第二章分子结构与性质
第一节共价键 ....................................................................................................................... - 1 - 第二节分子的空间结构.................................................................................................... - 10 - 第1课时价层电子对互斥理论................................................................................ - 10 - 第2课时杂化轨道理论.............................................................................................. - 21 - 第三节分子结构与物质的性质........................................................................................ - 27 - 第1课时共价键的极性分子间作用力................................................................ - 27 - 第2课时物质的溶解性分子的手性.................................................................... - 37 -
第一节共价键
一、共价键及其特征
1．共价键的形成
(1)概念：原子间通过________所形成的相互作用，叫做共价键。
(2)成键的粒子：一般为非金属________(相同或不相同)或金属原子与非金属原子。
(3)键的本质：原子间通过__________________产生的强烈相互作用。
(4)键的形成条件：非金属元素的________之间形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属原子之间形成共价键。
2．共价键的类型及特征
共价键依据________________分为极性键和非极性键。按________________分为σ键和π键。
(1)σ键
形成成键原子的s轨道或p轨道“______”重叠而形
成
类型
s—s型
H—H的s－s σ键的形成
s—p型
H—Cl的s－p σ键的形成
p—p型
Cl—Cl的p－p σ键的形成
特征
①以形成化学键的两原子核的______为轴作旋转
操作，共价键电子云的图形______，这种特征称
为______
②σ键的强度______
(2)π键
形成由两个原子的p轨道“______”重叠形成
p—p型
p—p π键的形成
特征①每个π键的电子云由两块组成，分别位于由________构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为______，这种特征称为______对称
②π键______旋转；不如σ键牢固，较易______
(3)判断σ键和π键的一般规律
①共价单键是______键；
②共价双键和共价三键中有一个键是______键，其他的都是______键。
二、键参数——键能、键长与键角
1．概念和特点
概念特点
键能________原子形成1 mol化学键
________的最低能量
键能越大，键越____________
键长形成共价键的两个原子之间的
________
键长越短，键能______，键越
________
键角多原子分子内两个________之间
的夹角
表明共价键有__________，决定
分子的____________
2.对物质性质的影响
一、
1．共用电子对原子共用电子对(即电子云重叠)原子
2．共用电子对是否偏移原子轨道重叠方式头碰头连线不变轴对称较大肩并肩两原子核镜像镜面不能断裂σσπ二、
1．气态基态释放稳定核间距越大稳定相邻共价键方向性立体结构
[即时性自测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)原子轨道在空间都具有方向性。()
(2)σ键是轴对称而π键是镜面对称。()
(3)一般来说，σ键比π键强度大，更稳定。()
(4)N2分子中σ键与π键的个数比是2：1。()
(5)键能越大，键长越长，共价化合物越稳定。()
(6)键角是描述分子立体结构的重要参数。()
(7)两个原子之间形成的双键中σ键与π键各一个，且键能一定小于单键的两倍。()
2．下列不属于共价键成键因素的是()
A．形成共用电子对
B．成键原子的原子轨道在空间重叠
C．形成化学键，体系能量降低，趋于稳定
D．两原子体积大小要适中
3．下列元素的原子间易形成共价键的是()
A．Na和Cl B．K和F
C．H和Cl D．Ca和O
4．下列关于σ键的说法错误的是()
A．如果电子云图像是由两个s电子重叠形成的，即形成s－s σ键
B．s电子与p电子形成s－p σ键
C．p电子与p电子不能形成σ键
D．HCl分子里含一个s－p σ键
5．下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是()
6．实验测得四种结构相似的单质分子的键长、键能的数据如下：
A—A B—B C—C D—D
键长/10－10 m a 0.74 c 1.98
键能/kJ·mol－
193 b 151 d
1
已知D2分子的稳定性大于A2，则a________(填“>”或“<”，下同)1.98，d________193；a________c，b____________d。
即时性自测
1．(1)×(2)√(3)√(4)×(5)×(6)√(7)×
2．解析：共价键的本质是在原子之间形成共用电子对。两原子形成共价键时原子轨道发生重叠，两原子的原子轨道重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低，但对成键原子体积的大小没有要求。综上所述，D项错误。
答案：D
3．解析：非金属元素的原子间容易形成共价键，活泼的金属和非金属元素
的原子间容易形成离子键。则Na和Cl形成的是离子键，A错误；K和F形成的是离子键，B错误；H和Cl均是非金属元素，形成的是共价键，C正确；Ca和O 形成的是离子键，D错误。
答案：C
4．解析：s电子与s电子、s电子与p电子只能形成σ键；p电子与p电子
“头碰头”形成σ键，“肩并肩”形成π键。HCl分子中的σ键是由H的s电子和Cl的p电子形成的s－p σ键。
答案：C
5．解析：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，O、S均形成2个共价键。A项中O原子之间不可能形成双键，B项是过氧乙酸，含有过氧键“O—O”，C项相当于S取代了CH3OH中的氧原子，D项中Si原子形成4个共价键。
答案：A
6．解析：结构相似的单质分子中，键长越短，键能越大，分子越稳定。
答案：>>＜＞
技能素养
提升点一共价键的特征和分类
[例1]有下列十种物质：①CH4
②CH3CH2OH③N2④HCl⑤CO2
⑥CH3CH3⑦C2H4⑧C2H2
⑨H2O2⑩HCHO
有机物中碳原子要满足四个价键！
请按要求回答下列问题(填写编号)：
(1)只有σ键的有________，既有σ键又有π键的有________。
(2)只含有极性键的化合物有________，既含有极性键，又含有非极性键的化合物有________。
(3)含有双键的有________，含有三键的有______。
例1解析：十种物质的结构式分别为、、N≡N、H—Cl、O===C===O、、、H—C≡C—H、H—O—O—H、HCOH。
根据以下两点判断化学键类型：①单键只有是σ键，双键中有1个σ键和1个π键，三键中有1个σ键和2个π键；②同种元素原子之间形成的共价键是非极性键，不同种元素原子之间形成的共价键是极性键。
答案：(1)①②④⑥⑨③⑤⑦⑧⑩(2)①④⑤⑩②⑥⑦⑧⑨(3)⑤⑦⑩③⑧
共价键可从不同角度分类，从电子的重叠方式可分为σ键和π键；从共用电子对偏向可分为极性键和非极性键。
[提升1]有以下物质：①HF②Cl2③H2O④N2
⑤C2H4⑥C2H6⑦H2⑧H2O2
⑨HCN(H—C≡N)。
(1)只含有极性键的是________。
(2)只含有非极性键的是________。
(3)既有极性键，又有非极性键的是________。
(4)只有σ键的是________。
(5)既有σ键，又有π键的是________。
提升1解析：根据共价键的存在范围、极性键与非极性键的区别、σ键和π键的形成条件和特征，便可得出各题答案。
答案：(1)①③⑨(2)②④⑦(3)⑤⑥⑧
(4)①②③⑥⑦⑧(5)④⑤⑨
[关键能力]
共价键的特征和分类方法
1．共价键特征
(1)当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，两原子核间的电子密度增大，体系的能量降低。
(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立体构型。但并不是所有共价键都具有方向性，如两个s轨道形成共价键时就没有方向性。
2．共价键的分类方法
分类标准类型
共用电子对数单键、双键、三键
共用电子对的偏移程
度
极性键、非极性键
原子轨道重叠方式σ键、π键
3.σ键与π键的比较
共价键类型σ键π键
示意图
原子轨道重
叠方式
“头碰头”重叠“肩并肩”重叠
原子轨道重叠部位两原子核之间，在键轴处
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
活泼性
不活泼 活泼
成键规律 共价单键是σ键；双键中一个键是σ键，一个键是π键；三键中一个键是σ键，另外两个键是π键
两个自旋方向相反的s 电子或s 电子与p 电子只能形成σ键不能形成π键，而两个自旋方向相反的p 电子既可形成σ键，又可形成π键，但是首先要形成σ键。因为形成σ键时原子轨道重叠的程度比形成π键时原子轨道重叠的程度大，电子在核间出现的概率大，共价键强，形成的分子更稳定。
提升点二 键参数及其应用
[例2] Ⅰ.已知氢分子的形成过程示意图如图所示，请据图回答问题。
核间距过小时，原子核间排斥力增强。(1)H －H 键的键长为________，①～
⑤中，体系能量由高到低的顺序是________。
(2)下列说法正确的是________(填字母)。
A ．氢分子中含有一个π键
B ．由①到④，电子在核间出现的概率增大
C ．由④到⑤，需要消耗外界的能量
D ．氢分子中含有一个极性共价键
Ⅱ.几种常见化学键的键能如表所示。
化学键 Si —O H —O 氧氧键 Si —Si Si —C
键能/(kJ·mol －1) 452 462.8 497.3 226 X
请回答下列问题：
(1)试比较Si —Si 键与Si —C 键的键能大小：X ________(填“>”“<”或“＝”)226 kJ·mol －1。
(2)H 2被认为是21世纪人类最理想的燃料，而又有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。试计算每千克H 2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为________；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为________(已知1 mol Si 中含2 mol Si —Si 键，1 mol SiO 2中含4 mol Si —O 键)。
例2 解析：Ⅰ.(1)可以直接从题图中得到有关数据，H —H 键的键长为74 pm ；体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。(2)氢分子中含有一个σ键，A 项错误；两个氢原子的核间距逐渐减小时，原子轨道会相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大，B 项正确；④已经达到稳定状态，当改变构成氢分子的两个氢原子的核间距时，需要消耗外界的能量，C 项正确；氢分子中含有一个非极性共价键，D 项错误。Ⅱ.(1)Si －Si 键的键长比Si －C 键的键长长，Si －Si 键的键能比Si －C 键的键能小。(2)由题图可知，H －H 键的键能为436 kJ·mol －1，每千克H 2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为1 000 g÷2 g·mol －1×462.8 kJ·mol －l ×2－436 kJ·mol －1－497.3
kJ·mol －1×12＝120 475 kJ ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kJ·mol －1×4 mol
2．键长越短，往往键能越大，共价键越稳定。
3．键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键角是描述分子立体结构的参数。一般来说，如果知道分子中的键角，这个分子的立体构型就确定了。
常见分子的键角与分子空间构型
化学式结构式键角空间构型
CO2O===C===O 180°直线形
NH3107°三角锥形
H2O 105°V形
BF3120°平面三角形
CH4109°28′正四面体形
4.键能与化学反应的能量变化关系：
(1)化学反应过程中，旧键断裂吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量，则反应为吸热反应，吸热反应使反应体系的能量增加，故规定反应的热量变化ΔH 为“＋”。
化学反应过程中，旧键断裂所吸收的总能量小于新键形成放出的总能量，则反应为放热反应，放热反应使反应体系的能量降低，故规定反应的热量变化ΔH为“－”。
(2)利用键能计算反应的热量变化：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。
认识键参数的几个误区
(1)键长和键角共同决定分子的空间结构。
(2)键长不是成键两原子的原子半径之和，而是小于其半径之和。
(3)键能越大，一般键长越短，分子越稳定。
形成性自评
1．关于σ键和π键的比较，下列说法不正确的是()
A．一般情况下，σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强
B．σ键是“头碰头”式重叠，π键是“肩并肩”式重叠
C．所有分子中一定含有σ键