1.認(rèn)識(shí)原子間通過原子軌道重疊形成共價(jià)鍵,從微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)分子的產(chǎn)生原因,培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng)。2.根據(jù)原子軌道的重疊方式,了解共價(jià)鍵可分為σ鍵和π鍵等類型;結(jié)合原子軌道的伸展方向,了解共價(jià)鍵具有飽和性和方向性。
【知識(shí)鋪墊】1.s原子軌道電子云輪廓圖是球形的,p原子軌道電子云輪廓圖是啞鈴狀的。2.共價(jià)鍵的本質(zhì)是成鍵原子之間通過共用電子對(duì)產(chǎn)生靜電作用。
【自主梳理】1.共價(jià)鍵共價(jià)鍵是原子間通過共用電子對(duì)所形成的相互作用。2.共價(jià)鍵的類型(按成鍵原子的原子軌道重疊方式分類)(1)共價(jià)鍵的類型
(4)判斷σ鍵、π鍵的一般規(guī)律共價(jià)單鍵為 σ 鍵;共價(jià)雙鍵中有一個(gè) σ 鍵、一個(gè) π 鍵;共價(jià)三鍵由一個(gè)σ鍵和 兩 個(gè)π鍵組成?！疚⑺伎肌?jī)蓚€(gè)原子間可以只形成σ鍵,也可以只形成π鍵嗎?提示 π鍵不能獨(dú)立存在,π鍵電子云由兩塊組成,是以σ鍵所連接的兩個(gè)原子成鏡面對(duì)稱的。
3.共價(jià)鍵的形成條件
結(jié)論:當(dāng)成鍵原子的電負(fù)性相差很大時(shí),形成的電子對(duì)不會(huì)被共用,形成的將是離子鍵;而共價(jià)鍵是電負(fù)性相差不大的原子之間形成的化學(xué)鍵。
【自我檢測(cè)】1.判斷下列說法的正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。(1)所有共價(jià)鍵都有飽和性(　　)(2)N2分子中σ鍵與π鍵的個(gè)數(shù)比是2∶1(　　)(3)CO2分子中有一個(gè)σ鍵和一個(gè)π鍵(　　)(4)一般來說,σ鍵比π鍵強(qiáng)度大,更穩(wěn)定(　　)(5)形成Cl2分子時(shí),p軌道的重疊方式可以為 (　　)(6)σ鍵和π鍵都只存在于共價(jià)化合物中(　　)
2.某有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)式為 ,則該分子中有　　個(gè)σ鍵,　　個(gè)π鍵。?答案 7　3解析 分子中5個(gè)共價(jià)單鍵是σ鍵,雙鍵中有1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵,三鍵中有1個(gè)σ鍵,另2個(gè)是π鍵,故分子中σ鍵總數(shù)是7,π鍵總數(shù)是3。
【問題探究】水分子的空間結(jié)構(gòu)模型　　過氧化氫分子的空間結(jié)構(gòu)模型(1)水分子中的共價(jià)鍵是哪些原子形成的哪類共價(jià)鍵?提示 水分子中的共價(jià)鍵是由O原子與H原子形成的σ鍵。(2)過氧化氫分子中的O、H元素的化合價(jià)分別是多少?為什么?提示 過氧化氫分子中O、H元素的化合價(jià)分別是-1價(jià)、+1價(jià)。過氧化氫分子中有兩類共價(jià)鍵,O—O間的共價(jià)鍵是非極性鍵,共用電子對(duì)不偏移;O—H是極性鍵,氧的電負(fù)性較H大,共用電子對(duì)偏向氧。
(3)共價(jià)鍵可以存在于哪些物質(zhì)中?舉例說明。提示 共價(jià)鍵可以存在于共價(jià)單質(zhì)中,如H2、O2、N2等;可以存在于共價(jià)化合物中,如H2O、H2SO4、CH4等;也可以存在于離子化合物中,如NaOH、NH4Cl、Na2O2等。
【深化拓展】1.共價(jià)鍵的本質(zhì)共價(jià)鍵的本質(zhì)是原子之間形成共用電子對(duì)(或原子軌道的重疊)。2.共價(jià)鍵存在的范圍(1)共價(jià)化合物[原子間以共用電子對(duì)(共價(jià)鍵)形成的化合物]中。原子之間通過共價(jià)鍵結(jié)合,共價(jià)化合物中一定存在共價(jià)鍵。如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。
(2)非金屬單質(zhì)分子中。如O2、F2、H2、C60、單質(zhì)硫、白磷(P4)等(稀有氣體為單原子分子,不存在化學(xué)鍵),雙原子(或多原子)分子中一定存在共價(jià)鍵(但紅磷等分子結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,常以元素符號(hào)代表其單質(zhì))。?　　　　 金剛石、晶體硅中原子間也存在共價(jià)鍵(3)部分離子化合物(離子化合物中陰、陽離子為原子團(tuán)時(shí)一定存在共價(jià)鍵)中。如Na2SO4的 中存在共價(jià)鍵,NaOH的OH-中存在共價(jià)鍵,NH4Cl的 中存在共價(jià)鍵,Na2O2的 中存在共價(jià)鍵等。
3.共價(jià)鍵的特征共價(jià)鍵的特征:共價(jià)鍵具有飽和性和方向性。(1)共價(jià)鍵的飽和性按照共用電子對(duì)理論,一個(gè)原子有幾個(gè)未成對(duì)電子,便可以與幾個(gè)自旋相反的電子配對(duì)成鍵,這就是共價(jià)鍵的“飽和性”。H原子、Cl原子都只有一個(gè)未成對(duì)電子,因而只能形成H2、HCl、Cl2分子,不能形成H3、H2Cl、Cl3等分子。(2)共價(jià)鍵的方向性原子之間形成共價(jià)鍵時(shí),兩個(gè)參與成鍵的原子軌道總是盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向重疊,而且原子軌道重疊越多,電子在兩核間出現(xiàn)的概率越大,形成的共價(jià)鍵越牢固。電子所在的原子軌道都具有一定的形狀,原子軌道要取得最大重疊決定了共價(jià)鍵必然具有方向性。
【素能應(yīng)用】典例1下列說法正確的是(　　)A.若把H2S寫成H3S,則違背了共價(jià)鍵的飽和性B.H3O+的存在說明共價(jià)鍵不應(yīng)有飽和性C.所有共價(jià)鍵都有方向性D.金屬元素與非金屬元素的原子間只形成離子鍵
答案 A解析 硫原子有兩個(gè)未成對(duì)電子,根據(jù)共價(jià)鍵的飽和性,形成的氫化物為H2S,A項(xiàng)正確;H2O只能結(jié)合1個(gè)H+形成H3O+,證明共價(jià)鍵有飽和性,B項(xiàng)錯(cuò)誤;H2分子中兩個(gè)氫原子的1s軌道發(fā)生重疊形成H—H σ鍵,因?yàn)閟軌道電子云輪廓圖呈球形,所以H2分子中的H—H沒有方向性,C項(xiàng)錯(cuò)誤;AlCl3是鋁原子與氯原子通過共價(jià)鍵形成的共價(jià)化合物,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
【微點(diǎn)撥】有關(guān)共價(jià)鍵特征問題的思維流程①共價(jià)鍵的飽和性→決定分子的組成。②共價(jià)鍵的方向性→決定分子的空間結(jié)構(gòu)。③成鍵原子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)→兩原子軌道發(fā)生重疊后,電子在兩核間出現(xiàn)的概率增大。
變式設(shè)問 H2S分子中兩個(gè)共價(jià)鍵的夾角接近90°,原因是什么?提示 S原子的價(jià)層電子排布式是3s23p4,有2個(gè)未成對(duì)電子,并且分布在相互垂直的兩個(gè)p軌道中,當(dāng)與兩個(gè)H原子配對(duì)成鍵時(shí),形成的兩個(gè)共價(jià)鍵間夾角接近90°,這體現(xiàn)了共價(jià)鍵的方向性,是由p軌道的伸展方向決定的。
規(guī)律總結(jié) 共價(jià)鍵方向性和飽和性的正確理解(1)共價(jià)鍵的飽和性是由成鍵原子的未成對(duì)電子數(shù)決定的,它決定了分子的組成。(2)共價(jià)鍵的方向性是由成鍵原子的軌道的方向性決定的,它決定了分子的空間結(jié)構(gòu)。(3)所有的共價(jià)鍵都有飽和性,但不是所有的共價(jià)鍵都有方向性,如兩個(gè)1s軌道“H原子與H原子”重疊形成的s-s σ鍵沒有方向性。
變式訓(xùn)練1下列各組物質(zhì)中,所有化學(xué)鍵都是共價(jià)鍵的是(　　)A.H2S和Na2O2B.H2O2和CaF2C.NH3和N2D.HNO3和NaCl答案 C解析 A項(xiàng),Na2O2中既有離子鍵又有共價(jià)鍵,不符合題意;B項(xiàng),CaF2中只有離子鍵,不符合題意;D項(xiàng),NaCl屬于離子化合物,沒有共價(jià)鍵,不符合題意。
【問題探究】觀察下圖中乙烷、乙烯和乙炔分子的球棍模型,回答相關(guān)問題。
問題思考:(1)乙烯和乙炔分子中的碳原子間,既存在σ鍵,又存在π鍵,σ鍵和π鍵的成鍵方式有何不同?提示 σ鍵是原子軌道以“頭碰頭”方式發(fā)生重疊成鍵;π鍵是p軌道與p軌道以“肩并肩”方式發(fā)生重疊成鍵。
(2)從乙烷、乙烯和乙炔分子中存在的σ鍵和π鍵來看,σ鍵和π鍵的存在條件和數(shù)目有何規(guī)律?提示 σ鍵可以獨(dú)立存在,π鍵不能單獨(dú)存在。所有的單鍵都是σ鍵;雙鍵中有一個(gè)σ鍵和一個(gè)π鍵;三鍵中有一個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵。(3)乙烯和乙炔的化學(xué)性質(zhì)為什么比乙烷活潑?提示 乙烯分子中的碳碳雙鍵和乙炔分子中的碳碳三鍵中分別含有1個(gè)和2個(gè)π鍵,π鍵原子軌道重疊程度較小,不穩(wěn)定,容易斷裂。而乙烷分子中沒有π鍵,σ鍵原子軌道重疊程度大,比較穩(wěn)定,不易斷裂。
【深化拓展】σ鍵和π鍵的比較
【素能應(yīng)用】典例2下列說法不正確的是(　　)A.σ鍵一般比π鍵原子軌道重疊程度大,形成的共價(jià)鍵強(qiáng)B.兩個(gè)原子之間形成共價(jià)鍵時(shí),最多有1個(gè)σ鍵C.氣體單質(zhì)中,一定有σ鍵,可能有π鍵D.一個(gè)N2分子中有1個(gè)σ鍵,2個(gè)π鍵答案 C解析 氣體單質(zhì)分子中,可能有σ鍵,如Cl2;可能有π鍵,如N2;也可能沒有化學(xué)鍵,如稀有氣體分子。
易錯(cuò)警示 共價(jià)鍵的認(rèn)識(shí)誤區(qū)(1)σ鍵與π鍵的實(shí)質(zhì)相同,都是由原子間通過共用電子對(duì)形成的。(2)σ鍵與π鍵由于原子軌道的重疊程度不同而導(dǎo)致了兩者的穩(wěn)定性不同。(3)判斷共價(jià)鍵的類型時(shí)一定要明確原子之間的共價(jià)鍵個(gè)數(shù),根據(jù)個(gè)數(shù)再進(jìn)行判斷。(4)分子中存在π鍵,則一定存在σ鍵,但若存在σ鍵,卻不一定存在π鍵。
變式訓(xùn)練2已知甲醛、CO、石黑烯的結(jié)構(gòu)如下圖所示:　(1)1 ml HCHO分子中含有σ鍵的數(shù)目為　　　(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。?(2)已知CS2與CO2的分子結(jié)構(gòu)相似,則CS2分子中的共價(jià)鍵的類型有　　　。?
(3)Ni能與CO形成正四面體形的共價(jià)化合物Ni(CO)4,1 ml Ni(CO)4中含有　　　ml σ鍵。?(4)石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)新型材料,下圖中1號(hào)C與相鄰C形成σ鍵的個(gè)數(shù)為　　　。?
答案 (1)3NA　(2)σ鍵、π鍵　(3)8　(4)3解析 (1)HCHO的結(jié)構(gòu)式為 ,則1 ml HCHO分子中含有3 ml σ鍵。(2)CS2與CO2分子結(jié)構(gòu)相似,C與S原子形成雙鍵,每個(gè)雙鍵包含1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵,故CS2分子中含有的共價(jià)鍵類型為σ鍵和π鍵。(3)CO分子的電子式為 ,故1個(gè)CO分子中存在1個(gè)σ鍵,而Ni(CO)4中Ni與每個(gè)CO分子之間還存在σ鍵,故1 ml Ni(CO)4中含有8 ml σ鍵。(4)由題圖可以看出,每個(gè)碳原子能與三個(gè)相鄰碳原子形成單鍵,故1號(hào)碳原子與相鄰碳原子能形成3個(gè)σ鍵。
1.原子間形成分子時(shí),決定各原子相互結(jié)合的數(shù)量關(guān)系的是(　　)A.共價(jià)鍵的方向性B.共價(jià)鍵的飽和性C.形成共價(jià)鍵原子的大小D.共價(jià)鍵的穩(wěn)定性答案 B
2.關(guān)于σ鍵和π鍵的比較,下列說法不正確的是(　　)A.σ鍵是軸對(duì)稱的,π鍵是鏡面對(duì)稱的B.σ鍵是“頭碰頭”式重疊,π鍵是“肩并肩” 式重疊C.σ鍵不能斷裂,π鍵容易斷裂D.氫原子只能形成σ鍵,氧原子可以形成σ鍵和π鍵答案 C解析 σ鍵較穩(wěn)定,不易斷裂,而不是不能斷裂。化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的形成。
3.下列物質(zhì)的分子中,沒有π鍵的是(　　)A.CO2≡CHD.HClO答案 D
4.下圖表示氫原子的電子云重疊示意圖。以下各種說法錯(cuò)誤的是(　　)A.圖中電子云重疊表示電子在核間出現(xiàn)的概率大B.是兩個(gè)氫原子核外的1s原子軌道發(fā)生重疊形成共價(jià)鍵C.氫原子的核外電子呈云霧狀,在兩核間分布得密一些,將兩核吸引D.氫原子之間形成σ鍵,s-s σ鍵沒有方向性
答案 C解析 電子云是對(duì)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一種形象化描述,并不是指電子呈云霧狀,圖中小點(diǎn)的疏密只表示電子出現(xiàn)概率的大小,C項(xiàng)錯(cuò)誤;s電子云是球形對(duì)稱的,s-s σ鍵無方向性,D項(xiàng)正確。
5.有以下物質(zhì):①HF?、贑l2?、跦2O?、躈2?、軨2H4?、轈2H6　⑦H2?、郒2O2　⑨HCN(H—C≡N)。(1)只含有極性鍵的是　　　(填序號(hào),下同);?(2)只含有非極性鍵的是　　　　　;?(3)既有極性鍵,又有非極性鍵的是　　　;?(4)只有σ鍵的是　　　;?(5)既有σ鍵又有π鍵的是　　　;?(6)含有由兩個(gè)原子的s軌道重疊形成的σ鍵的是　　　;?(7)含有由一個(gè)原子的p軌道與另一個(gè)原子的p軌道重疊形成π鍵的是　　　。?

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