第二章

分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)

共價(jià)鍵人教版?化學(xué)?2019選擇性必修2授課人：李麗萍

2025/9/11學(xué)習(xí)目標(biāo)1.從原子軌道重疊的視角認(rèn)識共價(jià)鍵的本質(zhì)，知道共價(jià)鍵具有飽和性和方向性，能用模型、圖像和符號等正確表征H2、Cl2、HCl等簡單分子中原子軌道的重疊方式。2.知道σ鍵和π鍵的區(qū)別和特征，能說明C2H6、C2H4和C2H2等分子的成鍵類型。3.理解鍵能、鍵長和鍵角等鍵參數(shù)的含義，能利用鍵參數(shù)解釋物質(zhì)的某些特性。4.通過共價(jià)鍵理論模型的發(fā)展過程，初步體會不同理論模型的價(jià)值和局限。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主理查德?費(fèi)曼曾說過，假如發(fā)生了大災(zāi)難，人類全部的科學(xué)知識只能概括為一句話傳諸后世，那么這句話應(yīng)該是“萬物皆由原子構(gòu)成”。理查德?費(fèi)曼原子是如何構(gòu)成物質(zhì)的呢？思考與討論1.原子是如何構(gòu)成物質(zhì)的？2.原子為什么能聚會在一起構(gòu)成物質(zhì)呢？共價(jià)鍵物質(zhì)原子分子離子從微觀和符號的視角分析問題1.書寫H2、Cl2、HCl形成的電子式，解釋形成共價(jià)鍵的本質(zhì)？2.為什么難形成H3、Cl3、H2Cl等分子？共用電子對H+ClHClCl+ClClClHH+HH共價(jià)鍵具有飽和性特征3.從N2、O2、F2的電子式分析共價(jià)鍵的飽和性？+NNNN+OOOO+FFFF↑↓↑↑↑2s2p↑↓↑↓↑↑2s2p↑↓↑↓↑↓↑2s2p4.從NH3、H2O、HF的電子式分析共價(jià)鍵的飽和性？3H+NHNHH↑↓↑↑↑2s2p↑1sH+FHF+O2HOHH↑↓↑↓↑↓↑2s2p↑1s↑↓↑↓↑↑2s2p↑1s共價(jià)鍵的飽和性決定了分子的組成。一、共價(jià)鍵1.概念2.特征①具有飽和性相鄰原子之間通過共用電子對形成強(qiáng)烈的相互作用力。成鍵微粒本質(zhì)②具有方向性

按照共價(jià)鍵的共用電子對理論，一個(gè)原子有幾個(gè)未成對電子，便可和幾個(gè)自旋方向相反的電子配對成鍵，這就是共價(jià)鍵的飽和性。原因：共用電子對之間存在斥力，兩個(gè)共價(jià)鍵之間有夾角3.類型極性鍵非極性鍵是否偏移單鍵雙鍵數(shù)目三鍵共價(jià)鍵按共用電子對4.從原子軌道角度認(rèn)識共價(jià)鍵(1)本質(zhì)：成鍵原子相互接近時(shí)，原子軌道發(fā)生重疊，自旋方向相反的未成對電子形成共用電子對，兩原子核間的電子云密度增大，體系能量降低。HH1s11s1HHHH原子軌道相互重疊形成氫分子中的共價(jià)鍵（H-H）sss-sσ鍵氫分子形成共價(jià)鍵示意圖未成對電子的原子軌道相互靠攏頭碰頭H2分子中共價(jià)鍵的形成：無方向性1s13p5HCl原子軌道相互重疊形成氯化氫分子中的共價(jià)鍵（Cl-H）spHCl分子中共價(jià)鍵的形成s-pσ鍵氯化氫分子形成共價(jià)鍵示意圖未成對電子的原子軌道相互靠攏頭碰頭有方向性3p53p5ClCl原子軌道相互重疊形成氯分子中的共價(jià)鍵（Cl-Cl）ppCl2分子中共價(jià)鍵的形成p-pσ鍵氯氣分子形成共價(jià)鍵示意圖未成對電子的原子軌道相互靠攏頭碰頭有方向性(2)分類：通過成鍵時(shí)的重疊方式將共價(jià)鍵分為:

σ鍵和

鍵①σ鍵“頭碰頭”原子軌道的重疊方式：s-sσ鍵，如：H-Hs-pσ鍵，如：H-Clp-pσ鍵，如：Cl-Cl類型①軸對稱，可繞軸旋轉(zhuǎn)

②重疊程度大，鍵的強(qiáng)度大，不易斷裂

σ鍵的特征pp原子軌道相互重疊形成π鍵pp未成對電子的原子軌道相互靠攏p-pπ鍵的形成p-pπ鍵肩并肩有方向性②

鍵p軌道和p軌道除能形成σ鍵外，還能形成π鍵——由兩個(gè)原子的p軌道“肩并肩”重疊形成。π鍵的電子云具有鏡面對稱性，即每個(gè)π鍵的電子云由兩塊組成，分別位于由兩原子核構(gòu)成平面的兩側(cè)，如果以它們之間包含原子核的平面為鏡面，它們互為鏡像；π鍵不能旋轉(zhuǎn)；不如σ鍵牢固，較易斷裂。

鍵的特征視頻：σ鍵和

鍵的形成過程

活動：畫出氮原子的價(jià)層電子的軌道表達(dá)式，結(jié)合2p原子軌道圖分析氮?dú)夥肿又械墓矁r(jià)鍵類型。(N2中p-pσ鍵和p-pπ鍵的形成過程)氮原子各自用三個(gè)p軌道分別與另一個(gè)氮原子形成一個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵分子中σ鍵和π鍵的判斷方法：規(guī)律:共價(jià)單鍵是σ鍵；共價(jià)雙鍵中有一個(gè)σ鍵和一個(gè)π鍵；共價(jià)三鍵中有一個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵。σ鍵π鍵定義未成對電子的原子軌道采取“頭碰頭”的方式重疊形成的共價(jià)鍵未成對電子的原子軌道采取“肩并肩”的方式重疊形成的共價(jià)鍵類型s?sσ鍵、s?pσ鍵、p?pσ鍵p?pπ鍵特征(電子云形狀)原子軌道重疊部分沿鍵軸呈軸對稱原子軌道重疊部分分別位于兩原子核構(gòu)成平面的兩側(cè)，互為鏡像對稱鍵的性質(zhì)σ鍵可沿鍵軸自由旋轉(zhuǎn)，不易斷裂π鍵不能旋轉(zhuǎn)，易斷裂存在的情況能單獨(dú)存在，可存在于任何含共價(jià)鍵的分子中不能單獨(dú)存在，必須與σ鍵共存，可存在于雙鍵和三鍵中實(shí)例CH4中只有σ鍵CH2=CH2中既含有σ鍵，又含有π鍵示意圖

(3)σ鍵與π鍵對比探究活動1.觀察乙烷、乙烯和乙炔的分子結(jié)構(gòu)，它們的分子中的共價(jià)鍵分別由幾個(gè)σ鍵和幾個(gè)π鍵構(gòu)成？乙烷乙烯乙炔①

乙烷中含有1個(gè)C-C鍵和6個(gè)C-H鍵，所以乙烷中含有7個(gè)σ鍵；②

乙烯中含有1個(gè)C=C鍵和4個(gè)C-H鍵，即含有5個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵；③

乙炔中含有1個(gè)三鍵和2個(gè)C-H鍵，即含有3個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵；乙烯分子：每個(gè)碳原子s軌道、2個(gè)p軌道（sp2雜化軌道）分別與2個(gè)氫原子、另一個(gè)碳原子形成3個(gè)σ鍵，共5個(gè)σ鍵；每個(gè)碳原子p軌道均有一個(gè)未成對電子，兩個(gè)p軌道以“肩并肩"相互重疊，形成π鍵。乙炔分子：每個(gè)碳原子s軌道、1個(gè)p軌道分別（sp雜化軌道）與1個(gè)氫原子、另一個(gè)碳原子形成2個(gè)σ鍵，共3個(gè)σ鍵；碳原子中另外兩個(gè)p軌道與碳原子中的兩個(gè)p軌道以“肩并肩”相互重疊，形成兩個(gè)π鍵。2.解釋乙烯分子中π鍵是如何形成的，預(yù)測乙炔分子中π鍵是如何形成的？3.模仿圖2-3所示，繪制乙炔分子中的π鍵。（提示：兩個(gè)碳原子各自用2個(gè)p軌道形成2個(gè)π鍵。）學(xué)生自己制作模型4.鈉和氯通過得失電子同樣是形成電子對，為什么這對電子不被鈉原子和氯原子共用形成共價(jià)鍵而形成離子鍵呢？你能從元素的電負(fù)性差別來理解嗎？討論后請?zhí)顚懴卤恚涸豊aClHClCO電負(fù)性電負(fù)性之差（絕對值）結(jié)論：當(dāng)元素的電負(fù)性相差很大，化學(xué)反應(yīng)形成的電子對不會被共用，形成的將是____________鍵；而____________鍵是元素電負(fù)性相差不大的原子之間形成的化學(xué)鍵。0.93.02.13.02.53.52.10.91.0離子共價(jià)例1下列說法正確嗎？1.形成共價(jià)鍵后體系的能量降低，趨于穩(wěn)定。（）2.共價(jià)鍵的飽和性是由成鍵原子的未成鍵電子數(shù)決定的。（）3.共價(jià)鍵的飽和性決定了分子內(nèi)部原子的數(shù)量關(guān)系。（）4.共價(jià)鍵的方向性是由成鍵原子軌道的方向性決定的。（）5.原子軌道在空間都具有方向性。（）典例例2

σ鍵的常見類型有(1)s-s，

(2)s-p，

(3)p-p，

請指出下列分子σ鍵所屬類型：A.HBrB.NH3

C.F2

D.H2s-ps-pp-ps-s例3

下列關(guān)于σ鍵和π鍵的說法錯(cuò)誤的是（）A.含有π鍵的分子在反應(yīng)時(shí)，π鍵是化學(xué)反應(yīng)的積極參與者B.當(dāng)原子形成分子時(shí)，首先形成σ鍵，可能形成π鍵C.有些原子在與其它原子形成分子時(shí)只能形成σ鍵，不能形成π鍵D.在分子中，化學(xué)鍵可能只有π鍵而沒有σ鍵D提示：稀有氣體的單質(zhì)分子中不含化學(xué)鍵；多原子分子中一定含有σ鍵，可能含有π鍵。共價(jià)鍵本質(zhì)：原子之間通過共用電子對（或原子軌道重疊）形成共價(jià)鍵特征：具有方向性和飽和性成鍵方式σ鍵原子軌道“頭碰頭”重疊，電子云呈軸對稱π鍵原子軌道“肩并肩”重疊，電子云呈鏡面對稱共價(jià)三鍵——1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵共價(jià)單鍵——1個(gè)σ鍵共價(jià)雙鍵——1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵一般規(guī)律特征特征小結(jié)：1.HF、HCl、HBr和HI中的化學(xué)鍵均為共價(jià)鍵，其穩(wěn)定性存在一定的差異，那么，如何進(jìn)行比較呢?2.CO2和H2O都是三原子分子，CO2分子是直線形結(jié)構(gòu)，而H2O分子是V形結(jié)構(gòu)，這是什么原因呢？思考鍵參數(shù)——鍵能、鍵長、鍵角1.鍵能概念：氣態(tài)分子中

1

mol

化學(xué)鍵解離成氣態(tài)原子所需要吸收的能量單位：kJ?mol-1意義：鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固，由此形成的分子越穩(wěn)定。二、鍵參數(shù)HHH-H(g)HHH(g)H(g)+?H=+436.0kJ?mol-1測定條件：298.15K、101kPa條件下的標(biāo)準(zhǔn)值。①實(shí)驗(yàn)測定

②蓋斯定律計(jì)算。獲得數(shù)據(jù):共價(jià)鍵鍵能（kJ/mol）CH4

→·CH3

＋H·439.3·CH3

→·CH2＋H·442·CH2

→·CH＋H·442·CH→·C·＋H·338.6········思考與討論1.甲烷分子中C-H鍵的鍵能一樣大嗎？415注意：斷開CH4中的4個(gè)C—H，所需能量并不相等，因此，CH4中的C—H只能是平均值。鍵鍵能（kJ·mol－1）鍵鍵能（kJ·mol－1）H-H436.0N≡N946F-F157N-O176Cl-Cl242.7N=O607Br-Br193.7O-O142I-I152.7O=O497.3C-C347.7C-H413.4C=C615N-H390.8C≡C812O-H462.8C-O351H-F568C=O745H-Cl431.8N-N193H-Br366N=N418H-I298.7表2-1某些共價(jià)鍵的鍵能該表中的C-H鍵能是更多分子中的C-H鍵能的平均值。2.碳碳單鍵、碳碳雙鍵和碳碳三鍵之間鍵能關(guān)系？鍵鍵能（kJ·mol－1）C-C347.7C=C615C≡C812N-N193N=N418N≡N946表2-1某些共價(jià)鍵的鍵能3.氮氮單鍵、氮氮雙鍵和氮氮三鍵之間鍵能關(guān)系？σ鍵鍵能＞π鍵鍵能碳碳單鍵＜碳碳雙鍵＜

碳碳三鍵(且不存在倍數(shù)關(guān)系)氮氮單鍵＜氮氮雙鍵＜

氮氮三鍵

(且不存在倍數(shù)關(guān)系)σ鍵鍵能＜π鍵鍵能特殊例1

已知N-N、N=N和N≡N鍵能之比為1.00∶2.17∶4.90，而C-C、C=C、C≡C鍵能之比為1.00∶1.77∶2.34。如何用這些數(shù)據(jù)理解氮分子不容易發(fā)生加成反應(yīng)而乙烯和乙炔容易發(fā)生加成反應(yīng)？提示鍵能數(shù)據(jù)表明，N≡N的鍵能大于N-N的鍵能的三倍，N=N的鍵能大于N-N的鍵能的兩倍；而C≡C的鍵能卻小于C-C的鍵能的三倍，C=C的鍵能小于C-C的鍵能的兩倍，說明乙烯和乙炔中的π鍵不牢固，易發(fā)生加成反應(yīng)，而N2分子中的π鍵非常牢固，所以氮分子不易發(fā)生加成反應(yīng)。4.鹵素單質(zhì)之間鍵能大小有什么關(guān)系？鍵鍵能（kJ·mol－1）F-F157Cl-Cl242.7Br-Br193.7I-I152.7C-H413.4N-H390.8O-H462.8H-F568表2-1某些共價(jià)鍵的鍵能鹵素單質(zhì)鍵能：Cl2>Br2>I2

F2反常5.第二周期非金屬氫化物之間鍵能大小有什么關(guān)系？第二周期氫化物鍵能依次增大

N-H反常鍵能的應(yīng)用①判斷共價(jià)鍵的穩(wěn)定性鍵能越大，斷開化學(xué)鍵需要吸收的能量越多，化學(xué)鍵越穩(wěn)定。②判斷分子的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)相似的分子中，共價(jià)鍵的鍵能越大，分子越穩(wěn)定。③估算反應(yīng)的熱效應(yīng)ΔH=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和例2正誤判斷(1)共價(jià)鍵的鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固，由該鍵形成的分子越穩(wěn)定()(2)N-H的鍵能是很多分子中的N-H的鍵能的平均值()(3)O-H的鍵能是指在298.15K、100kPa下，1mol氣態(tài)分子中1molO-H解離成氣態(tài)原子所吸收的能量()(4)C=C的鍵能等于C-C的鍵能的2倍()(5)σ鍵一定比π鍵牢固()√√√××解析：對于反應(yīng)H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)

ΔH＝436.0kJ·mol－1＋242.7kJ·mol－1－2×431.8kJ·mol－1＝－184.9kJ·mol－1。

對于反應(yīng)H2(g)＋Br2(g)

=2HBr(g)

ΔH＝436.0kJ·mol－1＋193.7kJ·mol－1－2×366kJ·mol－1＝－102.3kJ·mol－1。

（1）利用表2-1的數(shù)據(jù)計(jì)算，1molH2分別跟1molCl2、1molBr2(蒸氣)反應(yīng)，分別形成2molHCl和2molHBr，哪一個(gè)反應(yīng)釋放的能量更多？如何用計(jì)算的結(jié)果說明氯化氫分子和溴化氫分子哪個(gè)更容易發(fā)生熱分解生成相應(yīng)的單質(zhì)？思考與討論說明2molHBr分解需要吸收的能量比2molHCl低，故HBr更易分解。?H=-184.9kJ/mol?H=-102.3

kJ/mol（2）N2、O2、F2與H2的反應(yīng)能力依次增強(qiáng)，從鍵能的角度如何理解這一化學(xué)事實(shí)。(利用課本P37表2-1的相應(yīng)數(shù)據(jù)分析)提示從表2-1的數(shù)據(jù)可知，其原因是N≡N鍵、O=O鍵、F—F鍵的鍵能依次為946kJ·mol-1、497.3kJ·mol-1、157kJ·mol-1，鍵能越來越小，共價(jià)鍵越來越容易斷裂。而N-H、O-H、F-H鍵的鍵能依次為390.8kJ·mol-1、462.8kJ·mol-1、568kJ·mol-1，鍵能越來越大，共價(jià)鍵越來越容易生成。所以N2、O2、F2與H2的反應(yīng)能力依次增強(qiáng)。HHClClHCl構(gòu)成化學(xué)鍵的兩個(gè)原子的核間距。2.鍵長概念：H-H鍵Cl-Cl鍵H-Cl鍵74pm198pm128pmpm（1pm＝10-12m）單位：不過，分子中的原子始終處于不斷振動之中，鍵長只是振動著的原子處于平衡位置時(shí)的核間距?！饬抗矁r(jià)鍵強(qiáng)弱的另一重要參數(shù)鍵長大?。涸影霃?jīng)Q定共價(jià)鍵的鍵長r1r2半徑小，鍵長短鍵鍵能（kJ·mol-1）鍵長pm