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浙江省奉化中学高中校本选修课程《物质结构与性质》竞赛讲义:课题10 共价键的形成


课题 10

共价键的形成

学习目标:1、认识共价键的本质,了解共价键的方向性和饱和性。 2、能用电子式法表示共价分子及其形成过程。 学习过程: 【引言】 在人们所接触的物质中,无论是自然界存在的,还是化学家合成的,大多数是 含有共价键的物质。生命活动中不可缺少的物质(如氧气、水、糖类、蛋白质、维生素等) 、 各种性能优异的有机高分子材料

以及治疗疾病的药物中, 一般都含有共价键。 共价键是一种 重要的化学键。化学键包括离子键、共价键和金属键。 【知识回顾】一、共价键 1、定义:原子间通过共用电子对所形成的的化学键。 2、成键微粒:原子 3、成键本质:共用电子对 4、成键的条件:电负性差△X<1.7 的原子之间;成键原子的最外层未达到饱 和状态(即有未成对电子) 。 成键元素:非金属元素之间以及少数金属与非金属元素(如 AlCl3)之间。 5、存在范围:共价分子(非金属单质、共价化合物) 、部分离子化合物 共价化合物: 相邻的原子 之间 只以共价键 相连的化合物属于共价化合 物。如二氧化碳、水、甲烷等。 6、共价键的表示方法 a、电子式: b、结构式 : H—H O=O N≡N 7、用电子式表示共价分子的形成过程 小结:左边原子的电子式,右边共价分子的电子式,中间用→连接。 【问题探究 1】1、两个原子为什么要成键?(降低体系能量, 由不稳定趋于稳定) 2、是否所有的非金属单质中都存在共价键?(稀有气体中没有) 3、含有共价键的物质是否一定是共价分子?(否,如 NaOH) 4、 两个氢原子一定能形成氢气分子吗? 【讲述】 通常情况下, 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。 那么, 两个成键原子为什么能通过共用电子对结合在一起呢?下面我们以氢分子的形成为例来说 明共价键是如何形成的。 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, 电子在两个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。 核间距进一步减小时,两原子间 的斥力使体系的能量迅速上升,

这种排斥作用又将氢原子推回到平衡位置。氢分子的形成过程中能量(主要指势能)随核间 距的变化如右图曲线 a 所示。 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(如右图曲线 b 所示) 。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。 【板书】 二、共价键的形成 1、共价键形成的条件 (1)电子配对原理: 两原子各自提供 1 个自旋方向相反的电子彼此配对。 (2)最大重叠原理:两个原子轨道重叠部分越大,两核间电子的概率密度越 大,形成的共价键越牢固,分子越稳定。 2、共价键形成本质: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 ,两原子核间的电子密度 增加 ,体系的能量 降 低 。 【问题探究 2】 金属键、 离子键不具有饱和性和方向性, 共价键是否也没有饱和性和方向性? 阅读教材 P44,为什么 N、O、F 与 H 形成简单的化合物(NH3、H2O、HF)中 H 原子数不 等? 【板书】 3、共价键的特点 (1)具有饱和性:共价键数 == 未成对电子数 【讲述】 与离子键不同,共价键具有饱和性。这是因为形成共价键时,只有成键原子中 自旋方向相反的未成对电子才能形成共用电子对。 在成键过程中, 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几个共价键。所以在共价分子中,每 个原子形成共价键数目是一定的,这就是共价键的饱和性。 【板书】 (2)具有方向性 【设问】 是不是所有的共价键都具有方向性? 【生】 因为 s 轨道是球形对称的,所以 s 轨道与 s 轨道形成的共价键没有方向性。 【讲述】 成键原子轨道只有采用最大重叠才能形成稳定的共价键,由于 p、d,、f 轨道 在空间有不同的伸展方向,即有方向性,因此共价键有方向性。 【小结】 共价键的形成 ① 形成的条件:电子配对原理、最大重叠原理; ② 形成的本质:原子轨道重叠,形成共用电子对,体系能量降低。 ③ 共价键特点:饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。 方向性决定了分子的立体结构。


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