2.1.1 共价键（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版2019）

第二章　分子结构与性质 第一节　共价键 第1课时　共价键 目标导航 [知识导图] [课程标准] 1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键，了解共价键具有饱和性和方向性。 2．知道原子轨道的重叠方式，共价键可分为σ键和π键等类型。知道σ键和π键的明显差别和一般规律。 知识点1　共价键的概念和特征 1．概念：原子间通过__共用电子对__所形成的相互作用。 2．特征 知识点2　共价键的类型 1．σ键 形成 由两个原子的s轨道或p轨道“__头碰头__”重叠形成 类型 __s－s__ σ键 __s－p__ σ键 __p－p__ σ键 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 2.π键 形成 由两个原子的p轨道“__肩并肩__”重叠形成 __p－p__ π键 特征 ①π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 ②π键与σ键的强度不同，π键不如σ键__牢固__，比较容易__断裂__ 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。 乙烷、乙烯和乙炔分子中的σ键、π键如下表所示。 乙烷 乙烯 乙炔 球棍模型 σ键数目 __7__ __5__ __3__ π键数目 __0__ __1__ __2__ 知识点3　共价键的形成条件 原子 Na Cl H Cl C O 电负性 0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5 电负性之差 (绝对值) __2.1__ __0.9__ __1.0__ 结论：当原子的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是__离子__键，而__共价__键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)所有共价键都有方向性和饱和性。(　×　) (2)两个原子之间形成共价键时，至少有1个σ键。(　√　) (3)σ键和π键都只存在于共价分子中。(　×　) (4)CO2分子里有一个σ键和一个π键。(　×　) (5)一般来说，σ键比π键强度大，更稳定。(　√　) (6)形成Cl2分子时，p轨道的重叠方式为。(　×　) 名师提醒 (1)并不是所有共价键都具有方向性，例如，由于s轨道是球形，两个s电子形成共价键时就没有方向性。 (2)σ键和π键存在于共价分子中，也会存在于复杂的离子中。 (3)两个原子间只能形成一条σ键，其余键为π键，即σ键可以独立存在，而π键不能独立存在。 探究点1　共价键的本质与特性 1．举例说明共价键可以存在于哪些物质中？ 共价键可以存在于共价单质中，如H2、O2、N2等；可以存在于共价化合物中，如H2O、H2SO4、CH4等；可以存在于离子化合物中，如NaOH、NH4Cl、Na2O2等。 2．所有的单质都含有共价键吗？ 并不是所有的单质都含有共价键，稀有气体中不存在化学键，金属单质中不存在共价键。 1．共价键存在的范围 共价化合物 如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等 非金属单质分子 (除稀有气体) 如O2、F2、H2、C60、白磷(P4)等 部分离子化合物 如Na2SO4、NaOH、NH4Cl、Na2O2等 2.共价键的特征 (1)共价键的饱和性 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，便可和几个自旋方向相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”。H原子、Cl原子都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，不能形成H3、H2Cl、Cl3等分子。 (2)共价键的方向性 除s轨道是球形对称外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点。共价键形成时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的概率越大，形成的共价键越牢固，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。 【例题1】 下列说法正确的是(　　) A．Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的方向性决定的 B．并非所有的共价键都有方向性 C．H2O与H2S的空间结构一样，这是由共价键的饱和性决定的 D．两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率减小 思维导引：从原子最外层电子数及成键电子判断共价键的饱和性和方向性。 答案　B 解析　Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的饱和性决定的，A项错误；由于s轨道在空间中为球形，故s－s σ键无方向性，B项正确；H2O与H2S的空间结构相同，这是由中心原子价电子的排斥力决定的，与共价键的饱和性无关，C项错误；两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率增大，D项错误。 【变式1】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的饱和性，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项正确，D项错误；形成共价键时，为了达到原子轨道的最大重叠，成键的方向与原子轨道的伸展方向存在着必然的联系，故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。 探究点2　σ键与π键的比较 3．观察如图所示乙烷、乙烯和乙炔分子的结构回答： (1)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？ (2)从乙烷、乙烯和乙炔分子中σ键和π键存在来看，σ键和π键的存在条件和数目有何规律？ (1)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。 (2)σ键可独立存在，π键不能；所有的单键都是σ键；双键中有一条σ键和一条π键；三键有一条σ键和两条π键。 1．σ键和π键的比较 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 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 对称特征 轴对称 镜面对称 原子轨道 重叠程度 大 小 键的强度 较大 较小 示意图 化学活泼性 不活泼 活泼 存在 单键、双键、三键(均只有一个σ键) 双键中有一个π键、三键中有两个π键 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。 【例题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 思维导引：σ键和π键成键的方式不同，性质也存在差异。 答案　C 解析　σ键较稳定，不易断裂，而不是不能断裂。 【变式2】下列说法不正确的是(　　) A．在1个CH2==CHC≡N中含有6个σ键，3个π键 B．两个原子形成的多个共价键中π键可以是一个或多个 C．s能级的电子与s能级的电子间形成的键一定是σ键，p能级的电子与p能级的电子间形成的键一定是π键 D．共价键一定有原子轨道的重叠 答案　C 解析　p能级的电子与p能级的电子间可以形成σ键，也可以形成π键，C项错误。 归纳总结 确定分子或离子中σ键和π键数目的方法 (1)依据电子式或结构式进行判断 如乙炔(H—C≡C—H)中σ键数为3、π键数为2；中σ键数为1、π键数为 2。 (2)依据共价键的类型判断 共价键类型 (3)依据共价分子的组成判断σ键 ABx型分子或原子团中，含σ键的数目为x；如H2O中含2个σ键，NH3中含3个σ键，CO中含3个σ键，SO中含4个σ键。 1．(共价键的形成)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 答案　D 解析　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。故选D项。 2．(共价键的存在范围)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．②⑤ B.④⑥ C.②③④ D.①③⑥ 答案　A 解析　共价键的本质是电性作用而非相互吸引，①错误；有离子键的化合物为离子化合物，②正确；水的非直线结构是由共价键的方向性决定的，③错误；氯化铵中只有非金属元素，但它是离子化合物，④错误；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错误。 3．(σ键、π键的判断)CH2==C(CH3)—C≡CH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．10个σ键，3个π键 答案　D 解析　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==C(CH3)—C≡CH分子中含10个σ键和3个π键。 4．(σ键、π键的理解)下列关于σ键和π键的说法错误的是(　　) A．σ键都有方向性，π键都有饱和性 B．两个成键原子之间最多有一个σ键 C．HCl分子中存在s－p σ键，电子云图像呈轴对称 D．N2分子中有两个π键，且相互垂直 答案　A 解析　不是所有σ键都有方向性，如s－sσ键没有方向性，A项错误；两个成键原子之间形成的第一条键为σ键，从第二条开始为π键，因此两个成键原子之间最多有一个σ键，B项正确；HCl中的共价键是由氢原子提供的未成对电子的1s原子轨道和氯原子提供的未成对电子的3p原子轨道重叠形成的s－pσ键，σ键的特征是以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，因此电子云图像呈轴对称，C项正确；N2分子中含有一个p－pσ键和两个p－pπ键，且两个π键相互垂直，D项正确。 5．(综合应用)按要求完成下列填空： (1)有以下8种分子：①HF，②Cl2，③H2O，④N2， ⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2O2，⑧HCN(H—C≡N)，其中只含有σ键的是________(填序号，下同)；既含有σ键，又含有π键的是________。 (2)X、Y、Z是元素周期表中的短周期元素，其中X、Y同周期，Y、Z同主族，Y原子最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数，X原子最外层的p能级中只有一个轨道填充了2个电子，而且这三种元素可以形成化合物YX2、ZX2。根据上述信息回答下列问题： ①写出元素符号：X________，Y________，Z________； ②YX2分子中含________个σ键、________个π键。 解析　(1)只含有σ键的是①②③⑥⑦；乙烯分子中有碳碳双键，氮气分子和HCN中都有三键，既含有σ键又含有π键的是④⑤⑧。(2)由题可推知X、Y、Z元素分别是O、C、Si。CO2分子的结构式为O==C==O，其中含2个σ键、2个π键。 答案　(1)①②③⑥⑦　④⑤⑧ (2)①O　C　Si　②2　2 学科网（北京）股份有限公司 $$