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    人教版 (2019)选择性必修2第二章 分子结构与性质第一节 共价键教案

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    这是一份人教版 (2019)选择性必修2第二章 分子结构与性质第一节 共价键教案,共10页。教案主要包含了共价键,键参数——键能等内容,欢迎下载使用。

    第二章 第一节 共价键








    一、共价键


    1.共价键的概念和特征


    原子间通过共用电子对所形成的相互作用。





    微点拨:共价键的方向性决定了分子的立体构型,并不是所有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。


    2.共价键的类型(按成键原子的原子轨道重叠方式分类)


    (1)σ键


    (2)π键


    (3)判断σ键、π键的一般规律


    共价单键为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键构成。


    二、键参数——键能、键长与键角


    1.键能


    (1)键能是指气态分子中1 ml化学键解离成气态原子所吸收的能量。键能的单位是kJ·ml-1。键能通常是298.15_K、101_kPa条件下的标准值。例如,H—H的键能为436.0 kJ·ml—1。


    (2)下表中是H—X的键能数据


    ①若使2 ml H—Cl断裂为气态原子,则发生的能量变化是吸收863.6_kJ的能量。


    ②表中共价键最难断裂的是H—F,最易断裂的是H—I。


    ③由表中键能数据大小说明键能与分子稳定性的关系:HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小,说明四种分子的稳定性依次减弱,即HF分子最稳定,最难分解,HI分子最不稳定,最易分解。


    2.键长


    (1)键长是构成化学键的两个原子的核间距,因此原子半径决定化学键的键长,原子半径越小,共价键的键长越短。


    (2)键长与共价键的稳定性之间的关系:共价键的键长越短,往往键能越大,表明共价键越稳定。


    (3)下列三种分子中:①H2、②Cl2、③Br2,共价键的键长最长的是③,键能最大的是①。


    3.键角


    (1)键角是指在多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角。在多原子分子中的键角是一定的,这表明共价键具有方向性。键角是描述分子空间结构的重要参数。


    (2)根据空间结构填写下列分子的键角:





    1.判断正误(对的在括号内打“√”,错的在括号内打“×”。)


    (1)只有非金属原子之间才能形成共价键(×)


    (2)两个原子之间形成共价键时,至少有一个σ键(√)


    (3)σ键和π键都只能存在于共价化合物中(×)


    (4)双原子分子中,键长越短,分子越牢固(√)


    2.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.形成共价键原子的大小


    D.共价键的稳定性


    B [共价键的饱和性决定各原子相互结合的数量关系。]


    3.有以下物质:


    ①HF,②Cl2,③H2O,④N2,⑤C2H4,⑥C2H6,⑦H2,


    ⑧H2O2,⑨HCN(H—C≡N)。


    (1)只有σ键的是________________(填序号,下同);既有σ键又有π键的是________。


    (2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是___________。


    (3)含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是________。


    (4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是________。


    [解析] (1)单键只有σ键,双键或三键才含有π键,故只有σ键的是①②③⑥⑦⑧;既有σ键又有π键的是④⑤⑨。


    (2)H原子只有s轨道,题给物质中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的只有H2。


    (3)含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的有①③⑤⑥⑧⑨。


    (4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键,说明构成这种σ键的原子中一定没有H原子,故正确答案为②④⑤⑥⑧⑨。


    [答案] (1)①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ (2)⑦ (3)①③⑤⑥⑧⑨ (4)②④⑤⑥⑧⑨








    观察下图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构回答:





    (1)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?


    提示:乙烷分子由7个σ键组成;乙烯分子由5个σ键和1个π键组成;乙炔分子由3个σ键和2个π键组成。


    (2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼呢?


    提示:乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度小,不稳定,容易断裂。而乙烷中没有π键,σ键稳定,不易断裂。


    (3) H原子和H原子、H原子和Cl原子、Cl原子和Cl原子分别均以σ键结合成H2、HCl和Cl2分子,共价键轨道完全相同吗?


    提示:不相同。H原子的未成对电子位于1s轨道,Cl原子的未成对电子位于3p轨道,即H原子和H原子成键以1s和1s轨道“头碰头”重叠,H原子和Cl原子以1s和3p轨道“头碰头”重叠,Cl原子和Cl原子以3p和3p轨道“头碰头”重叠。





    1.σ键与π键的比较


    2.对于σ键和π键应特别注意的问题


    (1)s轨道与s轨道形成σ键时,电子并不是只在两核间运动,只是电子在两核间出现的概率大。


    (2)因s轨道是球形的,故s轨道与s轨道形成σ键时,无方向性。两个s轨道只能形成σ键,不能形成π键。


    (3)两个原子间可以只形成σ键,但不能只形成π键。





    1.有关CH2===CH—C≡N分子中所含化学键数目的说法正确的是( )


    A.3个σ键,3个π键 B.4个σ键,3个π键


    C.6个σ键,2个π键D.6个σ键,3个π键


    D [共价单键为σ键,双键中含1个σ键和1个π键,三键中含1个σ键和2个π键,故CH2===CH—C≡N分子中含6个σ键和3个π键。]


    2.关于σ键和π键的比较,下列说法不正确的是( )


    A.σ键是轴对称的,π键是镜面对称的


    B.σ键是“头碰头”式重叠,π键是“肩并肩”式重叠


    C.σ键不能断裂,π键容易断裂


    D.氢原子只能形成σ键,氧原子可以形成σ键和π键


    C [σ键较稳定,不易断裂,而不是不能断裂。]





    分子中σ键与π键的判断方法


    根据成键原子的价电子数来判断能形成几个共用电子对。如果只有一个共用电子对,则该共价键一定是σ键;如果形成多个共用电子对时,则先形成1个σ键,另外的原子轨道形成π键。








    键能与键长是衡量共价键稳定性的参数,键长和键角是描述分子空间结构的参数。一般来说,如果知道分子中的键长和键角,这个分子的空间结构就确定了。如NH3分子的H—N—H键角是107°,N—H的键长是101 pm,就可以断定NH3分子是三角锥形分子,如图





    (1)根据元素周期律可知NH3的稳定性强于PH3,你能利用键参数加以解释吗?


    提示:键长:N—H<P—H,键能:N—H>P—H,因此NH3更稳定。


    (2)一般来说,键长越短,键能越大。但F—F键长短,键能小,请思考其原因。


    提示:氟原子的半径很小,因此其键长短,而由于键长短,两个氟原子形成共价键时,原子核之间的距离很近,排斥力很大,因此键能不大,F2的稳定性差,很容易与其他物质反应。





    1.共价键参数的应用


    (1)键能的应用


    ①表示共价键的强弱


    键能越大,断开化学键时需要的能量越多,化学键越稳定。


    ②判断分子的稳定性


    结构相似的分子中,共价键的键能越大,分子越稳定。


    ③判断化学反应的能量变化


    在化学反应中,旧化学键的断裂吸收能量,新化学键的形成释放能量,因此反应焓变与键能的关系为ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和;ΔH<0时,为放热反应;ΔH>0时,为吸热反应。


    (2)键长的应用


    ①一般键长越短,键能越大,共价键越稳定,分子越稳定。


    ②键长的比较方法


    a.根据原子半径比较,同类型的共价键,成键原子的原子半径越小,键长越短。


    b.根据共用电子对数比较,相同的两个原子间形成共价键时,单键键长>双键键长>三键键长。


    (3)键角的应用


    ①键长和键角决定分子的空间结构


    ②常见分子的键角与分子空间结构


    2.共价键强弱的判断


    (1)由原子半径和共用电子对数判断:成键原子的原子半径越小,共用电子对数越多,则共价键越牢固,含有该共价键的分子越稳定。


    (2)由键能判断:共价键的键能越大,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越大。


    (3)由键长判断:共价键的键长越短,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越大。


    (4)由电负性判断:元素的电负性越大,该元素的原子对共用电子对的吸引力越大,形成的共价键越稳定。





    3.下列说法正确的是( )


    A.分子的结构是由键角决定的


    B.共价键的键能越大,共价键越牢固,由该键形成的分子越稳定


    C.CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X(X=F、Cl、Br、I)的键长、键角均相等


    D.H2O分子中两个O—H的键角为180°


    B [分子的结构是由键角、键长共同决定的,A项错误;由于F、Cl、Br、I的原子半径不同,故C—X(X=F、Cl、Br、I)键的键长不相等,C项错误;H2O分子中两个O—H的键角为105°,D项错误。]


    4.下列事实不能用键能的大小来解释的是( )


    A.氮元素的电负性较大,但N2的化学性质很稳定


    B.稀有气体一般难发生反应


    C.HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱


    D.HF比H2O稳定


    B [由于N2分子中存在三键,键能很大,破坏共价键需要很大的能量,所以N2的化学性质很稳定;稀有气体都为单原子分子,没有化学键;卤族元素从F到I,原子半径逐渐增大,其氢化物中化学键的键长逐渐变长,键能逐渐变小,所以稳定性:HF>HCl>HBr>HI;由于H—F的键能大于H—O,所以稳定性:HF>H2O。]





    由分子构成的物质,其熔、沸点与共价键的键能和键长无关。而分子的稳定性,由键长和键能决定。








    1.下列不属于共价键成键因素的是( )


    A.共用电子对在两原子核之间高概率出现


    B.共用的电子必须配对


    C.成键后体系能量降低,趋于稳定


    D.两原子核体积大小要适中


    D [共价键的成因和本质是,当成键原子相互靠近时,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,体系的能量降低。]


    2.下列分子中的σ键是由一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是( )


    A.H2 B.HCl C.Cl2 D.N2


    B [H2中的σ键是s­s σ键,Cl2、N2中的σ键都是p­p σ键。]


    3.下列说法正确的是( )


    A.若把H2S分子写成H3S分子,违背了共价键的饱和性


    B.基态C原子有两个未成对电子,所以只能形成两个共价键


    C.所有共价键都有方向性


    D.两个原子轨道发生重叠后,两核间的电子不仅仅在两核之间,而是绕两个原子核运动


    A [如在形成CH4分子的过程中,碳原子2s轨道中的1个电子被激发到2p轨道中,此时碳原子有4个未成对电子,形成4个共价键,B错误;H2分子中的s轨道成键时,因s轨道为球形,故H2分子中的H—H共价键无方向性,C错误;两个原子轨道重叠后,电子在核间出现的概率增大,但不是绕两个原子核运动,D错误。]


    4.下列说法中正确的是( )


    A.双原子分子中化学键键能越大,分子越稳定


    B.双原子分子中化学键键长越长,分子越稳定


    C.双原子分子中化学键键角越大,分子越稳定


    D.在双键中,σ键的键能要小于π键


    A [共价键键能越大、键长越短,分子越稳定,A正确,B错误;在双原子分子中没有键角,且分子稳定性与键角无关,C错误;一般σ键的重叠程度大于π键,σ键的键能大于π键,D错误。]


    5.碳和硅的有关化学键键能如下所示,简要分析和解释下列有关事实:


    回答下列问题:


    (1)通常条件下,比较CH4和SiH4的稳定性强弱:________。


    (2)硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是_______________________________________。


    (3)SiH4的稳定性小于CH4,更易生成氧化物,原因是_______________


    _______________________________________________________________。


    [解析] (1)因为C—H的键能大于Si—H键的键能,所以CH4比SiH4稳定。


    (2)C—C和C—H的键能比Si—H和Si—Si的键能都大,因此烷烃比较稳定,而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较低,易断裂,导致长链硅烷难以形成。


    (3)C—H的键能大于C—O的,C—H比C—O稳定,而Si—H的键能却远小于Si—O的,所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O。


    [答案] (1)CH4比SiH4稳定


    (2)C—C和C—H的键能较强,不易断裂,所以形成的烷烃比较稳定,而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较低,易断裂,导致长链硅烷难以形成


    (3)C—H的键能大于C—O,C—H比C—O稳定,而Si—H的键能却远小于Si—O,所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O发 展 目 标
    体 系 构 建
    1.能从微观角度分析形成共价键的粒子、类型,能辨识物质中含有的共价键的类型及成键方式,了解键能、键长及键角对物质性质的影响。


    2.理解共价键中σ键和π键的区别,建立判断σ键和π键的思维模型,熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数。
    形成
    由成键原子的s轨道或p轨道重叠形成
    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做旋转操作,共价键的电子云的图形不变,这种特征称为轴对称
    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键的电子云形状与σ键的电子云形状有明显差别: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;π键不能旋转;不如σ键牢固,较易断裂
    共价键
    H—F
    H—Cl
    H—Br
    H—I
    键能/(kJ·ml-1 )
    568
    431.8
    366
    298.7
    分子空间结构
    键角
    实例
    正四面体形
    109°28′
    CH4、CCl4
    平面形
    120°
    苯、乙烯、BF3
    三角锥形
    107°
    NH3
    V形(或角形)
    105°
    H2O
    直线形
    180°
    CO2、CS2、CH≡CH
    σ键与π键的比较
    共价键类型
    σ键
    π键
    电子云重叠方式
    沿键轴方向相对重叠
    沿键轴方向平行重叠
    电子云重叠部位
    两原子核之间,在键轴处
    键轴上方和下方,键轴处为零
    电子云重叠程度


    示意图
    键的强度
    较大
    较小
    化学活泼性
    不活泼
    活泼
    成键规律
    共价单键是σ键;共价双键中一个是σ键,一个是π键;共价三键中一个是σ键,两个是π键
    键参数的应用
    化学式
    结构式
    键角
    空间结构
    CO2
    O===C===O
    180°
    直线形
    NH3
    107°
    三角锥形
    H2O
    105°
    V形
    BF3
    120°
    平面三角形
    CH4
    109°28′
    正四面体形
    化学键
    C—C
    C—H
    C—O
    Si—Si
    Si—H
    Si—O
    键能kJ·ml-1
    356
    413
    336
    226
    318
    452
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