学年人教版选修3 第2章第1节 共价键第1课时 学案.docx

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学年人教版选修3第2章第1节共价键第1课时学案

第1节共价键

第一课时　共价键

学习目标：

1.知道化学键的概念，能用电子式表示常见物质的离子键或共价键的形成过程。

2.知道共价键的主要类型σ键和π键。

3.说出σ键和π键的明显差别和一般规律。

[知识回顾]

1．分子中相邻原子之间是靠什么作用而结合在一起？

什么是化学键？

什么是离子键？

什么是共价键？

答：

分子中相邻原子之间是靠共价键而结合在一起。

化学键：

分子中相邻原子之间强烈的相互作用。

离子键：

阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。

共价键：

原子间通过共用电子对形成的化学键。

2．用电子式表示NaCl、HCl的形成过程。

答：

H·＋·

∶―→H∶

∶

[要点梳理]

1．共价键的基本知识

（1）概念：

原子间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。

（2）成键的粒子：

原子，一般为非金属原子（相同或不相同）或金属原子与非金属原子。

（3）键的本质：

原子间通过共用电子对（即电子云重叠）产生的强烈作用。

（4）键的形成条件：

非金属元素的原子之间形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属元素的原子之间形成共价键。

如Al原子与F原子变为Al3＋和F－后形成离子键，Al原子和Cl原子之间则形成共价键。

（5）存在：

共价键存在于非金属单质、共价化合物和某些离子化合物中。

如H2、Cl2、O2、S8、N2、P4、金刚石、晶体硅等非金属单质，CO2、H2O、CH3COOH、XeF6、等共价化合物及Na2O2、NaOH、NH4Cl等离子化合物中均存在共价键。

2．共价键的类型

（1）σ键

形成

成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成

类型

s－s型

s－p型

p－p型

特征

以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称；σ键的强度较大

（2）π键

形成

由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成

p－p

π键

特征

π键的电子云具有镜像对称性，即每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像；π键不能旋转；不如σ键牢固，较易断裂

知识点一　共价键的形成与特征

1．共价键的特性——饱和性、方向性

（1）共价键的饱和性：

在共价键的形成过程中，一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个未成对电子配成键后，一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配成键，即每个原子所能形成共价键的数目或以单键连接的原子数目是一定的，饱和性决定了原子形成分子时相互结合的数量关系。

H原子、Cl原子都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，不能形成H3、H2Cl、Cl3分子。

（2）共价键的方向性：

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，所形成的共价键就越牢固，因此共价键将尽可能地沿着电子概率出现最大的方向形成，这就是共价键的方向性。

2．共价键的形成

电子云在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，电子带负电，因而可以形象的说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了。

[问题探究]

1．观察下图：

请你通过分析，谈一谈你对共价键的形成条件及共价键的本质的认识？

[答案]　共价键的形成条件：

（1）两原子电负性相同或相近；

（2）一般成键原子有未成对电子；（3）成键原子的原子轨道在空间上发生重叠。

共价键的本质：

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，两原子核间的电子云密度增加，体系能量降低。

2．为什么两个氢原子合成氢分子，两个氯原子合成氯分子，而不是3个、4个呢？

为什么1个氢原子和1个氯原子结合成氯化氢分子，而不是以其他的个数比相结合呢？

共价键有哪些特征？

[答案]　由氢原子和氯原子的电子式可知：

两个原子都有一个未成对的电子，从分子的形成过程来看，只有未成对的电子才能形成共用电子对，在H2、HCl、Cl2分子中，由两个原子各提供一个未成对电子形成一个共用电子对，因此H2、HCl、Cl2只能由两个原子形成，而不是3个、4个。

这说明原子间在形成共价键时有一定的特征：

饱和性、方向性。

1．成键原子相互靠近，自旋方向相反的两个电子形成共用电子对。

2．两原子核都吸引电子对，使之处于平衡状态。

3．原子通过共用电子对形成共价键后，体系能量最低。

4．参与成键的非金属原子必须含有未成对电子。

5．成键原子之间电子云要最大重叠。

例如：

H原子的电子排布式1s1，Cl原子的电子排布式为1s22s22p63s23p5，两个原子各有一个未成对的1s或3p价电子，以自旋相反方式互相配对，形成共价单键：

H－Cl。

H原子：

　Cl原子：

（1）共价化合物中一定含有共价键，含有共价键的不一定是共价化合物（可能是单质或离子化合物）。

稀有气体的单质不含化学键。

（2）只含非极性共价键的物质：

同种非金属元素构成的单质，如：

I2、N2、P4、金刚石、晶体硅等。

只含有极性共价键的物质：

一般是不同非金属元素构成的共价化合物，如：

HCl、NH3、SiO2、CS2等。

既有极性键又有非极性键的物质，如H2O2、C2H2、CH3CH3等。

（3）共价键的本质：

原子间通过共用电子对（即电子层重叠）产生的强烈相互作用。

（4）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（即分子组成）。

基态原子或形成激发态原子有n个不成对电子，则最多可以形成n个共用电子对（不含配位键）。

共价键的方向性决定了分子的立体结构，即分子中原子的空间位置关系。

特例：

ns原子轨道为球形对称，故s－sσ键没有方向性（如H2中的H－H键没有方向性），其他共价键都有方向性。

1．下列关于共价键的描述正确的是________。

A．两个原子之间的相互作用叫共价键

B．构成单质分子的粒子中一定含有共价键

C．由非金属元素组成的化合物里只含有共价键

D．金属元素的原子与非金属元素的原子可能形成共价键

E．H原子与Cl原子形成的化学键是共价键

F．Na2SO4、CH3COOH、H2SO4、SO2、NH4NO3中都存在共价键

G．由双原子或多原子构成的单质分子里一定有共价键

[解析]　原子间通过共用电子对形成的相互作用，叫共价键，故A错；稀有气体单质分子中不存在共价键，其他双原子或多原子单质中有共价键，故B错，G正确；像NH4NO3、NH4Cl等铵盐中，除含有共价键之外，还含有离子键，故C错；Al与Cl形成的AlCl3中Al－Cl键为共价键，故D正确；E、F均正确。

[答案]　DEFG

2．H2S分子中两个共价键的夹角接近90°，其原因是（　　）

A．共价键的饱和性　　　B．S原子的电子排布

C．共价键的方向性D．S原子中p轨道的形状

[解析]　S原子的价电子排布式是3s23p4，有2个未成对电子，并且分布在相互垂直的3px和3py轨道中，当与两个H原子配对成键时，形成的两个共价键间夹角接近90°，这体现了共价键的方向性，是由轨道的伸展方向决定的。

[答案]　CD

（1）共价键的饱和性决定分子中各元素原子的数目，共价键的方向性决定分子的立体构型。

（2）并不是所有的共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性。

知识点二　σ键与π键

σ键与π键的区别

键类型

σ键

π键

原子轨道

重叠方式

沿键轴方向“头碰头”重叠

沿键轴方向“肩并肩”重叠

原子轨道

重叠部位

两原子核之间，在键轴处

键轴上方和下方，键轴处为零

原子轨道

重叠程度

大

小

键的强度

较大

较小

分布规律

共价单键是σ键；共价双键中有一个σ键，另一个是π键；共价三键由一个σ键和两个π键组成，两个原子间最多只能形成两个π键

[问题探究]

1．如何判断原子成键时电子云的重叠方式？

[答案]　电子云的重叠方式只有两种：

“头碰头”和“肩并肩”。

其中以“肩并肩”的方式进行重叠的成键电子常发生在p电子云之间，在形成双键或三键时会出现。

s电子云参与成键时不存在“肩并肩”的方式。

故可从两个方面来判断电子云的重叠方式：

其一是成键电子有s电子的，以“头碰头”的方式进行重叠；其二是根据成键数目判断，即有双键或三键时，一定存在“肩并肩”的重叠方式。

2．乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成？

[答案]　乙烷分子中由7个σ键组成；乙烯分子中由5个σ键和1个π键组成；乙炔分子中由3个σ键和2个π键组成。

1．非极性键：

同种原子形成共价键，两个原子吸引电子的能力相同，共用电子对不偏向任何一个原子，电荷在两个原子核附近对称地分布，因此成键的原子都不显电性，这样的共价键称为非极性键，可以表示为A－A、A===A、A≡A。

非金属单质（除稀有气体外）都含有非极性键。

如H2、Cl2、O3、P4、金刚石、石墨等，某些共价化合物（如C2H2、C2H4、CH3CH2OH等）和某些离子化合物（如Na2O2、CaC2等）里也含有非极性键（C－C、C===C、O－O等）。

2．极性键：

不同种原子形成共价键，由于不同原子吸引电子的能力不同，使得分子中共用电子对的电荷是非对称分布的，这样的共价键叫做极性键，可以表示为A－B、A===B、A≡B。

共价化合物中都含有极性键，如H－Cl、O===C===O、H－C≡N、

等，某些离子化合物中也存在极性键（多核离子内的不同种非金属原子间形成极性键），如NaOH、NH4Cl、K2SO4等。

在极性键中，共用电子对偏向吸引电子能力强的一方，电负性大的原子一方显负电性，化合价为负；电负性小的原子一方显正电性，化合价为正。

成键原子的电负性差值越大（小），键的极性越强（弱），当差值大于1.7时，一般形成离子键。

（1）两个自旋方向相反的s电子或s电子与p电子只能形成σ键而不能形成π键；两个自旋方向相反的p电子，既可形成σ键，又可形成π键，但首先形成σ键。

（2）π键的强度比σ键小，易于断裂。

乙烯、乙炔等与H2、Br2等发生加成反应、加聚反应时，发生断裂的都是不饱和键中的π键。

（3）苯分子中的介于单键和双键之间的特殊的键就是6个碳原子的原子轨道“肩并肩”重叠形成的大π键。

1．下列有关化学键类型的判断正确的是（　　）

A．全部由非金属元素组成的化合物中肯定不存在离子键

B．所有物质中都存在化学键

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6个C－H键和1个C－C键都为σ键，不存在π键

[解析]　NH4Cl全部是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项错；稀有气体原子本身达到稳定结构，不存在化学键，B项错；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，另外两个为π键，故乙炔（H－C≡C－H）分子中有2个C－Hσ键，C≡C键中有1个σ键、2个π键，C项错；单键都为σ键，乙烷分子结构式为

，其6个C－H键和1个C－C键都为σ键，D项正确。

[答案]　D

2．下列有八种物质：

①CH4　②CH3CH2OH　③N2　④HCl　⑤O2　⑥CH3CH3　⑦C2H4　⑧C2H2。

请按要求回答下列问题（填写编号）：

（1）只有σ键的有________，既有σ键又有π键的有________。

（2）只含有极性键的化合物有________，既有极性键，又含有非极性键的化合物有________。

（3）含有双键的有________，含有三键的有________。

[解析]　本题关键是考查八种物质的结构及共价键的类型。

八种物质的结构式分别为：

、

、N≡N、H－Cl、O===O、

、H－C≡C－H。

利用共价键的特点，容易得出正确答案。

[答案]　

（1）①②④⑥　③⑤⑦⑧

（2）①④　②⑥⑦⑧　

（3）⑤⑦　③⑧

判断极性键与非极性键的方法

（1）根据成键的实质和特点：

成键的两原子正、负电荷中心重合，为非极性键，反之，则为极性键。

（2）根据成键的元素判断：

同种元素的两原子形成的共价键为非极性键，反之，一般为极性键。

（3）根据成键元素的电负性差值判断：

两成键元素的电负性差值等于0，为非极性键；电负性差值不等于0，为极性键。

[知识脉络]

共价键

[核心要点]

1．共价键的特征：

饱和性、方向性。

2．σ键：

（以“头碰头”重叠形式）

特征：

以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键的图形不变，轴对称图形。

种类：

s－sσ键　s－pσ键　p－pσ键

3．π键

特征：

每个π键的电子云有两块组成，分别位于由两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面镜面，它们互为镜像，这种特征称为镜像对称。

4．σ键和π键比较

（1）重叠方式：

σ键：

头碰头；π键：

肩并肩。

（2）σ键比π键的强度较大

（3）成键电子：

σ键s－s、s－p、p－p；π键p－p；σ键成单键；π键成双键、三键

1．下列关于化学键的叙述正确的是（　　）

A．化学键既存在于相邻原子之间，又存在于相邻分子之间

B．两个原子之间的相互作用叫化学键

C．化学键通常指的是相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用

D．阴阳离子之间有强烈的吸引作用而没有排斥作用，所以离子键的核间距相当小

[解析]　化学键的定义强调两个方面：

一是“相邻的两个或多个原子之间”；二是“强烈相互作用”。

选项A、B中都没有正确说明这两点，所以不正确；选项D只强调离子键中阴、阳离子之间的吸引作用而没有体现其排斥作用，所以不正确；只有C正确。

[答案]　C

2．下列关于共价键的说法不正确的是（　　）

A．H2S分子中两个共价键的键角接近90°的原因是共价键有方向性

B．N2分子中有一个σ键，两个π键

C．两个原子形成共价键时至少有1个σ键

D．在双键中，σ键不如π键稳定

[解析]　A．共价键是原子之间通过共用电子对形成，所以共价键有方向性和饱和性，故A正确；B.N2分子中存在N≡N，则有一个σ键、两个π键，故B正确；C.σ键是“头碰头”形成的，两个原子之间能形成一个，故C正确；D.双键的键能小于单键键能的2倍，又双键中1个σ键，1个π键，而单键1个σ键，所以σ键的键能大于π键的键能，故D错误。

[答案]　D

3．下列分子含有的电子数目与HF相同，且只有两个极性共价键的是（　　）

A．CO2B．N2O

C．H2OD．CH4

[解析]　HF含有10个电子，CO2含有22个电子，2个C===O极性键；N2O含有22个电子，2个N－O极性键；H2O含有10个电子，2个O－H极性键；CH4含有10个电子，4个C－H极性键。

[答案]　C

4．乙烷分子中两个碳原子通过一个共价键相连，而乙烯分子中两个碳原子通过两个共价键相连，这两个共价键与乙烷中的一个共价键是否相同？

乙烯分子中两个碳原子形成的两个共价键是否相同？

小明同学设计了两组实验加以验证：

[答案]　不相同，乙烷分子中C－C键是一个σ键，而乙烯分子中C===C键一个是σ键，一个是π键。

通入溴的四氯化碳溶液后，π键断裂，溴原子加在碳原子上，而σ键则不能断裂，故通过反应现象即可判断。