共价键
共价键（covalent bond），是化学键的一种，两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比较稳定的化学结构叫做共价键，或者说共价键是原子间通过共用电子对所形成的相互作用。其本质是原子轨道重叠后，高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用。需要指出：氢键虽然存在轨道重叠，但通常不算作共价键，而属于分子间作用力。共价键与离子键之间没有严格的界限，通常认为，两元素电负性差值大于1.7时，成离子键；小于1.7时，成共价键。
共价键与离子键不同的是进入共价键的原子向外不显示电荷，因为它们并没有获得或损失电子。共价键的强度比氢键要强，与离子键差不太多或有些时候甚至比离子键强。本质是在原子之间形成共用电子对。
同一种的元素的原子或不同元素的都可以通过共价键结合，一般共价键结合的产物是分子，在少数情况下也可以形成晶体。吉尔伯特·牛顿·路易士于1916年最先提出共价键。在简单的原子轨道模型中进入共价键的原子互相提供单一的电子形成电子对，这些电子对围绕进入共价键的原子而属它们共有。
在量子力学中，最早的共价键形成的解释是由电子的复合而构成完整的轨道来解释的。第一个量子力学的共价键模型是1927年提出的，当时人们还只能计算最简单的共价键：氢气分子的共价键。今天的计算表明，当原子相互之间的距离非常近时，它们的电子轨道会互相之间相互作用而形成整个分子共用的电子轨道。
1历史
早期历史
在古希腊，化学还没有从自然哲学中分离的时代，原子论者对化学键
有了最原始的设想，恩培多克勒（Empedocles）认为，世界由“气、水、土、火”这四种元素组成，这四种元素在“爱”和“恨”的作用下分裂并以新的排列重新组合时，物质就发生了质的变化。这种作用力可以被看成是最早的化学键思想。
随后，原子论者德谟克利特设想，原子与原子间，存在着一种“钩子”，也可以说是粗糙的表面，以致它们在相互碰撞时黏在一起，构成了一个稳定的聚集体。德谟克利特对化学键的设想相比于之前的自然哲学家，是更加先进的，他剔除了此类设想中的唯心主义因素。
中世纪的J.R.格劳伯则提出了物质同类相亲、异类相斥的思想。其后还出现了关于物质结合的亲和力说，认为物质的微粒具有亲和力，由此互相吸引而结合在一起。总之，人们关于化学键朦胧的认识，启发了后来的化学家。
近代史
18世纪，燃素（phlogiston）的概念进入了化学，并为恩斯特·施塔尔（Ernst Stahl）、亨利·卡文迪许（Henry Cavendish）和约瑟夫·普利斯特里（Joseph Priestley）等先进的化学家所接受。
当时，牛顿力学已经提出，他们希望把原子间的作用力和牛顿力学结合起来，给出经典物理学的解释，但限于当时的条件，这无疑是无法完成的。
1916年，德国化学家阿尔布雷希特·科塞尔（A.Kossel）在考察大量事实后得出结论：任何元素的原子都要使最外层满足8电子稳定结构，但科塞尔只解释了离子化合物的形成过程，并没有解释共价键的形成。
1919年，化学家欧文·朗缪尔首次使用“共价”来描述原子间的成键过程
“（原文）we shall denote by the termcovalencethe number of pairs of electrons which a given atom shares with its neighbors[4] ”（我们应该用“共价”一词表示原子间通过共用电子对形成的作用力）
1922年，尼尔斯·玻尔（N.Bohr）从量子化的角度重新审视了卢瑟福的核式模型，这为化学家对化学键的认识，提供了全新的平台，他认为电子应该位于确定的轨道之中，并且能够在不同轨道之间跃迁，定态跃迁可以很好的解释氢原子光谱的各个谱线。[5]
1923年，美国化学家吉尔伯特·路易斯（G.N.Lewis）发展了科塞尔的理论，提出共价键的电子对理论[3] 。路易斯假设：在分子中来自于一个原子的一个电子与另一个原子的一个电子以“电子对”的形式形成原子间的化学键。这在当时是一个有悖于正统理论的假设，因为库仑定律表明，两个电子间是相互排斥的，但路易斯这种
设想很快就为化学界所接受，并导致原子间电子自旋相反假设的提出。
1924年，路易斯·德布罗意（Louis de Broglie）提出波粒二象性的假说，建立了一个原子的数学模型，用来将电子描述为一个三维波形。在数学上不能够同时得到位置和动量的精确值。1926年，薛定谔提出量子力学的波动方程，它可以直接用来解释化学键的“形成”和“断裂”，这成为量子化学最初的开端。
1927年，沃尔特·海特勒（W.H.Heitler）和弗里茨·伦敦（F.London）用量子力学处理氢分子，用近似方法算出了氢分子体系的波函数，首次用量子力学方法解决共价键问题。价键理论在这一方法的推广中诞生，他们研究共价键的方法就被称为HL法。
1928年，恩利克·费米（Enrica Fermi）提出了一个基于泊松分布的单电子密度模型试图解决原子结构问题。[6] 之后，道格拉斯·哈特里（Douglas Rayner Hartree）运用迭代法，将体系电子的哈密顿算子分解为若干个单电子哈密顿算子的简单加和，进而将体系多电子波函数表示为单电子波函数的积，改进这一模型，提出哈特里方程。
1930年，哈特里的学生福克（Fock）与约翰·斯莱特（John Clarke Slater）完善了哈特里方程，称为哈特里-福克方程（HF）。50年代初，斯莱特得到了HF的近似波函数：哈特里-福克-斯莱特方程（HFS）。1963年，赫尔曼（F.Hermann）和斯基尔曼（S.Skillman）把HFS应用于基态原子函数。
1950年，克莱蒙斯·罗瑟恩(C. C. J. Roothaan）进一步提出将方程中的分子轨道用组成分子的原子轨道线性展开，发展出了著名的RHF方程，1964年，计算机化学家恩里克·克莱门蒂（E.Clementi）发表了大量的RHF波函数，[10] 该方程以及后续的改进版已经成为现代处理量子化学问题的主要方法。
1929年，贝特等提出配位场理论，最先用于讨论过渡金属离子在晶体场中的能级分裂，后来又与分子轨道理论结合，发展成为现代的配位场理论。
1930年，美国化学家莱纳斯·鲍林（L.C.Pauling）在研究碳的正四面体构形时提出轨道杂化理论，认为：能级相近的轨道在受激时可以发生杂化，形成新的简并轨道，其理论依据就是电子的波粒二象性，而波是可以叠加的。他计算出了多种杂化轨道的形状，并因在价键理论方面的突出贡献而获得诺贝尔化学奖。
1932年，弗里德里希·洪德（F.Hund）将共价键分为σ键、π键、δ键三种，使价键理论进一步系统化，与经典的化合价理论有机地结合起来。[3]
同年，美国化学家罗伯特·马利肯（Robert S.Mulliken）提出分子轨道理论。认为化合物中的电子不属于某个原子，而是在整个分子内运动。他的方法和经典化学相距太远，计算又很繁琐，一时不被化学界所接受。后经过罗伯特·密立根（Robert https://www.doczj.com/doc/8416463449.html,likan）、菲利普·伦纳德（Philipp Lenard）、埃里希·休克尔（Erich Hückel）等人的完善，在化学界逐渐得到认可。1940年，亨利·希吉维克（H.Sidgwick）和托马斯·坡维尔（Thomas A.Powell）在总结实验事实的基础上提出了一种简单的理论模型，用以预测简单分子或离子的立体结构。这种理论模型后经罗纳德·吉列斯比（R.J.Gillespie）和罗纳德·尼霍尔姆（R.S.Nyholm）在20世纪50年代加以发展，定名为价层电子对互斥理论，简称VSEPR。VSEPR与轨道杂化理论相结合，可以半定量地推测分子的成键方式与分子结构。
1951年，福井谦一提出前线轨道理论，认为，分子中能量最高的分子轨道（HOMO）和没有被电子占据的，能量最低的分子轨道（LUMO）是决定一个体系发生化学反应的关键，其他能量的分子轨道对于化学反应虽然有影响但是影响很小，可以暂时忽略。HOMO和LUMO 便是所谓前线轨道。
1965年，美国化学家罗伯·伍德沃德（Rober B.Woodward）与霍夫曼参照福井谦一的前线轨道理论，提出了分子轨道对称守恒原理。分子轨道理论得到了新的发展。
由于计算机技术的迅猛发展，和蒙特卡罗方法的应用，量子化学与计算机化学日新月异，对分子结构的推算变得愈发精确期间也诞生了一大批优秀的化学家，据估计，21世纪中期，量子化学还将有新的突破。
2主要特点
饱和性
在共价键的形成过程中，因为每个原子所能提供的未成对电子数是一定的，一个原子的一个未成对电子与其他原子的未成对电子配对后，就不能再与其它电子配对，即，每个原子能形成的共价键总数是一定的，这就是共价键的饱和性。[11]
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[11] ，是定比定律（law of definite proportion）的内在原因之一。
方向性
除s轨道是球形的以外，其它原子轨道都有其固定的延展方向，所以共价键在形成时，轨道重叠也有固定的方向，共价键也有它的方向性，共价键的方向决定着分子的构形。
影响共价键的方向性的因素为轨道伸展方向
3化学性质
化学变化的本质是旧键的断裂和新键的形成，化学反应中，共价键存在两种断裂方式，在化学反应尤其是有机化学中有重要影响。
均裂与自由基反应
共价键在发生均裂时，成键电子平均分给两个原子（团），均裂产生的带单电子的原子（团）称为自由基，用“R·”表示，自由基具有反应活性，能参与化学反应，自由基反应一般在光或热的作用下进行。
异裂与离子型反应
共价键发生异裂时生成正、负离子，例如氯化氢在水中电离成氢离子和氯离子。有机物共价键异裂生成的碳正离子和负离子是有机反应的活泼物种，往往在生成的一瞬间就参加反应，但可以证明其存在。[12]
由共价键异裂引发的反应称离子型反应，其下又可分为两种
·亲电反应（electrophilic reaction）
·亲核反应（nucleophilic reaction）
离子型反应一般在酸碱或极性物质的催化下进行。
4理论模型
路易斯理论
主条目：路易斯理论
路易斯理论，又称“八隅体规则”、“电子配对理论”是最早提出的，具有划时代意义的共价键理论，它没有量子力学基础，但因为简单易懂，也能解释大部分共价键的形成，至今依然出现在中学课本里。
共用电子对理论有以下几点
·原子最外层达到8电子时是稳定结构，化合物中的所有原子的最外层价电子数必须为8（氢为2）；
·原子间形成共价键时，可通过共用电子的方式使最外层达到8（2）电子稳定结构。
路易斯理论的电子配对思想为价键理论的发展奠定了基础。[14] 值得注意的是，路易斯理论尚不完善，它无法说明电子配对的原因和实质；此外，不符合“八隅体规则”的化合物也有很多，例如：三氟化硼（6电子）、五氯化磷（10电子）、六氟化硫（12电子）。
价键理论
价键理论是基于路易斯理论电子配对思想发展起来的共价键理论。价键理论将应用量子力学解决氢分子问题的成果推广到其他共价化合物中，成功解释了许多分子的结构问题。
海特勒-伦敦法
沃尔特·海特勒（W.H.Heitler）和弗里茨·伦敦（F.London）在运用量子力学方法处理氢气分子的过程中，得到了分子能量E和核间距R之间的关系曲线，发现：若两个氢原子自旋方向相反，随着轨道的重叠（波函数相加）会出现一个概率密度较大的区域，氢原子将在系统能量最低核间距处成键；若两个氢原子自旋方向相同，则相减的波函数单调递减，系统能量无限趋近E=0，没有最低点，无法成健。因此，价键理论通过对氢分子的研究阐明了电子配对的内在原因和共价键的本质，价键理论就在HL的推广中诞生。[14]
轨道杂化理论
价键理论在解释分子中各原子分布情况时，莱纳斯·鲍林（L.Pauling）提出了轨道杂化理论。理论要点有
·中心原子能量相近的不同轨道在外界的影响下会发生杂化，形成新的轨道，称杂化原子轨道，简称杂化轨道；
·杂化轨道在角度分布上，比单纯的原子轨道更为集中，因而重叠程度也更大，更加利于成键；
·参加杂化的原子轨道数目与形成的杂化轨道数目相等，不同类型的杂化轨道，其空间取向不同。
注：此为杂化轨道的空间取向，不是化合物的结构
杂化类型杂化轨道夹角空间取向
sp^1 180 直线型
sp^2 120 平面正三角形
sp^3 109.28 正四面体
sp^3d
(dsp^3)
90 120 三角双锥
sp^3d^2
(d^2sp^3)
90 正八面体
，在化合物中，这些轨道可能被孤对电子填充，例如，N原子进行sp^2杂化形成的NO2分子中，有一对孤对电子，那么NO2的空间结构是折线形（正三角形的一个顶点是孤对电子，电子是“看不见”的）。
价层电子对互斥理论（VSEPR theory）
价层电子对互斥理论是一个用来预测单个共价分子形态的化学模型。理论通过计算中心原子的价层电子数和配位数来预测分子的几何构型，其理论要点有
·共价分子中，中心原子周围电子对排布的几何形状，主要决定于中心原子的价电子层中的电子对数（包括成键电子对和孤对电子）。这些电子的位置倾向于分离的尽可能远一些，使彼此受到的排斥力最小[15] ；
·电子层中电子对相互排斥作用的大小，取决于电子对间的相互角度和电子对的成键情况。相距角度小，排斥力大。成键电子对因受两个原子吸引，电子云较为紧缩，对其相邻电子对的斥力小于仅受一个原子核吸引的孤对电子对其相邻电子对的斥力。即，电子对间斥力大小顺序为：孤对电子-孤对电子>孤对电子-成键电子对>成键电子对-成键电子对；[15]
·分子中的双键、三键当作单键处理；[15]
推测分子构形
设中心原子为A，其余n个配位原子均用B表示，m对孤对电子用E表示，则该物质可表示为ABnEm。令z=n+m，B和E都用Y表示，则该物质可表示为AYz，这里的Y就表示中心原子的价电子层中的电子对，z就表示中心原子的价电子层中的电子对数。我们可根据如下公式推测分子构型：
n由化学式即可看出
m=1/2（中心原子价电子数-配位原子提供的电子总数±离子电荷数）
z=n+m
z 结构形式
2 直线型
3 平面三角形
4 四面体
5 三角双锥
6 八面体
注：更详细的表参见wikipedia,VSEPR theory（扩展阅读）
举例：推测CO3-2 的分子构型
n=3
z=3+0=3
故CO3-2的分子构型为平面三角形
分子轨道理论
分子轨道理论是比价键理论更精确的方法，其理论要点有
·分子中的电子不属于某个原子轨道，而属于整个分子；[15]
·分子轨道由原子轨道线性组合而成，分子轨道数目等于组成分子轨道的原子轨道数目，其中些轨道能量降低，成为“成键轨道”另一些能量升高，成为“反键轨道”，还有一些能量不变，称“非键轨道”；[15]
·原子轨道在线性组合时，遵守“对称性匹配原则”、“能量相近原则”、“最大重叠原则”；[15] ·电子在分子轨道中排布时，遵守“能量最低原理”、“泡利不相容原理”、“洪特规则”；[15] 分子轨道理论能解释一些价键理论无法解释的现象，比如氧分子的顺磁性。
5例子
氧气分子
氧原子的外层电子数为6，这六个电子中的四个组成两对，其它两个单独存在。
每个氧原子有六个外层电子
这两个单独的电子与另一个原子中相应的单独的电子结合组成两个新的共用的电子对，由此达到电子饱和的状态。
需要说明的是这里所描述的氧分子的模型是一个简化了的模型，实际上的氧分子要比这里描述的要复杂得多，因为这6个外层原子分布在不同的轨道上，因此它们不能形成这样简单的电子对。实际上的氧分子有三对共用的电子对和两个单独的电子。
氧分子O2的模型
6分类
共价键从不同的角度可以进行不同的分类，每一种分类都包括了所有的共价键（只是分类角度不同）。
按成键方式
σ键
σ键（sigma bond）
由两个原子轨道沿轨道对称轴方向相互重叠导致电子在核间出现概率增大而形成的共价键，叫做σ键，可以简记为“头碰头”（见右图）。[11] σ键属于定域键，它可以是一般共价键，也可以是配位共价键。一般的单键都是σ键。原子轨道发生杂化后形成的共价键也是σ键。由于σ键是沿轨道对称轴方向形成的，轨道间重叠程度大，所以，通常σ键的键能比较大，不易断裂，而且，由于有效重叠只有一次，所以两个原子间至多只能形成一条σ键。
π键（pi bond）
π键[16]
成键原子的未杂化p轨道，通过平行、侧面重叠而形成的共价键，叫做π键，可简记为“肩并肩”（见右图）。[11] π键与σ键不同，它的成键轨道必须是未成对的p轨道。π键性质各异，有两中心，两电子的定域键，也可以是共轭Π键和反馈Π键。两个原子间可以形成最多2条π键，例如，碳碳双键中，存在一条σ键，一条π键，而碳碳三键中，存在一条σ键，两条π键。
π键中的π电子可以吸收紫外线并被激发，所以，含有π键的化合物有抵御紫外线的功能，防晒霜正是利用了这个原理防护紫外线对人的伤害。[11]
苯分子中的大π键
共轭π键具有特殊的稳定性，例如苯环中存在6中心6电子的大π键，显现出芳香性，不易发生加成和氧化反应，而易发生亲电取代，与苯环有类似键型的化合物包括部分杂环化合物、稠环烃和其他烃类，化学家埃里希·休克尔通过分子轨道计算得出了环烯烃芳香性判定的休克尔规则（亦名4n+2规则），其它常见的非苯芳烃包括薁、[18]轮烯等；而石墨的每一层都有一个无穷大的π键，电子在这个超大π键中可以自由移动，类似于金属键，这也是石墨可以横向导电的原因。[11]
δ键（delta bond）
δ键
由两个d轨道四重交盖而形成的共价键称为δ键，可简记为“面对面”（见下图）。
δ键只有两个节面（电子云密度为零的平面）。从键轴看去，δ键的轨道对称性与d轨道的没有区别，而希腊字母δ也正来源于d轨道。
δ键常出现在有机金属化合物中，尤其是钌、钼和铼所形成的化合物。通常所说的“四重键”指的就是一个σ键、两个π键和一个δ键。
其他
以上三种化学键经过组合，可以形成各种不同的键型，例如，一个σ键和两个π键可以组成一个三键，但，有证据表明双原子间的共价键最多不能超过六条。[17]
按成键过程
一般共价键
一般共价键有时也称“正常共价键”，是为了和“配位共价键”进行区分时使用的概念，指成键时两个原子各自提供一个未成对电子形成的共价键。[18] 配位共价键（coordinate covalent bond）
配位共价键简称“配位键”是指两原子的成键电子全部由一个原子提供所形成的共价键[18] ，其中，提供所有成键电子的称“配位体（简称配体）”、提供空轨道接纳电子的称“受体”。常见的配体有：氨气（氮原子）、一氧化碳（碳原子）、氰根离子（碳原子）、水（氧原子）、氢氧根（氧原子）；受体是多种多样的：有氢离子、以三氟化硼（硼原子）为代表的缺电子化合物、还有大量过渡金属元素。对配位化合物的研究已经发展为一门专门的学科，配位化学。
路易斯酸碱对
主条目：路易斯酸、路易斯碱
从上面的内容可以看出，“氢氧根”属于配体、而“氢离子”属于受体，这表明，氢离子与氢氧根发生的酸碱中和反应可以看成是氢离子与氢氧根形成配位键的过程。化学家路易斯从这一点出发，提出了“路易斯酸”与“路易斯碱”的概念，认为凡是在配位键成键过程中，能给出电子的，都称为“碱”；能接纳电子的，都称为“酸”。路易斯的酸碱理论把酸和碱的范围扩大了，路易斯酸碱对不仅包括所有的的阿伦尼乌斯酸碱对，还包括一些中性甚至是根本不溶于水的物质。[15] 其实，路易斯酸的本质是配位键中的“受体”；路易斯碱的本质是配位键中的“配体”，二者是等同的。
配位共价键与一般共价键的异同
配位共价键与一般共价键的区别只体现在成键过程上，它们的键参数是相同的，例如，铵根离子的氮氢键中，有三条是一般共价键，一条是配位共价键，但这四条键完全等价，铵根离子也是完全对称的正四面体形。在书写时，一般共价键使用符号“—”；配位共价键使用符号“→”箭头从配体指向受体。
按成键电子偏向极性共价键（polar bond）
极性键,标&
在化合物分子中，不同种原子形成的共价键，由于两个原子吸引电子的能力不同，电子云偏向吸引电子能力较强的原子一方，因而吸引电子能力较弱的原子一方相对的显正电性。这样的共价键叫做极性共价键，简称极性键。形成共价键时，由于电子云的偏离程度不同，极性键又有“强极性键”和“弱极性键”之分，但通常两个不同原子间的成键就是极性键。[11] 共价键的极性可用键矩进行判断。共价分子的极性等于分子中所有共价键偶极矩的矢量和，所以，由极性共价键组成的分子可以是极性分子（氯化氢）也可以是非极性分子（二氧化碳）。非极性共价键（non-polar bond）
由同种元素的原子间形成的共价键，叫做非极性共价键。同种原子吸引共用电子对的能力相等，成键电子对匀称地分布在两核之间，不偏向任何一个原子，成键的原子都不显电性。
[11] 非极性共价键存在于单质中，也存在于某些化合物中，完全由非极性键构成的分子一定是非极性分子（但有的非极性分子中含有极性键）。
7分类
共价键是电子云的重叠，所以共价键最本质的分类方式就是它们的重叠方式。现在已知有3种重叠方式，分别称作：
σ键π键δ键在有机化合物中，通常把共价键以其共用的电子对数分为单键、双键以及三键。单键是一根σ键；双键和三键都含一根σ键，其余1根或2根是π键。
但无机化合物不用此法。原因是，无机化合物中经常出现的共轭体系（离域π键）使得某两个原子之间共用的电子对数很难确定，因此无机物中常取平均键级，作为键能的粗略标准。8极性共价键
假如组成共价键的原子的电负性不同，那么它们共用的电子对可能被其中的一个原子核吸引，由此而来它们在分子中的分布也不相等，电子被吸引比较集中的地方显负性，电子比较少集中的地方显正性。这样整个分子就会显示出一定的极性。一个分子的电极的分布除其原子的电负性外还与其分子的组成有关。
9配位键
主条目：配位键
配位键是一种特殊的共价键，它的特点在于共用的一对电子出自同一原子。形成配位键的条件是，一个原子有孤电子对，而另一个原子有空轨道。配位化合物，尤其是过渡金属配合物，种类繁多，用途广泛，现已形成配位化学。
中心离子：在配合物中，提供空轨道的一方称为中心离子
配体：在配合物中，提供孤对电子的一方称为配体
分类化学键
共价键σ键：三中心两电子键（香蕉键）·三中心四电子键（氢键、双氢键、抓氢键）·四中心两电子键
π键：反馈π键·共轭·超共轭效应·方向性
δ键：四重键·五重键·六重键
氢键双氢键·双氢配合物·低能垒氢键·对称氢键·亲水性
非共价
键
范德华力·机械结合作用·嵌入·卤键·亲金作用·重叠·熵力·极性
其他分子内作用力·分子间作用力·配位键·齿合度·离子键·金属键·成键·反键·二硫键·肽键·磷酸二酯键
10描述
键参数
键长（bond length）
键长指两个成键原子的平衡核间距离，是了解分子结构的基本构型参数，也是了解化学键强弱和性质的参数。对于由相同的A和B两个原子组成的化学键，键长值小，键强；键的数目多，键长值小。在实际的分子中，由于受共轭效应、空间阻碍效应和相邻基团电负性的影响，同一种化学键键长还有一定差异。键长的测定主要是通过分子光谱和热化学手段。
[14] 下表给出常见共价键的键长（pm）数据取自《化学-物质结构与性质（选修）》（2007年）。[11]
共价键键长共价键键长共价键键长共价键键长
H-H 74 H-F 92 H-Cl 127 H-Br 141
H-I 161 C-H 109 C-C 154 C-Si 186
C-N 147 C-O 143 C-P 187 C-S 181
C-F 133 C-Cl 177 C-Br 194 C-I 213
N-H 101 N-N 146 N-P 177 N-O 144
N-F 139 N-Cl 191 N-Br 214 N-I 222
O-H 101 O-P 160 O-S 151 O-F 142
O-Cl 164 O-Br 172 O-I 194 Si-H 148
Si-Si 234 Si-O 161 SI-S 210 Si-F 156
Si-Cl 204 Si-Br 216 Si-I 240 P-H 142
P-Si 227 P-P 221 P-F 156 P-Br 222
P-I 243 S-H 134 S-F 158 S-Cl 201
S-Br 225 S-I 234 F-F 143 Cl-Cl 199
Br-Br 228 I-I 266 C=C 134 C=N 127
C=O 123 N=N 122 N=O 120 O=O 121
C≡C121 C≡N115 N≡N110
键能（bond energy）
通常指在标准状态下气态分子拆开成气态原子时，每种键所需能量的平均值。对双原子分子来说，键能就是键的解离能。键能与键焓近似相等，气态分子的原子化能等于全部键能之和。下表给出常见共价键的键能（kJ/mol）数据取自《化学-物质结构与性质（选修）》（2007年）。[11]
共价键键能共价键键能共价键键能共价键键能
H-H 436 H-F 565 H-Cl 431 H-Br 363
H-I 297 C-H 413 C-C 347 C-Si 301 C-N 305 C-O 358 C-P 264 C-S 259 C-F 453 C-Cl 339 C-Br 276 C-I 216 N-H 391 N-N 160 N-P 209 N-O 201 N-F 272 N-Cl 200 N-Br 243 N-I 159 O-H 467 O-P 351 O-S 265 O-F 190
O-Cl 203 O-Br 237.6[1
9]
O-I 不详Si-H 323
Si-Si 226 Si-O 368 Si-S 226 Si-F 565 Si-Cl 381 Si-Br 213 Si-I 不详P-H 320 P-Si 310 P-P 200 P-F 490 P-Br 272 P-I 184 S-H 347 S-F 327 S-Cl 271 S-Br 218 S-I 170 F-F 159 Cl-Cl 243 Br-Br 193 I-I 151 C=C 614 C=N 615
C=O 745(79
9)
N=N 418 N=O 607 O=O 498
C≡C839 C≡N891 N≡N945
键角（bond angle）
键角即两共价键的夹角，由于共价键的方向性，共价化合物的键角是一定的，但组成相似的化合物未必有相同的键角，孤对电子对成键电子有较大的排斥作用，可导致键角变小。
键级（bond order）
键级是分子轨道提出的一个概念，其定义是成键电子与反键电子之差的一半，键级可以描述共价键的稳定性，键级越大，共价键越稳定。
键偶极矩（bond dipole moment）
键偶极距简称“键矩”，概念与力矩类似，可以描述共价键的极性。键矩的定义为：
μ=q·l
式中μ为键矩（C·m），l为键长，q为电荷量
键矩是矢量，由电负性弱的一端指向电负性强的一端，即从正到负。键矩也可以由实验测得分子模型
相比于键参数对共价键的描述，各种模型的描述显得更加直观。
下表给出在分子模型中常用的颜色和对应元素。
元素用色
氧红色
碳灰色（青色）
氮蓝色
氢白色
硫黄色
碘紫色
氟黄绿色
氯绿色
溴橙色
注：上表只是给出了常用的元素和对应颜色，与实际情况存在着一定的出入。
球棍模型（Ball-and-stick models）
甲烷的球棍模型(左)与比例填充模型
球棍模型又称“空间填充模型”，是一种用来表现化学分子的三维空间分布的分子模型。在球棍模型中，“棍”代表共价键，“球”代表成键原子。球棍模型能表示分子的键角以及成键原子的半径。
比例填充模型（Space-filling models）
比例填充模型与球棍模型类似，用来表现分子三维空间分布的分子模型。是球棒模型的进一步发展，可显示更为真实的分子外型。但很难从模型中看见化合物的键角。
存在范围
1.非金属单质
2.共价化合物
3.某些离子化合物
第一节共价键 第1课时共价键的特征与类型 [目标定位] 1.熟知共价键的概念与形成，知道共价键的特征——具有饱和性和方向性。 2.能够从不同的角度对共价键分类，会分析σ键和π键的形成及特点。 一、共价键的形成与特征 1．共价键的形成 (1)概念：原子间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。 (2)成键的粒子：一般为非金属原子(相同或不相同)或金属原子与非金属原子。 (3)键的本质：原子间通过共用电子对(即电子云重叠)产生的强烈作用。 (4)键的形成条件：非金属元素的原子之间形成共价键，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．共价键的特征 (1)饱和性 ①按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋状态相反的 电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”。 ②用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下： ③由以上分析可知，F原子与H原子间只能形成1个共价键，所形成的简单化合物为HF。
同理，O原子与2个H原子形成2个共用电子对，2个N原子间形成3个共用电子对。 (2)方向性 除s轨道是球形对称外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点。在形成共价键时，原 子轨道重叠的愈多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键就越牢固，因此共价键将 尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，所以共价键具有方向性。 共价键的形成与特征 (1)当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋状态相反的未成对电子形成共用电子对， 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。共价键的方向性决定了 分子的立体构型。 (3)并不是所有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性。 1．下列不属于共价键成键因素的是() A．共用电子对在两原子核之间高概率出现 B．共用的电子必须配对 C．成键后体系能量降低，趋于稳定 D．两原子体积大小要适中 答案 D 解析两原子形成共价键时，电子云发生重叠，即电子在两核之间出现的概率更大；两原子 电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子的体积大小与能否形成共价键无必然 联系。 2．下列说法正确的是() A．若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性 B．H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性 C．所有共价键都有方向性 D．两个原子轨道发生重叠后，电子仅存在于两核之间 答案 A 解析S原子有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，形成的氢化物为H2S，A项对；H2O 能结合1个H＋形成H3O＋，不能说明共价键不具有饱和性，B项错；H2分子中，H原子的s 轨道成键时，因为s轨道为球形，所以H2分子中的H—H键没有方向性，C项错；两个原子轨道发生重叠后，电子只是在两核之间出现的概率大，D项错。 二、共价键的类型
有关共价键的习题 一、选择题 1.下列关于化学键的叙述中，正确的是 （ ） （A ）离子化合物中一定含有金属阳离子 （B ）共价化合物中可能含离子键 （C ）离子化合物中可能含共价键 （D ）共价键只存在于共价化合物中 2.下列过程中，共价键被破坏的是 （ ） （A ）碘升华（B ）酒精溶于水 （D ）溴蒸气被木炭吸附（D ）氯化氢气体溶于水 3.下列叙述中正确的是 （ ） （A ）构成单质分子的微粒中一定存在共价键 （B ）由非金属元素形成的化合物不一定是共价化合物 （C ）非极性键只存在于双原子单质分子中（D ）由极性键结合成的分子不一定是极性分子 4.下列各组物质中，都属共价化合物的是 （ ） （A ）H 2S 和Na 2O 2 （B ）H 2SO 4和HClO （C ）NH 3和N 2 （D ）H 2O 2和CaF 2 5.下列各组分子中，按共价键极性由强至弱排序正确的是 （ ） （A ）HF 、H 2O 、NH 3、CH 4 （B ）CH 4 、NH 3、H 2O 、HF （C ）H 2O 、HF 、CH 4 、NH 3 （D ）HF 、H 2O 、CH 4 、NH 3 -22O -2O O 2 +2 O 键长/10-12m 149 128 121 112 键能/KJ ?mol -1 x y 494=z 628=w x y x y z w >>>该规律是 （ ） （A ）成键时电子数越多，键能越大 （B ）成键时电子数越少，键能越大 （C ）键长越长，键能越小 （D ）成键时电子对偏移程度越大，键能越大 7.对比以下几个反应式：Cl+Cl →Cl 2+247KJ ；O+O →O 2+493KJ ；N+N →N 2+946KJ 可以得出的结论是 （ ） （A ）常温下，氮气比氧气和氯气稳定（B ）氮、氧和氯的单质常温下为气体 （C ）氮、氧和氯都是双原子分子 （D ）氮气、氯气和氧气的密度不同 8.下列分子结构中，原子的最外层电子不能都满足8电子稳定结构的是（ ） （A ）CH 4 （B ）PCl 3 （C ）CO 2 （D ）BF 3 9.下列各物质的电子式书写错误的是 （ ） 10.下列物质中既含离子键又含非极性键的是 （ ） （A ）NaNO 3 （B ）KOH （C ）Na 2O 2 （D ）CH 4 二、填空题 11.在卤化氢（H –X ）分子中，随着卤原子核电荷数逐渐增大，其稳定性逐渐__________，这是由于H –X 键长逐渐_________，键能逐渐________的缘故。 12.硫化氢（H 2S ）分子中，两个H –S 键的键角接近90o，说明H 2S 分子的空间构型为__________；二氧化碳（CO 2）分子中，两个C=O 键的键角是180o，说明CO 2分子的空间构型为__________；甲烷（CH 4）分子中，两个相邻C –H 键的键角是109o28′，说明CH 4分子的空间构型为___________。 13.溴化碘（IBr ）的化学性质类似于卤素化合物，试回答下列问题： （1）溴化碘的电子式为_______，它是由________键形成的化合物。 （2）溴化碘和金属镁反应的生成物属_______化合物，电子式为_________（任写一种） （3）溴化碘和水反应生成一种三原子分子，该分子的电子式为__________，它是由__________键形成的化合物。 14.某短周期元素的气态氢化物在高温下分解生成固态物质和氢气。在相同情况下，气体体积是原来的1.5倍，分解前后气体密度比为17∶1。该元素原子核内质子数比中子数少1个。
课时跟踪检测（五）共价键 1．下列分子中的σ键是由一个原子的s轨道和另一个原子的p 轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是( ) A．H2B．HCl C．Cl2 D．N2 解析：选B H2中的σ键是s-s σ键，Cl2、N2中的σ键都是p-p σ键。 2．对σ键的认识不正确的是( ) A．σ键不属于共价键，是另一种化学键 B．s-s σ键与s-p σ键的对称性相同 C．分子中含有共价键，则至少含有一个σ键 D．含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同 解析：选A A项，σ键属于共价键；B项，s-s σ键与s-p σ键都属于σ键，对称性相同；D项，π键容易断裂，而σ键不易断裂，所以含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同。 3．下列物质的分子中既有σ键，又有π键的是( ) ①HCl②H2O ③N2④H2O2⑤C2H4⑥C2H2
A．①②③B．③④⑤⑥ C．①③⑥ D．③⑤⑥ 解析：选D N2分子中有三个共价键：一个σ键，两个π键；C2H4中碳碳原子之间有两个共价键：一个σ键，一个π键；C2H2中碳碳原子之间有三个共价键：一个σ键，两个π键。 4．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，σ键的键能要小于π键 解析：选A 在双原子分子中没有键角，C错误；当共价键键能越大、键长越短时，分子越稳定，A正确，B错误；一般σ键的重叠程度要大于π键，σ键的键能大于π键，D错误。 5．根据等电子原理，下列分子或离子与NO－3有相似结构的是( ) ①SO3②BF3③CH4④NO2 A．①②B．②③ C．③④ D．②④ 解析：选A NO－3是4原子，24(5＋6×3＋1＝24)个价电子(最外
训练9 共价键 [基础过关] 一、化学键的概念和判断 1．下列有关化学键的叙述中正确的是() A．化学键只存在于分子之间 B．化学键只存在于离子之间 C．化学键是相邻原子或离子之间强烈的相互作用 D．化学键是相邻分子之间强烈的相互作用 2．下列关于化学键的叙述正确的是() A．任何物质里都含有化学键 B．离子化合物中可能含有共价键 C．共价化合物分子中可能含有离子键 D．水分子中氢、氧原子间的化学键是非极性键 3．下列物质中，含共价键的离子化合物是() A．MgCl2 B．N2 C．HCl D．Na2O2 二、共价化合物和共价键 4．下列物质中，属于共价化合物的是() A．NH4Cl B．HNO3 C．NaCl D．I2 5．下列说法正确的是() A．由分子组成的物质中一定存在共价键 B．由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物 C．非极性键只存在于双原子单质分子里 D．两个非金属元素原子间不可能形成离子键 6. 意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的 N4气体分子。N4分子结构如图所示，下列说法正确的是() A．N4分子属于一种新型的化合物 B．N4分子中只含有非极性键 C．1 mol N4分子所含共价键数为4N A D．N4沸点比P4(白磷)高 三、分子间作用力和氢键 7．关于氢键，下列说法不正确的是() A．HF的沸点比HCl的沸点高是由于HF分子间存在氢键所致 B．水在结冰时体积膨胀，是由于水分子之间存在氢键
C．NH3的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键 D．在氨水中水分子和氨分子之间也存在着氢键 8．以下关于分子间作用力的叙述不正确的是() A．是一种较弱的化学键 B．分子间作用力较弱，破坏它所需能量较少 C．分子间作用力对物质的熔、沸点有影响 D．稀有气体原子间存在分子间作用力 9．根据化学反应的实质是旧键断裂和新键形成这一事实，下列变化不属于化学变化的是 () A．钠投入水中B．石墨在高温高压下转化为金刚石 C．干冰汽化D．五氧化二磷吸水 [能力提升] 10．现有下列物质：①Cl2②Na2O2③NaOH④HCl ⑤H2O2⑥MgF2⑦NH4Cl (1)只由离子键构成的物质是________。 (2)只由极性键构成的物质是________。 (3)只由非极性键构成的物质是________。 (4)只由非金属元素组成的离子化合物是________。 (5)由极性键和非极性键构成的物质是________。 (6)由离子键和极性键构成的物质是________。 (7)由离子键和非极性键构成的物质是________。 (8)属于离子化合物的物质是________。 (9)属于共价化合物的物质是________。 11．图形因表达准确且信息量大而得到广泛应用。请根据所给图形回答下列问题： (1)如下图表示容器中气体粒子的示意图，图中“○”和“●”分别代表不同元素的原 子，它们的结合体代表分子，则图中可表示氮气的是(填字母，下同)__________，可表示氯化氢(HCl)分子的是__________，可表示一氧化碳和氧气的混合气体的是__________。 (2)下图是水分子在一定条件下分解的示意图，从中获得的信息不正确的是__________。
共价键 1.共价键的形成 (1)概念：原子间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。 (2)成键的粒子：一般为非金属原子(相同或不相同)或金属原子与非金属原子。 (3)本质：原子间通过共用电子对(即电子云重叠)产生的强烈作用。 (4)形成条件：非金属元素的原子之间形成共价键，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.共价键的特征 (1)饱和性 ①按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋状态相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”。 ②用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下： ③由以上分析可知，F原子与H原子间只能形成1个共价键，所形成的简单化合物为HF。同理，O原子与2个H原子形成2个共用电子对，2个N原子间形成3个共用电子对。(2)方向性 除s轨道是球形对称外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点。在形成共价键时，原子轨道重叠的愈多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键就越牢固，因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，所以共价键具有方向性。 共价键的特征及应用 (1)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。 (2)共价键的方向性决定了分子的立体构型，并不是所有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性。 例1下列不属于共价键成键因素的是() A.共用电子对在两原子核之间高概率出现 B.共用的电子必须配对 C.成键后体系能量降低，趋于稳定 D.两原子体积大小要适中 【考点】共价键的形成与特征 【题点】共价键的形成与判断 答案D 解析两原子形成共价键时，电子云发生重叠，即电子在两核之间出现的概率更大；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子的体积大小与能否形成共价键无必然联系。 例2下列说法正确的是()
价键理论 自1916年路易斯提出经典的共价键理论以来，共价键理论有了很大的发展。现代共价键理论有两种，一是价键理论，二是分子轨道理论。 （一）价键理论的基本要点 价键理论，又称电子配对法，其基本要点如下： 1.具有自旋相反的未成对电子的两个原子相互接近，可以形成稳定的共价键。 如果A、B两个原子各有一个自旋相反的未成对的电子，那么这两个未成对电子可以相互配对形成稳定的共价键，这对电子为A、B两原子所共有（共用）。如果A、B各有两个或三个未成对的电子，则自旋相反的单电子可两两配对形成双键或叁键。 如果A原子有两个未成对电子，B原子有一个未成对电子，那么一个A原子能与两个B原子结合形成AB2型分子，…。 2．原子中未成对的电子数等于原子所能形成的共价键数目(共价键的饱和性)。 共价键是由成键原子中自旋相反的未成对电子配对形成的。一个原子的一个电子和另一个原子的一个电子配对以后，不能再和第二个电子配对。因为这时其中必有两个电子的自旋方向相同而相斥。也就是说一个原子所能形成共价键的数目是一定的。原子中未成对的电子数等于原子所能形成的共价键数目，这就是共键价的饱和性。例如，H原子只有一个未成对电子，它和另一个H原子的未成对电子配对后，就不能再与第二个H原子的电子配对了，……。 3.成键电子的电子云重叠越多，核间电子子云密度就越大，形成的共价键就越牢固(共价健的方向性)。 共价键的生成是由于自旋相反的单电子相互配对，电子云重叠的结果。因此，当两个原子形成分子时，电子云重叠的程度越大，则两原子间的电子云密度越大，生成的共价键就越牢固，所以，在形成共价键时，电子云总是尽可能达到最大程度的重叠。因此,在形成共价键时，原子间总是尽可能沿着电子云最大重叠方向成键。s电子云呈球形对称分布，p、d、f电子云在空间都有一定的伸展方向。在形成共价键时，除了s 电子云和s电子云可以在任何方向上都能达到最大程度的重叠外，p、d电子云的重叠，只有在一定方向上才能使电子云有最大程度的重叠。即共价键是有方向性的。例如，当氢原子1s电子云和氯原子的3p电子云重叠形成HCL分子时，氢原子的1s电子云总是沿着氯原子未成对电子的3p电子云对称轴方向作最大程度的重叠（图4-9（a））。其他方向都不能形成稳定的分子（图4-9（b）（c））。 电子云的三种重叠情况 图4-9 氢原子的1s电子云与氧原子的3P x （二）共价键的类型 共价键有两种成键方式。一种是电子云以：“头碰头”方式相重叠，电子云及重叠部分沿键轴（两核间连线）呈圆柱形对称分布，重叠部分绕轴旋转任何角度形状不会改变，这种键叫σ键。另一种是成键的两个电子云的对称轴相平行，以“肩并肩”方式相重叠，电子云重叠部分对通过键轴的一个平面具有对称性，这种键称为π键。 例如在N2分子中，氮原子的价层电子结构为：2p x12p y12p z1三个未成对的p电子分占三个互相垂直的p轨道。当两个氮原子结合成N2分子时，p x电子云沿x轴方向以“头碰头”方式重叠形成一个σ键，每个原
1.下列分子的电子式书写正确的是( ) A.氮气:∶N??N∶ B.过氧化氢:H+[∶∶]2-H+ C.氨气:H∶∶H D.二硫化碳:∶∶ 解析:选项B中H2O2为共价化合物,分子中原子间形成共用电子对,电子式应为H∶∶H;C项中N的最外层电子未完全标出;D项中CS2的分子结构和CO2相似,电子式应为∶∶C∶∶。 答案:A 2.根据表中的数据, ( ) ①Na和Cl ②Mg和Cl ③Al和Cl ④H和O ⑤Al和O ⑥C和Cl A.①②⑤ B.③④⑥ C.④⑤⑥ D.①②③④⑤⑥ 解析:非金属元素之间易形成共价键,大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属元素的原子之间形成共价键。Na和Cl:3.0-0.9=2.1>1.7;Mg和Cl:3.0-1.2=1.8>1.7;Al和O:3.5-1.5=2.0>1.7;Al 和Cl:3.0-1.5=1.5<1.7;H和O:3.5-2.1=1.4<1.7;C和Cl:3.0-2.5=0.5<1.7;故①②⑤不能形成共价键,③④⑥可形成共价键。 答案:B 3.下列说法正确的是( ) A.σ键强度小,容易断裂,而π键强度较大,不易断裂 B.共价键都具有方向性 C.π键是由两个原子的p轨道“头碰头”重叠形成的 D.两个原子之间形成共价键时,最多有一个σ键 解析:形成σ键原子轨道的重叠程度比π键大,稳定性更好,不易断裂,A项错误;s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性,B项错误;原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键,以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键,C项错误;两个原子之间形成共价键时,单键为 σ键,双键和三键中只有一个σ键,D项正确。 答案:D 4.化合物A是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式为,下列说法中正确的是( ) A.A分子中只有极性键没有非极性键 B.A分子中的共用电子对数为11 C.1 mol A分子中所含的σ键数目为10N A D.A是共价化合物
一、选择题 1．下列不属于共价键成键因素的是() A．共用电子对在两原子核之间高概率出现 B．共用的电子必须配对 C．成键后体系能量降低，趋于稳定 D．两原子体积大小要适中 答案：D 点拨：两原子形成共价键时电子云发生重叠，即电子在两核之间出现的机会更多；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子的体积大小与能否形成共价键无必然联系。 2．(双选)下列说法正确的是() A．π键是由两个p电子“头碰头”重叠形成 B．σ键是镜面对称，而π键是轴对称 C．σ键比π键的重叠程度大，形成的共价键强 D．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键 答案：CD 点拨：原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键；σ键是轴对称，而π键是镜面对称；从原子的重叠程度看，π键是重叠程度比σ键的重叠程度小，故π键稳定性低于σ键；单键为σ键，双键和三键中只有一个σ键。 点评：比较σ键和π键形成的特点及本质，变抽象为具体。 3．相距很远的两个氢原子相互逐渐靠近，在这一过程中体系能量将()
A．先变大后变小B．先变小后变大 C．逐渐变小D．逐渐增大 答案：B 点拨：相距很远的两原子之间作用力几乎为零，能量为两原子能量之和，随着距离的减小两原子相互吸引，使体系能量缓慢下降，当原子继续靠近时，它们的原子轨道相互重叠，各未成对电子配对成键，能量最低，再进一步接近，两原子核之间的相互斥力又将导致体系能量上升。 4．(2013·经典习题选萃)下列关于σ键和π键的理解不正确的是() A．σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成 B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转 C．双键中一定有一个σ键，一个π键，叁键中一定有一个σ键，两个π键 D．CH3—CH3、CH2===CH2、CH≡CH中σ键都是C—C键，所以键能都相同 答案：D 点拨：p电子云重叠时，首先以“头碰头”的方式最大重叠形成σ键，p y、p z电子云垂直于p x所在平面，只能以“肩并肩”的方式重叠形成π键，双键中有一个σ键，一个π键，叁键中有一个σ键，两个π键，π键不能单独形成，A、C正确。σ键呈轴对称，π键呈镜像对称，不能绕键轴旋转，B正确。 5．下列物质的分子中既有σ键，又有π键的是() ①HCl②H2O③N2④H2O2⑤C2H4⑥C2H2 A．①②③B．③④⑤⑥ C．①③⑥D．③⑤⑥
《共价键》——详细教案 王思佳10091550122 一、教学目标： （一）知识与技能 1 理解共价键的概念，初步掌握共价键的形成过程。 2. 能用电子式表示共价化合物的形成过程。 3. 理解化学键的概念以及化学反应的本质。 （二）过程与方法 1. 通过共价键的形成过程，培养学生的抽象思维及概括能力。 2. 培养对微观粒子运用的想象力。 （三）情感态度与价值观 1. 通过共价键的形成过程，培养求实、创新的精神。 2. 培养从个别到一般的研究问题的方法。从现象到本质的科学方法。 二、教学重点 1.理解共价键的本质。 2.用电子式、结构式表示共价键和共价化合物。 教学难点 1.用电子式、结构式表示共价键和共价化合物。 2.用共价键去解释某些化学性质。 三、教学过程 【师】上节课，我们学习了离子键，哪位同学能告诉我，什么是离子键呢？ 【生】使阴、阳离子结合成化合物的静电作用，叫做离子键。 【师】很好，那么离子键适合于什么样的阳、阴离子吗？ 【生】适合于活泼的金属和非金属之间。 【师】同学们掌握的还不错，还应该有特殊的阳离子：NH4+。对吧？ 【生】…… 【师】看来同学们的掌握情况真的不错。后来我们又学习了怎么用电子式表示一个离子，及离子化合物的电子式，还学习了用电子式表示离子化合物的形成过程。那么请同学们，写出NaCl、MgCl2、NH4Cl的电子式，并且用电子式，表示NaCl的形成过程。 【生】…… 【师】同学们注意下，用电子式表示离子化合物时，阴阳离子所带的电荷要标注出来，并且要阴离子要用中括号括起来。 好的，看来同学们对于离子键的学习情况还是很不错的。我们说活泼金属元素和活泼非金属元素的原子之间化合时形成离子键。那么，非金属元素的原子之间能形成离子键吗？为什么？ 【生】…… 【师】不能，因为非金属元素的原子都有获得电子的倾向。 （思考）那么请同学们，分析下H和Cl的原子结构，你认为H2、Cl2、HCl的形成和NaCl一样吗？【生】…… 【师】我们现在先以Cl原子为例，来分析下Cl2分子的形成过程。 我们知道Cl原子最外层有7个电子，要达到稳定的8电子结构，都需要获得1个电子，而两个氯原子间难以发生电子的得失，要形成Cl2分子，那该怎么办呢？请你猜想下。 【生】两个原子都拿出一个电子，放在中间公用呗。
一、课题：《化学键》第2课时《共价健》 二、教学目标与要求 ?知识方面 1、使学生理解共价键的概念，初步掌握共价键的形成。 2、能较为熟练地用电子式表示共价分子的形成过程和分子结构。 3、理解极性键、非极性键、化学键的概念 ?能力方面 1、通过对共价键形成的教学，培养学生抽象思维和综合概括能力。 2、通过离子键和共价键的教学，培养学生对微观粒子运动的想象力。 3、通过电子式的书写，培养学生的归纳比较能力。 ?情感态度与价值观 1、培养学生用对立统一规律认识问题。 2、通过对共价健形成过程的分析，培养学生怀疑、求实、创新的精神。 3、培养学生由个别到一般的研究问题的方法。从宏观到微观，从理解到本质的认识事物的科学方法。 三、教学重点： 1、共价键和共价化合物的概念。 2、用电子式表示共价化合键的形成过程。 四、教学难点 1、用电子式表示共价化合键的形成过程。 2、极性键与非极性键的判断。 五、教学过程设计 导入新课 上节课我们介绍了化学键中的离子键，本节课我们再来认识另一种类型的化学键——共价键。推进新课 什么是共价键呢？ 思考与交流：分析H和Cl的原子结构，你认为H2、HCl的形成与氯化钠会是一样的吗？师：通过初中的学习我们知道，有些物质是由分子构成的，有些物质是由离子构成的，还有些物质是由原子直接构成的。请你指出H2、Cl2、HCl、NaCl分别由什么粒子构成。 生：氯化钠是由Na+和Cl－构成，而H2、Cl2、HCl分别由氢分子、氯分子、氯化氢分子构成的。 师：很好。通过上节课的学习，氯化钠是怎样形成的？用电子式表示它的形成过程。 生：Na + Cl →N a+[ Cl ]－ 师：很好。形成氯化钠时，由于钠原子最外层只有一个电子，易失去这个电子达到8电子稳定结构Na+，氯原子最外层有7个电子，易得到一个电子达到稳定结构Cl－，Na+与Cl－通过静电作用而形成了离子键。氢原子最外层也只有一个电子，它与氯原子结合时，是否很容易失去这个电子呢？你的判断依据是什么？ 生：不是。若氢原子也容易失去电子，则氯化氢也应由H+和Cl－构成的。 师：回答得非常好。氢原子要达到稳定结构需要一个电子，氯原子也需要一个电子，那么一个H原子和一个Cl原子又是如何形成HCl分子的呢？ 下面我们先来看一段录像。多媒体演示： 画面上有一条河，河边有大、小两个小精灵，小的代表氢原子，大的代表氯原子。河的对岸风景优美，并写有“成功的彼岸——稳定结构”的字样。代表氢原子的小精灵手里拿着一朵花，自言自语地说：“要到达彼岸，我还需要一朵花。”代表氯原子的小精灵手里拿着七朵
第二章分子结构与性质 教材分析： 本章比较系统的介绍了分子的结构和性质，内容比较丰富。首先，在第一章有关电子云和原子轨道的基础上，介绍了共价键的主要类型σ键和π键，以及键参数——键能、键长、键角；接着，在共价键概念的基础上，介绍了分子的立体结构，并根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论对简单共价分子结构的多样性和复杂性进行了解释。最后介绍了极性分子和非极性分子、分子间作用力、氢键等概念，以及它们对物质性质的影响，并从分子结构的角度说明了“相似相溶”规则、无机含氧酸分子的酸性等。 化学2已介绍了共价键的概念，并用电子式的方式描述了原子间形成共价键的过程。本章第一节“共价键”是在化学2已有知识的基础上，运用的第一章学过的电子云和原子轨道的概念进一步认识和理解共价键，通过电子云图象的方式很形象、生动的引出了共价键的主要类型σ键和π键，以及它们的差别，并用一个“科学探究”让学生自主的进一步认识σ键和π键。 在第二节“分子的立体结构”中，首先按分子中所含的原子数直间给出了三原子、四原子和五原子分子的立体结构，并配有立体结构模型图。为什么这些分子具有如此的立体结构呢？教科书在本节安排了“价层电子对互斥模型”和“杂化轨道理论”来判断简单分子和离子的立体结构。在介绍这两个理论时要求比较低，文字叙述比较简洁并配有图示。还设计了“思考与交流”、“科学探究”等内容让学生自主去理解和运用这两个理论。 在第三节分子的性质中，介绍了六个问题，即分子的极性、分子间作用力及其对物质性质的影响、氢键及其对物质性质的影响、溶解性、手性和无机含氧酸分子的酸性。除分子的手性外，对其它五个问题进行的阐述都运用了前面的已有知识，如根据共价键的概念介绍了键的极性和分子的极性；根据化学键、分子的极性等概念介绍了范德华力的特点及其对物质性质的影响；根据电负性的概念介绍了氢键的特点及其对物质性质的影响；根据极性分子与非非极性分子的概念介绍了“相似相溶”规则；根据分子中电子的偏移解释了无机含氧酸分子的酸性强弱等；对于手性教科书通过图示简单介绍了手性分子的概念以及手性分子在生命科学和生产手性药物方面的应用 第一节共价键 第一课时 教学目标： 1、复习化学键的概念，能用电子式表示常见物质的离子键或共价键的形成过程。 2、知道共价键的主要类型δ键和π键。 3、说出δ键和π键的明显差别和一般规律。 教学重点、难点： 价层电子对互斥模型 教学过程： [复习引入] NaCl、HCl的形成过程
第二章第一节第1课时共价键的特征和类型 基础巩固 一、选择题 1．下列关于化学键的说法不正确的是( D ) A．化学键是一种作用力 B．化学键可以是原子间作用力，也可以是离子间作用力 C．化学键存在于分子内部 D．化学键存在于分子之间 解析：化学键是分子内原子之间强烈的相互作用，不是分子间作用力。 2．共价键具有饱和性和方向性，下列关于共价键这两个特征的叙述中，不正确的是( D ) A．共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的 B．共价键的方向性是由成键原子的轨道的方向性决定的 C．共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系 D．共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关 解析：一般地，原子的未成对电子一旦配对成键，就不再与其他原子的未成对电子配对成键了，故原子的未成对电子数目决定了该原子形成的共价键具有饱和性，这一饱和性也就决定了该原子成键时最多连接的原子数，故A、C两项正确；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大越好，为了达到原子轨道的最大重叠程度，成键的方向与原子轨道的伸展方向存在着必然的联系，故B项正确、D项错误。 3．关于乙醇分子的说法正确的是( C ) A．分子中共含有8个极性键 B．分子中不含非极性键 C．分子中只含σ键 D．分子中含有1个π键 解析：乙醇的结构简式为CH3CH2OH，共有8个共价键，其中C—H、C—O、O—H键为极性键，共7个，C—C键为非极性键，由于全为单键，故无π键。 4．已知：元素X的电负性数值为2.5，元素Y的电负性数值为3.5，元素Z的电负性数值为1.2，元素W的电负性数值为 2.4。你认为上述四种元素中，最容易形成共价键的是( B ) A．X与Y B．X与W C．Y与Z D．Y与W 解析：一般来说，电负性小于1.8的为金属，且电负性越小，金属性越强；电负性大于1.8的为非金属，且电负性越大，非金属性越强，电负性差别小的两元素最可能形成共价键。
高中化学共价键的练习题和答案 1.下列叙述不正确的是( ) A.离子化合物可能含共价键 B.共价化合物不可能含离子键 C.离子化合物中只含离子键 D.共价化合物中只含共价键 2.下列说法中正确的是( ) A.两个原子或多个原子之间的相互作用叫做共价键 B.阴、阳离子间通过静电引力而形成的化学键叫做离子键 C.只有金属元素和非金属元素化合时才能形成离子键 D.大多数的盐、碱和低价金属氧化物中含有离子键 3.在共价化合物中，元素化合价有正负的主要原因是( ) A.电子有得失 B.共用电子对有偏移 C.电子既有得失又有电子对偏移 D.有金属元素的存在 4.下列电子式书写正确的是( ) 5.下列物质中，只含有一种类型化学键的是( ) A.Na2O2 B.Ca(OH)2 C.HClO D.Ne 练方法技巧——发散创新探究的方法 6.A、B属于短周期元素，能以化学键结合成分子式为AB2型的化合物，则B、A元素 不可能分别属于周期表中的族数是( ) A.ⅤA和ⅠA族 B.ⅥA和ⅤA族
C.ⅥA和ⅣA族 D.ⅦA和ⅡA族 7.下列分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是( ) A.BF3 B.H2O C.SiCl4 D.PCl5 8.甲、乙两种化合物都只含有X、Y两种元素，甲、乙中X元素的质量分数分别为30.4% 和25.9%，若已知甲的分子式是XY2，则乙的分子式只可能是( ) A.XY B.X2Y C.X2Y3 D.X2Y5 9.氢化铵(NH4H)与氯化铵结构相似，又已知NH4H与水反应有氢气产生，下列叙述中 不正确的是( ) A.NH4H的电子式为 B.NH4H固体投入少量水中，有两种气体产生 C.NH4H中的H-半径比锂离子半径大 D.NH4H溶于水后，形成的溶液显酸性 10.近年来用红外激光技术研究液氢，发现分子间作用力也可引起微粒间的反应，在液 氢中有氢分子和质子形成的H+3，其构型是等边三角形，属于二电子三中心离子，同时， H+3可进一步形成H+n，下列判断正确的是( ) A.H+3的电子式是HHH B.H+3可在液氢中形成H+4、H+5、H+6 C.H+3可在液氢中形成H+5、H+7、H+9 D.H+3可广泛存在于固态、液态和气态氢中 题号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
第二章第一节共价键（第1课时） 【学习目标】 1．复习化学键的概念，能用电子式表示常见物质的形成过程。 2．知道共价键的主要类型δ键和π键。 3．说出δ键和π键的明显差别和一般规律。 【学习重点】：理解σ键和π键的特征和性质 【学习难点】：σ键和π键的形成与特征 【学习过程】 [复习提问] 1、什么是化学键？化学键的类型有哪些？ 2、用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成过程。 3、写出H、Cl、Ar的价电子排布图，并解释为什么H、Cl形成双原子分子，Ar为单原子分子。 [自主预习] 一、共价键 1．共价键的形成条件和本质 （1）定义：间通过形成形成共价键。 （2）本质：成键原子相互接近时，发生重叠，自旋方向的未成对电子形成，两原子核间的电子云发生重叠，体系总能量，达到相对稳定的状态。 （3）形成条件：共价键一般由元素之间形成。（特例如等） 2．共价键的特征： （1）：每个原子形成共价键的数目是确定的。 （2）：根据电学原理，成键电子云越密集，共价键越。要使成键的原子轨道最大程度地重叠，原子轨道必须沿一定方向重叠。 3．共价键的类型： ①根据共用电子对的数目，可将共价键分为、、。 ②根据共用电子对是否偏移，可将共价键分为和。 ③根据原子轨道重叠的方向不同，可将共价键分为和。
σ键 1、写出N原子的轨道排布图并分析形成共价键的原子轨道。 归纳：如何判断原子形成共价键的轨道？ 2、用准备好的轨道模型模拟氮氮三键的原子轨道重叠方式并判断分别属于σ键，还是π键。 规律总结：两原子间形成共价键时，优先形成较稳定的，且最多只能形成1个。 即：共价单键全是，共价双键中一个是，另一个是；共价三键中一个，另两个为。 【当堂检测】 1. 下列说法正确的是（） A. 含有共价键的化合物一定是共价化合物 B. 分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物 C.单质分子中一定含有共价键 D. 只有非金属原子间才能形成共价键 2、下列说法中正确的是（） A、p轨道之间以“肩并肩”重叠可形成σ键 B、p轨道之间以“头碰头”重叠可形成π键 C、s和p轨道以“头碰头”重叠可形成σ键 D、共价键是两个原子轨道以“头碰头”重叠形成的 3.在氧气分子中，形成共价键的原子轨道是 ( ) A、氧原子的2p轨道和氟原子的1s轨道 B、氧原子的3p轨道和氟原子的1s轨道 C、氧原子的2p轨道和氟原子的2p轨道 D、氧原子的3p轨道和氟原子的3p轨道 4.σ键的常见类型有(1)s-sσ键,(2)s-pσ键,(2)p-pσ键,请指出下列分子σ键所属类型: ①HBr ②NH3③F2④H2 5、
二、共价键 1、概念：原子间通过共用电子对所形成的相互作用叫共价键。 （1）共价键的成因： ○ 1通过共用电子对，使每个原子均达到稳定结构 ○ 2 电子对的引力平衡 ○ 3 体系能量降低 （2）共价键的成键元素： ○ 1 相同的原子间以共价键相结合，如：H 2、I 2、C 、S ○ 2 不同非金属元素组成的分子化合物，如：SiO 2、H 2O 、CH 4、2 CO 、CO 、SO 2、H 2SO 4、HNO 3、NH 3·H 2O ○ 3 原子团：SO 42—、NO 3—、CO 32—、NH 4+ ○ 4 少部分金属元素与非金属元素原子之间以共价键相结合，如：AlCl 3 写出--+ 2242222O OH NH HClO S H CO Cl H 、、、、、、、的电子式和结构式。 ＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。 2．（重点）用电子式表示共价分子的形成过程。 用电子式表示I 2、2CO 、H 2O 、H 2S 、NH 3的形成过程： I 2：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；2CO ：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿； H 2O ：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；H 2S ：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿； NH 3：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 3．非极性键与极性键 (1)非极性键：由同种元素的原子间形成的共价键。 ○ 1 特征：共用电子对不偏移 ○ 2存在于：非金属单质：Cl 2、P 4 共价化合物：H 2O 2 离子化合物：FeS 2、CaC 2、Na 2O 2 (2)极性键：由不同种元素的原子间形成的共价键。 ○ 1 特征：共用电子对偏向吸引电子能力强得一方 ○2存在于：共价化合物：2 CO 、H 2SO 4 离子化合物：NH 4Cl 、NaOH 4．判断： （1）含有共价键的化合物一定是共价化合物 （2）全部由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物 （3）在气态单质分子里一定有非极性共价键 [例4] A 、B 、C 、D 四种元素，原子序数依次增大，A 原子的最外层上有4个电子；B 的阴离子和C 的阳离子具有相同的电子层结构，两元素的单质反应，生成一种淡黄色的固体E ，D 的L 层电子数等于K ，
知识点一：共价键 1、共价键的实质 共用电子对与原子核之间的静电作用使原子结合起来 说明：原子之间通过核间高概率出现的共用电子对所产生的强烈相互作用 2、共价键形成过程的表示方法 说明：由于在化学反应中，一般是原子的最外层电子发生变化，所以，为了简便起见，我们可以在元素符号周围用小黑点（或×）来表示原子的最外层电子。这种式子叫做电子式 例如： 说明：注意书写分子的电子式和分子形成过程的电子式的区别。 3、共价键的特征 ⑴饱和性：是指每个原子成键的总数或以单键连接的原子数目是一定的，因为共价键是有原子轨道重叠和共用电子形成的，而每个原子能提供的轨道和成单电子数目是一定的。 例如：当两个H原子结合成H2分子后，不可能再结合第三个H原子形成“H3分子”。同样，甲烷的化学式是CH4，说明碳原子最多能与四个氢原子结合。这些事实说明，形
成共价键时，每个原子有一个最大的成键数，每个原子能结合其他原子的数目不是任意的。 ⑵方向性：是指一个原子与周围原子形成的共价键具有一定的方向，角度。这是由于原子轨道（S轨道除外）有一定的方向性，它和相邻原子的轨道重叠要满足最大重叠原理。 最大重叠原理：在形成共价键时，原子间总是尽可能的沿着原子轨道最大重叠的方向成键。成键电子的原子轨道重叠程度越高，电子在两核间出现的概率密度也越大，形成的共价键也越稳固。 说明：共价键的方向性使共价分子都具有一定的空间构型。例如，在硫原子和氢原子结合生成H2S分子时，因为硫原子的最外层两个不成对的3p电子的电子云互成直角，氢原子的1s电子云要沿着直角的方向跟3p电子云重叠，这样H2S分子中两个共价键的夹角应接近90度。 4、共价键的类型 (1)σ键：（以“头碰头”重叠形式） a、特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键的图形不变，轴对称图形。 b、种类：s-s σ键 s-p σ键 p-p σ键 (2)π键：（以“肩并肩”重叠形式）
第二章分子结构与性质 第一节共价键 第1课时共价键的特征与类型 一、教学设计 在化学必修2中学习了化学键的初步知识，知道了离子键和共价键的形成过程。本节将在电子云和原子轨道等概念基础上继续学习共价键的知识，包括共价键的主要类型σ键和π键。教学时要注意运用图片引导学生形象思维，理解σ键和π键的特征；充分利用数据和具体例子帮助学生理解共价键与简单分子的某些性质的关系。 教学重点： 1．知道共价键的主要类型，了解σ键和π键的形成特点及其本质。 2．能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。 教学难点： σ键和π键的特征。 具体教学建议： 1.可以通过制作原子轨道模型的方式来帮助学生理解σ键和π键的特征。 2.可以介绍一些学生比较熟悉的分子的键角，如CO2、H2O、CH4、NH3等，并引出共价键具有方向性。介绍键角时不要求对具体角度做解释，留待下一节继续学习。 教学方案参考 【方案】制作模型学习σ键和π键 创设问题情景：（1）复习以NaCl为代表的离子键的形成过程；（2）复习共价键的概念。提出问题：（1）两个H在形成H2时，电子云如何重叠？（2）在HCl、Cl2中，电子云如何重叠？ 制作模型：学生以小组合作学习的形式，利用泡沫塑料、彩泥、牙签等材料制作s轨道和p 轨道的模型。根据制作的模型，以H2、HCl、Cl2为例，研究它们在形成分子时原子轨道的重叠方式，即σ键和π键的成键过程，体会σ键可以旋转而π键不能旋转。 归纳总结：σ键是两原子在成键时，电子云采取“头碰头”的方式重叠形成的共价键，这种重叠方式符合能量最低，最稳定；σ键是轴对称的，可以围绕成键的两原子核的连线旋转。π键是电子云采取“肩并肩”的方式重叠，π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成
专题三 第三单元 共价键 原子晶体 第二课时 共价键的类型 【学习目标】 1.知道共价键的主要类型δ键和π键。 2. 说出δ键和π键的明显差别和一般规律。 【阅读要求及检测】 一. σ键的形成 （1） s-s σ键的形成 例：H 2的形成 （2）s-p σ键的形成 （3）p-p σ键的形成 （4）小结： ①σ键重叠方式：采用“__________”重叠。在任何方向都能最大重叠，使作用力最大，即化学键不易断裂。②σ键的特征：以形成_______的两个原子核的连线为轴作______操作，共价键电子云的_____，这种特征称为___________。③种类：σ键、σ键、 σ键 注意：P 轨道和P 轨道除能形成σ键外，还能形成π键 二.π键的形成：p 轨道和p 轨道形成π键的过程如图所示： （1）π键的重叠方式:是由个原子的轨道“”重叠形成的。形成π键时原子轨道重叠程度比σ键__________，故π键不如σ键__________，比较容易。个人收集整理 勿做商业用途 子云相互靠拢 电子云相互重叠 未成对电子的 电子云相互靠拢 电子云相互重叠 两个原子相互接近 原子轨道重叠 π键的电子云
（2）π键的特征：每个π键的原子轨道由块组成，分别位于由构成的平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为_______，这种特征称为____________。 【要点精讲及典型例题】 三.σ键、π键比较 1.小结 2.共价键类型与化学性质的关系 （1）σ键：在形成σ键时，原子轨道发生了最大程度的重叠，键能，稳定性，且σ键的两成键原子绕着键轴可以任意相对旋转而键不被。因此，σ键强度大，不易。 （2）π键：是原子轨道沿着键轴“”重叠形成的。π键重叠程度较，其键能于σ键，稳定性较；另外，形成π键的两原子不能相对自由旋转，否则π键将被破坏。因此，π键的稳定性于σ键，π键的电子活动性较，含有π键的物质化学性质活泼，发生化学反应。例如，乙烯比乙烷活泼。 [例1]乙烷分子中由__________键组成；乙烯分子中由__________________________键组成；乙炔分子中由______________________键组成。 [例2] 对δ键的认识不正确的是() A．δ键不属于共价键，是另一种化学键B．S-Sδ键与S-Pδ键的对称性相同C．分子中含有共价键，则至少含有一个δ键 D．含有π键的化合物与只含δ键的化合物化学性质不同 [例3]下列有关σ键和π键的说法错误的是() A．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者 B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键 C．有些原子在与其他原子形成分子时，只能形成σ键，不能形成π键 D．在分子中，化学键可能只有π键而没有σ键 四．非极性键和极性键 1.判断方法：A-A,非极性键；A-B，极性键。 2.难点突破： （1）非金属单质（稀有气体除外）都含非极性键； （2）共价化合物中一定含极性键；某些离子化合物中也存在极性键；