第二章分子结构与性质
第一节共价键
第1课时共价键
学习目标
1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键，了解共价键具有饱和性和方向性，并建立共价键的模型。
2.知道根据原子轨道的重叠方式，认识σ键和π键的特征和区别，能说明C2H6，C2H4和C2H2等分子的成键类型。
一、共价键的基本概念
(一)知识梳理
1.共价键的定义、本质及形成条件
(1)定义：原子间通过共用电子对所形成的相互作用。
(2)本质：原子间通过共用电子对(即原子轨道重叠)产生的强烈作用。
(3)形成条件：通常，电负性相同或差值小(一般小于1.7)的非金属元素原子之间或某些金属元素原子与非金属元素原子之间形成共价键。
2.共价键的特征
(1)饱和性
①含义：一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋方向相反的电子配对成键，这就是共价键的饱和性。
②作用：共价键的饱和性决定了分子的组成，即原子形成分子时相互结合的数量关系。
(2)方向性
①含义：两个成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现概率越大，形成的共价键越牢固。电子所在的原子轨道都是有一定的形状的，这就是共价键的方向性。
②作用：共价键的方向性决定了分子的空间结构。
(二)问题探究
问题1哪些原子之间可以形成共价键？
提示非金属原子间或非金属与不活泼金属原子间成键(成键原子的电负性差值较小，一般小于1.7)。AlCl3等所含的化学键为共价键。
问题2所有的共价键都具有饱和性，是不是所有的共价键都有方向性，请举例说明。
提示不是的，两个s轨道重叠的共价键没有方向性。因为s轨道为球形，无论从什么方向发生原子轨道重叠，重叠程度都相同。
问题3NH3分子中为什么N原子是1个，而H原子为3个？
提示N和H原子的电子式分别为和Heq\a\vs4\al(·)，N原子最外层有3个未成对电子，H原子有1个未成对电子，形成共价键时每个N原子只需与3个H原子分别形成3个共用电子对即可达到稳定状态，共价键达到饱和，从而决定了分子中H原子个数。
【探究归纳】
(1)所有共价化合物中都存在共价键，包括非金属氧化物、非金属氢化物、酸、大多数有机物等，除稀有气体外，非金属单质中都存在共价键。离子化合物中若阴、阳离子都是单核离子则只有离子键，如NaCl、K2S等，只要有多核离子，则多核离子内的原子间一定存在共价键。如NaOH中存在O—H。
(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空间结构。但并不是所有共价键都具有方向性，如两个s轨道形成共价键时就没有方向性。
例题
1.共价键具有饱和性和方向性，下列有关叙述不正确的是()
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.共价键的方向性与成键原子的轨道的伸展方向有关
C.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
D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
答案D
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，故共价键的饱和性由原子的未成对电子数决定，共价键的饱和性也就决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系，故A、C正确，D错误；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大，共价键越稳定，原子轨道都有一定的形状，要达到最大重叠，共价键必然有方向性，故B正确。
2.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.N2H4：
C.C2H5SH：
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、Cl均形成1个共价键，N形成3个共价键，O、S均形成2个共价键。A项中O原子间是双键，且每个氧原子与1个氢原子形成1个单键，则每个氧原子形成3个共价键，与其饱和性不相符。
3.下列说法正确的是()
A.所有的原子轨道都具有一定的伸展方向，因此所有的共价键都具有方向性
B.某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数一定等于该元素原子的价电子数
C.基态C原子有两个未成对电子，所以最多只能形成2个共价键
D.1个S原子最多只能与2个H原子结合形成H2S分子，是由共价键的饱和性决定的
答案D
解析s轨道电子在形成共价键时，没有方向性，则不是所有的共价键都具有方向性，故A错误；某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数不一定等于该元素原子的价电子数，例如水分子中氧原子形成2个H—O，但氧原子的价电子数是6，故B错误；基态C原子的价电子数为4，可以形成4个共价键，如CH4中含有4个C—H，故C错误；S原子最外层有6个电子，未成对电子数为2，则1个S原子最多只能与2个H原子结合形成H2S分子，这是由共价键的饱和性决定的，故D正确。
二、σ键和π键