2.1.1 共价键的特征与类型（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修2（鲁科版2019，单选）

微粒间相互作用与物质性质 第2章 第1节 共价键模型 学习目标 重点难点 1.了解共价键的形成、本质、特征和分类。 2.了解σ键和π键的形成及特点。 3.会判断σ键和π键、极性键和非极性键。 4.知道键能、键长、键角等键参数的概念。 5.能用键参数说明简单分子的某些性质。 重点 1.从原子轨道重叠的视角认识共价键的本质。 2.用键能、键长和键角等键参数解释物质的某些性质。 难点 从原子轨道重叠方式的不同理解σ键和π键的区别和特征。 共价键的特征与类型 第一课时 4 目 录 01 02 新知探究(一)——共价键的形成与特征 新知探究(二)——共价键的类型 03 课时跟踪检测 01 新知探究(一)——共价键的形成与特征 1.共价键的形成及本质 (1)概念 原子间通过__________形成的化学键。 共用电子 (2)形成(以H2为例) 随着两个氢原子逐渐接近,它们的原子轨道会相互重叠,使电子在核间区域出现的概率增大,原子核对两个电子都产生吸引作用,使体系的能量逐渐下降,形成共价键。 [微点拨]　形成共价键的氢原子不能无限靠近,因为靠得过近时,原子核以及电子之间的排斥作用会导致体系能量上升,导致分子不稳定。 (3)本质 高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用。 (4)形成元素 通常是电负性相同或差值小的_______元素原子之间。 非金属 (5)表示方法 用一条短线表示由一对________所形成的共价键,如H—H、H—Cl; “ ”表示原子间共用两对电子所形成的共价键(共价双键);“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键(共价三键)。 共用电子 [微点拨]　共价键的本质是电性作用,但这种电性作用是不能用经典的静电理论来解释的,它是通过量子力学用原子轨道的重叠来说明的。 2.共价键的特征 (1)饱和性 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了,即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,这称为共价键的饱和性。显然,共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的_____关系。如氨分子的结构可表示为 。 数量 (2)方向性 共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成,即共价键具有方向性。除__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___,所形成的共价键就______。共价键的方向性与分子的_________密切相关。 [微点拨]　共价键都有饱和性,s⁃s共价键没有方向性。 s 大 牢固 空间结构 [题点多维训练] 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)所有物质中的原子间都存在化学键。( ) (2)共价键是一种电性吸引。( ) (3)水分子的非直线结构是由共价键的饱和性决定的。( ) (4)金属元素与非金属元素之间不能形成共价键。( ) (5)CO2 分子内共价键可表示为O C O。( ) × × × × √ 2.下列不属于共价键成键因素的是 (　　) A.共用电子在两原子核之间高概率出现 B.成键原子的原子轨道在空间重叠 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 √ 解析:成键原子的原子轨道在空间重叠,形成稳定的共价键后体系能量降低,共用电子在两原子核之间高概率出现是共价键的成键因素,A、B、C正确;成键原子的原子核体积的大小对共价键的形成没有影响,D错误。 3.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是 (　　) A.H2O2:H—O O—H B.N2H4: C.C2H5SH: D.SiHCl3: √ 解析:O原子的最外层有6个电子,只能形成2个共价键,在H2O2中,每个O已经分别与1个H形成1个单键,则两个氧原子间只能形成1个共价键,选项中的结构与共价键的饱和性不相符,A符合题意;在N2H4分子中,每个N原子共形成3个共价键,与共价键的饱和性相符,B不符合题意;在C2H5SH分子中,C形成4个共价键,S形成2个共价键,H形成1个共价键,与共价键饱和性相符,C不符合题意;在SiHCl3中,Si形成4个共价键,H、Cl各形成1个共价键,与共价键的饱和性相符,D不符合题意。 02 新知探究(二)——共价键的类型 1.σ键与π键 (1)分类标准 原子轨道的__________。 (2)σ键 ①定义 原子轨道以“________”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。 重叠方式 头碰头 ②类型 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型 s⁃p型 p⁃p型 (3)π键 定义 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称为π键 类型 p⁃p π键 续表 特征 ①两个原子的成键轨道以相互平行的“肩并肩”的方式重叠; ②镜面对称:原子轨道重叠部分对通过一个键轴的平面具有镜面对称性; ③强度小:形成π键时,原子轨道重叠程度比σ键小,π键没有σ键牢固; ④不能旋转:以形成π键的两个原子核的连线为轴,任意一个原子并不能单独旋转,若单独旋转则会破坏π键,如以py⁃py π键为例,若旋转其中一个成键原子,则两个原子的py轨道不再平行,也就破坏了形成的π键 2.σ键与π键的比较 共价键类型 σ键 π键 原子轨道 重叠方式 沿键轴方向(“头碰头”)重叠,可沿键轴自由旋转 沿键轴方向平行(“肩并肩”)重叠,不能旋转 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 较活泼 成键规 律判断 σ键可单独存在,π键不能单独存在。共价单键是σ键;共价双键中一个是σ键,另一个是π键;共价三键中一个是σ键,另两个是π键 实例 CH4、OH-只含有σ键,N≡N中既含有σ键又含有π键 续表 3.极性键和非极性键 (1)分类标准 共用电子是否偏移 (2)比较 类型 形成元素 共用电子偏移 原子电性 非极 性键 _____元素 两原子电负性相同,共用电子_______ 两原子都不显电性 极性键 ___________________ 元素 共用电子偏向电负性______的原子 电负性较大的原子显___电性,电负性较小的原子显___电性 同种 不同种 不偏移 较大 负 正 (3)共价键极性强弱判断 成键原子所属元素电负性差值越大,键的极性就越强。 (4)应用 键的极性成为解释和预测物质性质,判断反应活性部位和反应产物的常用工具。 应用化学 　 观察如图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构,并回答下列问题。 1.它们分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成? 提示:乙烷:7个σ键;乙烯:5个σ键和1个π键;乙炔:3个σ键和2个π键。 2.乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼? 提示:乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度小,不牢固,容易断裂;而乙烷中没有π键,σ键牢固,不易断裂。 3.在气体单质分子中,一定含有σ键,可能含有π键吗? 提示:不一定。稀有气体的单质分子中不含化学键;多原子分子中一定含有σ键,可能含有π键。 4.乙烷含有极性键和非极性键分别是什么? 提示:C—H键为极性键,C—C键为非极性键。 [题点多维训练] 1.下列物质的分子中既有σ键又有π键的是(　　) ①HCl　②H2O　③N2　④H2O2　⑤C2H4　⑥C2H2 A.①②③ B.③④⑤⑥ C.①③⑥ D.③⑤⑥ √ 解析:当两个原子间能形成多个共用电子对时,先形成一个σ键,另外的原子轨道只能形成π键。HCl中只有一个H—Cl σ键;H2O中含有两个H—O σ键;H2O2中含有两个H—O σ键和一个O—O σ键;N2中含有三个共价键:一个为σ键,两个为π键;C2H4中,碳原子与碳原子之间有两个共价键,一个为σ键,一个为π键,另外有四个C—H σ键;C2H2中,碳原子与碳原子之间有三个共价键,一个为σ键,两个为π键,另外有两个C—H σ键。 2.下列说法正确的是 (　　) A.一般σ键比π键重叠程度大,所以C2H4中σ键强于π键 B.两个原子形成共价键时,形成的σ键数只能为1 C.1个乙烯分子中含有5个σ键和1个π键 D.HClO分子中有s⁃p σ键和p⁃p π键 √ 解析:σ键的原子轨道采用“头碰头”方式重叠成键,π键的原子轨道采用“肩并肩”方式重叠成键,一般前者比后者重叠程度大,所以C2H4中σ键强于π键,A正确;两个原子间可能形成单键、双键或三键,单键为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,B正确;1个乙烯分子中含有5个σ键和1个π键,C正确;HClO分子的结构为H—O—Cl,H—O键为s⁃p σ键,O—Cl键为p⁃p σ键,D错误。 3.(1)1 mol丙酮( )分子中含有σ键的数目为　　　　　　　　　　　　。  (2)1个N2分子中含有　　　个σ键和　　　个π键。  (3)1个丁烯二酸(HOOCCH CHCOOH)分子中含有　　　个σ键和　　　个π键。  (4)在1个N2F2分子中,所有原子均满足8电子稳定结构,则该分子中两个N原子间的成键类型是　　　个σ键和　　　个π键。  9×6.02×1023(或9NA) 1 2 11 3 1 1 4.下列物质中,只有极性键的是　　　 　(填序号,下同),只有非极性键的是 　 　,既含有极性键,又含有非极性键的是　　　。  ①H2　②HCl　③NH3　④H2O2　⑤CO2　 ⑥CCl4　⑦C2H6 解析:同种元素的原子间形成非极性键,不同种元素的原子间形成极性键,H2O2中2个氧原子间存在非极性键,C2H6中碳原子间存在非极性键。 ②③⑤⑥ ① ④⑦ |归纳拓展|σ键与π键的辨析 　 ①两原子之间可以只形成σ键,但不能只形成π键,即多原子分子中一定有σ键,可能有π键。 ②以形成σ键的两个原子核的连线为轴,任意一个原子可以绕轴旋转,并不会破坏σ键。以形成π键的两个原子核的连线为轴,任意一个原子不能单独旋转。 ③通常情况下,σ键比π键牢固,π键容易断裂,如乙烯、乙炔的化学性质比乙烷活泼,但N2中的π键由于电子云重叠程度大,π键牢固,故N2中的π键不易断裂,不易发生加成反应和氧化反应。 03 课时跟踪检测 1.下列分子中的σ键是由两个原子的s轨道以“头碰头”方式重叠而形成的是 (　　) A.H2 B.I2 C.Cl2 D.F2 解析:H2是氢原子中的1s轨道“头碰头”形成σ键,A正确;I原子、Cl原子和F原子都是p轨道“头碰头”形成σ键,B、C、D均错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 2.(2024·石嘴山市平罗中学高二上学期期中)下列共价键中,属于极性键且极性最强的是 (　　) A. B. C. D.—C≡C— √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 解析:不同原子之间才能形成极性键,排除A、D项;形成共用电子对的两元素的非金属性强弱相差越大,形成的共价键的极性越强,B、C选项中,都含有碳原子,其他元素的非金属性大小关系为O>N,则极性键极性最强的是 。 3.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.H2O与H2S的空间结构一样是由共价键的饱和性决定的 C.并非所有的共价键都有方向性 D.两原子轨道发生重叠后,电子在两核间出现的概率减小 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 √ 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不正确;H2O与H2S的空间结构与共价键的方向性密切相关,B不正确;例如氢气中的共价键没有方向性,C正确;两原子轨道发生重叠后,电子在两核间出现的概率增大,D不正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 4.食醋的有效成分是醋酸(结构简式为CH3COOH),以下有关醋酸的说法中正确的是 (　　) A.分子中所含的共价键全部都是极性键 B.分子中的两个氧原子之间是非极性键 C.分子中碳原子间既含有σ键又含有π键 D.分子中既有极性键又有非极性键 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 √ 解析:醋酸的结构式为 ,由此可以看出分子中含有极性键和非极性键,两个氧原子间不存在化学键,碳原子间只存在σ键。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 5.比较下列共价键的形成过程,其中形成的是π键的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 √ 解析:选项A是2个p轨道“肩并肩”重叠形成的π键;选项B是s轨道与p轨道重叠形成的σ键;选项C是2个p轨道重叠形成的σ键;选项D是两个s轨道重叠形成的σ键。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 6.(2024·天津北辰高二检测)下列说法中不正确的是 (　　) A.一般σ键比π键电子云重叠程度大,形成的共价键强 B.两个原子间形成共价键时,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.N2分子中有一个σ键和两个π键 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 √ 解析:一般形成σ键时,电子云重叠程度比形成π键时的重叠程度大,σ键比π键稳定,A正确;两个原子之间形成共价单键、共价双键和共价三键时,均只含一个σ键,共价双键和共价三键还分别含一个和两个π键,B正确;稀有气体分子是单原子分子,不含化学键,C错误;N2分子中含有一个σ键和两个π键,D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 7.P元素的价电子排布为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 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 √ 解析:PCl3的电子式为︰︰︰︰,P—Cl键都是σ键。PCl5分子中有5个P—Cl σ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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 8.在下列化学反应所断裂的共价键中,仅断裂σ键的是 (　　) A.N2+3H2 2NH3 B.2C2H2+5O2 2H2O+4CO2 C.Cl2+H2 2HCl D.C2H4+H2 C2H6 解析:氮气中π键断裂,故A不选;乙炔和氧气中π键断裂,故B不选;乙烯中π键断裂,故D不选。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 √ 9.氰气的化学式为(CN)2,结构式为N≡C—C≡N,性质与卤素相似。下列关于氰气的叙述不正确的是 (　　) A.能与氢氧化钠溶液发生反应 B.分子中所有原子的最外层均达到8电子稳定结构 C.1个分子中含有3个σ键和4个π键 D.分子中只有非极性键 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 √ 解析:氯气能与NaOH溶液反应,氰气与氯气的性质相似,则氰气也能与氢氧化钠溶液发生反应,A项正确;由氰气的结构式可知,碳原子和氮原子的最外层均达到8电子稳定结构,B项正确;1个氰气分子中含有3个σ键和4个π键,C项正确;氰气分子中C—C键为非极性键,N≡C键为极性键,D项错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 10.由短周期前10号元素组成的物质T和X有如图所示的转化。X不稳定,易分解。下列有关说法正确的是 (　　) A.为使该转化成功进行,Y可以是酸性KMnO4溶液 B.1 mol的T、X分子中含有π键的数目均为2NA C.X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍 D.T分子中只含有极性键,X分子中既含有极性键又含有非极性键 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 √ 解析:由球棍模型可知,T为HCHO,X不稳定,易分解,则X为H2CO3,Y为氧化剂,可以选择氧化性较强的酸性KMnO4溶液,A项正确;T与X中均含有一个双键,因此1个分子中均只有一个π键,故B错误;X分子中含有的σ键个数为5,T分子中含有的σ键个数为3,C项错误;T、X分子均只含有极性键,无非极性键,D项错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 11.完成下列各题。 (1)关于乙醇分子的说法正确的是　　　(填字母)。  A.1个分子中共含有8个极性键 B.分子中不含非极性键 C.分子中只含σ键 D.1个分子中含有1个π键 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 C 解析:乙醇的结构式为 ,共含有8个共价键,其中C—H、C—O、O—H键为极性键,共7个,C—C键为非极性键。由于全为单键,故无π键。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 (2)分析下列化学式中划有横线的元素,选出符合要求的物质编号,填写在横线上。 A.C2H4　B.H2S　C.HBr　D.CH4 E.C2H6　F.O2　G.NH3 ①所有的价电子都参与形成共价键的是　　　　;  ②只有一个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　　。  1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 ADE C BCFG AF 解析:C2H4分子中1个C原子与2个H原子形成2个σ键,与另1个C原子形成1个σ键和1个π键,所有价电子都参与成键;H2S中S原子与2个H原子形成2个σ键,还有2对未成键电子;HBr分子中Br原子与1个H原子形成1个σ键,还有3对未成键的电子;CH4分子中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分子中1个C原子分别与3个H原子及另1个C原子形成4个σ键,所有价电子都参与成键;O2分子中1个O原子与另1个O原子形成1个σ键和1个π键,还有2对未成键的电子;NH3分子中1个N原子与3个H原子形成3个σ键,还有1对未成键的电子。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 12.回答下列问题。 (1)有以下物质:A.HF　B.Br2　C.H2O　D.N2　E.C2H4　F.C2H6　G.H2　H.H2O2　 I.H—C≡N　J.CO2　K.HCHO ①既含有极性键,又含有非极性键的是　　　　;  ②既有σ键又有π键的是　　　　;  1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 EFH DEIJK 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水分子是H2O而不是H3O,是因为共价键具有　　　　性。  (2)溴化碘(IBr)的化学性质类似于卤素单质,溴化碘的电子式是　　　　　。溴化碘和水反应生成了HBr和一种三原子分子M,M分子的电子式为　　　　　。  1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 ACEFHIK 饱和 ︰︰︰ H︰︰︰ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 (3)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不同。 ①碳和硅在形成化合物时,其键型以共价键为主,原因是______________ ___________________________________________。  碳原子和硅原子 有4个价电子,难以通过得或失电子达到稳定结构 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 ②CO2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?___________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________。  C、O的原子半径相差较小,C、O原子能充分接近,p⁃p轨 道肩并肩重叠程度较大,可形成较稳定的π键;而Si、O原子半径相差较大, Si、O原子间距离较大,p⁃p轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成稳定的π键 高阶思维训练 13.N2的结构可以表示为 ,CO的结构可以表示为 ,其中椭圆框表示π键,·表示对应原子提供的电子。下列说法错误的是(　　) A.N2分子与CO分子中都含σ键和π键 B.N2分子与CO分子中的π键不完全相同 C.电负性:C<O D.N2分子中含有2个π键,CO分子中含有1个π键 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 √ 解析:从题图可以看出,N2分子与CO分子中均含有1个σ键和2个π键,A项正确,D项错误;N2分子中的π键是由每个氮原子各提供一个p电子以“肩并肩”的方式形成的,而CO分子中的一个π键是由O原子单方面提供电子形成的,B项正确;同一周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大,故电负性:C<O,C项正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 14.化合物A是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式如图所示。下列说法不正确的是(设NA表示阿伏加德罗常数的值) (　　) A.A分子中既含极性键,又含非极性键 B.A分子中的共用电子对数为11 C.1 mol A分子中所含σ键的数目为11NA D.A是共价化合物 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 √ 解析:A分子中N—N键是非极性键,其余化学键为极性键,A项正确;1个A分子中含有10个共价单键和1个碳氧双键,故A分子中的共用电子对数为12,所含σ键的数目为11,B项不正确，C项正确;A分子中只有共价键,故A是共价化合物,D项正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 15.X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6;Y元素是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素;Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子,与X不同族;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。 (1)Y2分子中存在的σ键和π键个数之比为　　 　。 解析:X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。 N2中含N≡N键,三键中有1个σ键、2个π键。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 1∶2 (2)X—H键和Y—H键属于极性共价键,其中极性较强的是　 　(X、Y用元素符号表示)键。X的第一电离能比Y的　　(填“大”或“小”)。  解析:X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。 C的非金属性比N的弱,故C—H键和N—H键中极性较强的是N—H键。C的第一电离能比N的小。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 N—H 小 (3)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应水化物的浓溶液反应的化学方程式: ______________________________________ 解析:X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。 C与浓硫酸加热时反应生成CO2、SO2和H2O。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O (4)W的基态原子的价电子排布式为　　　　。  解析:X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。 铁的原子序数为26,其基态原子的价电子排布式为3d64s2。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 14 15 3d64s2 $$