3.3.1 共价键的形成及类型 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （苏教版2019，闽苏桂蒙陕冀）

专题3　第三单元 第1课时　共价键的形成及类型 1 1.了解共价键的形成条件及实质，能从微观角度分析共价键的类型，会区分σ键 和π键、极性键和非极性键，促进宏观辨识与微观探析学科核心素养的发展。 2.能熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数，从而建立判断σ键和π键的思维模型。 核心素养 发展目标 一、共价键的形成 二、共价键的类型 课时对点练 内容索引 共价键的形成 一 1.共价键 通常情况下， 相近的原子之间通过共用电子对形成共价键。 2.共价键形成过程(以氢气分子的形成为例) 吸引电子能力 (1)当两个氢原子相互接近时，若两个氢原子核外 电子的自旋方向 ，它们接近到一定距离时， 两个 轨道发生重叠，电子在两原子核间出现的 机会 。随着核间距的减小，核间电子出现的 机会增大，体系的能量逐渐 ，达到能量最低状态。核间距进一步减小时，两原子间的斥力使体系的能量迅速上升，这种排斥作用又将氢原子推回到平衡位置。氢分子的形成过程中能量(主要指势能)随核间距的变化如图曲线a所示。 相反 1s 较大 下降 (2)若两个氢原子核外电子的自旋方向相同，当 它们相互接近时，原子间总是排斥作用占主导 地位，如图曲线b所示。所以两个带有自旋方向 的电子的氢原子不可能形成氢分子。 3.共价键形成的本质 当成键原子相互接近时，原子轨道发生 ，自旋方向 的______ 电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度 ，体系的能量_____。 相同 重叠 相反 未成对 增加 降低 4.共价键的特征 电子出现机会最大 一定 (1)形成共价键后体系的能量降低，趋于稳定 (2)共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的 (3)共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系 (4)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的 (5)原子轨道在空间都具有方向性 × √ 正误判断 √ √ √ 1.根据H2分子的形成过程，与同学讨论F2和HF分子是怎样形成的。 深度思考 提示　由氢原子和氟原子的核外电子排布可知，H原子最外层只有一个电子，F原子的最外层有7个电子，形成HF、F2时每个原子提供一个电子，形成一对共用电子对，形成HF和F2分子。 2.根据下表所示N、O、F原子的轨道表示式，结合你对共价键的理解，说明为什么它们与氢原子形成的简单化合物分别为NH3、H2O和HF。 深度思考 N、O、F原子的电子排布式和轨道表示式 原子 电子排布式 轨道表示式 氮(N) 1s22s22p3   氧(O) 1s22s22p4   氟(F) 1s22s22p5   深度思考 提示　N、O、F原子最外层分别有5、6、7个电子，H原子最外层有1个电子，根据共价键的饱和性可知，N、O、F原子分别与3、2、1个氢原子形成3、2、1对共用电子对，形成8(H为2)电子稳定结构，故它们与氢原子形成的简单化合物分别为NH3、H2O和HF。 3.为什么共价键有方向性？任何原子形成的共价键都有方向性吗？ 深度思考 提示　形成共价键时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，重叠程度越大，形成的共价键越牢固，所以共价键有方向性。不是所有共价键都有方向性，如H2分子中共价键没有方向性。 归纳总结 (1)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空间结构。 (2)原子轨道的类型决定着共价键的方向性。 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.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 应用体验 √ 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； 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。 2.下列各组物质中，所有化学键都是共价键的是 A.H2S和Na2O2 B.H2O2和CaF2 C.NH3和N2 D.HNO3和NaCl 应用体验 √ A项，Na2O2中既有离子键又有O—O共价键，不符合题意； B项，CaF2中只有离子键，不符合题意； D项，NaCl中只有离子键，不符合题意。 易错提醒 对于共价键的错误认识 (1)共价键不仅存在于共价化合物中，也可以存在于离子化合物中，如NaOH、NH4Cl中都含有共价键，还可以存在于非金属单质中，如H2、O3等。 (2)所有的共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如H2分子中的共价键就没有方向性。 返回 共价键的类型 二 1.σ键和π键 (1) 头碰头 肩并肩 (2)σ键和π键的比较 共价键类型 σ键 π键 成键示意图(常见类型)     原子轨道重叠方式 沿键轴方向重叠(“头碰头”) 沿键轴方向平行重叠(“肩并肩”) 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 原子轨道重叠程度 ____ ____ 键的强度 ______ ______ 化学活泼性 不活泼 活泼 大 小 较大 较小 2.非极性键和极性键 (1)非极性键和极性键 类型 形成元素 共用电子对偏移 原子电性 非极性键 _____元素 两原子电负性相同，共用电子对_______ 两原子都不显电性 极性键 ______元素 共用电子对偏向电负性_____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 不偏移 不同种 较大 负 正 (2)键的极性强弱判断 一般情况下，两种成键元素间的电负性差值越大，它们形成的共价键的极性就越强。如下列共价键的极性由强到弱的顺序排列为F—H>O—H>N—H> C—H。 3.配位键——特殊共价键 (1)概念：由一个原子提供孤电子对与另一个有空轨道可接受电子的原子形成的共价键。 (2)表示方法：在表示分子或离子的结构式时，常用“→”表示配位键，其箭头指向 的原子。 (3)配位键与共价键在形成过程上的主要不同是配位键的共用电子对是由某个原子提供的，共价键的共用电子对是成键原子双方共同提供的。 接受孤电子对 1.观察如图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构，并回答下列问题。 深度思考 (1)它们的分子中分别由几个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，不稳定，容易断裂；而乙烷中没有π键，σ键较稳定，不易断裂。 2.在气体单质分子中，一定含有σ键，可能含有π键吗？ 深度思考 提示　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。 3.BeCl2以二聚体形式存在， 提示　 试标出配位键。 4.Ge与C同族元素，C原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析，原因是______________ ____________________________________________________________ ________________________________。 深度思考 由于Ge原子半径大，Ge原子间形成的σ键较长，p轨道与p轨道“肩并肩”重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键 归纳总结 1.σ键和π键的判断方法 (1)依据共价键的类型判断 即：两原子形成共价键时，有且只有1个σ键。 归纳总结 2.非极性、极性键、配位键的区别与联系 类型 非极性键 极性键 配位键 本质 相邻原子间的共用电子对(原子轨道重叠)与原子核间的静电作用 成键条件(元素种类) 同种非金属元素 不同非金属元素或金属元素与非金属元素 成键原子一方有孤电子对，另一方有空轨道 1.下列说法对σ键和π键的认识不正确的是 A.分子中只要含有共价键，则至少含有一个σ键 B.s-s σ键、p-p σ键与s-p σ键都是轴对称的 C.p-p σ键和p-p π键的重叠方式是相同的 D.含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者 应用体验 √ 单键为σ键，双键和三键中均含1个σ键，所以分子中只要含有共价键，则至少含有一个σ键，故A正确； 因s-s σ键、p-p σ键与s-p σ键的电子云均为“头碰头”重叠，则为轴对称，故B正确； p-p σ键是“头碰头”重叠，而p-p π键是“肩并肩”重叠，故C错误； π键不稳定，易断裂，则含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者，故D正确。 应用体验 √ ①H3O＋中，H＋提供空轨道，O原子提供孤电子对形成配位键，符合； ③CH3COO－中没有提供空轨道的微粒，没有形成配位键，不符合； ④NH3中没有提供空轨道的微粒，没有形成配位键，不符合； ⑤CH4中没有提供空轨道的微粒，没有形成配位键，不符合。 应用体验 3.现有以下物质：①HF　②Cl2　③H2O　④N2　⑤C2H4　⑥C2H6　⑦H2　⑧H2O2 按要求回答下列问题(填序号)： (1)只含有极性键的是______；只含有非极性键的是________；既含有极性键，又含有非极性键的是__________。 ①③ ②④⑦ ⑤⑥⑧ ①中H—F键、③中H—O键属于极性键；②中Cl—Cl键、④中N≡N键、⑦中H—H键属于非极性键；⑤中C—H键属于极性键，C==C键属于非极性键，⑥中C—H键属于极性键，C—C键属于非极性键，⑧中H—O键属于极性键，O—O键属于非极性键。 应用体验 (2)只含有σ键的是_____________；既含有σ键又含有π键的是______。 (3)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是_____。 (4)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_____________。 ①②③⑥⑦⑧ ④⑤ ⑦ ②中Cl—Cl键、④中N≡N键、⑤中C==C键、⑥中C—C键、⑧中O—O 键都是由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键。 ②④⑤⑥⑧ 返回 课时对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 题组一　共价键的形成与判断 1.(2022·无锡联考)下列关于共价键的说法错误的是 A.共价键是原子间通过共用电子对形成的 B.形成共价键的原子电负性相同或相差不大 C.一般情况下，一个原子有几个未成对电子，就会和几个自旋方向相反 的未成对电子成键 D.共价键不属于电性作用 √ 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 共价键是成键原子间通过共用电子对形成的，A项正确； 根据共价键的饱和性，一个原子有几个未成对电子，就会和几个自旋方向相反的未成对电子成键，C项正确； 形成共价键时，原子核对共用电子对有吸引作用，同时原子核与原子核之间、电子与电子之间存在排斥作用，即共价键属于电性作用，D项错误。 2.下列说法正确的是 A.所有的原子轨道都具有一定的伸展方向，因此所有的共价键都具有方 向性 B.某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数目一定等于该元素原子 的外围电子数 C.基态C原子有两个未成对电子，所以最多只能形成2个共价键 D.1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子，是由共价键的饱和 性决定的 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 只有2个s轨道重叠形成的共价键没有方向性，其他原子轨道重叠形成的共价键都有方向性，A不正确； 非金属元素的原子形成的共价键数目一般等于该原子最外层的未成对电子数，不能说一定等于该元素原子的外围电子数，B不正确； 在形成CH4分子的过程中，形成了4个共价键，C不正确； N原子最外层2p轨道上共有3个未成对电子，1个N原子可以与3个H原子结合形成NH3，此时共价键饱和，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 题组二　共价键的分类及判断 3.下列关于σ键和π键的理解不正确的是 A.σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转 B.H2分子中的σ键是s-s σ键，HClO分子中的σ键都是p-p σ键 C.C2H4分子和N2H4分子中都含有5个σ键 D.σ键以“头碰头”方式重叠，π键以“肩并肩”方式重叠 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 σ键为轴对称，π键为镜面对称，则σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转，故A正确； H只有1s轨道上的电子，O的2p轨道上的电子与H的1s轨道上的电子以“头碰头”方式重叠形成s-p σ键，故B错误； 乙烯分子中氢原子和碳原子之间存在共价单键，为σ键，碳原子与碳原子之间存在共价双键，有1个σ键和1个π键，则C2H4分子中有5个σ键和1个π键，N2H4中只有5个共价单键，即含有5个σ键，故C正确； π键为p电子“肩并肩”重叠形成，而σ键为s或p电子“头碰头”重叠形成，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 4.(2023·河北邢台二中高二期末)下列关于σ键和π键的说法中错误的是 A.s-s σ键与s-p σ键的电子云形状的对称性相同 B.所有的σ键的强度都比π键的大 C.H原子只能形成σ键而O原子可以形成σ键和π键 D.在 H2O2 中只有σ键没有π键 √ 在N2中，σ键的强度比π键的小，B错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 5.下列物质的分子中既有σ键又有π键，并含有非极性键的是 ①NH3　②N2　③H2O　④HCl　⑤C2H4　⑥C2H2 A.②⑤⑥ B.①②⑤⑥ C.②③④ D.②④⑥ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 ①NH3中存在H—N键，只有σ键，故错误； ②N2的结构式为N≡N，含有σ键和π键，N与N之间为非极性键，故正确； ③H2O中只存在H—O键，即只有σ键，故错误； ④HCl的结构式为H—Cl，只存在σ键，故错误； ⑤C2H4中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价双键，含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确； ⑥C2H2中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价三键，所以含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 6.在下列化学反应中，所断裂的共价键中，仅仅断裂σ键的是 A.N2＋3H2 2NH3 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 氮气中π键断裂，故A不选； 乙炔中π键断裂，故B不选； 氯气、氢气中均为σ键断裂，故C选； 乙烯中π键断裂，故D不选。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 7.若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是 A.X、Y只能是分子 B.X、Y只能是离子 C.若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对 D.若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必须是一种微粒提供空轨道、另一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确； 配位键中箭头应该指向提供空轨道的X，D项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 8.下列分子或离子中，能提供孤电子对与某些金属离子形成配位键的是 ①H2O　②NH3　③F－　④CN－　⑤CO A.①② B.①②③ C.①②④ D.①②③④⑤ √ 能与某些金属离子形成配位键应为含有孤电子对的阴离子或分子，以上五种微粒的结构中都含有孤电子对。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 9.硝基胍的结构简式如图所示(“→”是一种特殊的共价单键，属于σ键)。下列说法正确的是 A.硝基胍分子中只含极性键，不含非极性键 B.N原子间只能形成σ键 C.硝基胍分子中σ键与π键的个数比是5∶1 D.10.4 g硝基胍中含有11×6.02×1023个原子 √ 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 分子中N—N键为非极性键，A项错误； N原子间可以形成σ键和π键，B项错误； 分子中含有4个N—H键、1个C==N键、1个N==O键、 2个C—N键、1个N—N键和1个N→O键，σ键与π键的个数比是5∶1，C项正确； 硝基胍的分子式为CN4H4O2，相对分子质量为104,10.4 g该物质的物质的量为0.1 mol，含有1.1×6.02×1023个原子，D项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10. 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 √ 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 从题图可以看出，N2分子与CO分子均含有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对形成的，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。 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 11.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(设NA代表阿伏加德罗常数的值) A.为使该转化成功进行，Y可以 是酸性KMnO4溶液 B.等物质的量的T、X分子中含有 π键的数目均为NA 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 由结构模型可知，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； 等物质的量并不一定是1 mol，B项错误； 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分子中均只含有极性键，无非极性键，D项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 12.分析下列化学式中画横线的元素，选出符合要求的物质填空。 A.NH3　B.H2O　C.HCl　 D.CH4　E.C2H6　F.N2 (1)所有的外围电子都参与形成共价键的是______(填字母，下同)。 (2)只有一个外围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_____。 DE C ABCF F 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 NH3中氮原子与3个氢原子形成3个σ键，还有一对未成键电子；H2O中氧原子与2个氢原子形成2个σ键，还有两对未成键电子；HCl中氯原子与1个氢原子形成1个σ键，还有三对未成键电子；CH4中碳原子与4个氢原子形成4个σ键，所有外围电子都参与成键；C2H6中碳原子分别与3个氢原子及另1个碳原子形成4个σ键，所有外围电子都参与成键；N2中1个氮原子与另1个氮原子形成1个σ键、2个π键，还有一对未成键电子。 13.回答下列问题(设NA为阿伏加德罗常数的值)： (1)1 mol CO2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分子中σ键与π键数目之比为______。 (3)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键的个数之比为______。 (4)1 mol乙醛分子中含有 σ键的数目为______，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为____。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 2NA 1∶2 1∶1 5∶1 6NA 7 14.下面是A～G七种元素的电子排布： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 元素 电子排布 电子层 A B C D E F G K 1 2 2 2 2 2 2 L   4 5 6 8 8 8 M         1 3 7 试根据由上述元素构成的物质的化学式回答下列问题。 (1)写出一种常见的由非极性键形成的双原子分子：__________________。 H2(合理即可，下同) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 根据各原子的电子排布可推知：A为H、B为C、C为N、D为O、E为Na、F为Al、G为Cl。由同种非金属元素形成的双原子分子中含有非极性键，有H2、N2、O2、Cl2。 (2)写出一种由极性键形成的双原子分子：______。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 元素 电子排布 电子层 A B C D E F G K 1 2 2 2 2 2 2 L   4 5 6 8 8 8 M         1 3 7 HCl 由极性键形成的双原子分子有HCl、CO、NO。 (3)写出一种由极性键形成的三原子分子：______。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 元素 电子排布 电子层 A B C D E F G K 1 2 2 2 2 2 2 L   4 5 6 8 8 8 M         1 3 7 HCN 由极性键构成的三原子分子有HCN、CO2、N2O、H2O等。 (4)写出一种由三种元素形成的既含离子键又含共价键的化合物：______， 其电子式为______________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 元素 电子排布 电子层 A B C D E F G K 1 2 2 2 2 2 2 L   4 5 6 8 8 8 M         1 3 7 NaOH (5)写出一种既含离子键又含非极性键的化合物：________，其电子式为 ___________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 元素 电子排布 电子层 A B C D E F G K 1 2 2 2 2 2 2 L   4 5 6 8 8 8 M         1 3 7 Na2O2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15.(1)在500 K和1.01×105 Pa时，氯化铝蒸气的密度(换算成标准状况时)为11.92 g·L－1，且已知它的结构中还含有配位键，其化学式为________， 请在其结构式中标出配位键：_________________。 15 综合强化 Al2Cl6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)在分子结构式中，由一个原子提供孤电子对而形 成的共价键用“→”表示，例如硫酸： ， 硝基甲烷： 。请在三硝酸甘油酯的结构式 中标出配位键： 15 综合强化 答案　 返回 共价键类型 (2)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。 2.(2023·四川宜宾高二检测)下列微粒：①H3O＋　②NH　③CH3COO－　④NH3　⑤CH4中含有配位键的是 A.①② B.①③ C.④⑤ D.②④ ②NH中H＋提供空轨道，N原子提供孤电子对形成配位键，符合； B.2C2H2＋5O22H2O＋4CO2 C.Cl2＋H22HCl D.C2H4＋H2C2H6 $$null