学年人教版选修3 第二章 第一节 共价键 分子晶体与原子晶体 第1课时 学案.docx
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学年人教版选修3第二章第一节共价键分子晶体与原子晶体第1课时学案
第一节 共价键
第1课时 共价键的特征与类型
课程目标
核心素养建构
1.了解共价键的成因,知道共价键的特征(方向性和饱和性)。
2.知道共价键的主要成键方式(σ键和π键)。
3.理解σ键和π键的性质和特征。
共价键
[知识梳理]
一、共价键的形成与特征
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)产生的强烈相互作用。
(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。
(5)含共价键的物质:
非金属单质、共价化合物和某些离子化合物。
2.共价键的特征
(1)饱和性:
决定分子的组成。
(2)方向性:
决定分子的立体构型。
二、共价键的类型、σ键与π键
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
ss型
H—H的ssσ键的形成
sp型
H—Cl的spσ键的形成
pp型
Cl—Cl的ppσ键的形成
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
ppπ键
ppπ键的形成
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
3.σ键、π键的存在规律
共价单键为σ键;共价双键中有一个σ键、一个π键;共价三键是由一个σ键和两个π键组成。
[自我检测]
1.判断正误,正确的打“√”;错误的打“×”。
(1)HF和HCl分子中共价键都是σ键。
( )
(2)所有的共价键都有方向性。
( )
(3)HF比HCl的稳定性强。
( )
(4)氢原子和氟原子、氯原子均可以σ键相结合,其成键轨道完全相同。
( )
(5)1mol丙酮分子中含有σ键的数目为9×6.02×1023。
( )
答案
(1)√
(2)× (3)√ (4)× (5)√
2.指出下图所表示的共价键名称,并列举含有该共价键的一种物质,写出其分子式:
共价键名称 举例
①____________________,_______________________________________;
②____________________,_______________________________________;
③____________________,_______________________________________;
④____________________,_______________________________________;
⑤____________________,_______________________________________;
答案 ①ss σ键 H2 ②sp σ键 HCl ③pp σ键 Cl2 ④pzpz π键 N2 ⑤pypy π键 N2
3.在下列分子中,①HF,②Br2,③H2O,④N2,⑤CO2,⑥H2,⑦H2O2,⑧HCN。
分子中只有σ键的是________(填序号,下同),分子中含有π键的是________,分子中所有原子都满足最外层为8个电子结构的是________,分子中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是________,分子中含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是________,分子中含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是________。
答案 ①②③⑥⑦ ④⑤⑧ ②④⑤ ⑥ ①③⑦⑧ ②④⑤⑦⑧
提升一 共价键的本质特征
【例1】 下列说法中正确的是( )
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
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。
答案 A
【名师点拨】
共价键的存在范围
(1)非金属单质分子中(稀有气体除外)。
如O2、F2、H2、C60等。
(2)非金属元素形成的化合物中。
如H2SO4、CO2、H2O2、有机物分子等。
(3)某些金属与非金属元素形成的共价化合物中。
如BeCl2、HgCl2、AlCl3等。
(4)某些离子化合物中。
如Na2O2、NH4Cl等。
【深度思考】
1.所有的共价键都有饱和性和方向性吗?
提示
(1)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,如两个1s轨道(H原子与H原子)重叠形成的ssσ键没有方向性。
2.所有单质都有共价键吗?
提示 并不是所有的单质中都有共价键,稀有气体中不存在化学键,金属单质中不存在共价键。
【变式训练】
1.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
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。
答案 C
2.下列实验事实可以证明氯化氢是共价化合物的是( )
A.氯化氢的水溶液显酸性
B.液态氯化氢不导电
C.氯化氢溶于水发生电离
D.氯化氢不易分解
解析 氯化氢的水溶液电离产生氢离子,溶液呈酸性,与是不是共价化合物无关,A错误;因共价化合物的构成微粒不带电,离子化合物的构成微粒带电,则可利用液态氯化氢不导电来证明氯化氢是共价化合物,B正确;共价化合物、离子化合物的溶液都可以电离,C错误;不能利用分解来判断是否为共价化合物,如KCl受热也不易分解,但属于离子化合物,D错误。
答案 B
3.下列说法正确的是( )
①共价键的本质是相互吸引的电性作用
②共价化合物一定含共价键.一定不含离子键
③水的非直线结构是由共价键的饱和性决定的
④由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物
⑤分子中不一定存在共价键
⑥烯烃比烷烃的化学性质活泼是由于烷烃中的σ键比烯烃中的σ键稳定
A.②⑤B.④⑥
C.②③④D.①③⑥
解析 共价键的本质是电性作用而不是相互吸引,①错;有离子键的化合物为离子化合物,所以共价化合物中没有离子键,②正确;水的非直线结构是由共价键的方向性决定的,③错;氯化铵中只有非金属元素,但是它是离子化合物,④错;稀有气体分子中没有共价键,⑤正确;烯烃比烷烃活泼是因为烯烃中的π键比较活泼,⑥错。
答案 A
提升二 共价键的类型与σ键和π键的比较
【例2】 有下列十种物质:
①CH4 ②CH3CH2OH
③N2 ④HCl ⑤CO2 ⑥CH3CH3 ⑦C2H4 ⑧C2H2
⑨H2O2 ⑩HCHO
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__________,既含有极性键,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 十种物质的结构式分别为
、
。
根据以下两点判断化学键类型:
①单键只有是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,三键中有1个σ键和2个π键;②同种元素原子之间形成的共价键是非极性键,不同种元素原子之间形成的共价键是极性键。
答案
(1)①②④⑥⑨ ③⑤⑦⑧⑩
(2)①④⑤⑩
②⑥⑦⑧⑨ (3)⑤⑦⑩ ③⑧
【名师点拨】
1.共价键的类型
分类标准
类型
共用电子对数
单键、双键、三键
共用电子对是否偏移
极性键、非极性键
原子轨道重叠方式
σ键、π键
2.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
类型
ssσ键、spσ键、ppσ键
ppπ键
原子轨道重叠部分
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
键的存在
共价单键为σ键,共价双键、三键中含有一个σ键
共价双键、三键分别含有1个、2个π键。
两原子间最多能形成2个π键
【深度思考】
1.σ键与π键的判断方法
提示
2.分子中一定含有π键吗?
提示
(1)s轨道与s轨道(或p轨道)只能形成σ键,不能形成π键。
(2)两个原子间可以只形成σ键,但不可以只形成π键。
(3)在同一个分子中,σ键一般比π键强度大。
【变式训练】
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,两个π键
解析 从原子轨道重叠程度看,π键轨道重叠程度比σ键重叠程度小,故π键稳定性低于σ键,在气体单质分子中存在σ键(如Cl2、H2)、π键(N2中存在σ键和π键),稀有气体为单原子分子,不存在化学键。
答案 C
5.根据氢原子和氟原子的核外电子排布,对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是( )
A.两者都为ssσ键
B.两者都为ppσ键
C.前者为ppσ键,后者为spσ键
D.前者为ssσ键,后者为spσ键
解析 H原子的1个电子排布在1s轨道,F原子的最外层7个电子的排布为2s、2p轨道,F2单质中共价键是ppσ键,而HF分子中是H原子的1s轨道与F原子的2p轨道头碰头重叠,形成spσ键。
答案 C
6.P元素的外围电子排布为3s23p3,P与Cl形成的化合物有PCl3、PCl5,对此判断正确的是( )
A.磷原子最外层有三个未成对电子,故只能结合三个氯原子形成PCl3
B.PCl3分子中的P—Cl键含有π键
C.PCl5分子中的P—Cl键都是π键
D.磷原子最外层有三个未成对电子,但是能形成PCl5,说明传统的价键理论存在缺陷
解析 PCl3的电子式为
,P—Cl键都是σ键。
PCl5分子中有5个P—Clσ键,这违背了传统价键理论饱和性原则,说明传统价键理论不能解释PCl5的结构,即传统价键理论存在缺陷。
答案 D
7.下列有关化学键类型的判断不正确的是( )
A.ssσ键与spσ键的对称性不同
B.分子中含有共价键,则至少含有一个σ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 ssσ键无方向性,spσ键轴对称,A项对;在含有共价键的分子中一定有σ键,可能有π键,如HCl、N2等,B项对;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项对;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。
答案 C
课时作业
基础题组
1.下列关于化学键的叙述正确的是( )
A.化学键既存在于原子之间,也存在于分子之间
B.单质分子中均存在化学键
C.离子键是阴、阳离子之间的吸引力
D.化学反应过程中都有化学键的断裂和生成
解析 A项,化学键只存在于分子内部,不存在于分子之间,错误;B项,单原子分子中不存在化学键,错误;C项,离子键是通过阴、阳离子之间的静电作用形成的化学键,这种静电作用既包括静电吸引作用,也包括静电排斥作用,错误。
答案 D
2.下列不属于共价键成键因素的是( )
A.形成共用电子对
B.成键原子的原子轨道在空间重叠
C.形成化学键,体系能量降低,趋于稳定
D.两原子体积大小要适中
解析 共价键的本质是在原子之间形成共用电子对。
两原子形成共价键时原子轨道发生重叠,两原子的原子轨道重叠越多,键越牢固,体系的能量也越低,但对成键原子体积的大小没有要求。
综上所述,D项错误。
答案 D
3.下列元素的原子间易形成共价键的是( )
A.Na和ClB.K和F
C.H和ClD.Ca和O
解析 非金属元素的原子间容易形成共价键,活泼的金属和非金属元素的原子间容易形成离子键。
则Na和Cl形成的是离子键,A错误;K和F形成的是离子键,B错误;H和Cl均是非金属元素,形成的是共价键,C正确;Ca和O形成的是离子键,D错误。
答案 C
4.下图是氢原子的电子云重叠示意图。
以下说法中错误的是( )
A.图中电子云重叠意味着电子在核间出现的概率增大
B.氢原子核外的s轨道重叠形成共价键
C.氢原子的核外电子呈云雾状,在两核间分布得浓一些,将两核吸引
D.氢原子之间形成ssσ键
解析 电子云重叠说明电子在核间出现的概率增大,A选项正确;两个H原子之间形成ssσ键,B、D选项正确;电子云是对核外电子运动状态的形象化描述,原子间通过共用电子对(即电子云重叠)形成共价键,C选项不正确。
答案 C
5.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是( )
A.H2O2(过氧化氢):
H—O===O—H
B.N2H4(肼):
C.C2H5SH(乙硫醇):
D.SiHCl3(三氯氢硅):
解析 由共价键的饱和性可知:
C、Si均形成4个共价键,H形成1个共价键,N形成3个共价键,O、S均形成2个共价键。
A项中O原子间是双键,且每个氧原子与1个氢原子再形成1个单键,即每个氧原子形成3个共价键,与其饱和性不相符。
答案 A
6.下列说法正确的是( )
A.p轨道之间以“肩并肩”的方式重叠可形成σ键
B.氮气分子中氮氮三键易断裂
C.共价键是两个原子轨道以“头碰头”的方式重叠而成的
D.CO2分子中有两个σ键和两个π键,且均是通过p轨道相互重叠而成的
解析 共价键的成键方式是由电子云的重叠方式决定的,以“肩并肩”的方式重叠而成的是π键,以“头碰头”的方式重叠而成的是σ键,A、C选项均错误。
氮气分子中的氮氮三键不易断裂,B错误;CO2的结构式为O===C===O,根据共价键的成键规律可知,该分子中有两个σ键和两上π键,D选项正确。
答案 D
7.下列有关化学键类型的判断中正确的是( )
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.物质中有σ键一定有π键,有π键一定有σ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键)和3个π键(C≡C键)
D.乙烷分子中只存在σ键,即C—H键和C—C键均为σ键
解析 NH4Cl、(NH4)2SO4均是由非金属元素组成的,却存在离子键,A项错误。
H、Cl等只有一个未成对电子,因而只能形成σ键,即有σ键不一定有π键:
若形成π键一定是原子间已形成σ键,即有π键一定有σ键,有σ键不一定有π键,B项不正确。
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,另两个为π键,故乙炔(H—C≡C—H)分子中有2个C—Hσ键,C≡C中有1个σ键,2个π键,C项错误。
共价单键为σ键,乙烷分子的结构式
为
,其所含的6个C—H键和1个C—C键均为σ键,D项正确。
答案 D
8.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.气体单质分子中,一定有σ键,可能有π键
D.HClO分子中有spσ键和ppσ键
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。
H—O—Cl分子中,H—O键是spσ键,O—Cl键是ppσ键。
答案 C
9.臭氧能吸收紫外线,保护人类赖以生存的空间。
O3分子的结构如图所示,键角为116.5°。
三个原子以一个O原子为中心,与另外两个O原子分别构成一个非极性共价键;中间O原子提供2个电子,旁边两个O原子各提供1个电子,构成一个特殊的化学键(虚线内部分)——三个O原子均等地享有这4个电子。
请回答:
(1)题中非极性共价键是________键(填“σ”或“π”)。
(2)臭氧与氧气的关系是________。
(3)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是________。
A.H2OB.CO2C.SO2D.BeCl2
(4)分子中某一原子没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对,那么O3分子有________对孤电子对。
解析 (3)运用等电子原理找结构相似的分子,应为SO2。
(4)O3的结构可以这样表示
,故孤电子对为5对。
答案
(1)σ
(2)互为同素异形体 (3)C (4)5
10.有A、B、C、D、E五种元素,已知:
①它们分别位于3个不同的短周期,核电荷数依次增大。
②E元素的电离能(kJ·mol-1)数据见下表:
I1
I2
I3
I4
……
496
4562
6912
9543
……
③A、E分别都能与D按原子个数比1∶1或2∶1形成化合物。
④B、C分别都能与D按原子个数比1∶1或1∶2形成化合物。
(1)写出两种只含有A、B、D、E四种元素的无水盐的化学式:
________、________。
(2)B2A2分子中存在________个σ键和________个π键。
(3)分别写出③和④中按原子个数比1∶1和1∶2形成的化合物的化学式:
________、________、________、________。
解析 根据五种元素分别位于3个不同的短周期,且核电荷数依次增大,可知A为H元素;根据E的电离能数据可知E为第ⅠA族的碱金属元素,为Na元素;H、Na分别都能与O形成原子个数比为1∶1或2∶1的化合物,所以D为O元素;原子序数比O小且与O可以按照原子个数比1∶1或1∶2形成化合物的元素为C元素和N元素,所以B、C分别为C元素和N元素。
答案
(1)NaHCO3 CH3COONa(或其他有机酸的盐)
(2)3 2 (3)H2O2 Na2O2 CO2 NO2
能力题组
11.a、b、c、d为四种由短周期元素组成的物质,它们的组成微粒中都含有14个电子,且四种物质中均只含共价键。
试回答下列问题:
(1)a是单质,可用作半导体材料,则构成a物质的原子的核外电子排布式为_____________________________________________________________________。
(2)b是双核化合物,常温下为无色无味的气体,则b的化学式为________。
(3)c是双核单质,其电子式为_______________________________________,
c分子中所含共价键类型为________(填“极性键”或“非极性键”)。
(4)d是四核化合物,其结构式为________,1个d分子中含有________个σ键,________个π键,其中σ键的强度________(填“>”“<”或“=”)π键,原因是___________________________________________________________。
解析 a是单质,可用作半导体材料,且含有14个电子,则a是Si;b是双核化合物,含有14个电子,且常温下为无色无味的气体,则b为CO;c是双核单质,每个原子中含有7个电子,则c为N2;d是四核化合物,即4个原子共有14个电子,则d为C2H2,C2H2的结构式为H—C≡C—H,1个C2H2分子中含有3个σ键,2个π键。
答案
(1)1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2
(2)CO
(3)N⋮⋮N 非极性键
(4)H—C≡C—H 3 2 > 形成σ键的原子轨道的重叠程度比π键大,形成的共价键强
12.甲、乙、丙、丁四种有机物的结构如下:
(1)甲分子中有________个σ键,________个π键。
(2)乙分子中有________个σ键,________个π键,________(填“有”或“没有”)非极性键。
(3)丙分子中每个碳原子形成________个σ键,________个π键。
(4)丁分子中σ键与π键的数目之比为________。
解析
(1)甲分子中除5条单键全是σ键外,双键中1个是σ键,另1个是π键,三键中1个是σ键,另2个是π键。
故甲分子中σ键总数为7,π键总数为3。
(2)乙分子中有3个C—Hσ键,2个C—Cσ键,2个C—Oσ键,1个O—Hσ键;C=C和C=O中分别有1个π键;有C=C、C—C非极性键。
(3)丙分子中C与O原子之间形成1个σ键和1个π键,C与两个Cl原子之间分别形成1个σ键。
(4)丁分子中含有1个C=C键,1个C≡N键,3个C—H键和1个C—C键,故
丁分子中共有6个σ键和3个π键。
答案
(1)7 3
(2)8 2 有 (3)3 1 (4)2∶1
13.回答下列问题:
(1)1molCO2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)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。
肼可用作火箭燃料,燃烧时发生的反应是
N2O4(l)+2N2H4(l)===3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=-1038.7kJ·mol-1
若该反应中有4molN—H键断裂,则形成的π键有________mol。
(4)C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子,该分子中σ键与π键的个数比为________。
(5)1mol乙醛分子中含有σ键的数目为________个,1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为________。
(6)CH4、NH3、H2O、HF分子中,共价键的极性由强到弱的顺序是________。
解析
(1)CO2分子内含有碳氧双键,双键中一个是σ键,另一个是π键,则1molCO2中含有的σ键为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)反应中有4molN—H键断裂,即有1molN2H4参加反应,生成1.5molN2,则形成的π键有3mol。
(4)设分子式为CmHn,则6m+n=16,解之得m=2,n=4,即C2H4,结构式为
。
单键为σ键,双键有1个σ键和1个π键,所以C2H4中共含有5个σ键和1个π键。
(5)乙醛和CO(NH2)2的结构简式分别为
、
,故1mo
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- 学年人教版选修3 第二章 第一节 共价键 分子晶体与原子晶体 第1课时 学案 学年 人教版 选修 第二 分子 晶体 原子 课时