共价键教学课件

共价键教学学习目标了解共价键的定义与实质掌握共价键的类型与特征能应用共价键原理解释常见现象掌握共价键形成的基本原理，理解电子区分极性与非极性共价键，理解单键、运用共价键理论解释分子的几何构型、对共享的本质，能够准确描述共价键的双键、三键的结构差异，学会根据电负物理性质和化学反应性，能够分析实际形成过程及其特点深入理解原子核、性判断键的极性掌握共价键的方向生活中的相关现象，如水的表面张力、电子在共价键形成中的作用，以及电子性、饱和性特点，以及键能、键长等关有机化合物的特性等培养运用微观理云重叠所带来的能量变化键参数的意义与应用论解释宏观现象的科学思维方法化学键导入化学键的定义化学键是原子之间形成稳定化学物质的强相互作用力它是通过原子间的电子相互作用产生的，使得原子能够结合成分子或晶体化学键的形成实质上是系统能量降低、趋于稳定的过程，也是电子层结构趋于稳定的体现离子键与共价键的区分离子键由金属与非金属元素之间完全转移电子形成，如NaCl共价键由非金属元素之间共享电子对形成，如H₂、O₂判断依据元素的电负性差异电负性差值大于

1.7通常形成离子键；小于

1.7则形成共价键，其中

0.4-

1.7之间形成极性共价键，小于

0.4形成非极性共价键什么是共价键共价键的概念共价键是由两个原子共享一对或多对电子形成的化学键在共价键中，成键的原子通过贡献电子形成共享电子对，这些电子对同时受到两个原子核的吸引，从而将原子紧密地结合在一起，形成稳定的分子结构水分子示例在水分子H₂O中，氧原子与两个氢原子分别通过共享电子对形成共价键氧原子有6个价电子，需要2个电子达到稳定结构；而每个氢原子有1个电子，需要1个电子达到稳定结构因此，氧原子与两个氢原子各共享一对电子，形成两个O-H键氧气分子示例在氧气分子O₂中，两个氧原子之间共享两对电子，形成双键每个氧原子有6个价电子，通过形成双键，每个氧原子都能达到8电子稳定构型共价键的形成过程氢分子的形成过程氢分子H₂的形成是共价键形成的经典例子

1.两个氢原子各有一个1s轨道上的电子，当它们相互靠近时

2.两个原子的1s轨道开始重叠，电子云密度在两核之间增大

3.共享的电子对同时受到两个质子的吸引力

4.两个核之间的排斥力与核-电子吸引力达到平衡

5.系统能量降至最低，形成稳定的H₂分子1s轨道重叠示意当两个氢原子的1s轨道重叠时，两个电子的波函数发生干涉，在两原子核之间形成电子云密度较高的区域这种重叠导致电子主要分布在两核之间，增强了核-电子吸引力，同时减小了电子-电子排斥力电子对共享的本质共价键形成的本质是寻求能量最低状态当原子间距达到平衡位置（约74pm）时，H₂分子的能量比两个分离的H原子低436kJ/mol这个能量差即为H-H键的键能共价键的实质靠近原子核的电子对共享共价键的实质是通过共享电子对降低系统能量在形成共价键的过程中，电子主要分布在原子核之间的区域，同时受到两个或多个原子核的吸引这种电子分布增加了核-电子吸引力，使得整个系统的能量降低从电子云密度分布看，共价键区域的电子云密度显著高于其他区域，形成了连接原子的电子桥梁这种集中的电子云对原子核产生强烈吸引力，使得原子紧密结合达到能量最低状态当原子间距达到特定值时，体系能量最低太近时，核-核排斥增大；太远时，核-电子吸引减弱平衡距离处，能量最低，体系最稳定以H₂为例，在键长为74pm时，能量最低，形成稳定分子这种能量最低原理是稳定八电子结构追求所有化学键形成的本质驱动力非金属元素通过形成共价键，往往追求价电子层八电子结构（氦气的双电子结构）这一规律被称为八电子规则或稳定八隅体规则共价键与离子键对比共价键特征共享电子离子键特征电子转移结合实例NaCl vsH₂O分子共价键中，原子之间通过共享电子对结合电子云主离子键由电子完全转移形成，产生带相反电荷的离NaCl（氯化钠）是典型的离子化合物要集中在原子核之间形成共价键的原子通常是非金子，通过静电引力结合通常在金属与非金属元素之•Na原子失去1个电子成为Na⁺属元素，电负性差异较小间形成，电负性差异大•Cl原子得到1个电子成为Cl⁻特点特点•形成三维离子晶体，熔点801°C•方向性强，导致分子具有特定几何构型•无方向性，离子以最紧密方式堆积H₂O（水）是典型的共价化合物•键能一般小于离子键•键能通常较大•O与H之间共享电子对•形成分子化合物，常温下多为气体或低熔点固•形成离子晶体，高熔点、高沸点•分子呈V形，键角约

104.5°体、液体•固态不导电，熔融状态或水溶液可导电•溶于非极性溶剂，水溶性较差（极性共价键除外）•易溶于极性溶剂如水，不溶于非极性溶剂单键与多键单键一对共享电子单键是由一对共享电子形成的共价键，用一条横线-表示单键是最基本的共价键类型，如H₂、Cl₂、CH₄等分子中的键都是单键在H₂分子中，两个氢原子各贡献一个电子，形成一对共享电子对在Cl₂分子中，两个氯原子各贡献一个电子，同样形成一对共享电子对单键的键能相对较低，分子中的原子可以围绕键轴自由旋转双键两对共享电子双键是由两对共享电子形成的共价键，用两条横线=表示双键比单键更强，键长更短三键三对共享电子在O₂分子中，两个氧原子之间共享两对电子，形成双键每个氧原子有6个价电子，通过形成双键，每个氧原子都能拥有8个价电子，达到稳定构型三键是由三对共享电子形成的共价键，用三条横线≡表示三键是最强的共价键类型，键长最短在CO₂分子中，中心碳原子与两个氧原子分别形成双键C=O双键的键能约为745kJ/mol，远高于C-O单键（约360kJ/mol）N₂分子是三键的典型例子氮分子中，两个氮原子之间共享三对电子，形成非常稳定的三键结构每个氮原子有5个价电子，通过形成三键，每个氮原子都能拥有8个价电子不同类型的共价键极性共价键非极性共价键电负性差异的影响极性共价键是由电负性不同的原子形成非极性共价键是由电负性相同或相近的电负性是原子吸引共享电子对能力的量的共价键，其中共享电子对偏向电负性原子形成的共价键，共享电子对均匀分度电负性差异决定了共价键的极性程较大的原子电子云分布不对称，导致布在两个原子之间电子云分布对称，度分子局部带部分正电荷和部分负电荷，没有明显的电荷分离•差值为0完全非极性共价键（如形成偶极矩判断标准形成键的两个原子电负性差H₂、O₂）判断标准形成键的两个原子电负性差值小于

0.4•差值

0.1-

0.4弱极性共价键（如C-H值在

0.4-

1.7之间键）典型例子H-H、Cl-Cl、C-C、O=O键典型例子H-Cl、O-H、C-O键等等•差值

0.5-

1.7强极性共价键（如O-H键）性质特点导致分子具有极性，影响分性质特点如果分子中所有键都是非极子间作用力、溶解性、沸点等物理性性的，且分子构型对称，则整个分子为•差值

1.7通常形成离子键（如Na-质非极性分子Cl）极性共价键详解HCl分子电负性差导致极性在HCl分子中，氯原子的电负性

3.0远大于氢原子

2.1，电负性差为

0.9这导致共享电子对明显偏向氯原子，形成典型的极性共价键具体表现为•氯原子一侧带部分负电荷δ-•氢原子一侧带部分正电荷δ+•电荷分离程度约为17%（介于共价键和离子键之间）极性共价键是共价键和离子键的中间状态，其极性强度与电负性差成正比电负性差越大，键的极性越强，离子性成分越高电荷中心偏移示意图极性共价键中，电子云密度中心与原子核连线的几何中心不重合，而是向电负性大的原子偏移这种偏移程度可以通过计算电荷密度分布或电势图直观显示非极性共价键详解电负性相等或相近非极性共价键形成于电负性相等或相近的原子之间当电负性差值小于

0.4时，共享电子对分布基本均匀，没有明显的电荷分离例如•H-H键两个氢原子电负性相同

2.1，电子对完全均匀分布•C-C键两个碳原子电负性相同

2.5，形成典型非极性键•C-H键碳

2.5与氢

2.1电负性差仅

0.4，形成弱极性键，通常视为非极性非极性共价键的电子云呈对称分布，电子对中心与键的几何中心重合这种对称性导致键上没有电荷分离，因此不产生偶极矩共价键的方向性与饱和性电子对分布导致键方向性共价键的一个重要特征是方向性，即键沿特定方向形成这是由电子轨道的空间取向决定的轨道重叠最大化时，共价键强度最大，这导致原子间按特定方向连接例如•s轨道球形对称，可向任何方向形成键•p轨道哑铃形，沿特定轴方向形成键•杂化轨道如sp³杂化，形成四面体方向的键正是这种方向性，决定了分子的几何构型如水分子的V形结构、甲烷的四面体结构等，都是共价键方向性的直接体现饱和性举例碳原子的价键共价键的饱和性是指原子形成共价键的数量是有限的，达到饱和后不再形成新键这与原子可用于成键的电子数量和轨道数量有关共价键键能与键长43674348154H-H键能kJ/mol H-H键长pm C-C键能kJ/mol C-C键长pm氢分子的键能反映了单键的典型强度氢分子的键长是最短的单键长度之一，碳-碳单键是有机分子的骨架，其稳定性碳-碳单键的长度是有机化学中的基准键能数值直接关系到化学反应所需能显示了共价半径的叠加效应决定了许多有机化合物的性质值，影响分子的空间构型量，是热化学计算的基础799120C≡C键能kJ/mol C≡C键长pm碳-碳三键的高键能反映了多重键的稳定三键比单键短约34pm，显示了多重键的性，解释了炔烃的特殊反应活性电子云高度重叠特性共价键键能定义为在标准状态下，使1摩尔键断裂为气态原子所需的能量键能越高，键越稳定，化学反应性越低键能的高低与键的类型密切相关三键双键单键在同类键中，参与成键的原子半径越小，键能一般越大价层电子对互斥理论VSEPR共价键分子的空间结构基础价层电子对互斥理论VSEPR是预测分子几何构型的有效方法该理论基于一个简单原则价层电子对（包括成键电子对和孤对电子）由于静电排斥，会尽可能远离彼此，以最小化排斥力VSEPR理论的基本步骤

1.确定中心原子的价层电子对总数

2.区分成键电子对和孤对电子

3.根据电子对总数确定基本构型

4.考虑孤对电子的影响调整最终构型重要构型及对应电子对数•2对线性构型，180°键角•3对平面三角形，120°键角•4对四面体，

109.5°键角•5对三角双锥体•6对八面体简单分子结构示例甲烷CH₄•中心C原子，4对成键电子对•四面体构型，H-C-H键角

109.5°•四个C-H键完全等价水H₂O•中心O原子，4对电子（2对成键，2对孤对）•基本构型为四面体•孤对电子排斥力大，压缩H-O-H键角至

104.5°•分子呈V形二氧化碳CO₂•中心C原子，2对成键电子对（双键算一对）分子轨道理论与杂化轨道s、p轨道杂化形成新轨道传统的共价键理论难以解释某些分子的几何构型，如甲烷的四面体结构为解决这一问题，提出了轨道杂化概念原子的s轨道和p轨道线性组合，形成能量相等、方向性强的新杂化轨道杂化过程

1.原子处于激发态

2.原子轨道能量相近时发生混合

3.形成数量等于参与杂化轨道总数的新杂化轨道

4.新轨道能量相等，空间取向最大化分离sp³、sp²、sp杂化举例sp³杂化1个s轨道与3个p轨道杂化，形成4个sp³杂化轨道•空间指向四面体的四个顶点•键角约

109.5°•例子CH₄、NH₃、H₂O中的中心原子sp²杂化1个s轨道与2个p轨道杂化，形成3个sp²杂化轨道•三个轨道共平面，彼此成120°角•剩余1个p轨道垂直于该平面•例子C₂H₄、BF₃中的中心原子共价键的表示方法电子式结构式键线式电子式（路易斯结构）使用元素符号和点表示价电子，结构式用线表示共价键，清晰显示原子连接方式和键的键线式（简化结构式）通常省略C-H键，用线段末端和交清晰显示电子的分布和共享情况类型叉点表示碳原子，更适合表示复杂有机分子例如单键一条线-例如H₂O:H:Ö:H或H-Ö-H（其中Ö上有两对孤对电子）双键两条线=乙醇CH₃CH₂OH简化为-OHCO₂:O::C::O或O=C=O三键三条线≡苯C₆H₆简化为六边形中有圆圈NH₃:H:N:H或H-N-H（其中N上有一对孤对电子）例如优点非常简洁，适合表示复杂有机分子H HH₂O:H-O-H缺点需要一定训练才能识读，不适合无机分子优点直观显示电子分布，便于理解成键本质CO₂:O=C=O在有机化学中，键线式是最常用的表示方法，可以清晰显示分子骨架结构缺点绘制复杂，不便于表示复杂分子NH₃:H-N-HH优点简洁明了，能清楚表示键的类型缺点不显示非键电子，可能不反映实际空间构型共价键与分子结构分子几何形状与键角共价键的方向性决定了分子的几何形状，这直接影响分子的物理和化学性质分子的几何形状主要由中心原子周围的电子对排布决定，同时考虑成键电子对和非键电子对（孤对电子）的排斥作用常见分子构型及典型键角线性构型两个键呈180°直线，如BeH₂、CO₂平面三角形三个键在同一平面，彼此成120°角，如BF₃四面体构型四个键指向四面体顶点，键角

109.5°，如CH₄V形构型如H₂O，由于氧原子上两对孤对电子的排斥，H-O-H键角为

104.5°三角锥构型如NH₃，由于氮原子上一对孤对电子的排斥，H-N-H键角为107°键角的实际值常受多种因素影响•孤对电子的排斥力大于成键电子对•多重键的排斥力大于单键•取代基体积大小也会影响键角立体图解常见分子结构正四面体结构（CH₄）甲烷分子中，碳原子位于四面体中心，四个氢原子位于四个顶点四个C-H键完全等价，键角均为

109.5°这种结构是sp³杂化的典型表现折线型结构（H₂O）水分子中，氧原子sp³杂化，有两对成键电子和两对孤对电子由于孤对电子的强排斥作用，H-O-H键角从理想的

109.5°减小到

104.5°这种V形结构是水分子极性的关键因素平面三角形（BF₃）三氟化硼分子中，硼原子sp²杂化，三个B-F键在同一平面内，彼此成120°角分子呈完美的平面三角形，属于高对称性结构直线型（CO₂）典型共价分子分析水分子极性分析二氧化碳分子非极性原因氨分子的空间结构水分子H₂O是极性分子的典型代表二氧化碳CO₂是非极性分子的典型例子，尽管含有极性键氨分子NH₃具有特殊的三角锥构型•中心氧原子sp³杂化，有2对成键电子和2对孤对电子•中心碳原子sp杂化，与两个氧原子各形成一个双键•中心氮原子sp³杂化，有3对成键电子和1对孤对电子•分子呈V形，H-O-H键角约

104.5°•分子呈直线形，O=C=O键角180°•分子呈三角锥形，氮原子位于锥顶，三个氢原子构成底面三角形•O-H键为极性共价键，氧原子电负性

3.5远大于氢原子•C=O键为极性共价键，氧原子电负性

3.5大于碳原子

2.

52.1•两个C=O键的偶极矩大小相等，方向相反•H-N-H键角约107°，小于理想四面体角

109.5°•O-H键的偶极矩方向从H指向O•由于分子严格线性对称，两个键的偶极矩完全相互抵消•N-H键为极性共价键，氮原子电负性

3.0大于氢原子

2.1•由于分子非线性构型，两个O-H键的偶极矩不能相互抵消•整体偶极矩为0，分子表现为非极性•三个N-H键的偶极矩部分相互抵消，但由于孤对电子的存在，不能完全抵消•整体偶极矩为

1.85D，氧原子一侧带部分负电荷，氢原子这解释了CO₂不溶于水但能溶于非极性溶剂的现象一侧带部分正电荷•整体偶极矩为

1.47D，方向从氢原子指向氮原子一侧正是这种极性使水成为优秀的溶剂，能溶解多种极性物质和离子化合物共价键的应用实例有机分子内的共价键生命分子中的角色工业材料中的共价结构共价键是有机化学的基础，碳原子的独特性质使其能形成多样化的分子结构共价键是生物大分子的基础，构建了生命的化学本质共价键在现代材料科学中发挥关键作用烷烃含C-C单键和C-H键，如甲烷、乙烷蛋白质氨基酸通过肽键C-N连接，形成多肽链，进而折叠成特定三维结构聚合物如聚乙烯、聚丙烯，由单体通过共价键连接形成长链烯烃含C=C双键，如乙烯，具有平面结构和特殊反应性DNA脱氧核糖通过磷酸二酯键连接形成骨架，碱基通过氢键（弱共价作用）配对半导体如硅晶体，原子通过共价键形成规则晶格结构炔烃含C≡C三键，如乙炔，呈线性结构碳水化合物葡萄糖等单糖通过糖苷键连接形成多糖陶瓷材料如碳化硅，金属与非金属原子通过强共价键结合芳香烃含苯环结构，电子离域化，特殊稳定性脂质甘油与脂肪酸通过酯键连接形成脂肪纳米材料如碳纳米管、石墨烯，碳原子通过共价键形成特殊结构官能团如羟基-OH、羰基C=O、氨基-NH₂等赋予分子特定性质功能材料如光敏聚合物、智能材料，通过特殊共价键设计实现功能生物体内的化学反应主要涉及共价键的形成和断裂，这些过程通常由酶催化，实现精确控制共价键修饰共价键的特性决定了有机分子的结构和功能，也是有机合成的基础不同键的强度、长度和反应活性是设（如磷酸化、甲基化）是调节生物分子功能的重要机制计合成路线的关键考量因素共价网络晶体金刚石结构与性质金刚石是碳元素的一种同素异形体，具有典型的共价网络晶体结构•每个碳原子sp³杂化，与周围四个碳原子形成四面体构型的共价键•所有C-C键长度相等154pm，键角均为

109.5°•整个晶体可视为一个巨大的分子，所有原子通过共价键连接金刚石的特殊性质源自其共价网络结构极高硬度自然界已知最硬物质，莫氏硬度10高熔点约3550°C，C-C键断裂需要极高能量化学惰性常温下不与大多数化学试剂反应绝缘体所有价电子参与成键，无自由电子，因此不导电高热导率共价键网络有效传导振动能量石墨结构与性质石墨也是碳的同素异形体，但具有截然不同的共价网络结构•碳原子sp²杂化，每个碳与周围三个碳形成平面六边形网络•平面内C-C键长142pm，键角120°•平面间通过弱的范德华力连接，层间距335pm氢键与共价键的联系和区别氢键本质与共价键的对比氢键是一种特殊的分子间作用力，发生在氢原子与高电负性原子（通常是F、O、N）之间虽然不是真正的共价键，但与共价键有一定联系形成条件•一个分子中的氢原子通过共价键连接到高电负性原子X（通常是F、O、N）•X-H键形成强极性，氢原子带部分正电荷•另一分子中高电负性原子Y（通常也是F、O、N）带部分负电荷•氢原子的部分正电荷与Y的部分负电荷之间形成静电引力氢键与共价键对比特性氢键共价键形成机制分子间静电引力原子间共享电子对键能4-50kJ/mol（弱）150-1000kJ/mol（强）水分子间作用力实例键长约270-300pm约70-200pm水分子是研究氢键的典型系统方向性中等强•单个水分子中，O-H键为极性共价键稳定性受温度影响大稳定•氧原子带部分负电荷，氢原子带部分正电荷•一个水分子的氢原子与另一个水分子的氧原子之间形成氢键•每个水分子最多可形成4个氢键（提供2个H，接受2个H）•形成三维网络结构水的特殊性质很大程度上归因于氢键高沸点相对分子量小但沸点异常高高比热容升温需要打断部分氢键表面张力大分子间氢键作用强冰浮于水固态水中氢键形成开放六边形结构，密度小共价键的实验演示氧气制备与性质观察通过实验制备氧气并观察其性质，可以直观理解O₂分子中共价键的特性实验步骤

1.将高锰酸钾（KMnO₄）放入试管中

2.加热试管，高锰酸钾分解产生氧气

3.通过排水法收集氧气

4.用带火星的木条测试收集的气体观察现象•高锰酸钾加热分解反应2KMnO₄→K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑•带火星的木条伸入氧气中立即复燃变旺•氧气无色无味，略溶于水结论分析氧气的化学性质（支持燃烧）源于O=O双键的特性虽然双键较强（键能约498kJ/mol），但在高温或催化条件下可断裂，使氧原子与其他元素形成新的共价键，释放大量能量这解释了氧气支持燃烧的本质练习判断键型分析键型练习选择题例题参考答案判断下列分子中化学键的类型，并解释理由

1.下列物质中，不含极性共价键的是分析键型答案

1.HCl分子中H与Cl之间的键A.H₂O B.NH₃C.Cl₂D.HCl

1.HCl极性共价键（H电负性

2.1，Cl电负性

3.0，差值

0.9）

2.O₂分子中两个氧原子之间的键

2.下列物质分子中，含有σ键和π键的是

3.CH₄分子中C与H之间的键

2.O₂非极性共价键（两个相同原子间）A.H₂B.Cl₂C.O₂D.N₂

4.NaCl晶体中Na与Cl之间的键

3.CH₄弱极性共价键（C电负性

2.5，H电负性

2.1，差

3.下列分子中，所含共价键最多的是值

0.4）

5.NH₃分子中N与H之间的键A.H₂O B.CH₄C.NH₃D.CO₂

4.NaCl离子键（Na电负性

0.9，Cl电负性

3.0，差值

2.1）分析提示考虑参与成键原子的电负性差异一般而言，

4.下列关于共价键的说法错误的是

5.NH₃极性共价键（N电负性

3.0，H电负性

2.1，差值电负性差异小于

0.4为非极性共价键，

0.4-

1.7为极性共价

0.9）键，大于

1.7为离子键A.共价键具有方向性B.共价键具有饱和性选择题答案C.共价键一定是非极性的D.共价键形成的分子可能是极性的

1.C（Cl₂分子中，两个相同的氯原子间形成非极性共价键）

2.C（O₂分子中含有一个σ键和一个π键，组成O=O双键）

3.B（CH₄分子含有4个C-H共价键）动画模拟共价键成键过程电子云重叠动态演示现代计算机技术可以模拟共价键形成的微观过程，使抽象的电子云重叠过程变得可视化这种动态演示通常基于量子力学计算，能够精确展示电子密度分布的变化H₂分子形成过程模拟

1.起始状态两个独立的氢原子，各有一个1s轨道上的电子

2.原子靠近随着两原子距离减小，1s轨道开始重叠

3.能量变化系统能量先降低，达到最低点，再增加

4.电子云分布两核之间电子密度增加，形成电子桥

5.平衡状态在约74pm处，能量最低，形成稳定H₂分子通过这种动画模拟，学生可以直观理解•共价键形成是能量降低的过程•电子云重叠增强了核-电子吸引•最终达到核-核排斥与核-电子吸引的平衡电子对分布简化动画除了精确的量子力学模拟，还可使用简化动画帮助理解共价键形成过程中电子对的行为简化动画内容•用彩色球体表示原子核•用小球或云状图案表示电子•展示原子接近过程中电子分布变化•显示成键前后能量变化曲线多重键形成动画对于双键和三键，动画可展示•σ键形成（沿键轴方向轨道重叠）•π键形成（垂直于键轴方向轨道侧向重叠）微观与宏观结合元素周期表与共价键形成规律元素周期表是理解共价键形成规律的强大工具，通过周期表位置可预测元素的成键行为主族元素成键规律IA族元素（如H）通常形成1个共价键IIA族元素（如Be）通常形成2个共价键IIIA族元素（如B）通常形成3个共价键IVA族元素（如C）通常形成4个共价键VA族元素（如N）通常形成3个共价键，有1对孤对电子VIA族元素（如O）通常形成2个共价键，有2对孤对电子VIIA族元素（如F）通常形成1个共价键，有3对孤对电子VIIIA族元素（如Ne）通常不形成共价键（除特殊情况）电负性趋势•周期内从左到右电负性增大•主族从上到下电负性减小这些趋势有助于预测共价键的极性和分子的性质生活中共价键体现共价键不仅是化学课本中的概念，也是日常生活和自然界中无处不在的基本连接方式氧气与二氧化碳循环地球上最重要的物质循环之一，完全基于共价键的形成与断裂近年高考试题123电子式与分子结构（2022年全国卷共价键的极性判断（2021年全国卷共价键特性应用（2023年全国卷III）I）II）下列关于共价化合物的叙述错误的是（）下列分子中，所有共价键都是由s-s轨道重叠下列分子中，含有极性键但分子为非极性的A.共价化合物的熔点通常低于离子化合物形成的是（）是（）B.共价化合物固态一般不导电A.H₂B.HF C.F₂D.OF₂A.H₂O B.NH₃C.CO₂D.CH₄C.所有共价化合物都不溶于水解析考查共价键形成的轨道重叠类型H解析考查分子极性与分子构型的关系分D.共价键的形成是原子核间的吸引力与排斥原子只有1s轨道，因此只有H与H形成的共价子极性取决于键极性和分子构型CO₂分子力平衡的结果键是纯s-s重叠HF中H提供1s轨道，F提供中C=O键为极性共价键，但由于分子呈直线2p轨道F₂和OF₂中F-F键由p-p轨道重叠形，两个C=O键的偶极矩大小相等、方向相解析考查共价化合物的性质A正确共价形成因此选A反，相互抵消，因此整个分子为非极性因键强度通常小于离子键B正确共价化合物此选C中无自由电荷载体C错误极性共价化合物如醇、醛等可溶于水D正确共价键形成确实是核间力的平衡结果因此选C拓展思考共价键在材料科学中的应用纳米材料合成高分子新能源材料结构特点纳米材料是现代材料科学的前沿领域，其特殊性质很大程度上源现代高分子材料依赖于共价键的精确控制，通过设计单体结构和新能源技术的发展离不开先进材料，而这些材料的核心特性往往于共价键的特殊排列聚合方式，可以创造出具有特定性能的材料取决于其共价键结构碳纳米管由sp²杂化碳原子构成的管状结构，直径仅几纳米，工程塑料如聚碳酸酯、尼龙，通过调控链段结构实现高强度、钙钛矿太阳能电池特殊晶体结构中的共价键网络赋予其优异的但强度超过钢铁高韧性光电转换效率石墨烯单层碳原子蜂窝状网格，是已知最薄、最坚硬的材料之导电聚合物如聚苯胺、聚吡咯，通过共轭双键系统实现电导率锂离子电池电极材料石墨、硅等负极材料的共价键结构决定了一，导电性极佳锂离子的嵌入性能富勒烯由60个碳原子形成的足球状分子，在药物传递、催化等生物可降解聚合物如聚乳酸，设计特定键结构使其在环境中可催化剂如质子交换膜燃料电池中的铂基催化剂，表面原子的共领域有应用控降解价键排列影响催化活性量子点纳米尺度半导体晶体，通过调控共价键结构可精确控制智能高分子对环境刺激（如温度、pH）响应的材料，基于特殊热电材料通过调控共价键结构，可实现电子导电性好而热导率其光电性质共价键设计低的矛盾组合这些纳米材料的独特性质来源于原子层面的精确排列，展示了共高分子合成中，控制共价键的形成是实现精确分子设计的关键，价键在纳米尺度的奇妙效应影响材料的机械性能、热性能、光电性能等各方面小组讨论题目氮气为何稳定难反应？讨论背景氮气占大气成分的78%，但在常温常压下极其稳定，很难参与化学反应这一特性导致工业上必须使用高温高压条件才能将氮气转化为氨（哈伯法）思考方向

1.分析N₂分子的电子结构和成键特点•氮原子电子构型1s²2s²2p³•N≡N三键结构的形成过程•三键的键能（941kJ/mol）与其他常见键能对比

2.比较N₂与同周期其他双原子分子（如O₂、F₂）的稳定性差异•键级与键能的关系•分子轨道理论解释

3.探讨提高氮气反应活性的方法•催化剂的作用机理•生物固氮的特点•等离子体活化等新技术通过这一讨论，学生可以深入理解共价键强度对分子化学性质的决定性影响，以及如何通过改变反应条件克服能垒SO₂分子的结构与极性判定讨论背景二氧化硫是重要的工业原料和环境污染物，其分子结构和极性性质直接影响其化学行为和环境效应思考方向

1.应用VSEPR理论分析SO₂分子的几何构型•中心S原子的价电子数•S原子的杂化方式•电子对排斥对分子形状的影响•预测分子的键角（约

119.5°）

2.分析S-O键的极性•S与O的电负性比较•键偶极矩的方向和大小

3.判断SO₂分子整体极性课后练习与思考个性化分析练习题引导学生查阅前沿资料实验设计挑战

1.根据下列物质的化学式，绘制其路易斯结鼓励学生查阅以下前沿领域的资料，探索共价设计一个简单的实验，证明或展示共价键的某构，并判断各物质中的共价键类型（单键、双键理论的最新应用种特性实验设计应包括键、三键）及极性磁共振成像MRI原理研究氢原子核自旋与共•实验目的•CH₃OH（甲醇）价键环境的关系，如何利用这一原理在医学成•所需材料和设备像中区分不同组织•H₂CO（甲醛）•实验步骤晶体结构分析技术X射线衍射、中子衍射等•HCN（氢氰酸）•预期结果技术如何精确测定分子中原子位置和共价键参•C₂H₄（乙烯）•数据分析方法数

2.比较下列分子的极性大小，并解释理由•可能的误差来源计算化学密度泛函理论DFT等计算方法如何•H₂O、H₂S、H₂Se预测分子结构和性质，在新材料、新药设计中•安全注意事项的应用•NH₃、PH₃、AsH₃可选主题单分子化学扫描隧道显微镜STM如何直接

3.预测下列分子的几何构型，并说明判断依•比较不同共价化合物的溶解性观察单个分子中的共价键，甚至操纵单个原子据•测定不同共价化合物的熔点或沸点形成新键•BF₃•探究分子极性与表面张力的关系量子计算量子化学计算如何突破传统计算限•CH₃Cl制，精确模拟复杂分子系统的电子结构•PCl₅•SF₆总结与答疑共价键知识要点回顾共价键的本质共价键是原子通过共享电子对形成的化学键，其本质是通过电子云重叠降低系统能量共价键的形成条件参与成键的原子通常为非金属元素，电负性差异较小（

1.7）共价键的类型•按极性极性共价键、非极性共价键•按键数单键、双键、三键•按轨道重叠σ键、π键共价键的特性•方向性键沿特定方向形成，决定分子的几何构型•饱和性原子能形成的共价键数量有限•强度通常小于离子键，但大于分子间力分子构型理论•VSEPR理论价层电子对互斥决定分子几何形状•杂化轨道理论解释特定键角和几何构型•分子轨道理论解释成键本质和多重键形成开放答疑与互动环节针对学生在学习过程中可能遇到的典型问题共价键与离子键的界限电负性差值

1.7只是经验界限，实际上化学键常常具有部分共价性和部分离子性，是连续变化的为什么需要多种理论模型单一理论难以解释所有现象，不同理论从不同角度描述共价键，各有优缺点和适用范围共价键稳定性的本质从量子力学角度，是波函数干涉导致的能量降低；从经典角度，是电子-核吸引力增强，系统势能降低共价键理论与现代科技的联系材料设计、药物开发、催化剂优化等领域都依赖于对共价键的精确理解和操控。