資源簡介

共價鍵
一、共價鍵的形成與特征
1．共價鍵的形成
(1)概念：原子間通過共用電子對所形成的相互作用。
(2)成鍵的粒子：一般為非金屬原子(相同或不相同)或金屬原子與非金屬原子。
(3)本質(zhì)：原子間通過共用電子對(即原子軌道重疊)產(chǎn)生的強烈作用。
(4)鍵的形成條件：非金屬元素的原子之間形成共價鍵，大多數(shù)電負(fù)性之差小于1.7的金屬原子與非金屬原子之間形成共價鍵。
(5)表示方法：
①用一條短線表示由一對共用電子所形成的共價鍵，如H—H、H—Cl；
②“=”表示原子間共用兩對電子所形成的共價鍵(共價雙鍵)；
③“≡”表示原子間共用三對電子所形成的共價鍵(共價叁鍵)。
2．共價鍵的特征
飽和性 一個原子有幾個未成對電子，便可和幾個自旋狀態(tài)相反的電子配對成鍵，這就是共價鍵的飽和性。
方向性 除s軌道是球形對稱外，其他原子軌道在空間都具有一定的分布特點。在形成共價鍵時，原子軌道重疊的越多，電子在核間出現(xiàn)的概率越大，所形成的共價鍵就越牢固，因此共價鍵將盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向形成，所以共價鍵具有方向性。
【思考交流1】
NH3分子中為什么N原子是1個，而H原子為3個？
【課堂小練1】
1．正誤判斷
(1)共價鍵的飽和性是由成鍵原子的未成對電子數(shù)決定的(　　)
(2)共價鍵的飽和性決定了分子內(nèi)部原子的數(shù)量關(guān)系(　　)
(3)共價鍵的方向性是由成鍵原子軌道的方向性決定的(　　)
2.下列說法正確的是( )
A．含有共價鍵的化合物一定是共價化合物 B．分子中只有共價鍵的化合物一定是共價化合物
C．由共價鍵形成的分子一定是共價化合物 D．只有非金屬原子間才能形成共價鍵
3.下列各組物質(zhì)中，所有化學(xué)鍵都是共價鍵的是( )
A．H2S和Na2O2 B．H2O2和CaF2 C．NH3和N2 D．HNO3和NaCl
【特別提醒】
對于共價鍵的錯誤認(rèn)識
(1)共價鍵不僅存在于共價化合物中，也可以存在于離子化合物中，如NaOH、NH4Cl中都含有共價鍵，還可以存在于非金屬單質(zhì)中，如H2、O3等。
(2)非金屬元素之間并不是只形成共價鍵，也可以形成離子鍵，如NH4NO3只由非金屬元素組成，但是含有離子鍵。
(3)活潑的金屬元素和非金屬元素之間也可以形成共價鍵，如AlCl3中只有共價鍵。
(4)所有共價鍵都有飽和性，但并不是所有的共價鍵都有方向性，如s-s σ鍵就沒有方向性。
二、σ鍵和π鍵
1．共價鍵分類標(biāo)準(zhǔn)
分類依據(jù) 類型
形成共價鍵的原子軌道重疊方式 σ鍵 電子云“頭碰頭”重疊
π鍵 電子云“肩并肩”重疊
形成共價鍵的電子對是否偏移 極性鍵 共用電子對發(fā)生偏移
非極性鍵 共用電子對不發(fā)生偏移
原子間共用電子對的數(shù)目 單鍵 原子間有一對共用電子對
2．σ鍵和π鍵：
共價鍵 σ鍵 原子軌道以“頭碰頭”方式相互重疊導(dǎo)致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價鍵。
π鍵 原子軌道以“肩并肩”方式相互重疊導(dǎo)致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價鍵。
3．σ鍵與π鍵的類型
(1)σ鍵的常見類型。
類型 形成過程
s s型 H－H的s s σ鍵的形成
s p型 H－Cl的s p σ鍵的形成
p p型 Cl－Cl的p p σ鍵的形成
(2)π鍵的常見類型——p p π鍵。
p p π鍵的形成
4．判斷σ鍵和π鍵的一般規(guī)律
(1)共價單鍵都是σ鍵；
(2)共價雙鍵和共價三鍵中有一個鍵是σ鍵，其他的都是π鍵。
【歸納總結(jié)】
σ鍵 π鍵
原子軌道 重疊方式 “頭碰頭”重疊 “肩并肩”重疊
對稱類型 軸對稱，因此，通過σ鍵連接的原子繞鍵軸旋轉(zhuǎn)而不會破壞化學(xué)鍵。 鏡面對稱，因此，以形成π鍵的兩個原子核的連線為軸，任意一個原子不能單獨旋轉(zhuǎn)，若單獨旋轉(zhuǎn)則會破壞π鍵
原子軌道重疊程度 大 小
鍵的強度 軌道重疊程度大，鍵的強度較大，鍵越牢固 軌道重疊程度較小，鍵比較容易斷裂，不如σ鍵牢固
活潑性 不活潑 活潑
成鍵規(guī)律 共價單鍵都是σ鍵；共價雙鍵中一個鍵是σ鍵，另一個鍵是π鍵；共價三鍵中一個鍵是σ鍵，另外兩個鍵是π鍵
旋轉(zhuǎn)情況 以形成σ鍵的兩個原子核的連線為軸，任意一個原子可以繞軸旋轉(zhuǎn)，并不破壞σ鍵的結(jié)構(gòu) 以形成π鍵的兩個原子核的連線為軸，任意一個原子并不能單獨旋轉(zhuǎn)，若單獨旋轉(zhuǎn)則會破壞π鍵的結(jié)構(gòu)
存在情況 能單獨存在，可存在于任何含共價鍵的分子或離子中 不能單獨存在，必須與σ鍵共存，可存在于共價雙鍵和共價三鍵中
聯(lián)系 只有在形成σ鍵后，余下的p軌道才能形成π鍵
實例 CH4、OH- N≡N中既含有σ鍵，又含有π鍵
【思考交流2】
畫出氮原子的軌道表示式，并說明氮分子中的N≡N是由哪些類型的共價鍵構(gòu)成的？
【課堂小練2】
1.下列說法中不正確的是(　　)
A．一般σ鍵比π鍵重疊程度大，形成的共價鍵強
B．兩個原子之間形成共價鍵時，最多有一個σ鍵
C．氣體單質(zhì)中，一定有σ鍵，可能有π鍵
D．N2分子中有一個σ鍵，2個π鍵
2.下列關(guān)于σ 鍵和π鍵的說法不正確的是
A．σ 鍵能單獨形成，π鍵不能單獨形成
B．σ 鍵可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn)，π鍵不能繞鍵軸旋轉(zhuǎn)
C．雙鍵中一定有一個σ 鍵，一個π鍵，三鍵中一定有一個σ 鍵，兩個π鍵
D．CH3-CH3、CH2=CH2、CH≡CH中的σ 鍵都是C-C鍵，所以鍵能都相同
3．有以下物質(zhì)：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。
(1)只有σ鍵的是________________(填序號，下同)；既有σ鍵又有π鍵的是__________。
(2)含有由兩個原子的s軌道重疊形成的σ鍵的是
________。
(3)含有由一個原子的s軌道與另一個原子的p軌道重疊形成的σ鍵的是______________。
(4)含有由一個原子的p軌道與另一個原子的p軌道重疊形成的σ鍵的是__________。
【課時對點練習(xí)】
題組一　共價鍵的形成與特征
1.已知：X、Y、Z、W四種元素原子的電負(fù)性數(shù)值。
元素 X Y Z W
電負(fù)性 2.5 3.5 1.2 2.4
你認(rèn)為上述四種元素中，最容易形成共價鍵的是( )
A．X與Y B．X與W C．Y與Z D．Y與W
2.下列說法正確的是( )
A．所有的原子軌道都具有一定的伸展方向，因此所有的共價鍵都具有方向性
B．某原子跟其他原子形成共價鍵時，其共價鍵數(shù)一定等于該元素原子的價電子數(shù)
C．基態(tài)C原子有兩個未成對電子，所以最多只能形成2個共價鍵
D．1個N原子最多只能與3個H原子結(jié)合形成NH3分子，是由共價鍵的飽和性決定的
3．H2S分子中兩個共價鍵的夾角接近90°，其原因是(　　)
A．共價鍵的飽和性 B．硫原子的電子排布
C．共價鍵的方向性 D．硫原子中p軌道的形狀
4．下列物質(zhì)的分子中既含有極性鍵，又含有非極性鍵的是(　　)
A．CO2 B．H2O C．H2O2 D．H2
5．下列說法正確的是(　　)
A．Cl2是雙原子分子，H2S是三原子分子，這是由共價鍵的方向性決定的
B．H2O與H2S的空間結(jié)構(gòu)一樣是由共價鍵的飽和性決定的
C．并非所有的共價鍵都有方向性
D．兩原子軌道發(fā)生重疊后，電子在兩核間出現(xiàn)的概率減小
題組二　共價鍵的類型及判斷
6．下列關(guān)于σ鍵和π鍵說法正確的是
A．σ鍵是由兩個p電子“肩并肩”重疊形成的
B．σ鍵和π鍵都是共價鍵，σ鍵比π鍵更穩(wěn)定
C．乙烯分子和乙炔分子中π鍵數(shù)目相同
D．H2分子中含有σ鍵，HCl分子中含有π鍵
7．下列分子中既含σ鍵，又含π鍵的是 (　　)
A B C D
水 乙醇 氨 乙醛
8．下列關(guān)于乙醇分子的說法正確的是(　　)
A．分子中共含有8個極性共價鍵 B．分子中不含有非極性共價鍵
C．分子中只含有σ鍵 D．分子中含有1個π鍵
9．(2023·遼寧營口高二期末)NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法正確的是(　　)
A．標(biāo)況下，22.4 L HF中含有的極性鍵數(shù)目為NA
B．常溫下，1 L pH＝2的甲酸溶液中，含有氫離子數(shù)為0.01NA
C．密閉容器中，1 mol N2和3 mol H2催化反應(yīng)后分子總數(shù)為2NA
D．1 mol甲醛(HCHO)中所含σ鍵總數(shù)為4NA
10．據(jù)報道，大氣中存在一種潛在的溫室氣體SF5—CF3(結(jié)構(gòu)如圖)，雖然其數(shù)量有限，但它是已知氣體中吸熱最高的。下列關(guān)于SF5—CF3的說法正確的是(　　)
A．分子中有σ鍵也有π鍵
B．C—F是s-p σ鍵
C．分子中不是所有原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
D．0.1 mol SF5—CF3分子中含8 mol電子
11.由前10號元素組成的物質(zhì)T和X，有如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系。X不穩(wěn)定，易分解。設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，下列有關(guān)說法正確的是 ( )
A．為使該轉(zhuǎn)化成功進行，Y可以是酸性KMnO4溶液
B．等物質(zhì)的量的T、X分子中含有π鍵的數(shù)目均為NA
C．X分子中含有的σ鍵個數(shù)是T分子中含有的σ鍵個數(shù)的2倍
D．T分子中只含有極性鍵，X分子中既含有極性鍵又含有非極性鍵
12．有三種物質(zhì)AC2、B2C2、AD4，在常溫下分別為氣體、固體和液體。元素A的最高正價和最低負(fù)價的絕對值相等；元素B的單質(zhì)能在C的氣態(tài)單質(zhì)中劇烈燃燒，火焰呈黃色，并生成淡黃色固體B2C2；元素D的負(fù)一價陰離子電子層結(jié)構(gòu)與氬原子相同。則：
(1)A、B、C、D的元素名稱分別為________、________、________、________。
(2)AD4分子中含有的σ鍵類型為____________(填“s-s”“s-p”或“p-p”)鍵。
(3)D的負(fù)一價陰離子的電子排布式為____________________，B2C2屬________(填“離子”或“共價”)化合物。
13.分析下列化學(xué)式中畫有橫線的元素，選出符合要求的物質(zhì)并填空。
A．NH3 B．H2O C．HCl D．CH4 E．C2H6 F．N2
(1)所有的價電子都參與形成共價鍵的是______。
(2)只有一個價電子參與形成共價鍵的是______。
(3)最外層有未參與成鍵的電子對的是______。
(4)既有σ鍵，又有π鍵的是______。
(5)某有機物的結(jié)構(gòu)式如下所示：
則分子中有________個σ鍵，________個π鍵。
【參考答案】
【思考交流1】
提示　N和H原子的電子式分別為和，N原子最外層有3個未成對電子，H原子有1個未成對電子，形成共價鍵時每個N原子只需與3個H原子分別形成3個共用電子對即可達到穩(wěn)定狀態(tài)，共價鍵達到飽和，從而決定了分子中H原子個數(shù)。
【課堂小練1】
1.答案　(1)√　(2)√　(3)√
2.【答案】B
【解析】含有共價鍵的化合物中還可能含有離子鍵，若含有離子鍵則該化合物為離子化合物，A項錯誤；化合物分子中若不含離子鍵，則為共價化合物，B項正確；分子可為單質(zhì)，也可為化合物，C項錯誤；通常情況下非金屬元素原子間形成共價鍵，但有些金屬與非金屬元素原子間也可形成共價鍵，如AlCl3屬于共價化合物，D項錯誤。
3.【答案】C
【解析】Na2O2中既有離子鍵又有O—O共價鍵，A項錯誤；B項，CaF2中只有離子鍵，B項錯誤；NaCl屬于離子化合物，沒有共價鍵，D項錯誤。
【思考交流2】
提示　，在2p能級上有三個未成對電子，分別占據(jù)2px、2py、2pz三個原子軌道，當(dāng)兩個氮原子結(jié)合成氮分子時，兩個氮原子的2px軌道沿x軸方向以“頭碰頭”的方式發(fā)生重疊，形成一個σ鍵；同時2py-2py和2pz-2pz軌道只能以相互平行的“肩并肩”的方式發(fā)生重疊，形成兩個π鍵。
【課堂小練2】
1.【答案】C
【解析】氣體單質(zhì)中不一定含σ鍵，如稀有氣體分子均為單原子分子，分子內(nèi)無化學(xué)鍵。
2.【答案】D
【解析】A項，分子中可只含σ鍵，但含π鍵時一定含σ鍵，則σ鍵一般能單獨形成，而π鍵一般不能單獨形成，A正確；B項，σ鍵為球?qū)ΨQ，π鍵為鏡面對稱，則σ鍵可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn)，π鍵一定不能繞鍵軸旋轉(zhuǎn)，B正確；C項，雙鍵、三鍵中均只含1個σ鍵，其余為π鍵，則碳碳雙鍵中有一個σ鍵，一個π鍵，碳碳三鍵中有一個σ鍵，兩個π鍵，C正確；D項，三種分子中分別含C-C、C=C、C≡C鍵和C-H鍵，所以σ鍵也包含C-H鍵，且碳原子與碳原子之間的鍵長、鍵能均不相同，D錯誤；故選D。
3.答案　(1)①②③⑥⑦⑧　④⑤⑨
(2)⑦
(3)①③⑤⑥⑧⑨
(4)②④⑤⑥⑧⑨
解析　(1)單鍵只有σ鍵，雙鍵或三鍵才含有π鍵，故只有σ鍵的是①②③⑥⑦⑧；既有σ鍵又有π鍵的是④⑤⑨。
(2)H原子只有s軌道，題給物質(zhì)中含有由兩個原子的s軌道重疊形成的σ鍵的只有H2。
【課時對點練習(xí)】
1.【答案】B
【解析】當(dāng)兩種元素原子的電負(fù)性相差很大時，形成的將是離子鍵；當(dāng)兩種元素原子的電負(fù)性相差不大時，形成的將是共價鍵。
2.【答案】D
【解析】只有2個s原子軌道重疊形成的共價鍵沒有方向性，其他原子軌道重疊形成的共價鍵都有方向性，A項錯誤；非金屬元素的原子形成的共價鍵數(shù)目一般等于該原子最外層的未成對電子數(shù)，不能說一定等于該元素原子的價電子數(shù)，B項錯誤；在形成CH4分子的過程中，碳原子2s軌道中的1個電子激發(fā)到2p空軌道，這樣形成了4個未成對電子，C項錯誤；N原子最外層2p軌道上共有3個未成對電子，1個N原子可以與3個H原子結(jié)合形成NH3，此時共價鍵飽和，D項正確。
3.【答案】C
【解析】共價鍵的方向性決定了分子的空間構(gòu)型。
4.【答案】C
【解析】判斷極性鍵和非極性鍵的標(biāo)準(zhǔn)是成鍵原子是否為同種元素的原子。CO2(O==C==O)、H2O(H—O—H)分子中只有極性鍵；H2分子中只有非極性鍵；而H2O2分子的結(jié)構(gòu)式為H—O—O—H，既有極性鍵，又有非極性鍵。
5.答案　C
解析　Cl2是雙原子分子，H2S是三原子分子，這是由共價鍵的飽和性決定的，A不正確；氫氣中的共價鍵沒有方向性，C正確；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，D不正確。
6.【答案】B
【解析】A項，σ鍵是由s或p電子“頭碰頭”重疊形成的，A錯誤；B項，σ鍵是“頭碰頭”重疊形成的，σ鍵 “肩并肩”重疊形成的，σ鍵通常比π鍵的重疊程度更大，故更穩(wěn)定，B正確；C項，單鍵均為σ鍵，雙鍵中含有1個σ鍵1個π鍵，故乙烯分子和乙炔分子中π鍵數(shù)目不相同，C錯誤；D項，H2分子中含有σ鍵，HCl分子中也含有σ鍵，D錯誤；故選B。
7.【答案】D
【解析】水分子中只有單鍵，全部是σ鍵，A不符合題意；乙醇分子中只有單鍵，全部是σ鍵，B不符合題意；氨氣分子中只有單鍵，全部是σ鍵，C不符合題意；乙醛分子中含有單鍵和碳氧雙鍵，既含σ鍵，又含π鍵，D符合題意。
8.【答案】C
【解析】據(jù)乙醇分子的結(jié)構(gòu)式，可知乙醇分子中含7個極性鍵，1個非極性鍵；含8個σ鍵，不含π鍵。
9.答案　B
解析　標(biāo)準(zhǔn)狀況下，HF為液態(tài)，不能用氣體摩爾體積計算22.4 L HF的物質(zhì)的量，A錯誤；N＝0.01NA，B正確；合成氨的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，催化反應(yīng)后分子總數(shù)大于2NA，C錯誤；共價單鍵是σ鍵，共價雙鍵中有一個是σ鍵，故一個甲醛分子有3個σ鍵，1 mol甲醛(HCHO)中所含σ鍵總數(shù)為3NA，D錯誤。
10.答案　C
解析　SF5—CF3分子中只有共價單鍵，即只有σ鍵，沒有π鍵，故A錯誤；C—F是p-p σ鍵，故B錯誤；一個SF5—CF3分子中有94個電子，則0.1 mol SF5—CF3分子中含9.4 mol電子，故D錯誤。
11.【答案】A
【解析】由題圖可知，T為HCHO，X不穩(wěn)定，易分解，則X為H2CO3，Y為氧化劑，可以選擇酸性KMnO4溶液，A項正確；等物質(zhì)的量并不一定是1 mol，B項錯誤；1個X分子中含有的σ鍵個數(shù)為5，1個T分子中含有的σ鍵個數(shù)為3，C項錯誤；T、X分子中均只含有極性鍵，無非極性鍵，D項錯誤。
12.答案　(1)碳　鈉　氧　氯　(2)p-p
(3)1s22s22p63s23p6　離子
解析　(1)焰色呈黃色，說明有鈉元素，則淡黃色固體為Na2O2，所以B為Na元素，C為O元素；由元素D的負(fù)一價陰離子電子層結(jié)構(gòu)與氬原子相同可知D為Cl元素；由元素A的最高正價和最低負(fù)價的絕對值相等可知A為第ⅣA族元素或H，又由于AC2在常溫下是氣體，所以AC2是二氧化碳，即A是C元素。(2)CCl4中只有σ鍵，且其類型為p-p σ鍵。
13.【答案】(1)DE (2)C (3)ABCF (4)F (5)7 3
【解析】NH3中N原子與3個H原子形成3個σ鍵，還有一對不成鍵電子；H2O中O原子與2個H原子形成2個σ鍵，還有兩對不成鍵電子；HCl中Cl原子與1個H原子形成1個σ鍵，還有三對不成鍵電子；CH4中C原子與4個H原子形成4個σ鍵，所有價電子都參與成鍵，其分子構(gòu)型為正四面體形；C2H6中C原子分別與3個H原子及另1個C原子形成4個σ鍵，所有價電子都參與成鍵，C—H為極性鍵，C—C為非極性鍵；N2中N原子與另1個N原子形成1個σ鍵，2個π鍵，還有一對不成鍵電子。除共價單鍵全部為σ鍵外，雙鍵中有一個為σ鍵，另一個為π鍵；三鍵中有一個為σ鍵，另兩個為π鍵，故該有機物分子中σ鍵總數(shù)為7，π鍵總數(shù)為3。

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