高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二章 分子结构与性质第一节 共价键第1课时学案及答案

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二章 分子结构与性质第一节 共价键第1课时学案及答案，共8页。学案主要包含了学习目标，自主预习，参考答案，效果检测，合作探究，核心归纳，典型例题，随堂检测等内容，欢迎下载使用。
1.了解共价键的形成、本质、特征和分类。
2.知道共价键的主要类型有σ键和π键。
3.认识键能、键长、键角等键参数的概念,并能应用其说明简单分子的某些性质。
4.知道分子极性和分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。
【自主预习】
1.共价键的定义及本质
(1)含义:原子间通过共用电子对所形成的相互作用叫作共价键。
(2)本质:在原子间形成的共用电子对,原子间通过共用电子对(电子云重叠)产生的强烈作用。
(3)形成条件: 的原子之间形成共价键,大多数电负性之差小于 的金属元素与非金属元素原子之间形成共价键。
2.共价键的特征
(1)饱和性
按照定义,一个原子有几个未成对电子,便可和几个 相反的电子配对成键,这就是共价键的饱和性。
(2)方向性
共价键形成的过程中,两个参与成键的原子轨道沿着 的方向进行重叠,且原子轨道重叠越 ,电子在两核间出现的概率越 ,形成的共价键越 。因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成。
3.共价键的类型
(1)σ键
①概念:两原子在成键时,原子轨道以“ ”的方式重叠形成的共价键。
②σ键的类型与形成过程
类型: 、 、 。
形成过程:
A.s-s σ键
B.s-p σ键
C.p-p σ键
③特征:
A.以 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,这种特征为 。
B.以 的两个原子核的连线为轴,任意一个原子可以 旋转,并不会破坏σ键。
C.形成σ键的原子轨道的重叠程度较 ,故σ键具有较强的 。
(2)π键
①概念:两原子在成键时,原子轨道以“ ”的方式重叠形成的共价键。
②类型:p-p π键等,不存在s-s π键、s-p π键等。
形成过程:
(3)特征:
镜面对称: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 。
强度小:形成π键时,原子轨道重叠程度比σ键的 ,通常情况下,π键没有σ键 。
不能旋转:以形成π键的两个原子核的连线为轴,任意一个原子 旋转,若单独旋转则会破坏π键。
(4)存在:通常存在于 或 中。
4.σ键和π键的比较
【微点拨】
共价键还可以从形成共用电子对数目多少的角度来分,分为共价单键、共价双键和共价三键。
【参考答案】1.非金属元素 1.7
2.(1)自旋方向 (2)轨道伸展 多 大 牢固
3.(1)①头碰头 ②s-s σ键 s-p σ键 p-p σ键 ③A.形成化学键 轴对称 B.形成σ键 绕轴 C.大 稳定性 (2)肩并肩 (3)镜面对称 小
稳定 不能单独 (4)共价双键 共价三键
4.头碰头 肩并肩 轴 镜面 不活泼 活泼
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)非金属元素间一定形成共价键。( )
(2)共价键只存在于共价化合物中。( )
(3)所有的共价键都有饱和性和方向性。( )
(4)氮气分子中,氮原子p轨道与氮原子中的p轨道以“头碰头”的方式相互重叠,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”的方式相互重叠,形成两个π键。( )
(5)HI是一种酸性比HCl强的强酸,可用电子式表示其形成过程:H·+·I······H+[··I······]-。( )
(6)共价键的饱和性决定了不能形成H3S、H2Cl和Cl3等分子。( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√
2.σ键能单独存在,π键能单独存在吗?
【答案】不能单独存在。
3.σ键和π键的区别是什么?
【答案】σ键是原子轨道“头碰头”重叠成键,π键是原子轨道“肩并肩”重叠成键。
【合作探究】
任务1：共价键的形成及本质
情境导入 走进国家速滑馆“冰丝带”,映入眼帘的是一整块1.2万平方米的冰面,这是目前世界上采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术打造的最大的多功能全冰面,可以让“水立方”秒变“冰立方”。
问题生成
1.写出二氧化碳、水的电子式,判断其化学键类型。
【答案】二氧化碳、水的电子式分别为 ··O····××C ××··O····、H··O······H,它们含有的化学键都是共价键。
2.通常情况下,什么样的元素能够形成共价键?
【答案】电负性相同或差值小的非金属元素原子之间。
3.共价键的实质是什么?
【答案】共价键是原子之间通过共用电子对形成的相互作用。
4.共价化合物一定不含金属元素吗?
【答案】共价键一般在非金属元素原子之间形成,但有些金属元素原子与非金属元素原子之间也能形成共价键,如AlCl3。
5.σ键与π键哪个更牢固?哪种成键方式电子云重叠程度大?
【答案】σ键;头碰头。
6.所有σ键都有方向性吗?
【答案】s-s σ键没有方向性。
【核心归纳】
1.共价键的形成
2.共价键的特征
(1)饱和性
(2)方向性
【典型例题】
【例1】共价键的本质是在原子之间形成共用电子对,原子间通过共用电子对产生的强烈作用。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+、NH4+等离子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,按一定方向成键可使共价键更牢固
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特点,形成的氢化物应为H2S,A项正确;H2O能结合1个H+形成H3O+,NH3能结合1个H+形成NH4+,是因为H2O中的O原子、NH3中的N原子有未成键电子对,且H+有空的1s轨道,不能说明共价键不具有饱和性,B项错误;H2分子中H原子的1s轨道为球形,所以H2分子中的H—H没有方向性,C项错误;两个原子轨道发生重叠后,电子只是在两核之间出现的概率大,D项错误。
【例2】已知:元素X的电负性为2.5,元素Y的电负性为3.5,元素Z的电负性为1.2,元素W的电负性为2.4。你认为上述四种元素中,最容易形成共价键的是( )。
A.X与YB.X与W
C.Y与ZD.Y与W
【答案】B
【解析】一般来说,电负性小于1.8的为金属元素,且电负性越小,金属性越强;电负性大于1.8的为非金属元素,且电负性越大,非金属性越强。电负性差别小的两元素最可能形成共价键。
任务2：共价键的分类
情境导入 尿素,又称碳酰胺[CO(NH2)2],是由碳、氮、氧、氢元素组成的有机化合物,是一种白色晶体,最简单的有机化合物之一,是哺乳动物和某些鱼类体内蛋白质代谢分解的主要含氮终产物,也是目前含氮量最高的氮肥。作为一种中性肥料,尿素适用于各种土壤和植物。它易保存,使用方便,对土壤的破坏作用小,是目前使用量较大的一种化学氮肥。工业上用氨气和二氧化碳在一定条件下合成尿素,尿素的结构式为。
问题生成
1.判断尿素分子中所含化学键的类型,其是否含有σ键和π键?若含有,则尿素分子中含有的σ键和π键数目之比是多少?
【答案】尿素分子中所含的化学键均为共价键,其含有σ键和π键,且数目之比为7∶1。
2.仅含有H和N两种元素的化合物,一定是共价化合物吗?举例说明。
【答案】不一定,如NH4H是离子化合物。
3.N2 、C2H4、C2H6 、H2 、H2O、CO2、NH3中只含有σ键的有哪些?既含有σ键又含有π键的有哪些?含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的有哪些?
【答案】H2、H2O、NH3、C2H6;N2 、C2H4、CO2;H2。
4.试解释NH3分子中N原子为1个,H原子只能为3个的原因。
【答案】两原子电子式分别为·N····和H·,N原子最外层有3个未成对电子,H原子有1个未成对电子。形成共价键时每个N原子只需3个H原子分别形成3对共用电子对,达到共价键的饱和性。
【核心归纳】
1.σ键与π键(按原子轨道重叠方式分类)
2.极性键和非极性键
(1)分类标准:根据共用电子对是否偏移。
(2)极性键和非极性键:
【典型例题】
【例3】下列有关σ键和π键的说法错误的是( )。
A.在某些分子中,化学键可能只有σ键而没有π键
B.当原子形成分子时,首先形成σ键,可能形成π键
C.一般情况下,同一个分子中的σ键比π键更稳定些
D. 氢氰酸(HCN)分子中σ键与π键的个数之比为1∶2
【答案】D
【解析】共价键中一定含σ键,则在分子中,化学键可能只有σ键,而没有π键,A项正确;原子形成分子时,优先头碰头重叠,故先形成σ键,可能形成π键,B项正确;π键不稳定,易断裂,C项正确;HCN(H—C≡N)分子中含有2个σ键和2个π键,σ键与π键的个数之比为1∶1,D项错误。
【例4】氰气的化学式为(CN)2,结构式为N≡C—C≡N,其性质与卤素气体单质相似,氰气可用于有机合成,制作农药,也可用作消毒、杀虫的熏蒸剂等。下列叙述正确的是( )。
A.气体单质中,一定有σ键,没有π键
B.氰气分子中不含非极性键
C.一个氰气分子中含有3个σ键和4个π键
D.(CN)2不能与氢氧化钠溶液发生反应
【答案】C
【解析】在气体单质分子中一般存在σ键(如Cl2、H2)、π键(如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,A项错误;氰气分子中含有C—C非极性键,B项错误;1个(CN)2分子中含有3个σ键和4个π键,C项正确;由于(CN)2与卤素单质性质相似,故可以和氢氧化钠溶液反应,D项错误。
【随堂检测】
课堂基础
1.共价键是具有饱和性和方向性的,下列说法不正确的是( )。
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.共价键的方向性决定了分子的立体构型
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】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,A项正确,D项错误;形成共价键时,原子轨道重叠的程度越大越稳定,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,这种成键的方向性也就决定了所形成分子的立体构型,B、C两项正确。
2.下列物质中含有非极性键的共价化合物是( )。
A.Br2B.H2O2C.Na2O2D.H2O
【答案】B
【解析】Br2是单质,不是化合物,A项错误;H2O2的结构式为H—O—O—H,含有非极性键(—O—O—),B项正确;Na2O2中含有非极性键,但属于离子化合物,C项错误;H2O中只含有两个O—H极性键,没有非极性键,D项错误。
3.下列说法不正确的是( )。
A.一般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1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1个σ键,2个π键
【答案】C
【解析】气体单质中不一定含σ键,如稀有气体分子均为单原子分子,分子内无化学键。
4.二氯化二硫(S2Cl2)是广泛用于橡胶工业的硫化剂,其分子结构如图所示。常温下S2Cl2是种橙黄色的液体,遇水易水解,并产生能使品红褪色的气体。下列说法错误的是( )。
A.电负性:Cl>S
B.S2Cl2为含有极性键和非极性键的分子
C.S2Br2与S2Cl2结构相似,都含有σ键和π键
D.S2Cl2与H2O反应的化学方程式可能为2S2Cl2+2H2OSO2↑+3S↓+4HCl
【答案】C
【解析】同周期从左到右元素的电负性逐渐增大,则电负性:Cl>S,A项正确;S—S为非极性共价键,S—Cl为极性共价键,则S2Cl2为含有极性键和非极性键的分子,B项正确;S2Br2与S2Cl2结构相似,都仅含有σ键,不含π键,C项错误;S2Cl2遇水易水解,并产生能使品红溶液褪色的气体,该气体为SO2,在反应过程中硫元素化合价一部分升高到+4(生成SO2),一部分降低到0(生成S),Cl元素的化合价不变,则S2Cl2与H2O反应的化学方程式可能为2S2Cl2+2H2OSO2↑+3S↓+4HCl,D项正确。
键的类型
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“ ”的方式重叠
两个原子的成键轨道以“ ”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
对称性
对称
对称
原子轨道重叠程度
大
小
键的强度
较大
较小
化学活泼性
存在
单键、双键、三键(只有1个σ键)
双键中有一个π键,三键中有两个π键
示意图
概念
原子间通过共用电子对形成的化学键
本质
原子之间通过共用电子对形成的相互作用
形成元素
通常电负性相同或差值小的非金属元素原子之间形成共价键
表示方法
①单键:用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键,如H—H
②双键:用“”表示原子间共用两对电子所形成的共价键,如CC
③三键:用“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键,如C≡C
定义
每个原子所能形成共价键的总数或以共价键连接的原子数目是一定的
原因
每个原子所能提供的未成对电子的数目是一定的,因此在共价键形成的过程中,一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个未成对电子配对成键后,一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配对成键
应用
决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系
定义
共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成
原因
除s轨道是球形对称外,其他原子轨道都具有一定的空间取向。在形成共价键时,原子轨道重叠得多,电子在核间出现的概率大,所形成的共价键就牢固
应用
分子的空间结构与共价键的方向性密切相关
σ键
原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键
π键
原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键
共价键
极性键
非极性键
形成元素
不同种元素
同种元素
共用电子的偏移
共用电子偏向电负性较大的原子
成键原子电负性相同,共用电子不偏移
原子电性
电负性较大的原子显负电性,另一原子显正电性
两原子均不显电性