问题。
(1)1 mol HCHO分子中含有σ键的数目为______ NA(NA为阿伏加德罗常数的值)。
(2)CS2分子中，共价键的类型有________(填“极性键”或“非极性键”)。
(3)有关物质中：①MgCl2；②Na2O2；③CS2；④NaOH；⑤H2，只存在极性键的是________(填序号，后同)，只存在非极性键的是________，只存在离子键的是________，既存在离子键又存在极性共价键的是________，既存在离子键又存在非极性共价键的是________。
[解析] (1)HCHO结构式是，共价单键都是σ键，共价双键中一个是σ键，一个是π键，可见1个HCHO分子中含有3个σ键，则在1 mol HCHO分子中含有σ键的数目为3NA。
(2)CS2的结构式是S==C==S，C==S键是两种不同的非金属元素的原子形成的共价键，因此属于极性键。(3)①MgCl2是离子化合物，Mg2+与2个Cl－之间以离子键结合，存在离子键；②Na2O2是离子化合物，2个Na＋与以离子键结合，在中2个O原子之间以非极性共价键结合，故Na2O2中存在离子键、非极性共价键；③CS2是由CS2分子构成的共价化合物，其结构式是S==C=
=S，分子中存在极性共价键；④NaOH是离子化合物，Na＋与OH－之间以离子键结合，在OH－中H、O原子之间以极性键结合，故NaOH中含有离子键、极性共价键；⑤H2是由分子构成的非金属单质，在H2中2个H原子之间以非极性键结合，故其中只含非极性键。
[答案] (1)3 (2)极性键 (3)③ ⑤ ① ④ ②
(选择题有一个或两个选项符合题目要求)
10．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
C [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。]
11．下列关于共价键的理解不正确的是( )
A．如图可知氢分子中两个氢原子的核间距为0.074 nm
B．H2O2分子中既有极性键又有非极性键
C．氢分子中共价键有方向性
D．形成共价键后共用电子只在两个原子核之间出现
CD [由题图可知，两个氢原子相互靠近的过程中，在相距0.074 nm时体系能量最低，体系最稳定，此时形成稳定的氢分子，A项正确；H2O2分子中既存在H—O极性键，又存在O—O非极性键，B项正确；氢分子中两个氢原子的未成对电子均为1s电子，s轨道在空间呈球形对称，故s轨道之间的重叠不具有方向性，C项错误；形成共价键后共用电子在两个原子核之间出现的概率增大，并不是只在两个原子核之间出现，D项错误。]
12．下面原子轨道重叠情况正确的是( )
A．s电子与p电子取向适当时发生重叠可形成σ键如图Ⅰ
B．s电子与p电子取向适当时发生重叠可形成π键如图Ⅱ
C．在图Ⅰ中阴影区域电子云最稀疏
D．只有s电子与p电子可形成σ键，p电子之间只能形成π键
[答案] A
13．二氯化二硫(S2Cl2)是广泛用于橡胶工业的硫化剂，其分子结构如图所示。常温下S2Cl2是一种橙黄色的液体，遇水易水解，并产生能使品红褪色的气体，下列说法错误的是( )
A．电负性：Cl>S
B．S2Cl2为含有极性键和非极性键的分子
C．S2Br2与S2Cl2结构相似，都含有σ键和π键
D．S2Cl2与H2O反应的化学方程式为S2Cl2＋2H2O===SO2↑＋3S↓＋4HCl
CD [同周期从左到右主族元素的电负性逐渐增强，则电负性：Cl＞S，故A正确；S—S键为非极性共价键，S—Cl键为极性共价键，则S2Cl2为含有极性键和非极性键的分子，故B正确；S2Br2与S2Cl2结构相似，都仅含有σ键，不含π键，故C错误；S2Cl2遇水易水解，并产生能使品红溶液褪色的气体，该气体为SO2，在反应过程中硫元素一部分升高到＋4价(生成SO2)，一部分降低到0价(生成S)，Cl元素的化合价不变，则S2Cl2与H2O反应的化学方程式为2S2Cl2＋2H2O===SO2↑＋3S↓＋4HCl，故D错误。]
14．设NA为阿伏加德罗常数的值。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)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料，燃烧时发生的反应如下：
N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 038.7 kJ·mol-1。
若该反应中有4 mol N—H键断裂，则形成的π键有________mol。
(4)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键的个数比为________。
(5)1 mol乙醛分子中含σ键的数目为______________________，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为________。
(6)CH4、NH3、H2O、HF分子中共价键的极性由强到弱的顺序是_____________
_____________________________________________________________________。
[解析] (1)CO2分子内含有碳氧双键，双键中一个是σ键，另一个是π键，则1 mol CO2中含有的σ键个数为2NA或1.204×1024。(2)N2的结构式为N≡N，推知CO的结构式为C≡O，分子中含有1个σ键、2个π键；HCN分子的结构式为H—C≡N，HCN分子中σ键与π键个数均为2。
(3)反应中有4 mol N—H键断裂，即有1 mol N2H4参加反应，生成1.5 mol N2，则形成的π键有3 mol。
(4)设分子式为CmHn，则6m＋n＝16，n＝2m＋2(不合题意)或n＝2m，解之得m＝2，n＝4，即C2H4，结构式为，单键为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，所以一个C2H4分子中共含有5个σ键和1个π键。(5)乙醛与的结构简式分别为、，故1 mol乙醛中含有σ键为6NA或3.612×1024个，1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。(6)两个成键原子的电负性差别越大，它们形成共价键的极性就越强(或从非金属性强弱上来判断)。由于电负性：F＞O＞N＞C，因此四种元素与H形成的共价键的极性：F—H＞O—H＞N—H＞C—H。
[答案] (1)2NA(或1.204×1024) (2)1∶2 1∶1 (3)3 (4)5∶1 (5)6NA(或3.612×1024) 7 (6)HF＞H2O＞NH3＞CH4
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共45张PPT)
第1课时 共价键(基础课)
第2章 微粒间相互作用与物质性质
第1节 共价键模型
素养目标 1．认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键，了解共价键具有饱和性和方向性。
2．能根据原子轨道的重叠方式知道共价键可分为σ键和π键；知道共价键可分为极性共价键和非极性共价键，建立共价键认知模型。
旧知
回顾 1．化学键：相邻原子间的强相互作用，分为离子键和共价键。
2．离子键：阴、阳离子之间通过 静电作用形成的化学键，成键微粒是阴离子和阳离子。一般情况下，活泼金属元素原子与活泼非金属元素原子之间易形成离子键。
3．共价键：原子间通过共用电子形成的化学键，成键微粒是原子，一般情况下，非金属元素原子间形成共价键。
用电子云表示形成过程 能量变化
相距较远时
体系的能量____两个氢原子的能量之和(能量最高)
必备知识 自主预习
一、共价键的形成与特征
1．氢分子中共价键(H—H键)的形成
等于
用电子云表示形成过程 能量变化
原子轨道重叠 两原子逐渐接近时，原子轨道会相互重叠，使电子在核间区域出现的概率增大，原子核对两个电子都产生吸引作用，使体系能量逐渐____
下降
用电子云表示形成过程 能量变化
形成共价键 原子轨道重叠，两个单电子形成__________即形成共价键(核间距为0.074 nm时，能量最低)
[注意] 形成共价键的氢原子不能无限靠近，因为靠得过近时，原子核以及电子之间的排斥作用会导致体系能量上升，分子不稳定。
共用电子对
2．共价键的形成
概念 原子间通过________形成的化学键
本质 原子之间通过共用电子对形成的相互作用
形成
元素 通常，在电负性差值__的元素原子之间形成
共用电子
小
表示
方法 ①共价单键：用一条短线表示由____________所形成的共价键，如H—H键
②共价双键：用“==”表示原子间共用________所形成的共价键，如C==C键
③共价三键：用“≡”表示原子间共用________所形成的共价键，如C≡C键
一对共用电子
两对电子
三对电子
3．共价键的特征
(1)饱和性
定义 每个原子所能形成共价键的总数或以共价键连接的原子数目是一定的
原因 每个原子所能提供的______电子的数目是一定的，因此在共价键形成的过程中，一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个未成对电子配对成键后，一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配对成键
应用 决定了各种原子形成分子时相互结合的____关系。
未成对
数量
(2)方向性
定义 共价键将尽可能沿着电子出现概率____的方向形成
原因 除s轨道是球形对称外，其他原子轨道都具有一定的空间取向。在形成共价键时，原子轨道重叠得多，电子在核间出现的概率大，所形成的共价键就牢固
应用 分子的空间结构与共价键的方向性密切相关
最大
判一判 (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)只有非金属元素之间才能存在共价键。 ( )
(2)所有物质中的原子间都存在化学键。 ( )
(3)原子轨道在空间都具有方向性。 ( )
×
×
×
二、共价键的类型
1．σ键与π键：(按原子轨道重叠方式分类)
σ键 原子轨道以“______”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率____而形成的共价键
π键 原子轨道以“______”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率____而形成的共价键
头碰头
增大
肩并肩
增大
2．极性键和非极性键
按两原子核间的共用电子是否偏移可将共价键分为极性键和非极性键。
形成元素 电子对偏移 原子电性
非极
性键 ____元素 因两原子电负性相同，共用电子______ 两原子均不显电性
极性键 ____元素 共用电子偏向电负性较__的原子 电负性较大的原子显负电性
同种
不偏移
不同
大
想一想 C2H4比C2H6的化学性质活泼的原因是什么？
提示：乙烯分子中含有π键，原子轨道重叠程度小，共价键不稳定，容易断裂，而乙烷分子中都是σ键，原子轨道重叠程度大，共价键稳定，不容易断裂。
关键能力 情境探究
[问题探究]
1．非金属元素只能形成共价键吗？只有非金属原子之间才能形成共价键吗？
共价键的形成与特征
提示：不是。有些离子键是由非金属元素形成的，如铵盐；金属与非金属原子间形成的化学键也可能是共价键，如AlCl3中的化学键是共价键。
2．为什么氖原子不能形成双原子分子，而氯分子是双原子分子？
提示：因为氖原子轨道中不含有未成对电子，原子轨道间不能发生重叠而形成化学键。而氯原子3p轨道上有一个未成对电子，两个氯原子之间发生原子轨道重叠而形成双原子分子。
[归纳总结]
1．共价键的饱和性由成键原子的未成对电子数决定，共价键的方向性由成键原子的轨道的方向性决定。
2．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。
3．共价键的方向性决定了分子的空间结构，并非所有的共价键都有方向性，如两个s轨道电子形成共价键时就没有方向性。
[能力达成]
1．下列化学式及结构式中，从成键情况看不合理的是( )
√
B [根据每种元素原子形成的化学键判断正误，氮原子能形成3个共价键，碳原子能形成4个共价键，硅原子能形成4个共价键，硫原子能形成2个共价键，氢原子能形成1个共价键，氧原子能形成2个共价键。]
2．(双选)下列说法错误的是( )
A．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
B．H2O与H2S的空间结构一样，都是由共价键的饱和性决定的
C．HCl中Cl显－1价是因为共用电子对只在氯原子周围运动
D．两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率增大
√
√
BC [共价键的饱和性决定组成分子的原子间的数量关系，A项正确；共价键的方向性决定分子的空间结构，B项错误；在形成HCl分子时，Cl原子吸引电子的能力比H原子强，共用电子对偏向Cl，导致共用电子在Cl原子附近出现的概率较大，从而使Cl原子带部分负电荷，H原子带部分正电荷，故HCl中Cl显－1价，C项错误；两原子轨道发生重叠使电子出现在两核间的概率增大，D项正确。]
[教材链接]
[教材 联想·质疑]
共价键是由成键原子双方各提供自旋状态相反的未成对价电子用以成对，核间电子概率密度大吸引原子核而成的。即共价键形成的本质就是电子云的重叠，电子云重叠越多，分子越稳定。且两个原子的未成对电子，只有自旋相反，才能配对形成一个共价键。回答下列问题：
(1)为什么共价键有方向性？任何分子中的共价键都有方向性吗？
(2)所有单质都有共价键吗？
(3)为什么不存在H3、H3O、Cl3等分子？
[提示] (1)共价键形成时，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，重叠程度越大，形成的共价键越牢固，所以共价键有方向性。不是任何分子中的共价键都有方向性，如H2分子中的共价键没有方向性。
(2)并不是所有的单质中都有共价键，稀有气体中不存在化学键，金属单质中不存在共价键。
(3)H原子和Cl原子都只有1个未成对电子，而O原子有2个未成对电子，根据共价键的饱和性，两个H原子通过未成对电子配对成键形成H2分子，而不是H3分子。两个Cl原子通过未成对电子配对成键形成Cl2分子，而不是Cl3分子。一个O原子的两个未成对电子分别和两个H原子的未成对电子配对成键形成H2O分子，而不是H3O分子。
[情境探究]
如图所示表示成键的两种方式。
深度理解σ键和π键
1．哪种成键方式电子云重叠程度大？
提示：头碰头。
2．σ键与π键哪个更牢固？
提示：σ键。
3．所有σ键都有方向性吗？
提示：s-s σ键没有方向性。
[归纳总结]
σ键和π键的比较
键类型 σ键 π键
原子轨道重叠方式 沿键轴方向“头碰头”重叠 沿键轴方向“肩并肩”重叠
类型 s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键 p-p π键
原子轨道重叠部分 两原子核之间，在键铀处 键轴上方和下方，键轴处为零
键类型 σ键 π键
原子轨道重叠程度 大 小
键的强度 较大 较小
化学活泼性 不活泼 活泼
键的存在 共价单键为σ键，1个共价双键、三键中含有一个σ键 1个共价双键、三键分别含有1个、2个π键
[能力达成]
1．下列关于σ键和π键的说法错误的是( )
A．1个共价双键中含有1个σ键和1个π键
B．烯烃分子中σ键比π键稳定，不易断裂
C．双原子单质分子中一定既有σ键又有π键
D．σ键是原子轨道“头碰头”方式相互重叠，π键则为“肩并肩”方式相互重叠
√
C [1个共价双键中含有1个σ键和1个π键，A正确；σ键比π键重叠程度大，因此烯烃分子中σ键比π键稳定，不易断裂，B正确；双原子单质分子中可能只含有σ键不含π键，如Cl2分子中只含σ键不含π键，C错误；原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键，D正确。]
2．下列物质的分子中既有σ键又有π键的是( )
①HCl ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．①②③ B．③④⑤⑥
C．①③⑥ D．③⑤⑥
√
D [当两个原子间能形成多个共用电子对时，形成一个σ键，另外的原子轨道只能形成π键。HCl中只有一个H—Cl σ键；H2O中含有两个H—O σ键；H2O2中含有两个H—O σ键和一个O—O σ键；N2中含有三个共价键：一个为σ键，两个为π键；C2H4中，碳原子与碳原子之间有两个共价键，一个为σ键，一个为π键，另外有四个C—H σ键；C2H2中，碳原子与碳原子之间有三个共价键，一个为σ键，两个为π键，另外有两个C—H σ键。]
3．(双选)下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A．σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成
B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
C．CH3—CH3、CH2==CH2、CH≡CH中σ键都是C—C键，所含σ键数目相同
D．π键比σ键的重叠程度大，形成的共价键强
√
√
CD [分子中单键中只含σ键，双键和三键中含π键和σ键，σ键能单独形成，而π键不能单独形成，故A正确；σ键为轴对称，则σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转，故B正确；三种分子中分别含C—C键、C—H键，都是σ键，由于所含C—H键数目不同，故所含σ键数目均不相同，故C错误；σ键“头碰头”重叠，π键“肩并肩”重叠，σ键重叠程度大，共价键强，故D错误。]
学习效果 随堂评估
1．下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是( )
A．CH3CH3 B．CH2==CH2
C．CH≡CH D．CH4
2
4
3
题号
1
5
√
C [CH3CH3中有7个σ键，没有π键，A不符合题意；CH2===CH2中有5个σ键，1个π键，B不符合题意；CH≡CH中有3个σ键，2个π键，C符合题意；CH4中有4个σ键，没有π键，D不符合题意。]
2．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A．14 g N2含有π键数为NA
B．22.4 L CO2含π键的数目为2NA
C．1 mol 18O原子含中子的数目为8NA
D．46 g CH3CH2OH含极性共价键的数目为8NA
2
3
题号
1
4
5
√
2
3
题号
1
4
5
3．(双选)化合物A是近年来采用的锅炉a水添加剂，其结构式如图，A能除去锅炉水a中溶解的氧气，下列对化合物A说法正确的是( )
A．该分子既有非极性键也有极性键
B．所含的σ键与π键个数之比为10∶1
C．所含的σ键与π键个数之比为11∶1
D．N元素的化合价均为－3价
2
3
题号
4
1
5
√
√
AC [由该有机物的成键方式可知，该分子既有N—N非极性键也有C==O、N—H、C—N极性键，故A正确；一个单键含1个σ键，一个双键含有1个σ键和1个π键，所以一个A分子中含有11个σ键和1个π键，故B错误、C正确；因N的电负性大于C、H，故N元素的化合价均为－2价，故D错误。]
2
3
题号
4
1
5
4．(双选)四氟乙烯是一种无色无臭的气体，可用于制聚四氟乙烯，
四氟乙烯是平面形分子( )，对于四氟乙烯分子的说法正确的是( )
A．四氟乙烯分子中σ键与π键个数分别为5、1，π键比σ键活泼
B．四氟乙烯分子中的F原子无法与其他碳原子形成共价键
C．碳氟键、碳碳键可沿键轴旋转不被破坏
D．氟原子与碳原子可以共用电子形成共价键，也可以发生电子得失形成离子键
2
4
3
题号
1
5
√
√
2
4
3
题号
1
5
请回答下列问题：
(1)F的元素名称是____，E的元素符号是________。
(2)写出化合物乙的电子式：___________________________。
2
4
3
题号
1
5
氯
Mg
(3)化合物甲有_______个σ键和_______个π键。
(4)B、C、D三种元素对应的简单气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序是______________________(填氢化物化学式)。
2
2
H2O＞NH3＞CH4
2
4
3
题号
1
5
(1)根据上述分析可知，F为Cl元素，元素名称是氯，E为镁元素，元素符号为Mg。
(2)化合物乙为NH4Cl，是离子化合物，故其电子式
为 。
2
4
3
题号
1
5
(3)化合物甲为CO2，结构式为O==C==O，所以有2个σ键和2个π键。
(4)B、C、D分别为C、N、O元素，同周期主族元素从左到右，元素的非金属性增强，元素的非金属性越强，对应简单气态氢化物的稳定性越强，则CH4、NH3、H2O的稳定性由强到弱的顺序为H2O>NH3>CH4。
2
4
3
题号
1
5
