2.1 共价键 课件2024-2025学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2

选修二物质结构与性质 第1节 共价键模型 吉尔伯特·牛顿·路易斯（Gilbert Newton Lewis，1875—1946年），美国化学家，美国加州大学伯克利分校教授、前伯克利化学院院长，曾41次获得诺贝尔化学奖提名，而他从未获奖也成为诺贝尔奖历史上的巨大争议之一。 路易斯是化学热力学创始人之一，提出了电子对共价键理论、酸碱电子理论等，化学中的“路易斯结构式”即是以其名字命名，他还在同位素分离、光化学领域做出了贡献，并于1926年命名了“光子（photon）”。 吉尔伯特·路易斯1875年10月25日生 1891年起，他先后在内布拉斯加大学和哈佛大学学习，1899年获得哈佛化学博士学位。 后去德国莱比锡大学和哥廷根大学进修，曾在物理化学家奥斯特瓦尔德以及能斯特的指导下从事研究工作。 1901年返回哈佛大学任教，1905-1912年在麻省理工学院任教并致力于物理化学研究，1911年成为正教授。 1912年后至加利福尼亚大学伯克利分校任教，直至去世。在伯克利任教期间，路易斯培养、影响了众多诺贝尔奖得主，包括哈罗德·克莱顿·尤里、威廉·弗朗西斯·吉奥克、格伦·西奥多·西博格、威拉得·利比、梅尔文·卡尔文等等，使得伯克利成为世界上最重要的化学中心之一，而伯克利校园内的“路易斯楼（Lewis Hall）”也是以其名字命名。 1916年，路易斯和柯塞尔同时研究原子价的电子理论。柯塞尔主要研究电价键理论。路易斯主要研究共价键理论，该理论认为，两个(或多个)原子可以相互“共有”一对或多对电子，以便达成惰性气体原子的电子层结构，而形成共价键。路易斯在1916年《原子和分子》和1928年《价键及原子和分子的结构》中阐述了他的共价键电子理论的观点，并列出无机物和有机物的电子结构式。路易斯提出的共价键的电子理论，基本上解释了共价键的饱和性，明确了共价键的特点。共价键理论和电价键理论的建立，使得十九世纪中叶开始应用的两元素间的短线(即表示原子间的相互作用力或称“化学亲和力”)开始有明确的物理意义。但还没解决共价键的本性问题。 【回顾】回忆化学必修课程中有关化学 键的知识，回答以下几个问题： （1）化学键的定义及基本分类 （2）离子键、共价键的定义 （3）离子化合物、共价化合物的定义 [针对练习1] 下列物质只含共价键的是(　　) A．Na2O2 B．H2O C．NH4Cl D．NaOH B 一、共价键形成和特征 1.氢分子形成 (1)氢原子间距离与能量的关系： (2)为什么会出现这种情况? 2.共价键的本质: 高概率地出现在两个原子核间的电子与 两个原子核之间的电性作用是共价键的本质. 如:H2 是H原子间1s电子 HCl是H的1s电子与Cl的3p电子 Cl2 是两个Cl原子3p轨道上的一个电子。 1.通常电负性相同或差值小的非金属元素原子形成的化学键； 2.成键原子一般有未成对电子，用来相互配对成键（自旋反向）； 3.成键原子的原子轨道在空间重叠使体系能量降低。在形成共价键时，原子轨道重叠越多，电子在核间出现的概率大，所形成的共价键就牢固。 3.共价键的形成条件 4、共价键的特征 （1）饱和性： 每个原子所能形成共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的，这称为共价键的饱和性。 （2）方向性： 共价键尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，这就是共价键的方向性。H-H（ H2）无方向性 [针对练习2] 下列说法正确的是(　　) A．若把H2Ｏ分子写成H3Ｏ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 A “交流·研讨” 你已经了解到，水分子的化学式之所以是H2O，是因为氧原子有两个未成对电子，它们分别与氢原子的一个未成对电子配对成键形成水分子。那么，由氮原子构成的氮分子的结构又是怎样的呢？为什么氮气非常稳定，不易发生化学反应呢？ 二、共价键的类型 N原子的价电子排布式： 【探究】利用所学知识分析一下N2的结构，解释氮气化学性质稳定的原因。 2S 2P 2 3 N原子的价电子轨道表示式： N2的结构式： N三N 原子轨道的重叠方式？ ↑↓ ↑ ↑ ↑ 2S 2P 【小结】σ键的成键特点： ①沿键轴（两核的连线）方向 “头碰头”重叠成键 ②σ键可以沿键轴旋转； ③σ键较稳定，存在于一切共价键中。因而，只含有σ键的化合物性质是比较稳定的（烷烃）。  1、σ键 与π键 （1）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。 【小结】 π键的成键特点: ① “肩并肩”重叠成键； ② 电子云重叠程度不及σ键，较活泼； ③ π键必须与σ键共存； ④ π键不能自由旋转。 （2）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。 【小结】一般说来，共价单键是σ键， 共价双键一般是σ+π键， 共价叁键则是σ+2π键， 所以在分子中，σ键是基础，且任何两个原子之间只能形成一个σ键。 （3）σ键 与π键的比较 电子云形状 结构特征 强度 存 在 σ键 π键 头碰头 轴对称 较大 单、双、三键 肩并肩 镜像对称 较小 双、三键 C [针对练习3] 下列说法中不正确的是(　　) 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，2个π键 H2 HCl 特 征 组成 原子吸引共用电子对的能力 共用电子对的位置 成键原子的 电性 结 论 同种元素原子 不同种元素原子 相同 不相同 不偏向任何一个原子 偏向吸引电子能力强的原子 【探究】H2分子与HCl分子中的共价键是否相同？ H   H 共用电子对无偏向 共用电子对偏向Cl 不显电性 相对显正电性 相对显负电性 H Cl         a b a b H2 HCl 特 征 组成 原子吸引共用电子对的能力 共用电子对的位置 成键原子的 电性 结 论 同种元素原子 不同种元素原子 相同 不相同 不偏向任何一个原子 偏向吸引电子能力强的原子 不显电性 显电性 键无极性 键有极性 2、 非极性键和极性键 （1）非极性键: 同种非金属元素原子间形成的共价键是非极性键（共用电子对无偏向） 如:H2(H-H) Cl2(Cl-Cl) N2(N N) （2）极性键： 不同种非金属元素原子间形成的共价键是极性键（共用电子对有偏向） 如:HCl(H-Cl) H2O(H-O-H) 1．（2018年全国卷）LiAlH4是有机合成中常用的还原剂， LiAlH4中，存在_____。 A．离子键 B．σ键 C．π键 D．氢键 2．下列分子中，只有σ键没有π键的是(　　) A．CH4 B． N2 C．CH2===CH2 D．CH≡CH 3．①CH4　②NH3　③N2　④H2O2　⑤C2H4　⑥C2H2　⑦HCl 分子中只含σ键的是__________，含2个π键的是__________，既含σ键，又含π键的是__________；只含极性键的是__________，只含非极性键的是__________，既含极性键又含非极性键的是__________。(填序号)。 B 【当堂检测】 A ④⑤⑥ ①②④⑦ ③⑥ ③⑤⑥ ①②⑦ ③ “联想·质疑” 氯化氢、碘化氢的分子结构非常相似，它们都是双原子分子，分子中都只有一个共价键，但它们表现出来的稳定性却大不一样。例如，在1000℃时，只有0.001%的氯化氢分解生成氢气和氯气，却有高达33%的碘化氢分解为氢气和单质碘。这是为什么？ 三、共价键的参数 参数:描述共价键性质的物理量. 1.键能： 在101.3kPa,298K条件下,断开1molAB(g)分子中的化学键,使其分别变成气态A原子和气态B原子所吸收的能量.称为A-B键能.用E A-B表示. [提出问题] (1)键能是共价键强度的一种标度，键能的大小与键的强度有什么关系? (2)键能与化学反应的能量变化有什么联系?怎样利用键能的数据计算反应的热效应? 规律:键能越大,化学键越牢固,由该键形成的分子越稳定 共价键的键能与化学反应热 (1)化学反应的实质:化学反应的实质就是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。 (2)化学反应过程有能量变化:反应物和生成物中化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。 (3)放热反应和吸热反应。 ①放热反应:旧键断裂消耗的总能量小于新键形成放出的总能量。 ②吸热反应:旧键断裂消耗的总能量大于新键形成放出的总能量。 (4)反应热(ΔH)与键能的关系: ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。 注意:ΔH<0时,为放热反应;ΔH>0时,为吸热反应。 [ 针对练习4: 下列事实不能用键能的大小来解释的是(　) A．N2的化学性质很稳定 B．稀有气体一般难发生反应 C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱 D．F2比O2更容易与H2反应 B 2.键长: 两个成键原子核间的距离.（近似认为半径之和） 规律:键长越短,化学键越牢固,由该键形成的分子越稳定. 键长是影响分子空间构型的因素之一。 3. 共价键键能与键长的关系： 键长越短，键能越大，共价键越稳定。 [ 一 4.键角 在多原子分子中,两个化学键的夹角叫做键角。键角也常用于描述多原子分子的空间构型。例如:二氧化碳分子中两个碳氧键(C O)的夹角为180°,所以CO2分子呈直线形;水分子中两个氢氧键(H—O)的夹角为104.5°,所以H2O分子不呈直线形而呈V形。氨分子中每两个氮氢键(N—H)的夹角均为107.3°,所以NH3分子呈三角锥形。 键角: 在多原子分子中两个化学键之间的夹角. 键角决定分子的空间构型. 共价键的参数与分子性质的关系： [ 针对练习5： 在白磷(P4)分子中，4个P原子分别处在正四面体的四个顶点，结合有关P原子的成键特点，下列有关白磷的说法正确的是(　　) A．白磷分子的键角为109.5° B．分子中共有4对共用电子对 C．白磷分子的键角为60° D．分子中有6对孤电子对 C 【当堂检测】 1．下列说法正确的是(　　) A．键角决定了分子的结构 B．共价键键能越大，共价键越牢固，含该键的分子越稳定 C．CH4、CCl4中键长相等，键角不同 D．C===C中的键能是C—C中的键能的两倍 ２．氰气的分子式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，性质与卤 素相似。下列叙述正确的是(　　) A．分子中原子的最外层均满足8电子结构 B．分子中N≡C键的键长大于C—C键的键长 C．分子中含有2个σ键和4个π键 D．不能和氢氧化钠溶液发生反应 ３．下列有关化学键知识的比较中不正确的是(　　) A．键能：C—N＜C==N＜C≡N B．键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl C．分子中的键角：H2O＞CO2 D．键能：σ键＞π键 C B A $$