第一節(jié)共價鍵1．理解共價鍵的概念與形成過程，知道共價鍵的特征、分類，σ鍵、π鍵的形成及特點。2．理解共價鍵的鍵參數(shù)，并利用鍵參數(shù)推斷某些簡單分子的性質(zhì)。一、共價鍵1．概念原子間通過共用電子對所形成的相互作用。2．類型(按成鍵原子的原子軌道的重疊方式分類)(1)σ鍵形成由兩個原子的s軌道或p軌道“頭碰頭”重疊形成類型s－s型H—H的s－sσ鍵的形成s－p型H—Cl的s－pσ鍵的形成p－p型Cl—Cl的p－pσ鍵的形成特征以形成化學鍵的兩原子核的連線為軸做旋轉(zhuǎn)操作，共價鍵的電子云的圖形不變，這種特征稱為軸對稱，σ鍵的強度較大(2)π鍵形成由兩個原子的p軌道“肩并肩”重疊形成類型p－pπ鍵的形成特征π鍵的電子云具有鏡面對稱性，即每個π鍵的電子云由兩塊組成，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(3)判斷σ鍵、π鍵的一般規(guī)律共價單鍵為σ鍵；共價雙鍵中有1個σ鍵、1個π鍵；共價三鍵中有1個σ鍵和2個π鍵。3．特征eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(共價鍵的飽和性→決定分子的組成,共價鍵的方向性→決定分子的空間結(jié)構(gòu)))二、鍵參數(shù)1．鍵能(1)概念：氣態(tài)分子中1_mol化學鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量。(2)與共價鍵的穩(wěn)定性之間的關(guān)系：共價鍵的鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，越不容易(填“容易”或“不容易”)被打開。2．鍵長(1)概念：構(gòu)成化學鍵的兩個原子的核間距。(2)與共價鍵的穩(wěn)定性之間的關(guān)系：共價鍵的鍵長越短，往往鍵能越大，表明共價鍵越穩(wěn)定，反之亦然。3．鍵角(1)在多原子分子中，兩個相鄰共價鍵之間的夾角稱為鍵角。多原子分子的鍵角一定，表明共價鍵具有方向性。鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，分子的許多性質(zhì)都與鍵角有關(guān)。(2)常見分子的鍵角分子空間結(jié)構(gòu)鍵角實例正四面體形109°28′CH4、CCl4平面形120°苯、乙烯、BF3三角錐形107°NH3V形(或角形)105°H2O直線形180°CO2、CS2、CH≡CHσ鍵和π鍵的比較觀察乙烷、乙烯和乙炔的分子結(jié)構(gòu)，回答有關(guān)問題?；顒?乙烷、乙烯和乙炔分子中的共價鍵分別由幾個σ鍵和幾個π鍵組成？提示：乙烷中有7個σ鍵，0個π鍵；乙烯中有5個σ鍵，1個π鍵；乙炔中有3個σ鍵，2個π鍵?；顒?乙烯和乙炔的化學性質(zhì)為什么比乙烷活潑呢？提示：乙烷中只有σ鍵，而乙烯和乙炔中有σ鍵和π鍵，乙烯和乙炔中的π鍵鍵能要小于乙烷中的σ鍵，更容易發(fā)生化學反應(yīng)?；顒?H2、HCl和Cl2分子中共價鍵軌道完全相同嗎？提示：不相同。H的未成對電子位于1s軌道，Cl的未成對電子位于3p軌道，即H和H成鍵以1s和1s軌道“頭碰頭”重疊，H和Cl成鍵以1s和3p軌道“頭碰頭”重疊，Cl和Cl成鍵以3p和3p軌道“頭碰頭”重疊。1．在N2F2分子中，所有原子均符合8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則該分子中兩個氮原子之間的鍵型構(gòu)成是()A．僅有1個σ鍵B．僅有1個π鍵C．1個σ鍵，1個π鍵D．1個σ鍵，2個π鍵C解析：由題給條件“所有原子均符合8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)”可知，其結(jié)構(gòu)式應(yīng)為F—N=N—F，則兩個氮原子之間為氮氮雙鍵，即1個σ鍵，1個π鍵。2．下列表述正確的是()A．共價鍵的成鍵原子只能是非金屬原子B．所有σ鍵都比π鍵強度大C．所有分子中均存在共價鍵D．氧原子有2個未成對電子，因而能形成2個共價鍵D解析：共價鍵的成鍵原子可以是金屬原子，如AlCl3中Al和Cl之間是共價鍵，A錯誤；在N2中，σ鍵的強度比π鍵的小，B錯誤；分子中不一定都存在共價鍵，如稀有氣體為單原子分子，分子中不存在共價鍵，C錯誤；氧原子最外層有6個電子，有2個未成對電子，因而能形成2個共價鍵達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，D正確。3．氰氣的化學式為(CN)2，結(jié)構(gòu)式為N≡C—C≡N，其性質(zhì)與鹵素氣體單質(zhì)相似，氰氣可用于有機合成，制作農(nóng)藥，也用作消毒、殺蟲的熏蒸劑等。下列敘述正確的是()A．在氣體單質(zhì)中，一定有σ鍵，可能有π鍵B．氰氣分子中N≡C的鍵長大于C—C的鍵長C．氰氣分子中含有3個σ鍵和4個π鍵D．(CN)2不能與氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)C解析：稀有氣體為單原子分子，不存在化學鍵，A錯誤；成鍵原子半徑越小，鍵長越短，氮原子半徑小于碳原子半徑，故N≡C比C—C的鍵長短，B錯誤；(CN)2分子中含有3個σ鍵和4個π鍵，C正確；由于(CN)2與鹵素單質(zhì)性質(zhì)相似，故可以和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，D錯誤。4．具有下列電子排布式的原子中，不能形成π鍵的是()A．1s22s22p63s23p4B．1s22s22p3C．1s22s22p63s1D．1s22s22p2C解析：四種原子分別是S、N、Na、C，其中Na是活潑金屬，在化學反應(yīng)中易失去一個電子，形成的是離子鍵，而π鍵是共價鍵中的一種。(1)s軌道與s軌道形成σ鍵時，電子并不是只在兩核間運動，只是電子在兩核間出現(xiàn)的概率大。(2)因s軌道是球形的，故s軌道與s軌道形成σ鍵時，無方向性。兩個s軌道只能形成σ鍵，不能形成π鍵。(3)兩個原子間可以只形成σ鍵，但不能只形成π鍵，必須是在形成σ鍵的基礎(chǔ)上形成π鍵。(4)分子中σ鍵與π鍵的判斷方法①根據(jù)成鍵原子的價電子數(shù)來判斷能形成幾個共用電子對。②若只有一個共用電子對，則該共價鍵一定是σ鍵；如果形成多個共用電子對時，則先形成1個σ鍵，其他原子軌道形成π鍵。鍵參數(shù)的應(yīng)用下表中是H—X的鍵能數(shù)據(jù)：共價鍵H—FH—ClH—BrH—I鍵能/(kJ·mol-1)568431.8366298.7活動1由表中鍵能數(shù)據(jù)大小說明鍵能與分子穩(wěn)定性的關(guān)系：HF、HCl、HBr、HI的鍵能依次________(填“減弱”或“增強”)，說明四種分子的穩(wěn)定性依次________(填“減弱”或“增強”)，即HF分子最穩(wěn)定，最難分解，HI分子最不穩(wěn)定，最________(填“難”或“易”)分解。提示：減弱；減弱；易?；顒?如果不提供化學鍵的鍵能，你能比較HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性大小嗎？你認為鍵能、鍵長對分子的化學性質(zhì)有什么影響？提示：能，因為原子半徑：I>Br>Cl>F，故鍵長：HI>HBr>HCl>HF，一般鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越牢固，故穩(wěn)定性：HF>HCl>HBr>HI。分子中共價鍵的鍵能越大，鍵長越短，共價鍵越牢固，含有該鍵的分子越穩(wěn)定，化學性質(zhì)越不活潑?；顒?根據(jù)鍵角可以確定分子的空間結(jié)構(gòu)。已知甲烷分子中鍵角是109°28′，CO2分子中鍵角為180°，BF3分子中鍵角是120°。試判斷這三種分子的空間結(jié)構(gòu)。提示：正四面體；直線形；平面三角形。1．下列事實不能用鍵能的大小來解釋的是()A．氮元素的電負性較大，但N2的化學性質(zhì)很穩(wěn)定B．稀有氣體一般難發(fā)生反應(yīng)C．HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性逐漸減弱D．HF比H2O穩(wěn)定B解析：由于N2分子中存在三鍵，鍵能很大，破壞共價鍵需要很大的能量，所以N2的化學性質(zhì)很穩(wěn)定；稀有氣體都為單原子分子，沒有化學鍵；鹵族元素從F到I，原子半徑逐漸增大，其氫化物中化學鍵的鍵長逐漸變長，鍵能逐漸變小，穩(wěn)定性：HF＞HCl＞HBr＞HI；由于H—F的鍵能大于H—O，穩(wěn)定性：HF＞H2O。2．能說明BF3分子中的4個原子在同一平面的理由是()A．B—F之間夾角為120°B．B—F為σ鍵C．3個B—F的鍵能相同D．3個B—F的鍵長相等A解析：BF3分子的鍵角為120°時，BF3分子中的4個原子共面且構(gòu)成平面三角形。3．幾種共價鍵的鍵能如下表所示：化學鍵H—NN≡NCl—ClH—Cl鍵能/(kJ·mol-1)390.8946242.7431.8下列說法錯誤的是()A．鍵能：N≡N＞N=N＞N—NB．H(g)＋Cl(g)=HCl(g)ΔH＝－431.8kJ·mol-1C．H—N鍵能小于H—Cl鍵能，所以NH3比HCl穩(wěn)定D．2NH3(g)＋3Cl2(g)=N2(g)＋6HCl(g)ΔH＝－463.9kJ·mol-1C解析：鍵長：單鍵＞雙鍵＞三鍵，鍵長越短，鍵能越大，所以鍵能：N≡N＞N=N＞N—N，A正確；H(g)＋Cl(g)=HCl(g)的焓變?yōu)镠—Cl鍵能的相反數(shù)，則ΔH＝－431.8kJ·mol-1，B正確；鍵能越大，分子越穩(wěn)定，因此HCl比NH3穩(wěn)定，C錯誤；2NH3(g)＋3Cl2(g)=N2(g)＋6HCl(g)ΔH＝6E(N—H)＋3E(Cl—Cl)－E(N≡N)－6E(H—Cl)＝6×390.8kJ·mol-1＋3×242.7kJ·mol-1－946kJ·mol-1－6×431.8kJ·mol-1＝－463.9kJ·mol-1，D正確。4．能量越低越穩(wěn)定，是自然界的普適原理，當多個原子通過化學鍵結(jié)合時，要放出能量，所以總的能量降低，即形成的分子的能量要比組成它的原子的能量之和低。對比以下幾個反應(yīng)式：Cl＋Cl→Cl2ΔH1＝－242.7kJ·mol-1；O＋O→O2ΔH2＝－497.3kJ·mol-1；N＋N→N2ΔH3＝－946kJ·mol-1?？梢缘贸龅慕Y(jié)論是()A．在常溫下，氮氣比氧氣和氯氣穩(wěn)定B．氮、氧和氯的單質(zhì)常溫下為氣體C．氮、氧和氯的單質(zhì)都是雙原子分子D．氮氣、氧氣和氯氣的密度不同A解析：原子結(jié)合成分子時釋放的能量越多，表示形成的共價鍵越牢固，含有該鍵的分子越穩(wěn)定，分子的穩(wěn)定性與物質(zhì)的物理性質(zhì)無關(guān)，A正確。5．碳和硅的有關(guān)化學鍵鍵能如下表所示，簡要分析和解釋下列有關(guān)事實：化學鍵C—CC—HC—OSi—SiSi—HSi—O鍵能/(kJ·mol-1)347.7413.4351226318452請回答下列問題：(1)通常條件下，比較CH4和SiH4的穩(wěn)定性強弱：__________________________________________________________。(2)硅與碳同族，也有系列氫化物，但硅烷在種類和數(shù)量上都遠不如烷烴多，原因是______________________________________________________________。(3)SiH4的穩(wěn)定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是_______________________________________________________________________________。解析：(1)因為C—H的鍵能大于Si—H的鍵能，所以CH4比SiH4穩(wěn)定。(2)C—C和C—H的鍵能比Si—H和Si—Si的鍵能都大，因此烷烴比較穩(wěn)定，而硅烷中Si—Si和Si—H的鍵能較小，易斷裂，導(dǎo)致長鏈硅烷難以形成。(3)C—H的鍵能大于C—O的，C—H比C—O穩(wěn)定，而Si—H的鍵能卻小于Si—O的，所以Si—H不穩(wěn)定而傾向于形成穩(wěn)定性更強的Si—O。答案：(1)CH4比SiH4穩(wěn)定(2)C—C和C—H的鍵能較大，不易斷裂，所以形成的烷烴比較穩(wěn)定，而硅烷中Si—Si和Si—H的鍵能較小，易斷裂，導(dǎo)致長鏈硅烷難以形成(3)C—H的鍵能大于C—O，C—H比C—O穩(wěn)定，而Si—H的鍵能卻小于Si—O，所以Si—H不穩(wěn)定而傾向于形成穩(wěn)定性更強的Si—O1．鍵能的應(yīng)用(1)表示共價鍵的強弱：鍵能越大，化學鍵越穩(wěn)定。(2)判斷分子的穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)相似的分子中，共價鍵的鍵能越大，分子越穩(wěn)定。(3)判斷化學反應(yīng)的能量變化。2．鍵長的應(yīng)用(1)一般鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，分子越穩(wěn)定。(2)鍵長的比較方法①根據(jù)原子半徑比較，同類型的共價鍵，成鍵原子的原子半徑越小，鍵長越短。②根據(jù)共用電子對數(shù)比較，相同的兩個原子間形成共價鍵時，單鍵鍵長＞雙鍵鍵長＞三鍵鍵長。知識點1共價鍵的類型和特征1．下列對分子中σ鍵重疊方式的分析，不正確的是()選項分子σ鍵重疊方式AH2兩個氫原子的s軌道重疊BHCl氫原子的s軌道和氯原子的p軌道重疊CCl2一個氯原子的s軌道和另一個氯原子的p軌道重疊DClF氯原子的p軌道和氟原子的p軌道重疊C解析：基態(tài)氯原子的價電子排布為3s23p5，故Cl2中是兩個氯原子的p軌道“頭碰頭”重疊形成σ鍵。2．下列有關(guān)σ鍵和π鍵的說法，錯誤的是()A．在某些分子中，化學鍵可能只有π鍵而沒有σ鍵B.當原子形成分子時，首先形成σ鍵，可能形成π鍵C．σ鍵的特征是軸對稱，π鍵的特征是鏡面對稱D．含有π鍵的分子在反應(yīng)時，π鍵是化學反應(yīng)的積極參與者A解析：共價鍵中一定含σ鍵，則在分子中，化學鍵可能只有σ鍵，而沒有π鍵，A錯誤；原子形成分子時，原子軌道優(yōu)先“頭碰頭”重疊，則先形成σ鍵，可能形成π鍵，B正確；σ鍵是由原子軌道“頭碰頭”重疊形成的，可沿鍵軸自由旋轉(zhuǎn)，為軸對稱，而π鍵是由原子軌道“肩并肩”重疊形成的，重疊程度小，為鏡面對稱，C正確；π鍵不穩(wěn)定，易斷裂，則含有π鍵的分子在反應(yīng)時，π鍵是化學反應(yīng)的積極參與者，D正確。知識點2鍵參數(shù)及其應(yīng)用3．下列鹵化氫分子中鍵長最短的是()A.HF B．HClC．HBr D．HIA解析：鍵長是形成共價鍵的兩個原子之間的核間距，故鍵長大小受成鍵原子半徑大小影響，因為鹵素原子半徑：F<Cl<Br<I，故鹵化氫分子鍵長由小到大的順序為H—F<H—Cl<H—Br<H－I，故選A。4．下列關(guān)于鍵長、鍵能和鍵角的說法，不正確的是()A．鍵角是確定多原子分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)之一B．通過反應(yīng)物和生成物分子中的鍵能數(shù)據(jù)可以粗略預(yù)測反應(yīng)熱的大小C．鍵長越長，鍵能越小，共價化合物越穩(wěn)定D．同種原子間形成的共價鍵鍵長長短一般遵循：三鍵<雙鍵<單鍵C解析：鍵長和鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，故A正確；反應(yīng)熱＝反應(yīng)物的總鍵能－生成物的總鍵能，則通過反應(yīng)物和生成物分子中鍵能數(shù)據(jù)可以粗略預(yù)測反應(yīng)熱的大小，故B正確；鍵長越短，鍵能越大，共價化合物越穩(wěn)定，故C錯誤；鍵能越大，鍵長越短，同種原子間形成的共價鍵鍵能大小的一般關(guān)系為三鍵>雙鍵＞單鍵，則鍵長：三鍵<雙鍵<單鍵，故D正確。5．下列各組比較項目包含的關(guān)系中，前者比后者大的是()A．HCl與HF的穩(wěn)定性B．C6H6與C2H6分子中碳碳鍵鍵長C．NHeq\o\al(＋,4)與P4中的鍵角D．H2O2與O2分子中氧氧鍵鍵能C解析：H—F鍵能大，鍵長短，穩(wěn)定性強，A項不符合題意；C2H6中含有碳碳單鍵，C6H6分子中的碳碳鍵是介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間的特殊鍵，碳碳單鍵、碳碳雙鍵、碳碳三鍵中，碳碳單鍵最長，碳碳三鍵最短，B項不符合題意；NHeq\o\al(＋,4)、P4都是正四面體結(jié)構(gòu)，但P4的鍵角是60°，NHeq\o\al(＋,4)的鍵角是109°28′，C項符合題意；H2O2中氧氧鍵是單鍵，O2分子中氧氧鍵是雙鍵，由相同的原子形成的雙鍵鍵能高于單鍵鍵能，D項不符合題意。6．下列有關(guān)共價鍵和鍵參數(shù)的說法，不正確的是()A．反－2－丁烯(C4H8)分子中含有8個極性鍵B．碳碳雙鍵比碳碳單鍵鍵能更大，故碳碳雙鍵更穩(wěn)定C．C—H比Si—H鍵長更短，故CH4比SiH4更穩(wěn)定D．H2O分子中的H—O—H鍵角為105°，表明共價鍵具有方向性B解析：反－2－丁烯(C4H8)分子中含有8個極性鍵(C—H)，A正確；碳碳雙鍵中有1個σ鍵和1個π鍵，π鍵不穩(wěn)定，容易斷裂，B錯誤；C的原子半徑小于Si，因此C—H比Si—H短，因此CH4比SiH4穩(wěn)定，C正確；H2O分子中H—O—H鍵角為105°，說明共價鍵具有方向性，D正確。7．下列關(guān)于共價鍵的描述，不正確的是()A．p－pσ鍵與p－pπ鍵的電子云圖形對稱性不同B．HCl分子中的共價鍵是s－pσ鍵C．CN－與N2結(jié)構(gòu)相似，CH2=CHCN分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為2∶1D．氣體單質(zhì)中一定存在σ鍵，可能存在π鍵D解析：σ鍵的電子云圖形為軸對稱，π鍵的電子云圖形為鏡面對稱，則對稱性不同，故A正確；HCl分子中的共價鍵是H的1s軌道與Cl的3p軌道形成的s－pσ鍵，故B正確；CH2=CHCN分子中含有6個σ鍵和3個π鍵，二者數(shù)目之比為2∶1，故C正確；稀有氣體是單原子分子，分子中不存在共價鍵，所以稀有氣體中沒有σ鍵，故D錯誤。8．下列說法正確的是()A．若把H2S分子寫成H3S分子，違背了共價鍵的方向性B．s軌道和p軌道重疊可以形成π鍵C．共價鍵都具有方向性D．C2H4與Cl2的加成反應(yīng)中，C2H4只斷裂π鍵D解析：硫原子最外層只有兩個未成對電子，根據(jù)共價鍵的飽和性，其氫化物只能是H2S，寫成H3S違背了共價鍵的飽和性，A錯誤；s軌道和p軌道只能“頭碰頭”重疊，形成σ鍵，B錯誤；s軌道和s軌道形成的σ鍵沒有方向性，因為s軌道電子云為球形，如H2分子中的H—H無方向性，C錯誤；C2H4與Cl2的加成反應(yīng)中，C2H4中只有π鍵斷裂，其他σ鍵不斷裂，D正確。9．M、N、X、Y四種短周期主族元素在元素周期表中的相對位置如下表所示，已知它們的原子序數(shù)總和為46。MNXY(1)M與Y形成的化合物中一定含________(填“極性”或“非極性”)共價鍵。(2)N元素形成的單質(zhì)分子中共價鍵的類型及數(shù)目是_______________________________________________________________________________。在化學反應(yīng)中________(填“σ鍵”或“π鍵”)易斷裂。(3)由N、Y的簡單氫化物相互作用所生成的物質(zhì)的電子式為____________________________________________________________________________。(4)M的簡單氫化物與N的簡單氫化物穩(wěn)定性：____________＞____________(填化學式)。解析：根據(jù)M、N、X、Y四種元素的位置關(guān)系，設(shè)M的質(zhì)子數(shù)為x，則N的質(zhì)子數(shù)為(x＋1)，X的質(zhì)子數(shù)為(x＋10)，Y的質(zhì)子數(shù)為(x＋11)。由題意可得x＋(x＋1)＋(x＋10)＋(x＋11)＝4x＋22＝46，x＝6，故四種元素分別是C、N、S、Cl。元素的非金屬性越強，形成的簡單氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定。答案：(1)極性(2)1個σ鍵、2個π鍵π鍵(3)(4)NH3CH410．(挑戰(zhàn)創(chuàng)新題)氮、磷、砷是同主族元素，均廣泛用于農(nóng)藥、化肥等化工產(chǎn)品。請回答下列問題。(1)畫出基態(tài)砷原子價層電子的軌道表示式：__________。(2)NH3、PH