选择性必修2第一章 原子结构与性质第二节 原子结构与元素的性质教案

第二章   分子结构与性质

第一节   共价键

2.1.1 共价键

   本章比较系统的介绍了分子的结构和性质，内容比较丰富。首先，在第一章有关电子云和原子轨道的基础上，介绍了共价键的主要类型σ键和π键，以及键参数——键能、键长、键角；接着，在共价键概念的基础上，介绍了分子的立体结构，并根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论对简单共价分子结构的多样性和复杂性进行了解释。最后介绍了极性分子和非极性分子、键的极性对化学性质的影响、分子间作用力、氢键等概念，以及它们对物质性质的影响，并从分子结构的角度说明了“相似相溶”规则等。

教学重点：σ键和π键的形成及特点

教学难点：σ键和π键的形成及特点

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【新课导入】

[学生活动1]

钠、氯通过得失电子形成电子对，为什么这对电子不被钠原子和氯原子共用形成共价键而形成离子键？你能从元素的电负性差别来理解吗？填写下表。

[回答]

元素的电负性差值很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成离子键，而共价键是电负性差值不大的原子间形成的共价键。

[学生活动2]

书写H2、HCl、Cl2的电子式。

[设疑]

H2、HCl、Cl2均通过共用电子对相结合，为什么难以形成H3、H2Cl、Cl3等分子？

[讲解]

化学键是相邻原子间的强烈的相互作用，化学键分为离子键、共价键、金属键。共价键的本质是原子间形成的共用电子对，共用电子对即电子云重叠，也就是原子间通过电子云重叠而产生强烈的相互作用。非金属的原子之间、大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属之间可形成共价键。

[总结]

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。

[剖析]

由于电子对的共用，H2、HCl、Cl2分子中，各原子核外电子达到饱和。不能再形成H3、H2Cl、Cl3等分子。

【新课讲授】

[展示]

氢原子形成氢分子的电子云。

[讲解]

共价键形成的过程中，两个参与成键的原子轨道沿着轨道伸展的方向进行重叠，且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的概率越大，形成的共价键越牢固。因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成。这也说明共价键具有方向性。

[讲解]

两原子在成键时，原子轨道按重叠方式不同，将共价键分为σ键和π键。

[展示]

H－H的s-s σ键的形成、H－Cl的s-p σ键的形成、Cl－Cl的p-p σ键的形成

[讲解]

我们可以看到两原子在成σ键时，原子轨道以“头碰头”的方式重叠形成的共价键。σ键是轴对称的，可以围绕成键的两个原子核的连线进行旋转。σ键可以分成3种，s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键。以形成氢分子为例，s-s σ键，两个氢原子相互靠拢，即氢原子中的1s轨道相互重叠，形成了s-s σ键。在形成HCl分子时，氢原子和氯原子中未成对电子的原子轨道相互靠拢，即氢原子中的1s轨道与氯原子中的3p轨道相互重叠，形成了s-p σ键。在形成Cl2时，两个氯原子相互靠拢，即氯原子中的3p轨道相互重叠，形成了p-p σ键。

[总结]

一、    共价键

（σ键和π键）

1. σ键

(1)特征：头碰头重叠，轴对称——以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变。

(2)旋转：以形成σ键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子可以绕轴旋转，并不会破坏σ键。

(3)稳定性：形成σ键的原子轨道的重叠程度较大，故σ键具有较强的稳定性。

(4)分类：s-s σ键  s-p σ键 p-p σ键

[展示]

p-p π键的形成

[讲解]

p轨道和p轨道除能形成σ键外，还能形成π键。我们会发现两原子在成π键时，原子轨道以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键。每个π键的电子云由两块组成，它们互为镜像，这种特征称为镜面对称。形成π键时，原子轨道重叠程度比σ键的小，通常情况下，π键没有σ键牢固。以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键。在分子中，共价单键是σ键，而共价双键含有1个σ键和1个π键，共价三键中有1个σ键和2个π键。

[总结]

一、共价键

（σ键和π键）

2、π键

(1)特征：肩并肩重叠，镜面对

(2)旋转：形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键。

(3)稳定性：形成π键时，原子轨道重叠程度比σ键的小，通常情况下，π键没有σ键牢固。

(4) σ键和π键的判断：

①共价单键是σ键，

②共价双键含有1个σ键和1个π键

③共价三键中有1个σ键和2个π键。

[总结]对比σ键和π键

[设疑]所有共价键都有方向性和饱和性吗？

[回答]所有的共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如s-s σ键就没有方向性。

[探究]

(1)观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，它们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？

[回答]

乙烷共7个σ键，乙烯共5个σ键、1个π键，乙炔共3个σ键、2个π键。

(2)解释乙烯分子中π键是如何形成的？预测乙炔分子中π键是如何形成的？

[回答]

乙烯分子：每个碳原子s轨道、2个p轨道分别与3个氢原子形成3个σ键，每个碳原子p轨道均有一个未成对电子，两个p轨道以“肩并肩”相互重叠，形成π键。

乙炔分子：每个碳原子s轨道、1个p轨道分别与2个氢原子形成2个σ键，碳原子中另外两个p轨道与碳原子中的两个p轨道以“肩并肩”相互重叠，形成两个π键。

(3)氮气的化学性质很不活泼，通常很难与其他物质发生化学反应。请你写出氮分子的电子式和结构式，并分析氮分子中氮原子的轨道是如何重叠形成化学键的。

[回答]

氮原子p轨道与氮原子中的p轨道以“头碰头”相互重叠，形成一个σ键；氮原子中另外两个p轨道与氮原子中的两个p轨道以“肩并肩”相互重叠，形成两个π键。

【课堂小结】

回顾本节课的内容，本节课需要同学们从原子轨道重叠的视角认识共价键，理解σ键、π键的形成及特征。

1. 下列关于化学键的说法，认识错误的是   
   键与键的对称性不同
   键不能单独存在，一定要和键共存
   含有键的化合物与只含键的化合物的化学性质不同
   两个非金属元素的原子之间形成的化学键都是共价键
   分子中含有共价键，则一定含有一个键
   成键的原子间已知轨道重叠越多，共价键越牢固
   个N原子最多只能与3个H原子结合形成分子，是由共价键的饱和性决定的

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

键是轴对称，键也是轴对称，对称性相同，故错误；
键不能单独存在，一定要和键共存，故正确；
含有键的化合物，键易断裂，化学性质相对活泼，与只含键的化合物的化学性质不同，故正确；
两个非金属元素的原子之间形成的化学键都是共价键，故正确；
分子中含有共价键，则一定含有键，不一定是一个，比如，分子中含有不止一个键，故错误；
成键的原子间已知轨道重叠越多，原子间作用力越强，共价键越牢固，故正确；
个N原子最多只能与3个H原子结合形成分子，是由共价键的饱和性决定的，故正确。
综上所述错误，故A正确。
故选A。

2. 下列分子中，既含有键，又含有键的是

A.  B. HCl C.  D.

【答案】C

【解析】

A.中有4个键，都是键；
B.HCl中有一个键，是键；
C.中存在双键，双键中有一个键和一个键，键都是键；
D.中有一个键，是键。

3. 已知呈粉红色，呈蓝色，为无色。现将溶于水，加入浓盐酸后，溶液由粉红色变为蓝色，存在以下平衡：
      
   用该溶液做实验，溶液的颜色变化如图：
   
   以下结论和解释正确的是

A. 等物质的量的和中键数之比为3：2
B. 由实验可推知
C. 实验是由于增大，导致平衡逆向移动
D. 由实验可知配离子的稳定性：

【答案】D

【解析】

A、分子中有键，的键为：；的中有键，等物质的量的和中键数之比为18：4，故A错误；
B、置于冰水浴由蓝色变为粉红色的溶液，说明的平衡向逆反应方向移动，即降温，平衡逆向移动，说明逆反应为放热反应，则的反应为吸热反应，所以，故B错误；
C、是常数，不会改变；应是离子浓度减小引起的，故C错误；
D、加入后，生成粉红色的，说明与结合的更易与形成配位键，生成，说明配离子的稳定性强于的稳定性，故D正确；
故选：D。

4. 氰气的分子式为，结构式为，性质与卤素相似。下列叙述正确的是

A. 分子中原子的最外层均满足8电子结构
B. 分子中键的键长大于键的键长
C. 分子中含有2个键和4个键
D. 不能和氢氧化钠溶液发生反应

【答案】A

【解析】

A.分子中每个C、N原子分别形成4个键、3个键，原子的最外层均满足8电子结构，故A正确；
B.成键原子半径越大，键长越长，N原子半径小于C，故键比键的键长短，故B错误；
C.共价单键是键，共价双键中一个是键一个是键，共价三键中一个是键两个是键，所以氰气分子中含有3个键和4个键，故C错误；
D.由与卤素性质相似，卤素能和NaOH溶液反应，可知也可以和NaOH溶液反应，故D错误。
故选A。

5. 由短周期前10号元素组成的物质T和X，有如图所示的转化。X不稳定，易分解。有关说法正确的是

A. T分子中只含有极性键，X分子中既含有极性键又含有非极性键
B. 等物质的量的T、X分子中含有键的数目均为
C. X分子中含有的键个数是T分子中含有的键个数的2倍
D. 为使该转化成功进行，Y可以是酸性溶液

【答案】D

【解析】

由球棍模型可知，T为甲醛，X不稳定，易分解，则X为碳酸，则方框内物质为氧化剂。
A.HCHO与分子中都只含有极性键，故A错误；
B.HCHO、分子的物质的量不确定，所以键的数目不确定，故B错误；
C.分子中的键个数是5，HCHO分子中的键个数是3，不是2倍关系，故C错误；
D.为使HCHO转化为，Y必须是氧化剂，所以Y可以是酸性溶液，故D正确。
故选D。

本节课从微观角度探析共价键的微粒、类型、本质，掌握原子间通过原子轨道重叠形成共价键，知道共价键的特征——具有饱和性和方向性。能够从不同的角度对共价键分类，会分析σ键和π键的形成及特点，建立σ键和π键的思维模型，判断分子中存在σ键和π键的种类及个数。