【同步讲义】高中化学（苏教版2019）选修第二册--3.3.1 共价键的形成+共价键的类型 讲义

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第三单元 共价键 共价晶体
第1课时 共价键的形成 共价键的类型

目标导航

1．能结合实例描述共价键的成键特征及其本质。
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。

知识精讲

知识点01 共价键的形成
1．共价键的概念
原子间通过共用电子对形成的强烈的相互作用称为共价键。
吸引电子能力相近的原子之间通过共用电子对形成共价键。
2．共价键的形成过程（以H2分子的形成为例）
(1)当两个氢原子相互接近时，若两个氢原子核外电子的自旋方向相反，它们接近到一定距离时，两个1s轨道发生重叠，电子在两原子核间出现的机会较大。随着核间距的减小，核间电子出现的机会增大，体系的能量逐渐下降，达到能量最低状态。
(2)若两个氢原子核外电子的自旋方向相同，当它们相互接近时，原子间总是排斥作用占主导地位，所以两个带有自旋方向相同的电子的氢原子不可能形成氢分子。
3．共价键的本质
当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系的能量降低。
4．共价键的特征
(1)饱和性：成键原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键，每个原子形成共价键的数目是一定的。
(2)方向性：两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，原子轨道重叠越多，共价键越牢固。
s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性。
【即学即练1】下列元素之间易形成共价键的是__________
①Na和Br ②C和H ③Ca和Cl ④N和N
答案：②④
【即学即练2】下列关于共价键的说法正确的是（ ）
A．只有非金属原子之间才能形成共价键
B．只要空间允许，一个原子能与另一个原子形成多个共价键
C．形成共价键时，参加成键的原子轨道可以沿着电子各个方向重叠
D．共价键的本质是自旋方向相反、能量相近的未成对电子形成共用电子对
答案：D
解析：A选项，当两个原子电负性差值小于1.7时，一般形成共价键，因此金属原子和非金属原子之间也可能形成共价键，错误；B选项，成键原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键，每个原子形成共价键的数目是一定的，即共价键具有饱和性，错误；C选项，参加成键的原子总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，错误；D选项，共价键的本质是自旋方向相反、能量相近的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系的能量降低正确。故选D。

知识点02 共价键的类型
1．σ键和π键
(1)分类依据：成键原子的原子轨道重叠方式。
(2)σ键和π键的比较：
键类型
σ键
π键
原子轨道重叠方式
沿核间连线方向以“头碰头”方式重叠
沿核间连线两侧以“肩并肩”方式重叠
原子轨道重叠部位
两原子核连线之间
核间连线上方和下方
原子轨道重叠程度
大
小
键的强度
较大
较小
成键规律判断
共价单键一定是σ键，双键中一个是σ键，一个是π键，三键中一个是σ键，另两个是π键
(3)几种分子的成键方式
①N2中含有1个σ键和2个π键，结构式为：N≡N。
②乙烷分子中碳原子与碳原子之间形成1个σ键，乙烯分子中碳原子与碳原子之间形成1个σ键和1个π键，乙炔分子中碳原子与碳原子之间形成1个σ键和2个π键。
③有机化合物中，碳原子与碳原子之间形成σ键比π键牢固，在化学反应中，π键容易断裂。
④苯分子中，每个碳原子分别与1个氢原子、2个碳原子形成σ键，同时每个碳原子各有一个垂直于分子平面的p轨道，形成了一个以6个碳原子为中心的大π键。
2．极性键和非极性键
(1)极性键和非极性键比较
类型
形成元素
共用电子对偏移
原子电性
非极性键
同种元素
两原子电负性相同，共用电子对不偏移
两原子都不显电性
极性键
不同种元素
共用电子对偏向电负性较大的原子
电负性较大的原子显负电性，电负性较小的原子显正电性
(2)极性键的强弱
①极性共价键中，成键原子的吸引电子能力差别越大，共用电子对的偏移程度越大，共价键的极性越强。
②通常可以根据元素的电负性差值判断极性键的强弱。
3．配位键
(1)定义：由一个原子提供孤电子对与另一个有空轨道可接受电子的原子形成的共价键。
(2)表示
常用“→”表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子。
如NH的结构式为，其实NH中4个N—H键是完全相同的。
【即学即练3】下列分子中，既含有σ键又含有π键的是　(　　)
A．CH4 B．HCl C．CH2＝CH2 D．F2
答案：C
解析：一个双键中一个是σ键，另外一个是π键。
【即学即练4】关于乙醇分子的说法正确的是(　　)
A．分子中共含有8个极性共价键
B．分子中不含非极性键
C．分子中只含σ键
D．分子中含有一个π键
答案：C
解析：乙醇的结构式为，分子中共有8个单键，都是σ键，不含π键，C-C是非极性键，其余7个是极性键。
能力拓展

考法01 共价键的形成和特征
1．共价键的形成条件
（1）吸引电子能力相近的原子（电负性差值小于1.7）之间通过共用电子对形成共价键。
（2）自旋方向相反、能量相近的未成对电子形成共用电子对，使体系能量降低，形成稳定的共价键
（3）共用电子对归两个原子共有，两原子核间的电子密度增加。
2．共价键的特征
（1）饱和性：成键过程中，每种元素的原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共用电子对，所以在共价分子中，每个原子形成的共价键的数目是一定的，所以共价键具有饱和性。
（2）方向性：除s轨道是球形对称外，其他的原子轨道在空间都具有一定的伸展方向。在形成共价键时，原子轨道重叠越多，电子在核间出现的概率越大，体系能量越低，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。
【典例1】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，说明共价键不应有饱和性
C．所有共价键都有方向性
D．两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子仅存在于两核之间
答案：A
解析：S原子最外层有2个未成对电子，分别与2个H原子形成共用电子对，因此只能形成H2S，H3S违背了共价键的饱和性，A正确；H3O＋中，有两个H原子与O原子形成普通共价键，还有一个H＋与O原子形成配位键，没有违背共价键的饱和性，B错误；共价键中至少含有一个σ键，这是一种电子云通过“头碰头”形式重叠形成的，因此共价键具有方向性，但是H原子电子云呈球形对称，因此H原子与H原子电子云采用“头碰头”形成σ键时没有方向性，C错误；两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子并不仅存在于两核之间，而仍然是在围绕原子核运动，D错误。

考法02 共价键的类型
1．共价键的分类
分类标准
类　型
共用电子对数
单键、双键、叁键
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
2．σ键、π键的类型和特征
（1）σ键：
①原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”方式重叠形成的共价键。
②σ键的类型：根据成键电子的原子轨道的不同，σ键可分为s—sσ键、s—pσ键、p—pσ键等。
轨道类型
成键原子轨道
形成过程
实例
s—s σ键
s轨道、s轨道

H—H
s—p σ键
s轨道、p轨道

H—Cl
p—p σ键
p轨道、p轨道

Cl—Cl
③σ键的特征：
a．对称性：以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。
b．稳定性：形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性。
c．以形成σ键的两原子核的连线为轴，任何一个原子均可以旋转，并不破坏σ键的结构。
（2）π键
①原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键。

②π键的特征：
a．对称性：每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成的平面两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像，这种特征称为镜像对称。
b．稳定性：形成π键时电子云重叠程度比σ键小，π键没有σ键牢固。
c．以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转，如以py-pyπ键为例，若旋转其中一个成键原子，则两侧的py轨道就不在平行，就无法“肩并肩”地靠近形成π键。
④π键的存在：π键通常存在于双键和叁键中。
（3）σ键、π键的存在规律
共价单键中只有σ键；共价双键中有一个σ键，一个π键；共价叁键由一个σ键和两个π键组成。
3．共价键的极性判断的方法
（1）由同种元素组成（A—A型）为非极性键，由不同种元素组成（A—B型）为极性键。
（2）有电子对偏移的为极性键，无电子对偏移的为非极性键。
（3）电负性相同，即由同种元素组成，电负性不同，即由不同种元素组成。
【典例2】氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，其性质与卤素气体单质相似，氰气可用于有机合成，制作农药，也可用作消毒、杀虫的熏蒸剂等。下列叙述正确的是(　　)
A．氰气分子中只含极性键
B．氰气分子中共形成了2对共用电子对
C．氰气分子中含有3个σ键和4个π键
D．(CN)2不能与氢氧化钠溶液发生反应
答案：C
解析：氰气分子C-C键为非极性键，A错误；一条短线表示一对共用电子对，因此氰气分子中共形成了7对共用电子对，B错误；(CN)2分子中含有3个σ键和4个π键，C正确；由于(CN)2与卤素单质性质相似，故可以和氢氧化钠溶液反应，D错误。故选C。

分层提分

题组A 基础过关练
1．下列有关共价键的形成的说法错误的是(　　)
A．原子间形成共价键，体系的能量降低
B．原子间形成共价键后，若原子核间距离更近时，体系的能量会更低
C．原子间形成共价键时,电子云在空间部分重叠
D．共用电子对在形成共价键的原子核之间区域出现的概率较大
答案：B
2．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．由共价键形成的分子一定是共价化合物
D．只有非金属原子间才能形成共价键
答案：B
解析：某些单质如(H2)与某些离子化合物如(Na2O2)也含有共价键,A错；分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物，B对；由共价键形成的分子也可能是非金属单质，C错；除非金属原子之间可以形成共价键外，电负性之差小于1.7的金属与非金属元素的原子之间也可以形成共价键，D错。
3．σ键可由两个原子的s轨道、一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以及一个原子的p轨道和另一个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成。则下列分子中的σ键是由两个原子的s、p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是(　　)
A．H2 B．Cl2 C．NaH D．HF
答案：D
解析：H2分子中σ键是由两个H的s、s轨道重叠；Cl2分子中σ键是由两个Cl的p、p轨道重叠；C中无σ键；HF分子中σ键是由H的s轨道与F的p轨道重叠，D正确。
4．下列说法中不正确的是(　　)
A．N2分子有一个σ键，两个π键
B．σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强
C．两个原子间形成共价键时，最多有一个σ键
D．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
答案：D
解析：N2分子有一个σ键和两个π键，A正确；两原子在形成共价键时，为了使其能量最低，首先形成σ键，再根据形成原子的核外电子排布来判断是否形成π键，且σ键比π键重叠程度大，形成共价键强，B、C正确；稀有气体的单质，是单原子分子，分子内无化学键，即无σ键，D错。
5．下列说法不正确的是(　　)
A．π键是原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠而形成的
B．2个原子形成的多重共价键中，只能有一个是σ键，而π键可以是一个或多个
C．s电子与s电子间形成的键是σ键，p电子与p电子间形成的键是π键
D．共价键一定有原子轨道的重叠
答案：C
解析：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。分子中所有的单键都是σ键，双键中有一个σ键，一个π键，三键中有一个σ键，两个π键。
6．下列物质中全部只含有极性键的是(　　)
A．Br2、CO2、H2O、HBr B．CO2、H2O2、H2S、HCl
C．Na2O2、S8、CO2、H2O D．CO2、NH3、CH4、HI
答案：D
解析：单质Br2、S8、H2O2含有非极性键，故D正确。
7．下列各组物质中，所有化学键都是共价键的是(　　)
A．H2S和Na2O2　　　 B．H2O2和CaF2
C．NH3和N2 D．HNO和NaCl
答案：C
解析：A项，Na2O2中既有离子键又有O—O共价键，不正确；B项，CaF2中只有离子键，不正确；D项，NaCl属于离子化合物，没有共价键，不正确。
8．下列物质中，既含有极性键，又含有非极性键的是(　　)
A．苯(C6H6) B．CO2 C．H2O D．NH4Cl
答案：A
解析：A项，苯(C6H6)分子中含有碳氢极性键和碳碳非极性键，正确；B项，CO2分子中共价键为极性键，不存在非极性键，错误；C项，H2O中含O—H，只含有极性键，所以C错误；D项，NH4Cl中存在离子键和极性键，不存在非极性键，错误。
9．CH4、NH3、H2O和HF分子中，共价键的极性由强到弱的顺序是(　　)
A．CH4、NH3、H2O、HF B．HF、H2O、NH3、CH4
C．H2O、HF、CH4、NH3 D．HF、H2O、CH4、NH3
答案：B
解析：键的极性即为共用电子对的偏向(或偏离)程度,偏向(或偏离)程度越大,键的极性越强。比较共价键的极性,应比较成键的两个原子电负性的大小。两原子电负性相差得越大,则键的极性越强。
10．有A、B、C、D四种元素。已知：①它们均为周期表中前20号元素，C、D在同一周期，A、B在同一主族；②它们可以组成化合物B2C2、A2C、DC2等；③B的阳离子与C的阴离子的核外电子排布相同；④B2C2同A2C或DC2反应都生成气体C2，B与A2C反应产生气体A2，A2与气体C2的混合气体按体积比2∶1混合后点燃能发生爆炸，其产物是一种无色无味的液体(在常温下)。请回答下列问题：
（1）写出A、B、C、D四种元素的元素符号：
A________、B________、C________、D________。
（2）在B2C2、A2C和DC2中，属于离子化合物的是___________（填化学式，下同），其电子式是___________，属于共价化合物的是_________，其结构式是____________。
答案：（1）H Na O C
（2）Na2O2 H2O、CO2 、
11．分析下列化学式中划有横线的元素，选出符合要求的物质，填空。
A．NH3　 B．H2O　 C．HCl　 D．CH4　 E．C2H6　 F．N2
（1）所有的价电子都参与形成共价键的是_________。
（2）只有一个价电子参与形成共价键的是________。
（3）最外层有未参与成键的电子对的是___________。
（4）既有σ键又有π键的是__________。
答案：（1）DE （2）C （3）ABCF （4）F
解析：A.NH3中N原子有5个价电子，有3个价电子与H原子形成3个σ键，最外层有1对电子位参与成键；B.H2O中O有6个价电子，有2个价电子与H原子形成2个σ键，最外层有2对电子未参与成键；C.HCl中Cl有7个价电子，只有1个电子与H原子形成1个σ键，最外层有3对电子未参与成键；D.CH4中C有4个价电子，全部与H原子形成4个σ键；E.C2H6中，每个C有4个价电子，全部形成σ键；F.N2中N原子有5个价电子，其中每个N原子与另一个N原子形成三键（既有σ键又有π键），每个N含有一对电子为参与成键。

题组B 能力提升练
1．下列有关化学键类型的判断中正确的是(　　)
A．全部由非金属元素组成的化合物中不可能存在离子键
B．物质中有σ键一定有π键，有π键一定有σ键
C．已知乙炔的结构式为H—C≡C—H，则乙炔分子中存在2个σ键(C—H)和3个π键(C≡C)
D．乙烷分子中只存在σ键．即C—H和C—C均为σ键
答案：D
解析：NH4Cl、(NH4)2SO4均是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项错误；共价单键为σ键，如CH4中只含有σ键，但不含π键，有共价键就有σ键，故有π键一定有σ键，B错误；共价双键中有一个为σ键，另一个为π键，共价三键中有一个为σ键，另两个为π键，故乙炔(H—C≡C—H)分子中有2个C—H σ键，C≡C中有1个σ键，2个π键，C项错误；共价单键为σ键，乙烷分子的结构式为，其所含的6个C—H和1个C—C均为σ键，D项正确。
2．关于苯分子的说法正确的是(　　)
A．分子中只含有6个非极性键 B．分子中不含非极性键
C．分子中只含σ键 D．分子中含有π键
答案：D
解析：苯分子中的6个碳原子都以σ键与氢原子结合，形成6个极性键；每个碳原子以两个σ键与相邻两个碳原子结合，形成6个非极性键；同时，每个碳原子各有一个垂直于分子平面的p轨道，形成了一个以6个碳原子为中心的大π键。
3．下列反应过程中，同时有离子键、极性共价键和非极性共价键的断裂和形成的反应是(　　)
A．NH4Cl=NH3↑＋HCl↑
B．NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3
C．2NaOH＋Cl2=NaCl＋NaClO＋H2O
D．2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2
答案：D
解析：在化学反应中，反应物断开化学键，生成物形成化学键。A项，NH4Cl中含有离子键和极性键，不含非极性键，NH3和HCl中都只含极性键；B项NH3、CO2、H2O中都只有极性键，NH4HCO3中含有离子键和极性键；C项，NaOH中含有离子键和极性键，Cl2中含有非极性键，NaCl中只含离子键，NaClO中含离子键和极性键，H2O中只含极性键；D项，2Na2O2中含离子键和非极性键，CO2中含极性键，O2中含非极性键。故选D。
4．已知乙醛分子的结构简式为，请回答下列问题：
（1）①乙醛分子中极性最强的键是________键。
②乙醛分子中，用1s原子轨道形成化学键的原子的对应元素是______；有____个π键；有______个化学键的化学性质完全相同。
（2）乙醛很容易被某些弱氧化剂(如新制氢氧化铜、银氨溶液)氧化为 (乙酸)。化学性质最活泼的是_______键，支持这种判断的事实是(仅对乙酸而言，只写出一项即可) _________________。
（3）以下是有关乙醛和乙酸的比较，其中不正确的是(用序号填空)________。
①分子中含有相同数目的化学键
②分子中含有相同数目的π键
③分子中都没有非极性键
答案：（1）C=O H 1 3 （2）O-H 乙酸在水中易电离出H+ （3）①③
5．(1)今有A、B两种元素，A的+1价阳离子与B的-2价阴离子的电子层结构与氖相同。
①用电子式表示A与B两种元素构成的两种化合物分别为_____________和_____________。前者所含的化学键有________；后者所含的化学键有_____________。 
②元素B的气态氢化物的电子式为________，该分子中的键属于________(填“极性”或“非极性”)键,该氢化物与H+形成的键属于________。 
③元素A的最高价氧化物的水化物的电子式为_____________，所含的化学键有________。 
(2)某有机物的结构式如图所示：

则分子中有______个σ键，______个π键。 
答案：(1)① 离子键　离子键和共价键
②　极性　配位键
③　离子　极性(或共价)
(2)7　3
解析：(1)由其离子的电子层结构判断A+为Na+，B2-为O2-。
(2)除共价单键全部为σ键外，双键中有一个为σ键，另一个为π键，三键中有一个为σ键，另两个为π键，故该有机物分子中σ键总数为7，π键总数为3。

题组C 培优拔尖练
1．COCl2分子的结构式为，COCl2分子内含有(　　)
A．4个σ键 B．2个σ键、2个π键
C．2个σ键、1个π键 D．3个σ键、1个π键
答案：D
解析：根据分子的结构式可知，该分子中有2个单键1个双键，其中单键为σ键，一个双键中有1个σ键和1个π键，故选D。
2．防晒霜之所以能有效地减轻紫外线对人体的伤害，是因为它所含的有效成分的分子中含有π键，这些有效成分的分子中的π电子可在吸收紫外线后被激发，从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。下列物质中没有防晒效果的是(　　)
A．对氨基苯甲酸() B．羟基丙酮()
C．肉桂酸(C6H5—CH＝CH—COOH) D．酒精
答案：D
解析：π键只存在于不饱和键中，选项A、B、C中均含有不饱和键，有π键,而选项D中无不饱和键，不含有π键，因而酒精没有防晒效果。
3．下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是(　　)
A．H2O2∶H—O＝O—H B．CH3COOOH∶
C．CH4S∶ D．SiHCl3∶
答案：A
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。
4．气态氯化铝(Al2Cl6)是具有配位键的化合物，分子中原子间成键的关系如选项所示。若将选项中配位键的斜线上加上箭头，下列4个选项中正确的是(　　)
A．　　　　 B．
C． D．
答案：D
解析：Cl原子最外层有7个电子，只能与Al原子各提供1个电子形成一个共价键，使Cl原子达到8电子稳定结构，Al原子最外层有3个电子，可分别与3个Cl原子形成共价键，而Cl原子与2个Al原子或Al原子与4个Cl原子形成的化学键中，必有一个是配位键，Cl原子最外层有孤电子可提供，Al原子的3p轨道上有空轨道可接受孤电子，故D正确。
5．长期以来一直认为氟的含氧酸不存在，但1971年美国科学家将F2通入细冰获得HFO(次氟酸)。
(1)HFO的电子式为________。 
(2)HFO与水反应得到物质A(结构如图所示)，写出HFO与水反应的化学方程式__________________。

(3)物质A中存在________键。 
A．仅有σ键 B．仅有π键
C．同时含有σ键、π键 D．同时存在极性键和非极性键
答案：(1) (2)HFO+H2O===HF↑+H2O2
(3)AD
解析：(1)HFO是氟的含氧酸，因此它的分子结构与HClO相似，即F原子与一个羟基相连，其结构式为H—O—F，从而可推出HFO的电子式。
(2)物质A为H2O2，由反应过程中原子守恒可知还会生成HF。
(3)H2O2分子中仅有单键，所以全为σ键，存在的化学键有H—O键和O—O键，即分别为极性键和非极性键。
6．a、b、c、d均为由短周期元素组成的物质,组成这四种物质的分子或原子中均含有14个电子，且均只含共价键。试回答下列问题：
(1)a是单质，可用作半导体材料，构成a的原子的核外电子排布式为_______________。 
(2)b是双核化合物，常温下为无色无味的气体，b的化学式为________。 
(3)c是双核单质，其电子式为____________，c分子中所含共价键的类型为_________________(填“极性键”或“非极性键”)。 
(4)d是四核化合物，其结构式为______________，1个d分子中含有______个σ键，______个π键。 
答案：(1)1s22s22p63s23p2　(2)CO
(3)　非极性键　(4)H—C≡C—H　3　2
解析：a是单质，可用作半导体材料，构成a的原子中含有14个电子，则a是Si；b是双核化合物，常温下为无色无味的气体，其分子中含有14个电子，则b为CO；c是双核单质，每个原子中含有7个电子，则c为N2，N2分子中的共价键为非极性键；d是四核化合物，即所含的4个原子共有14个电子，则d为C2H2，C2H2的结构式为H—C≡C—H，1个C2H2分子中含有2个C—H σ键、1个C—C σ键、2个π键。