高中化学选修Ⅲ第2章2-1

1、望子成龙学校 你的意志和态度将你与其他人区别开来 选修§2-1（学案）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【知识梳理】【复习提问】在必修中学习过的化学键有哪些

2、类型？什么是共价键？试用电子式表示H2、Cl2、HCl的形成过程。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分子的组成。例如：H原子、Cl原子都

3、只有1个未成对电子，它们只能形成H2、Cl2或HCl分子，而不能形成H3、Cl3或H2Cl等分子。【考点一】共价键的特征【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CC。则此化合物的化学式是AC6H12N4 BC4H8N4 CC6H10N4 DC6H8N4【变式练习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、NH3分子，而不是H3O、NH4分子？HCOHSeHCNHH（2）下列化学式及结构式中成键情况不合理的是ACH3N： BCH2SeO： HCSiHHH

4、HCSHHHOHOClNa+ClNaCCH4S： DCH4Si：b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，即电子云密度大，对两原子核的吸引力大，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（3px或、3py、3pz），因而H原子只能沿着x轴（或y轴、z轴）方

5、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：1s11s1电子云相互重叠形成氢分子共价键（HH）HHHHHHb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。HClHClClH而Cl原子与Cl原子形成Cl2分子，ClCl属于p-p键。未成对的p电子云以头碰头方式相互靠拢p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ClClClClCl2c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，共价键不会被破坏，这种特

6、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：未成对的p电子形成p-p键。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，旋转时键被破坏。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

7、在规律 原子在形成共价键时，首先形成键，只有在形成键后，才能形成键。即共价键必然包含有键。键成单键；键成双键、三键。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：N2的结构式为NN，N2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

8、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【方法引领】（1）键和键的计算方法成键数：H-1；A-2；A-3；A-4；A-3；A-2；A-1若分子中无环状结构，则键原子总数1；键共价键总数键；分子中共价键总数(各原子成键数×该原子的原子个数)÷2（2）8电子稳定结构判断方法共价化合物分子中，若元素的化合价绝对值与其最外层电子数之和等于8，就是8电子稳定结构，反之不是。【考点二】键和键【典例分析】下列物质的分子中，即有键又有键的是：HCl H2O N2 H2O2 C2H4 C

9、2H2A B C D【变式练习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HCCH，则乙炔分子中存在2个键（CH），和3个键（CC）（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两个原子间形成共价键时，最多有一个键D键与键重叠程度不同，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，

10、故只能结合3个氯原子形成PCl3BPCl3中的PCl键都是键CPCl5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：kJ·mol1，常用EAB表示例如：EHH436.0kJ·mol1，ENN946.0kJ·mol1某些共价键的键能与键长键键能/(kJ·mol1)键长/pm键键能/(kJ·mol1)键长/pm键键能/(kJ·mol1)键长/pmHH436.074CO745OH462

11、.896FF157141OO142NH390.8101ClCl242.7198OO497.3HF568BrBr193.7228NN193HCl431.8II152.7267NN418HBr366CC347.7154NN946110HI298.7CC615133NO176SiSi235CC812120NO607SiO162CO351CH413.4109（注：pm称为皮米，1pm1012m，1nm109m）（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

12、：EHFEHClEHBrEHI，稳定性：HFHClHBrHIc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EPP201kJ·mol1，ENN946.0kJ·mol1，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）。37pm 共价半径74pm 键长HH71pm 共价半径键长141pm FF例如：（2）意义：键长越短，往往键能越大，表明共

13、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，两个共价键之间的夹角称为键角。180°105°107°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。【考点三】键能、键长、键角的应用【典例分析】某些化学键的键能如下表（kJ·mol1）键HHBrBrIIClClHClHBrHINNNH键能436194153243431366299946391（1）共价键中HH键的键能比ClCl键的键能大，其原因是 。（2）1molH2在2molCl2中燃烧，放出热量

14、为 kJ。（3）在一定条件下，1molH2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应，放出热量由多到少的顺序是 。 ACl2Br2I2 BI2Br2Cl2（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：N23H22NH3，则该反应的逆反应是 （填“放热”或“吸热”）反应。【变式练习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）H2S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

15、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 ACH4 BCO2 CH2O DNH3三、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/(kJ·mol1)分子的价电子总数CO205.05191.492.3mL107510N2210.00195.811.6mL946

16、103-2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：CO2COON2ON2ON2NN 3；SO2OO2O3NO2NO 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+、C2 2、CN直线形三原子16电

17、子的等电子体CO2、CS2、N2O、NCO、NO 2、N 3、NCS、BeCl2(g)直线形三原子18电子的等电子体NO 2、SO2、O3V形四原子24电子的等电子体NO 3、CO2 3、BO3 3、CS2 3、BF3、SO3(g)平面三角形五原子32电子的等电子体SiF4、CCl4、CF4、BF 4、SO2 4正四面体形【思考】SiO2 3与CO2 3是不是等电子体？【考点四】等电子原理【典例分析】1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、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，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是

18、： 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： 、 。【变式练习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 BClO 4 CSO2 4 DSiH4（2）根据等电子原理，下列各组微粒结构不相似的是ACO和N2、 BO3和NO 2 CN2H4和C2H4 DCO2和N2O（3）与NO 3互为等电子体的是 ASO3 BBF3 CCH4 DNO2【对应练习】1下列分子中存在的共价键类型完全相

19、同的是 ACH4与NH3 BC2H6和C2H4 CH2和Cl2 DCl2和N2 2下列反应中的有机物的化学键断裂时只涉及键断裂的是 ACH4燃烧 BC2H4与Cl2的加成反应 CCH4与Cl2的取代反应 DC2H4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(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(kJ·mol1)：PP：198，PO：360，OO：498，则反应P4(白磷)3O2P4O6的反应热H为白磷P4O6 A1638kJ·mol1 B1638kJ·m

20、ol1C 126kJ·mol1 D126kJ·mol1 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在白磷（P4）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109°28 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6下列分子中，两核间距最大，键能最小的是 AH2 BBr2 CCl2 DI2 7

21、下列说法正确的是（NA为阿伏加德罗常数）A1molC4H8中含有键的数目为11NA BC2H2O2分子中，键与键数目之比为21CC3H8分子中，s-p键与p-p键数目之比为38 D46gC2H6O中，CH键的数目可能是6NA或5NA8美国Science杂志曾报道合成和分离出含高能量正离子N 5的化合物N5AsF6。N 5的结构如图所示。下列关于该化合物的描述错误的是NNNNN+AN5AsF6中F的化合价为1价，As的化合价为5价 BN 5离子中只含有非极性键，其中有4个键CN 5与PO3 4互为等电子体DN5AsF6可能为离子化合物9分别写出下列分子中键和键的个数（1）CH4：键 个；键 个。

22、（2）H2O：键 ；键 个。（3）CH3CHCH2：键 个；键 个。（4）CHCCH2CH3：键 个；键 个。10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：AABBCCDD键长/(×1010m)a0.74c1.98键能/(kJ·mol1)193b151d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 。11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。依此原理在下表空格中填出相应的化学式。CH4CO2 3C2O2 4NH 4N2H2 6NO 2N212（1）CH 3

23、、CH3、CH 3都要重要的有机反应中间体，它们的电子式分别是_、_、_；与CH 3互为等电子体的是 、 。已知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、SO3、NO 3三种粒子中，SO3、NO 3互为等电子体，这两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）C2O2 4和 是等电子体，C2O2 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

24、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。13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（kJ·mol1）I1I2I3I4496456269129540B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）B2A2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

25、键的键能化学键FDFFBBFBCDDD键能/(kJ·mol1)460176347.7347607497.31molF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）。14原子序数小于20的A、B、C、D、E、F、G七种元素，它们的原子序数依次增大，已知C元素是地壳中含量最多的元素；A和D的价电子数相同，C和E的价电子数也相同，且A和D两元素原子核外电子数之和是C、E两元素原子核内质子数之和的1/2；D、E、F三种元素的基态原子具有相同的电子层数，且F原子的p轨道上电子数比E原子的p轨道上多一个电子；B元素原子中未成对电子数与C相同；7种元素的基态原子中，G原子的电子层数最多且和A外于同一主族。（1）用电子式表示D和F形成化合物的过程_。（2）写出基态G原子的核外电子排布式 。（3）A2C2分子中 (填“含”或“不含”，下同)键， 键，其电子式为：_。（4）在