共价键及分子结构知识梳理

共价键及分子结构知识梳理】

一、 共价键

1- 1共价键的实质、特征和存在 实质：原子间形成共用电子对 特征：a.共价键的饱和性， 共价键的饱和性决定共价分子的。

b共价键的方向性， 共价键的方向性决定分子的。

1- 2共价键的类型

b键：S-Sb键、S-pc键、p-p b键，特征：轴对称。

n键：p-p n键，特征：镜像对称

【方法引领】b键和n键的存在规律 b键成单键；n键成双键、三键。

共价单键为b键；共价双键中有1个b键、1个n键；共价三键中有 1个b键、2个n 键。

对于开链有机分子： b键数=原子总数-1 ; n键数=各原子成键数之和- b键数(环

状有机分子，b键数要根据环的数目确定)

原子形成共价分子时， 首先形成b键，两原子之间必有且只有 1个b键；b键一般比n 键牢固，n键是化学反应的积极参与者。

形成稳定的n键要求原子半径比较小，所以多数情况是在第二周期元素原子间形成。 如

C02分子中碳、氧原子之间以p-p b键和p-pn键相连，而SiO2的硅、氧原子之间就没有 p-p n键。

【课堂练习1】

(1) 下列说法不正确的是

A .乙烷分子中的6个C — H和1个C — C键都为b键，不存在n键

B •气体单质中，一定有 b键，可能有n键

C.两个原子间共价键时，最多有一个 b键

D . b键与n键重叠程度不同，形成的共价键强度不同

(2) 有机物 CH2= CH — CH2— C三CH分子中，C— H b键与C — C b键的数目之比为； b键与n键的数目之比为。

二、 键参数一一键能、键长与键角

2- 1键能的意义和应用

a. 判断共价键的强弱

b. 判断分子的稳定性

c. 判断物质的反应活性

d. 通过键能大小比较，判断化学反应中的能量变化

【思考】

比较C — C和C= C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？

2-2键长的意义和应用

键长越短，往往键能越大，表明共价越稳定。 (键长的长短可以通过成键原子半径大小

来判断)

2个原子间的叁键键长v双键键长v单键键长

2-3键角的意义

键角决定分子的空间构型，是共价键具有方向性的具体表现。 【典例分析】 碳、氮两种元素都能形成单键、双键和叁键。测得二者键能有如下规律：

3 EN> 2 EN =N > EN — N； -3ECV Ec= c< EC—C

试分析为什么氮分子不易发生加成反应，而乙烯和乙炔容易发生加成反应？

【课堂练习2】

（1） 在乙烷、乙烯、乙炔、苯分子中的碳碳键键长的大小顺序是： 。

金刚石、单质硅、碳化硅都是原子间以共价键形成的物质， 三种物质的共价键键长顺序

为：；键能顺序为：。

（2） 某些化学键的键能如下表（kJ • mo「1）

键 H — H Br — Br I — I Cl — Cl H — Cl H — Br H — I N三N N — H

键能 436 194 153 243 431 366 299 946 391

① 1molH2在2molCl2中燃烧，放出热量为 kJ。

② 在一定条件下，ImolH 2与足量的Cl2、Br2、12分别反应，放出热量由多到少的顺序是

A . Cl2> B「2> I2 B . I2> B「2> CI2

③ 预测ImolH 2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热较（填“多”或“少”）。

④ 已知：N2+ 3H2、一 2NH3，则该反应的逆反应是（填“放热”或“吸热” ）反应。

三、等电子原理

【方法引领】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；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） 判断方法一一转换法

① 将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加 n和减少n的原子；

② 将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加（或减少） n的元素的带n个单位电荷

的阳离子（或阴离子）；

③ 将粒子中原子换成同主族元素原子

【典例分析】

与CO2、SO2互为等电子体的分子有：

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+、C；—、CN— 直线形

三原子16电子的等 电子体 CO2、CS2、20、NCO—、NO；、N—、NCS—、BeCl2(g) 直线形

三原子18电子的等 电子体 NO；、SO2、O3 V形

四原子24电子的等

电子体 NO—、CO2 —、BO3—、CS3—、BF3、SOg(g) 平面三角形

五原子32电子的等 电子体 SiF4、CCI4、CF4、BF；、SO4— 正四面体形

【思考】SiO2与CO2、SiO：「、CO2 —是否互为等电子体? 【课堂练习3】

（1）根据等电子原理，下列各组微粒结构不相似的是

A . CO 和 N2、 B • O3 和 NO； C. N2H4和 C2H4D. CO2和 N2O

（2）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

A . PF； B. ClO； C. SO2； D . SiH4

【考点一】价层电子对互斥理论

1-1中心原子价层电子对计算方法：中心原子的价层电子对= （a — x + b） 1/2

式中：a――中心原子的价电子数；x――分子（或离子）的电荷； b――配位原子提供

的电子数（配位原子为四 A时提供1e—、为W A时提供0e—、为一价基团时提供 1e—）

中心原子b键电子对数=配位原子数

1-2中心原子孤电子对计算方法

用AX nEm表示只含一个中心原子的分子或离子，式中 A表示中心原子，X表示配位原

子，下标n表示配位原子个数； E表示中心原子上的孤电子对，下标 m表示孤电子对数。

m= （A的族价一|X的化合价|X n±离子的电荷数）1/2 阴离子用“ + ” ,阳离子用“一”。

方法二：

以ABx为例：中心原子的价层电子对=［a； xb±离子电荷数（阳减阴加）］1/2

式中：a――中心原子的价电子数； x――与中心原子结合的原子数； b――配位原子提

供的电子数（配位原子为四 A时提供1e—、为W A时提供0e—、为一价基团时提供 1e—）

中心原子孤对电子数=［a— xb土离子电荷数（阳减阴加）］1/2

式中：a――中心原子的价电子数； x――与中心原子结合的原子数； b――配位原子提

供的电子数［配位原子氢时b= 1、为非氢原子时b = （8 —最外层电子数）］。

1-3VSEPR模型与分子立体构型的关系

利用价层电子对互斥理论推测出的是电子对在空间的伸展情况， 即价层电子对的空间构

型，称为VSEPR模型。而分子的空间构型指的则是成键电子对空间构型， 不包括孤对电子。

因此二者可能相同也可能不同。在 VSEPR模型中略去价层电子对中的孤电子对，就是分子

的立体构型。

1-4价层电子对之间斥力大小顺序——孤电子对对键角的影响

（1） 孤电子对-孤电子对〉 孤电子对-键合电子对〉键合电子对 -键合电子对

（2） 叁键〉双键〉单键

（3） 同种中心原子与不同种配位原子： x弱-X弱＞ X弱-X强＞X强-X强 （X代表配位原 子的电负性）

（4） 同种元素原子与不同种中心原子配位， X强〉X弱（X代表中心原子的电负性） 【思考】CH4、NH3、H2O的中心原子 VSEPR模型都是四面体形，为什么三种分子的立体

构型不同，且/ HCH = 109° 28',/ HNH = 107°,/ HOH = 105° ?

【方法引领】

①中心原子上无孤电子对的分子空间构型确定方法

中心原子上无孤电子对（所有价电子都用于形成共价键） ，其分子空间构型与 VSEPR

模型一致，可以用中心原子周围的原子数来预测。

ABn VSEPR模型 分子立体结构 实例

n= 2 直线形 直线形 CO2、BeCl2

n= 3 平面三角形 平面三角形 CH2O、BF3

n= 4 正四面体形 正四面体形 CH 4、SiF4

②中心原子上有孤电子对的分子空间构型确定方法 中心原子上有孤电子对， 孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与排斥， 其分子空

间构型与VSEPR模型不一致。应在 VSEPR模型中略去价层电子对中的孤电子对，即得到 分子的立体构型。 【典例分析】

SO2CI2和SO2F2都是AX4E0型分子。已知S与0之间以双键结合，S与Cl或S与F之 间以单键结合。你预测 SO2CI2和SO2F2的立体构型是；/ 0 — S-0 109 ° 28',/ CI - S —CI / CI - S-

O109° 28';SO2Cl2分子中/ CI -S-CISO2F2分子中/ F- S-F(选填“〉”、 “v” 或“=”)。

【变式练习1】

用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型： BeCI 2； NH — _______________ ；

SO；- ； NO- ; SnCI6- ; CIO- ; PF3CI2。

【考点二】杂化轨道

2-1杂化轨道的数目

轨道杂化 杂化轨道 杂化轨道 杂化轨道 参与杂化的

类型 数目和名称 空间伸展形状 间夹角 原子轨道及数目

sp

2 sp

3 sp

2-2杂化轨道的应用

杂化轨道只用于形成 b键或容纳孤电子对。sp和sp2杂化方式中，还有未参与杂化的 np 可用于形成n键。

【方法引领】快速确定杂化轨道数目的方法：

杂化轨道数=中心原子的孤电子对数+与中心原子结合的其他原子的个数(即 b键

数)

2-3VSEPR模型与中心原子杂化轨道类型的对应关系

价层电 子对数 b键电 子对数 孤电子 对数 VSEPR

模型 中心原子杂 化轨道类型 分子的 立体构型 实例

2 2 0 直线形 sp 直线形 Bed HgCD、

CO2

3 r 3 0 平面二 角形 2 sp 平面二角形 「 BF3、BCI3

2 1 V形 SnCI2、PbCl2

4 p 4 0

四面体 3 sp 正四面体 CH4、SiF4、： 3 1 三角锥形 NH3、NF3、PCI3

2 2 V形 H2O、H2S、SCl2「

【思考】CH2CI2、CH3CI是否也是正四面体的空间构型？

【典例分析】

下图是科学怪杰鲍林谢世前留给世人的一个结构式。它的分子式是，它的所

有原子是否处于同一平面上？该分子中 sp杂化的N原子有个，sp2杂化的N原子

有个，sp3杂化的N原子有个。

【变式练习2]

(1)指出下列分子中，中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型。

分子式 杂化轨道类型 分子的几何构型

PCI3

BCI3

CS2

CI2O

(2)在乙烯分子中有 5个b键和1个n键，它们分别是 A . sp2杂化轨道形成b键，未杂化的2p轨道形成n键 B . sp2杂化轨道形成n键，未杂化的2p轨道形成b键

C. C — H之间是sp2杂化轨道形成6键，C— C之间是未杂化的2p轨道形成形成n 键

D . C— C之间是sp2杂化轨道形成6键，C— H之间是未杂化的2p轨道形成形成n 键