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高中化学苏教版 (2019)选择性必修2第三单元 共价键 共价晶体第1课时学案设计
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这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修2第三单元 共价键 共价晶体第1课时学案设计，共7页。学案主要包含了学习目标，合作探究，学习情境，新知生成，核心突破，随堂检测等内容，欢迎下载使用。
1.能结合实例描述共价键的成键特征及其本质。掌握共价键的分类,学会区分σ键和π键、极性键和非极性键。了解配位键的形成、表示方式。
2.能熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数,能分析不同类型的共价键对物质化学性质的影响,能举例说明共价键的极性及其应用。
【合作探究】
任务1 共价键的形成
【学习情境】
科学家在合成石墨烯的实验中,成功地用非接触式原子力显微镜给这一反应前后的分子拍了回照片,能看到单个碳原子和它们之间共价键的美妙图像。“从来没有人直接地、一次性地拍到单个分子结构的前后变化。”据悉,目前合成石墨烯的方法要实现量产比较困难,而非接触式原子力显微镜将产物结构可视化,对整个化学领域的基础研究将有很大帮助。共价键是如何形成的呢?共价键有哪些特征呢?
【新知生成】
1.共价键的概念
吸引电子能力相近的原子间通过 所形成的 ,叫共价键。
2.共价键形成的本质
当成键原子相互接近时,原子轨道发生 ,自旋方向 的 电子形成共用电子对,两原子核间的电子密度 ,体系的能量 。
3.共价键的特征
(1)饱和性:成键过程中,每个原子有几个未成对电子,通常能和几个自旋方向 的电子成键。故在共价分子中,每个原子形成键的数目是 的。
(2)方向性:成键时,两个参与成键的原子轨道沿着电子出现机会 的方向重叠成键,且原子轨道重叠越多,形成的共价键越 。
【答案】1.共用电子对 化学键 2.重叠 相反 未成对 增加 降低 3.(1)相反 一定 (2)最大 牢固
【核心突破】
典例1 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外围电子数
C.基态碳原子有2个未成对电子,所以最多只能形成2个共价键
D.1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子,是由共价键的饱和性决定的
【答案】D
【解析】只有2个s原子轨道重叠形成的H—H键没有方向性,其他原子轨道重叠形成的共价键都有方向性,A项不正确;非金属元素的原子形成的共价键数目一般等于该原子最外层的未成对电子数,不能说一定等于该元素原子的外围电子数,B项不正确;在形成CH4分子的过程中,碳原子2s轨道中的1个电子激发到2p空轨道,这样形成了4个未成对电子,C项不正确;N原子最外层2p轨道上共有3个未成对电子,1个N原子可以与3个H原子结合形成NH3,此时共价键饱和,D项正确。
归纳总结 1.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。
2.所有的共价键都有饱和性,但不是所有的共价键都有方向性,如2个s电子形成共价键时就没有方向性。
3.含有共价键的物质:非金属单质(稀有气体除外);所有共价化合物;复杂的离子化合物,如强碱、含氧酸盐、过氧化物(如Na2O2)等。
训练1 下列说法正确的是( )
A.含有共价键的化合物一定是共价化合物
B.分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物
C.由共价键形成的分子一定是共价化合物
D.只有非金属原子间才能形成共价键
【答案】B
训练2 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.共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的
C.共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系
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,故原子的未成对电子数目决定了该原子形成的共价键具有饱和性,这一饱和性也就决定了该原子成键时最多连接的原子数,A、C两项均正确;形成共价键时,为了达到原子轨道的最大重叠程度,成键的方向与原子轨道的伸展方向就存在着必然的联系,则共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的,B项正确;共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度无关,与原子的未成对电子数有关,D项错误。
任务2 共价键的类型
【新知生成】
1.σ键和π键
2.极性键和非极性键
(1)比较
(2)一般情况下,两种成键元素间的电负性差值越大,它们形成的共价键的极性就越 。
3.配位键——特殊共价键
(1)概念:由一个原子提供 与另一个 的原子形成的 。
(2)表示方法:常用“ ”表示配位键,其箭头指向 的原子。
【答案】1.头碰头 肩并肩 大 小 σ σ π σ π
2.(1)同种 相同 不偏移 不同种 不同 偏移 (2)强
3.(1)孤电子对 有空轨道可接受电子 共价键 (2)→ 接受孤电子对
【核心突破】
典例2 下列对σ键的认识不正确的是( )
A.σ键不属于共价键,是另一种化学键
B.不是所有σ键都有方向性
C.分子中若含有共价键,则至少含有一个σ键
D.含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同
【答案】A
【解析】共价键根据原子轨道的重叠方式不同分成了σ键和π键,A项不正确;由于s原子轨道呈球形对称,s-s σ键无方向性,B项正确;分子中只要有共价键,一定含有σ键,C项正确;含有π键的化合物与只含σ键的化合物化学性质不同,D项正确。
典例3 有下列物质:①CH4 ②CH3CH2OH ③N2 ④HCl ⑤CO2 ⑥CH3CH3 ⑦C2H4 ⑧C2H2 ⑨H2O2 ⑩HCHO NH4Cl。
请按要求回答下列问题(填编号):
(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 ,既含有极性键,又含有非极性键的化合物有 。
(3)含有配位键的有 。
【答案】(1)①②④⑥⑨ ③⑤⑦⑧⑩ (2)①④⑤⑩ ②⑥⑦⑧⑨ (3)
【解析】前十种物质的结构式分别为、、N≡N、H—Cl、O=C=O、、、H—C≡C—H、H—O—O—H、,NH4Cl含有配位键(σ键)、共价键(σ键)、离子键。
典例4 回答下列问题:
(1)1 ml CO2中含有的σ键数目为 。
(2)已知CO和CN-与N2结构相似,CO分子内σ键与π键个数之比为 。HCN分子内σ键与π键数目之比为 。
(3)1 ml乙醛分子中含有σ键的数目为 ,1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为 。
【答案】(1)2NA (2)1∶2 1∶1 (3)6NA 7
【解析】(1)CO2分子内含有两个碳氧双键,双键中一个是σ键,另一个是π键,则1 ml CO2中含有σ键的数目为2NA。
(2)N2的结构式为N≡N,推知:CO结构式为C≡O,含有1个σ键,2个π键;CN-结构式为[C≡N]-,HCN分子结构式为H—C≡N,HCN分子中σ键与π键均为2个。
(3)乙醛和CO(NH2)2的结构简式分别为、,故1 ml乙醛中含有6NA个σ键,1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。
方法技巧 1.σ键和π键的判断
化学式→结构式→单键:σ键双键:1个σ键、1个π键三键:1个σ键、2个π键
2.极性键和非极
性键的判断同种元素:A—A型为非 极性共价键不同种元素:A—B型为 极性共价键
3.配位键的判断
成键原子一方有孤电子对,另一方有空轨道。
训练3 下列有关化学键类型的叙述正确的是( )
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键和3个π键
D.乙烷分子中只存在σ键,不存在π键
【答案】D
【解析】铵盐是离子化合物,含有离子键,但其中就没有金属元素,A项错误;稀有气体分子是单原子分子,不存在化学键,B项错误;乙炔分子中存在3个σ键和2个π键,C项错误。
训练4 有研究表明分子结构中含有π键的物质能吸收紫外线,日常生活中用的防晒霜的主要成分是氨基苯甲酸或羟基丙酮,它们能防晒的原因是( )
A.因为它们均是有机物,涂用后形成了一层“保护层”
B.因为它们易挥发,挥发时吸热降低了皮肤温度
C.因为它们分子中含有π键,能够有效吸收紫外线
D.因为它们能与皮肤形成一层“隔热层”,阻碍照射
【答案】C
课堂小结
【随堂检测】
1.原子间形成分子时,决定各原子相互结合的数量关系的是( )
A.共价键的方向性 B.共价键的饱和性
C.共价键原子的大小 D.共价键的稳定性
【答案】B
【解析】原子间形成分子时,共价键的方向性决定了分子的空间结构,饱和性决定了分子中原子的数量关系,所以决定各原子相互结合的数量关系的是共价键的饱和性。
2.下列化合物中指定化学键为非极性键的是( )
A.CH3—CH3 B.CH3C6H4—OCH3 C.H—CN D.CH3—Cl
【答案】A
【解析】CH3—CH3分子中,碳碳键为同种元素形成的共价键,属于非极性键,A项正确;CH3C6H4—OCH3分子中C—O键为极性键,B项错误;H—CN分子中H—C键由不同元素形成,属于极性键,C项错误;CH3—Cl分子中C—Cl键为不同元素形成的,属于极性键,D项错误。
3.CO2的资源化利用是解决温室效应的重要途径。以下是在一定条件下用NH3捕获CO2生成重要化工产品三聚氰酸的反应(未配平):
NH3+CO2+H2O
下列有关三聚氰酸的说法正确的是( )
A.分子式为C3H6N3O3
B.分子中既含极性键,又含非极性键
C.属于共价化合物
D.生成该物质的上述反应为中和反应
【答案】C
【解析】三聚氰酸的分子式为C3H3N3O3,A项错误;该分子中只有极性键,即C—N、CN、C—O和H—O键,B项错误;该分子中只有共价键,则三聚氰酸属于共价化合物,C项正确;因为氨不是碱,二氧化碳不是酸,且三聚氰酸不是盐,不符合中和反应的定义,D项错误。
4.NF3是无色气体,性质稳定,可由N2和F2在一定条件下发生化学反应制得。请回答下列问题:
(1)氮原子的核外电子排布式为 。
(2)NF3分子中含有 个σ键。
(3)2个氟原子结合成F2分子时,一个氟原子的 (填“s”或“p”,下同)电子与另一个氟原子的 电子以 方式重叠。
【答案】(1)1s22s22p3 (2)3 (3)p p 头碰头键类型
σ键
π键
原子轨道重叠方式
原子轨道重叠程度
键的强度
较大
较小
成键规律判断
共价单键是 键,双键中一个是 键,一个是 键,三键中一个是 键,另两个是 键
类型
形成元素
两原子吸引电子的能力
共用电子对是否偏移
非极性键
元素
极性键
元素
1.能结合实例描述共价键的成键特征及其本质。掌握共价键的分类,学会区分σ键和π键、极性键和非极性键。了解配位键的形成、表示方式。
2.能熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数,能分析不同类型的共价键对物质化学性质的影响,能举例说明共价键的极性及其应用。
【合作探究】
任务1 共价键的形成
【学习情境】
科学家在合成石墨烯的实验中,成功地用非接触式原子力显微镜给这一反应前后的分子拍了回照片,能看到单个碳原子和它们之间共价键的美妙图像。“从来没有人直接地、一次性地拍到单个分子结构的前后变化。”据悉,目前合成石墨烯的方法要实现量产比较困难,而非接触式原子力显微镜将产物结构可视化,对整个化学领域的基础研究将有很大帮助。共价键是如何形成的呢?共价键有哪些特征呢?
【新知生成】
1.共价键的概念
吸引电子能力相近的原子间通过 所形成的 ,叫共价键。
2.共价键形成的本质
当成键原子相互接近时,原子轨道发生 ,自旋方向 的 电子形成共用电子对,两原子核间的电子密度 ,体系的能量 。
3.共价键的特征
(1)饱和性:成键过程中,每个原子有几个未成对电子,通常能和几个自旋方向 的电子成键。故在共价分子中,每个原子形成键的数目是 的。
(2)方向性:成键时,两个参与成键的原子轨道沿着电子出现机会 的方向重叠成键,且原子轨道重叠越多,形成的共价键越 。
【答案】1.共用电子对 化学键 2.重叠 相反 未成对 增加 降低 3.(1)相反 一定 (2)最大 牢固
【核心突破】
典例1 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外围电子数
C.基态碳原子有2个未成对电子,所以最多只能形成2个共价键
D.1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子,是由共价键的饱和性决定的
【答案】D
【解析】只有2个s原子轨道重叠形成的H—H键没有方向性,其他原子轨道重叠形成的共价键都有方向性,A项不正确;非金属元素的原子形成的共价键数目一般等于该原子最外层的未成对电子数,不能说一定等于该元素原子的外围电子数,B项不正确;在形成CH4分子的过程中,碳原子2s轨道中的1个电子激发到2p空轨道,这样形成了4个未成对电子,C项不正确;N原子最外层2p轨道上共有3个未成对电子,1个N原子可以与3个H原子结合形成NH3,此时共价键饱和,D项正确。
归纳总结 1.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。
2.所有的共价键都有饱和性,但不是所有的共价键都有方向性,如2个s电子形成共价键时就没有方向性。
3.含有共价键的物质:非金属单质(稀有气体除外);所有共价化合物;复杂的离子化合物,如强碱、含氧酸盐、过氧化物(如Na2O2)等。
训练1 下列说法正确的是( )
A.含有共价键的化合物一定是共价化合物
B.分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物
C.由共价键形成的分子一定是共价化合物
D.只有非金属原子间才能形成共价键
【答案】B
训练2 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.共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的
C.共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系
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,故原子的未成对电子数目决定了该原子形成的共价键具有饱和性,这一饱和性也就决定了该原子成键时最多连接的原子数,A、C两项均正确;形成共价键时,为了达到原子轨道的最大重叠程度,成键的方向与原子轨道的伸展方向就存在着必然的联系,则共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的,B项正确;共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度无关,与原子的未成对电子数有关,D项错误。
任务2 共价键的类型
【新知生成】
1.σ键和π键
2.极性键和非极性键
(1)比较
(2)一般情况下,两种成键元素间的电负性差值越大,它们形成的共价键的极性就越 。
3.配位键——特殊共价键
(1)概念:由一个原子提供 与另一个 的原子形成的 。
(2)表示方法:常用“ ”表示配位键,其箭头指向 的原子。
【答案】1.头碰头 肩并肩 大 小 σ σ π σ π
2.(1)同种 相同 不偏移 不同种 不同 偏移 (2)强
3.(1)孤电子对 有空轨道可接受电子 共价键 (2)→ 接受孤电子对
【核心突破】
典例2 下列对σ键的认识不正确的是( )
A.σ键不属于共价键,是另一种化学键
B.不是所有σ键都有方向性
C.分子中若含有共价键,则至少含有一个σ键
D.含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同
【答案】A
【解析】共价键根据原子轨道的重叠方式不同分成了σ键和π键,A项不正确;由于s原子轨道呈球形对称,s-s σ键无方向性,B项正确;分子中只要有共价键,一定含有σ键,C项正确;含有π键的化合物与只含σ键的化合物化学性质不同,D项正确。
典例3 有下列物质:①CH4 ②CH3CH2OH ③N2 ④HCl ⑤CO2 ⑥CH3CH3 ⑦C2H4 ⑧C2H2 ⑨H2O2 ⑩HCHO NH4Cl。
请按要求回答下列问题(填编号):
(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 ,既含有极性键,又含有非极性键的化合物有 。
(3)含有配位键的有 。
【答案】(1)①②④⑥⑨ ③⑤⑦⑧⑩ (2)①④⑤⑩ ②⑥⑦⑧⑨ (3)
【解析】前十种物质的结构式分别为、、N≡N、H—Cl、O=C=O、、、H—C≡C—H、H—O—O—H、,NH4Cl含有配位键(σ键)、共价键(σ键)、离子键。
典例4 回答下列问题:
(1)1 ml CO2中含有的σ键数目为 。
(2)已知CO和CN-与N2结构相似,CO分子内σ键与π键个数之比为 。HCN分子内σ键与π键数目之比为 。
(3)1 ml乙醛分子中含有σ键的数目为 ,1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为 。
【答案】(1)2NA (2)1∶2 1∶1 (3)6NA 7
【解析】(1)CO2分子内含有两个碳氧双键,双键中一个是σ键,另一个是π键,则1 ml CO2中含有σ键的数目为2NA。
(2)N2的结构式为N≡N,推知:CO结构式为C≡O,含有1个σ键,2个π键;CN-结构式为[C≡N]-,HCN分子结构式为H—C≡N,HCN分子中σ键与π键均为2个。
(3)乙醛和CO(NH2)2的结构简式分别为、,故1 ml乙醛中含有6NA个σ键,1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。
方法技巧 1.σ键和π键的判断
化学式→结构式→单键:σ键双键:1个σ键、1个π键三键:1个σ键、2个π键
2.极性键和非极
性键的判断同种元素:A—A型为非 极性共价键不同种元素:A—B型为 极性共价键
3.配位键的判断
成键原子一方有孤电子对,另一方有空轨道。
训练3 下列有关化学键类型的叙述正确的是( )
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键和3个π键
D.乙烷分子中只存在σ键,不存在π键
【答案】D
【解析】铵盐是离子化合物,含有离子键,但其中就没有金属元素,A项错误;稀有气体分子是单原子分子,不存在化学键,B项错误;乙炔分子中存在3个σ键和2个π键,C项错误。
训练4 有研究表明分子结构中含有π键的物质能吸收紫外线,日常生活中用的防晒霜的主要成分是氨基苯甲酸或羟基丙酮,它们能防晒的原因是( )
A.因为它们均是有机物,涂用后形成了一层“保护层”
B.因为它们易挥发,挥发时吸热降低了皮肤温度
C.因为它们分子中含有π键,能够有效吸收紫外线
D.因为它们能与皮肤形成一层“隔热层”,阻碍照射
【答案】C
课堂小结
【随堂检测】
1.原子间形成分子时,决定各原子相互结合的数量关系的是( )
A.共价键的方向性 B.共价键的饱和性
C.共价键原子的大小 D.共价键的稳定性
【答案】B
【解析】原子间形成分子时,共价键的方向性决定了分子的空间结构,饱和性决定了分子中原子的数量关系,所以决定各原子相互结合的数量关系的是共价键的饱和性。
2.下列化合物中指定化学键为非极性键的是( )
A.CH3—CH3 B.CH3C6H4—OCH3 C.H—CN D.CH3—Cl
【答案】A
【解析】CH3—CH3分子中,碳碳键为同种元素形成的共价键,属于非极性键,A项正确;CH3C6H4—OCH3分子中C—O键为极性键,B项错误;H—CN分子中H—C键由不同元素形成,属于极性键,C项错误;CH3—Cl分子中C—Cl键为不同元素形成的,属于极性键,D项错误。
3.CO2的资源化利用是解决温室效应的重要途径。以下是在一定条件下用NH3捕获CO2生成重要化工产品三聚氰酸的反应(未配平):
NH3+CO2+H2O
下列有关三聚氰酸的说法正确的是( )
A.分子式为C3H6N3O3
B.分子中既含极性键,又含非极性键
C.属于共价化合物
D.生成该物质的上述反应为中和反应
【答案】C
【解析】三聚氰酸的分子式为C3H3N3O3,A项错误;该分子中只有极性键,即C—N、CN、C—O和H—O键,B项错误;该分子中只有共价键,则三聚氰酸属于共价化合物,C项正确;因为氨不是碱,二氧化碳不是酸,且三聚氰酸不是盐,不符合中和反应的定义,D项错误。
4.NF3是无色气体,性质稳定,可由N2和F2在一定条件下发生化学反应制得。请回答下列问题:
(1)氮原子的核外电子排布式为 。
(2)NF3分子中含有 个σ键。
(3)2个氟原子结合成F2分子时,一个氟原子的 (填“s”或“p”,下同)电子与另一个氟原子的 电子以 方式重叠。
【答案】(1)1s22s22p3 (2)3 (3)p p 头碰头键类型
σ键
π键
原子轨道重叠方式
原子轨道重叠程度
键的强度
较大
较小
成键规律判断
共价单键是 键,双键中一个是 键,一个是 键,三键中一个是 键,另两个是 键
类型
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两原子吸引电子的能力
共用电子对是否偏移
非极性键
元素
极性键
元素
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