共价键的本质、特征和分类

1．共价键的本质和特征

(1)本质：原子之间形成共用电子对。

(2)特征：具有方向性和饱和性。

2．共价键的分类

键参数及其对分子性质的影响

1．概念

2．键参数对分子性质的影响

键能越大，键长越短，分子越稳定。

等电子原理

(1)等电子体：原子总数相同、价电子总数相同的粒子互称为等电子体。如：N₂和CO、O₃与SO₂是等电子体，但N₂与C₂H₂不是等电子体。

(2)等电子原理：等电子体具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近，此原理称为等电子原理，等电子体结构相同，物理性质相近，但化学性质不同，例如CO和N₂的熔、沸点、溶解性等都非常相近。

(3)常见的等电子体：N₂与CO，CO₂与N₂O，O₃、NO₂^－与SO₂，CO₃^2－、NO₃^－与SO₃，PO₄^3－、SO₄^2－与ClO₄^－，与B₃N₃H₆(硼氮苯)等。

共价键规律方法

1．成键类别

（1）在分子中，有的只存在极性键，如HCl、NH₃等，有的只存在非极性键，如N₂、H₂等，有的既存在极性键又存在非极性键，如H₂O₂、C₂H₄等；有的不存在化学键，如稀有气体分子。

（2）在离子化合物中，一定存在离子键，有的存在极性共价键，如NaOH、Na₂SO₄等；有的存在非极性键，如Na₂O₂、CaC₂等。

（3）通过物质的结构式，可以快速有效地判断键的种类及数目；判断成键方式时，需掌握：共价单键全为σ键，双键中有一个σ键和一个π键，三键中有一个σ键和两个π键。

2．分子的空间构型与键参数

（1）键长、键能决定了共价键的稳定性，键长、键角决定了分子的空间构型，一般来说，知道了多原子分子中的键角和键长等数据，就可确定该分子的立体构型。

（2）反应热与键能：ΔH＝反应物总键能－生成物总键能。

3．记忆等电子体，推测等电子体的性质

(1)常见的等电子体汇总

(2)根据已知的一些分子的结构推测另一些与它等电子的微粒的立体构型，并推测其物理性质。

①(BN)_x与(C₂)_x，N₂O与CO₂等也是等电子体；

②硅和锗是良好的半导体材料，他们的等电子体磷化铝(AlP)和砷化镓(GaAs)也是很好的半导体材料；

③白锡(β ­Sn₂)与锑化铟是等电子体，它们在低温下都可转变为超导体；

④SiCl₄、SiO₄^4－、SO₄^2－的原子数目和价电子总数都相等，它们互为等电子体，都形成正四面体形；

⑤CO₂、COS均为直线形结构；SO₃、CO₃^2－为平面正三角形结构；NF₃、PCl₃均为三角锥形结构。

4.判断共价键类型的方法

(1)σ键与π键的判断

①由轨道重叠方式判断。“头碰头”重叠为σ键，“肩并肩”重叠为π键。

②由物质的结构式判断。通过物质的结构式可以快速有效地判断共价键的种类及数目。共价单键全为σ键，双键中有一个σ键和一个π键，三键中有一个σ键和两个π键。

③由成键轨道类型判断。s轨道形成的共价键全部是σ键；杂化轨道形成的共价键全部为σ键。

（2）极性键与非极性键的判断

看形成共价键的两原子，不同种元素的原子之间形成的是极性共价键，同种元素的原子之间形成的是非极性共价键。

价层电子对互斥理论

1．理论要点

(1)价层电子对在空间上彼此相距越远时，排斥力越小，体系的能量越低。

(2)孤电子对的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。

2．价层电子对互斥理论与分子立体构型

 3．判断分子或离子立体构型“三步曲”

第一步：确定中心原子上的价层电子对数

a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数，b为电荷数，x为非中心原子的原子个数。如NH₄^＋的中心原子为N，a＝5－1，b＝1，x＝4，所以中心原子孤电子对数＝$\frac{（5-1）-4X 1}{2}$＝0。

第二步：确定价层电子对的立体构型

由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离，这样已知价层电子对的数目，就可以确定它们的立体构型。

第三步：分子立体构型的确定

价层电子对有成键电子对和孤电子对之分，价层电子对的总数减去成键电子对数，得孤电子对数。根据成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子立体构型。

杂化轨道理论

1．杂化轨道理论概述

当原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。

2．杂化轨道三种类型

3．“五方法”判断分子中心原子的杂化类型

(1)根据杂化轨道的空间分布构型判断

①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形，则分子的中心原子发生sp³杂化。

②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生sp²杂化。

③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生sp杂化。

(2)根据杂化轨道之间的夹角判断

若杂化轨道之间的夹角为109.5°，则分子的中心原子发生sp³杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子发生sp²杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子发生sp杂化。

(3)根据等电子原理进行判断

如CO₂是直线形分子，CNS^－、N₃^－与CO₂是等电子体，所以分子构型均为直线形，中心原子均采用sp杂化。

(4)根据中心原子的电子对数判断

如中心原子的电子对数为4，是sp³杂化，为3是sp²杂化，为2是sp杂化。

(5)根据分子或离子中有无π键及π键数目判断

如没有π键为sp³杂化，含一个π键为sp²杂化，含二个π键为sp杂化。

(6)由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型

杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对，所以有公式：

杂化轨道数＝中心原子的孤电子数对＋中心原子的σ键个数。

【注意】

（1）价层电子对互斥理论能预测分子的立体构型，但不能解释分子的成键情况，杂化轨道理论能解释分子的成键情况，但不能预测分子的立体构型。两者相结合，具有一定的互补性，可达到处理问题简便、迅速、全面的效果。

(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同，中心原子杂化类型相同时孤电子对数越多，键角越小。

(3)杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。

配位键和配合物

1.配位键的形成：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成共价键。

2.配位键的表示：常用“→”来表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子，如NH₄^＋可表示为，在NH₄^＋中，虽然有一个N—H键形成过程与其他3个N—H键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。

3．配位化合物

(1)概念：金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物。

(2)形成条件：

离子，如F^－、Cl^－、CN^－等

(3)组成：

分子间作用力

1.概念：物质分子之间普遍存在的相互作用力，称为分子间作用力。

2.分类：分子间作用力最常见的是范德华力和氢键。

3.强弱：范德华力<氢键<化学键。

4.范德华力：范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质。范德华力越强，物质的熔点、沸点越高，硬度越大。一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增大；分子的极性越大，范德华力也越大。

5.氢键 ①形成：已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子(该氢原子几乎为裸露的质子)与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，称为氢键。

②表示方法：A—H…B 

【注意】

a.A、B为电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素的原子。b.A、B可以相同，也可以不同。

③特征：具有一定的方向性和饱和性。

④分类：氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。

⑤分子间氢键对物质性质的影响 主要表现为使物质的熔、沸点升高，对电离和溶解度等产生影响。

6.范德华力、氢键和共价键的比较

分子的性质

1．分子的极性

(1)非极性分子与极性分子的判断

(2)键的极性、分子空间构型与分子极性的关系

（3）分子极性的判断方法

(1)分子的极性由共价键的极性和分子的立体构型两方面共同决定

(2)判断AB_n型分子极性的经验规律

若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子。

 2.分子的溶解性

①相似相溶原理：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。如果存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。

②随着溶质分子中憎水基个数的增大，溶质在水中的溶解度减小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。

3.分子的手性

①手性异构：具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠的现象。

②手性分子：具有手性异构体的分子。

③手性碳原子：在有机物分子中，连有四个不同基团或原子的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子，如。

4.无机含氧酸分子的酸性

无机含氧酸的通式可写成(HO)_mRO_n，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，使R—O—H中O的电子向R偏移，在水分子的作用下越易电离出H^＋，酸性越强，如酸性：HClO＜HClO₂＜HClO₃＜HClO₄。

无机含氧酸分子的酸性判断及比较的思维方法

(1)无机含氧酸分子之所以能显示酸性，是因为其分子中含有—OH，而—OH上的H原子在水分子的作用下能够变成H^＋而显示一定的酸性。如HNO₃、H₂SO₄的结构式分别是。

(2)同一种元素的含氧酸酸性规律

H₂SO₄与HNO₃是强酸，其—OH上的H原子能够完全电离成为H^＋。而同样是含氧酸的H₂SO₃和HNO₂却是弱酸。即酸性强弱为H₂SO₃＜H₂SO₄，HNO₂＜HNO₃。其他的有变价的非金属元素所形成的含氧酸也有类似的情况。如酸性强弱HClO＜HClO₂＜HClO₃＜HClO₄。不难得出：对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。