学年高中化学专题3第三单元第1课时共价键的形成学案苏教版选修3.docx
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学年高中化学专题3第三单元第1课时共价键的形成学案苏教版选修3
第1课时 共价键的形成
[学习目标定位] 1.熟知共价键的概念与形成,知道共价键的特征——具有饱和性和方向性。
2.从原子轨道重叠角度认识共价键。
一 共价键的特征——饱和性、方向性
1.共价键的形成
(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:
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的金属与非金属原子之间形成共价键。
2.共价键的特征
(1)饱和性
①按照共价键的共用电子对理论,一个原子有几个未成对电子,便可和几个自旋状态相反的电子配对成键,这就是共价键的“饱和性”。
②用轨道表示式表示HF分子中共用电子对的形成如下:
③由以上分析可知,F原子与H原子间只能形成1个共价键,所形成的简单化合物为HF。
同理,O原子与2个H原子形成2个共用电子对,2个N原子间形成3个共用电子对。
(2)方向性
除s轨道是球形对称的外,其他的原子轨道在空间都具有一定的分布特点。
在形成共价键时,原子轨道重叠的愈多,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沿着电子出现概率最大的方向形成,所以共价键具有方向性。
[归纳总结]
1.当成键原子相互接近时,原子轨道发生重叠,自旋状态相反的未成对电子形成共用电子对,两原子核间的电子密度增大,体系的能量降低。
2.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立体结构。
3.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。
[活学活用]
1.对三硫化四磷分子的结构研究表明,该分子中没有不饱和键,且各原子的最外层均已达到了8个电子的结构。
则一个三硫化四磷分子中含有的共价键个数是( )
A.7个B.9个C.19个D.不能确定
答案 B
解析 三硫化四磷分子中没有不饱和键,且各原子的最外层均已达到了8个电子的结构,P元素可形成3个共价键,S元素可形成2个共价键,因此一个三硫化四磷分子中含有的共价键个数为=9。
2.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.H3O+的存在说明共价键不具有饱和性
C.所有共价键都有方向性
D.两个原子轨道发生重叠后,电子仅存在于两核之间
答案 A
解析 S原子有两个未成对电子,根据共价键的饱和性,形成的氢化物为H2S,A项对;H2O能结合1个H+形成H3O+,不能说明共价键不具有饱和性,B项错;H2分子中,H原子的s轨道成键时,因为s轨道为球形,所以H2分子中的H—H键没有方向性,C项错;两个原子轨道发生重叠后,电子只是在两核之间出现的机会大,D项错。
二 从原子轨道重叠方式上认识共价键
1.按成键的未成对电子的原子轨道的重叠方式,共价键可分为σ键和π键。
(1)σ键
①σ键:
形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠,这种共价键叫σ键。
②σ键的类型:
根据成键电子原子轨道的不同,σ键可分为ssσ键、spσ键、ppσ键。
a.ssσ键:
两个成键原子均提供s轨道形成的共价键,如H2分子中σ键的形成过程:
b.spσ键:
两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键,如HCl分子中σ键的形成过程:
c.ppσ键:
两个成键原子均提供p原子轨道形成的共价键,如Cl2分子中σ键的形成过程:
③σ键的特征:
a.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。
b.形成σ键的原子轨道重叠程度较大,故σ键有较强的稳定性。
④σ键的存在:
共价单键为σ键;共价双键和共价三键中存在σ键(通常含一个σ键)。
(2)π键
①π键:
形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“肩并肩”的方式重叠,这种共价键叫π键。
②如下图ppπ键的形成:
③π键的特征:
a.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,这种特征称为镜面对称。
b.形成π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时小,π键没有σ键牢固。
④π键的存在:
π键通常存在于双键或叁键中。
[归纳总结]
σ键和π键的比较
键类型
σ键
π键
原子轨道重叠方式
两个原子的成键轨道沿着键轴的方向以“头碰头”的方式重叠
两个原子的成键轨道以“肩并肩”的方式重叠
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
化学活泼性
不活泼
活泼
示意图
[活学活用]
3.下列说法正确的是( )
A.π键是由两个p电子“头碰头”重叠形成的
B.σ键是镜面对称,而π键是轴对称
C.乙烷分子中的键全为σ键,乙烯分子中含σ键和π键
D.H2分子中含σ键,Cl2分子中含π键
答案 C
解析 原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键,以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键。
σ键是轴对称,而π键是镜面对称。
分子中所有的单键都是σ键,双键中有一个σ键,一个π键。
4.下列有关σ键和π键的说法错误的是( )
A.含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者
B.当原子形成分子时,首先形成σ键,可能形成π键
C.有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键,不能形成π键
D.在分子中,化学键可能只有π键而没有σ键
答案 D
解析 本题主要考查σ键和π键的形成。
由于π键的键能小于σ键的键能,所以反应时易断裂,A项正确;在分子形成时为了使其能量最低,必然首先形成σ键,根据形成原子的核外电子排布来判断是否形成π键,所以B项正确;C项正确,像H、Cl原子跟其他原子只能形成σ键。
(1)共价键的本质:
原子之间形成共用电子对(或电子云重叠)
(2)共价键的特征:
具有方向性和饱和性
当堂检测
1.原子间形成共价化合物时,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.形成共价键的原子的大小
D.共价键的稳定性
答案 B
解析 共价键具有饱和性和方向性,方向性决定分子的立体构型,饱和性则决定分子中各原子的数量关系。
2.当H原子和F原子沿z轴结合成HF分子时,F原子中和H原子对称性不一致的轨道是( )
A.1sB.2sC.2pxD.2pz
答案 C
解析 s轨道无论沿何轴结合,均对称。
3.下列说法不正确的是( )
A.双键、叁键都含有π键
B.成键原子间原子轨道重叠愈多,共价键愈牢固
C.因每个原子未成对电子数量是一定的,故配对原子个数也一定
D.每一个原子轨道在空间都具有自己的方向性
答案 D
解析 对D选项举反例,如s轨道的形状是球形对称的,它无方向性。
4.下列说法中不正确的是( )
A.σ键比π键重叠程度大,形成的共价键强
B.两个原子之间形成共价键时,最多有一个σ键
C.气体单质中,一定有σ键,可能有π键
D.N2分子中有一个σ键,2个π键
答案 C
解析 气体单质分子中,可能有σ键,如Cl2,可能有π键,如N2,也可能没有化学键,如稀有气体。
40分钟课时作业
[基础过关]
一、共价键的形成与判断
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.由共价键形成的分子一定是共价化合物
C.分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物
D.只有非金属原子间才能形成共价键
答案 C
解析 在离子化合物中也有共价键,如NaOH;由不同元素的原子形成的共价键分子是共价化合物,由相同元素的原子形成的共价键分子是单质,如H2、Cl2等;对于D项,也存在金属元素的原子与非金属元素的原子间形成共价键的化合物,如AlCl3等。
2.下列各组物质中,所有化学键都是共价键的是( )
A.H2S和Na2O2B.H2O2和CaF2
C.NH3和N2D.HNO3和NaCl
答案 C
解析 A项,Na2O2中既有离子键又有O—O共价键,不正确;B项,CaF2中只有离子键,不正确;D项,NaCl属于离子化合物,没有共价键,不正确。
3.根据表中的数据,从电负性的角度判断下列元素之间易形成共价键的一组是( )
元素
Na
Mg
Al
H
C
O
Cl
电负性
0.9
1.2
1.5
2.1
2.5
3.5
3.0
①Na和Cl ②Mg和Cl ③Al和Cl ④H和O
⑤Al和O ⑥C和Cl
A.①②⑤B.③④⑥C.④⑤⑥D.全部
答案 B
解析 非金属元素之间易形成共价键,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。
Na和Cl:
3.0-0.9=2.1>1.7;Mg和Cl:
3.0-1.2=1.8>1.7;Al和O:
3.5-1.5=2.0>1.7;Al和Cl:
3.0-1.5=1.5<1.7;故①②⑤不能形成共价键,③可形成共价键。
4.下列不属于共价键成键因素的是( )
A.成键原子电负性差别较小
B.共用的电子必须配对
C.成键后的体系能量降低,趋于稳定
D.两原子核体积大小要适中
答案 D
解析 两原子形成共价键时,电子云发生重叠,即电子在两核之间出现的机会更多;两原子电子云重叠越多,键越牢固,体系的能量也越低;原子核体积的大小与能否形成共价键无必然联系。
5.下列既有离子键又有共价键的化合物是( )
A.Na2OB.NaOHC.CaBr2D.HF
答案 B
解析 典型的非金属元素O与H之间形成的是共价键,Na+与OH-之间形成的是离子键。
二、σ键和π键的比较与判断
6.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.H原子只能形成σ键,O原子可以形成σ键和π键
答案 C
解析 σ键较稳定,不易断裂,而不是不能断裂。
化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。
7.下列说法不正确的是( )
A.π键是原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠而形成的
B.2个原子形成的多重共价键中,只能有一个是σ键,而π键可以是一个或多个
C.s电子与s电子间形成的键是σ键,p电子与p电子间形成的键是π键
D.共价键一定有原子轨道的重叠
答案 C
解析 原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键;以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键。
σ键是轴对称,而π键是镜面对称。
分子中所有的单键都是σ键,双键中有一个σ键,一个π键,叁键中有一个σ键,两个π键。
8.下列物质的分子中,没有π键的是( )
A.CO2B.N2
C.CH≡CHD.HClO
答案 D
解析 双键、叁键中有一个σ键,双键还有一个π键,叁键中还有两个π键,故本题只要知道分子中原子之间的连接方式即可。
D项中无双键也无叁键,所以无π键。
9.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
答案 D
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;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;共价双键中有一个为σ键,另一个为π键,共价叁键中有一个为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。
10.COCl2分子的结构式为
,COCl2分子内含有( )
A.4个σ键B.2个σ键,2个π键
C.2个σ键、1个π键D.3个σ键、1个π键
答案 D
解析 C和Cl之间为σ键,C和O之间为1个σ键、1个π键。
11.日常生活中用的防晒霜,如氨基苯甲酸、羟基丙酮等。
它们之所以能“防晒”是( )
A.因它们为有机物,涂用后形成了一层“保护层”
B.因它们挥发时吸热,降低皮肤温度
C.因它们含有π键,能够有效吸收紫外线
D.因它们能与皮肤形成一层“隔热层”,阻碍照射
答案 C
解析 防晒霜如氨基苯甲酸(
),羟基丙酮(
),分子中均含有π键(
,
),因含有π键的物质能够有效地吸收紫外线,故可使人免受伤害。
[能力提升]
12.下列说法中错误的是( )
A.原子间通过共用电子对形成的化学键叫共价键
B.对双原子分子来说,键能越大,断开时需要的能量越多,该化学键越不牢固
C.一般而言,化学键的键长越短,化学键越强,键越牢固
D.成键原子间原子轨道重叠越多,共价键越牢固
答案 B
解析 B项,键能越大,断开时需要的能量越多,化学键应越牢固。
13.在下列物质中:
①HCl、②N2、③NH3、④Na2O2、⑤H2O2、⑥NH4Cl、⑦NaOH、⑧Ar、⑨CO2、⑩C2H4
(1)只存在非极性键的分子是__________;既存在非极性键又存在极性键的分子是__________;只存在极性键的分子是__________。
(2)只存在单键的分子是__________,存在叁键的分子是__________,只存在双键的分子是__________,既存在单键又存在双键的分子是__________。
(3)只存在σ键的分子是__________,既存在σ键又存在π键的分子是__________。
(4)不存在化学键的是__________。
(5)既存在离子键又存在极性键的是__________;既存在离子键又存在非极性键的是__________。
答案
(1)② ⑤⑩ ①③⑨
(2)①③⑤ ② ⑨ ⑩
(3)①③⑤ ②⑨⑩ (4)⑧ (5)⑥⑦ ④
14.C、Si为同一主族的元素,CO2和SiO2化学式相似,但结构和性质有很大的不同。
CO2中C与O原子间形成σ键和π键,SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。
从原子半径大小的角度分析,为何C、O原子间能形成π键,而Si、O原子间不能形成上述π键?
答案 Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,pp轨道“肩并肩”重叠程度较小,故不能形成上述形式的π键。
解析 π键为“肩并肩”的形式,而原子半径较大时,则无法“肩并肩”。
15.分析下列化学式中划有横线的元素,选出符合要求的物质并填空。
A.NH3 B.H2O C.HCl D.CH4 E.C2H6 F.N2
(1)所有的价电子都参与形成共价键的是________(填序号,下同);
(2)只有一个价电子参与形成共价键的是________;
(3)最外层有未参与成键的电子对的是________;
(4)既有σ键又有π键的是________。
答案
(1)DE
(2)C (3)ABCF (4)F
解析 NH3中N原子分别与3个H原子形成3个σ键,还有一对不成键电子;H2O中O原子与2个H原子形成2个σ键,还有两对不成键电子;HCl中Cl原子与1个H原子形成1个σ键,还有三对不成键电子;CH4中C原子与4个H原子形成4个σ键,所有价电子都参与成键;C2H6中C原子分别与3个H原子及另1个C原子形成4个σ键,所有电子都参与成键;N2中N原子与另一个N原子形成1个σ键,2个π键,还有一对不成键电子。
[拓展探究]
16.化合物A是一种不稳定的物质,它的分子组成可用OxFy来表示,10mLA气体能分解生成15mLO2和10mLF2(同温、同压下)。
(1)A的化学式是____________________,推断时的依据是________________。
(2)已知A分子中x个氧原子呈…O—O—O…链状排列,则A分子的电子式是________________,结构式是________________。
答案
(1)O3F2 阿伏加德罗定律和质量守恒定律
(2)
F—O—O—O—F
解析 依题意:
V(A)∶V(O2)∶V(F2)=10∶15∶10=2∶3∶2,根据阿伏加德罗定律,写出化学方程式:
2A===3O2+2F2;根据质量守恒定律,A的化学式为O3F2。
写电子式时应注意x个氧原子呈链状排列这一信息,联系F原子最外层有7个电子,还差1个电子即达8电子稳定结构,因此,F原子在O3F2中只能连在两端。
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