2.1 共价键(教用Word)-【赢在微点·轻松课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版，单选）

▶导语:早在19世纪中叶,化学家就已经把分子中原子之间的相互作用形象地称作化学键。20世纪初,在原子结构理论的基础上,建立了化学键的电子理论。分子的空间结构是决定物质性质的重要因素,运用物质结构的相关理论和模型,可以解释和预测分子的空间结构,解释分子的性质,进一步阐释“结构决定性质”的思想。 要点概括与学法引导 利用结构模型理解共价键的形成过程,掌握共价键的分类标准并能进行判断,理解键参数,能通过键参数解释共价键对物质性质的影响。 构建价层电子对互斥模型、杂化轨道理论、分子的空间结构的判断的思维模型。 从微观角度理解共价键的极性对分子极性的影响并能判断分子的极性,能从共价键、分子间作用力、分子的极性等角度理解分子的性质。 第二章　分子结构与性质 第一节　共价键 新课程标准 核心素养 1.了解共价键的成因,知道共价键的主要成键方式(σ键和π键),理解σ键和π键的性质和特征。 2.知道键能、键长、键角等键参数的概念,能用键参数说明简单分子的某些性质。 1.宏观辨识与微观探析:能从微观角度分析形成共价键的微粒和类型,能辨识物质中含有的共价键的类型及成键方式,了解键能、键长及键角对物质性质的影响。 2.证据推理与模型认知:理解共价键中σ键和π键的区别,建立判断σ键和π键的思维模型,熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数。 课前预习新知 　 知|识|梳|理 知识点一 共价键 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,叫做共价键。 (2)特征:具有饱和性和方向性。 微思考 1.水分子中的共价键是哪些原子形成的?为什么水分子中的三个原子不在一条直线上? 提示:水分子中的共价键是由O原子和H原子形成的单键;共价键的方向性导致水分子中的三个原子不在一条直线上。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 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。 (√) 2.σ键和π键。 (1)σ键。 形成 成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成 s⁃s型 H—H的s⁃s σ键的形成 s⁃p型 H—Cl的s⁃p σ键的形成 p⁃p型 Cl—Cl的p⁃p σ键的形成 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;σ键的强度较大 (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 p⁃p π键的形成 特征 π键的电子云具有镜面对称性,即每个π键的电子云由两块组成,分别位于由两原子核构成平面的两侧,如果以它们之间包含原子核的平面为镜面,它们互为镜像;π键不能旋转;不如σ键牢固,较易断裂 (3)σ键、π键的判断。 共价单键为σ键;共价双键中有一个σ键和一个π键;共价三键由一个σ键和两个π键构成。 (4)电负性与化学键及其化合物的类型的关系。 微思考 2.NH3分子中为什么N原子是1个,而H原子为3个? 提示:N和H原子的电子式分别为和,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原子只需与3个H原子分别形成3个共用电子对即三个共价键可达到稳定状态,共价键达到饱和,从而决定了分子中H原子个数。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.氢原子和氟原子、氯原子均可以以σ键相结合,其成键轨道完全相同。 (×) 2.1 mol丙酮()分子中含有σ键的数目为9×6.02×1023。 (√) 3.N2分子里有一个σ键和一个π键。 (×) 知识点二 键参数——键能、键长与键角 1.键能。 (1)概念:指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量,键能的单位是kJ·mol-1,键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值。 (2)应用:下表中是H—X键的键能数据。 共价键 H—F H—Cl H—Br H—I 键能/(kJ·mo) 568 431.8 366 298.7 ①若使2 mol H—Cl断裂为气态原子,则发生的能量变化是吸收863.6 kJ能量。  ②表中最难断裂的共价键是H—F,最易断裂的是H—I。 ③由表中共价键键能数据大小说明键能与分子的稳定性的关系:HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小,说明四种分子的稳定性依次减弱。 2.键长。 (1)概念:键长是构成化学键的两个原子的核间距。 (2)键长与原子半径:原子半径决定共价键的键长,原子半径越小,共价键的键长越短。 (3)键长与共价键的稳定性:共价键的键长越短,往往键能越大,表明共价键越稳定。 3.键角。 (1)概念:在多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角。 (2)键角与分子空间结构:在多原子分子中键角是一定的,这表明共价键具有方向性。键角是描述分子空间结构的重要参数。 (3)实例:CO2分子的结构式为OCO,它的键角为180°,是直线形分子。H2O分子的H—O—H键角为105°,是一种V形(或称角形)分子。 (4)键长和键角的数值可以通过晶体的X射线衍射实验获得。 4.键参数对物质性质的影响。 微思考 1.N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强,从键能的角度如何理解这一化学事实。(参考教材P37表2⁃1的相关数据进行分析) 提示:由教材表2⁃1的数据可知,N—H、O—H与H—F的键能依次增大,意味着形成这些化学键时放出的能量依次增大,化学键越来越稳定。所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。 2.为什么F—F的键长比Cl—Cl的键长短,但键能却比Cl—Cl的键能小? 提示:氟原子的半径比氯小,因而F—F的键长比Cl—Cl的键长短,但也是由于F—F的键长短,两个氟原子在形成共价键时,原子核之间的距离就小,排斥力大,因此键能比Cl—Cl的键能小。 3.如图白磷和甲烷均为正四面体结构: 白磷的结构 甲烷的结构 它们的键角是否相同,为什么? 提示:不同,白磷分子的键角是指P—P之间的夹角,为60°;而甲烷分子的键角是指C—H之间的夹角,为109°28'。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.一般情况下,共价键的键能越大,键长越短,共价键越稳定。 (√) 2.CC的键能是C—C键能的2倍。 (×) 3.原子半径越大,所形成的共价键键长越大。 (√) 4.水分子中H—O—H的键角为180°。 (×) 5.CH4和CH3Cl分子的空间结构都是正四面体。 (×) 课堂互动探究 　 探究一 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 类型 s⁃s σ键、s⁃p σ键、p⁃p σ键 p⁃p π键 原子轨道 重叠部分 两原子核之间,在键轴处 键轴上方和下方,键轴处为零 原子轨道 重叠程度 大 小 键的强度 较强 较弱 化学活 泼性 不活泼 活泼 键的 存在 共价单键为σ键,共价双键、三键中含有一个σ键 共价双键、三键分别含有1个、2个π键。两原子间最多能形成2个π键 特别提醒　(1)因s电子云轮廓图是球形的,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。 (2)两个原子间可以只形成σ键,但不能只形成π键。 (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键由于原子轨道重叠程度大,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。 【例1】　下列关于σ键和π键的说法正确的是 (　　) A.σ键是以“头碰头”的方式形成的共价键,π键是以“肩并肩”的方式形成的共价键 B.描述的是π键的形成过程 C.烯烃中碳原子轨道以“头碰头”的方式重叠比以“肩并肩”的方式重叠的程度小,所以σ键比π键活泼 D.可以表示N2中σ键和π键存在的情况 解析　以“头碰头”的方式重叠,形成的是σ键,以“肩并肩”的方式形成的是π键,A项正确;B项描述的是“头碰头”形成σ键的过程,B项错误;烯烃中碳原子间形成σ键时电子云的重叠程度大于“肩并肩”形成π键时电子云的重叠程度,故σ键比π键活泼性差,C项错误;N2分子中两个N原子“头碰头”形成1个σ键,两个相互垂直的p轨道“肩并肩”形成2个π键,D项错误。 答案　A 【变式训练】 1.有下列十种物质: ①CH4　②CH3CH2OH　③N2　④HCl　⑤CO2　⑥CH3CH3　⑦C2H4　⑧C2H2　⑨H2O2　⑩HCHO 请按要求回答下列问题(填序号): (1)只有σ键的有　　　　　　　　,既有σ键又有π键的有　　　　　　　　。  (2)只含有极性键的化合物有　　　　　,既含有极性键又含有非极性键的化合物有　　　　　　　　。  (3)含有双键的有　　　　,含有三键的有　　　　。  解析　十种物质的结构式分别为、、、H—Cl、OCO、、、、H—O—O—H、。根据以下两点判断化学键类型:①单键只有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;②同种元素原子之间形成的共价键是非极性键,不同种元素原子之间形成的共价键是极性键。 答案　(1)①②④⑥⑨　③⑤⑦⑧⑩　(2)①④⑤⑩　②⑥⑦⑧⑨　(3)⑤⑦⑩　③⑧ 探究二 键参数的应用 1.(1)键能的应用。 ①表示共价键的强弱:键能越大,化学键越稳定。 ②判断分子的稳定性:结构相似的分子中,共价键的键能越大,分子越稳定。 ③判断化学反应的能量变化:焓变与键能的关系为ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和,ΔH<0时,为放热反应;ΔH>0时,为吸热反应。 (2)键长的应用。 ①一般键长越短,键能越大,共价键越稳定,分子越稳定。 ②键长的比较方法。 a.根据原子半径比较,同类型的共价键,成键原子的原子半径越小,键长越短。 b.根据共用电子对数比较,相同的两个原子间形成共价键时,单键键长>双键键长>三键键长。 (3)键角的应用。 键长和键角决定分子的空间结构。 2.共价键强弱的判断。 (1)根据原子半径和共用电子对数目判断:成键原子的原子半径越小,共用电子对数越多,共价键越牢固,含有该共价键的分子越稳定。 (2)根据键能判断:共价键的键能越大,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。 (3)根据键长判断:共价键的键长越短,共价键越牢固,破坏共价键所消耗的能量越多。 【例2】　键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数,下列叙述正确的是 (　　) A.键角是描述分子空间结构的重要参数 B.因为H—O的键能小于H—F的键能,所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱 C.水分子的结构可表示为H—O—H,分子中的键角为180° D.H—O的键能为462.8 kJ·mol-1,即18 g H2O分解生成H2和O2时,吸收的能量为2×462.8 kJ 解析　H—O、H—F的键能依次增大,意味着形成这些化学键时放出的能量依次增大,化学键越来越稳定,O2、F2与H2反应的能力逐渐增强,B项错误;水分子呈V形,键角为105°,C项错误;H—O的键能为462.8 kJ·mol-1,指的是断开1 mol H—O键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为462.8 kJ,18 g H2O即1 mol H2O中含2 mol H—O键,断开时需吸收2×462.8 kJ的能量形成气态氢原子和气态氧原子,再进一步形成H2和O2时,还会释放出一部分能量,D项错误。 答案　A 【变式训练】 2.二氯化二硫(S2Cl2)为非平面结构,常温下是一种黄红色液体,有刺激性恶臭,熔点:-80 ℃,沸点:137.1 ℃。下列关于二氯化二硫的叙述错误的是 (　　) A.二氯化二硫的电子式为 B.分子中既有极性键又有非极性键 C.分子中S—Cl的键长小于S—S的键长 D.分子中S—Cl的键能大于S—S的键能 解析　S2Cl2分子中S原子之间形成1对共用电子对,Cl原子与S原子之间形成1对共用电子对,结合分子结构可知S2Cl2的结构式为Cl—S—S—Cl,电子式为,A项错误;S2Cl2中Cl—S属于极性键,S—S属于非极性键,B项正确;同周期主族元素从左往右原子半径逐渐减小,所以氯原子半径小于硫原子半径,键长越短键能越大,所以分子中S—Cl的键长小于S—S的键长,S—Cl的键能大于S—S的键能,C、D两项正确。 答案　A 随堂达标自测 　 1.下列说法中正确的是 (　　) A.若把H2S分子写成H3S分子,违背了共价键的饱和性 B.H3O+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 解析　S原子有两个未成对电子,H原子有一个未成对电子,根据共价键的饱和性,形成的氢化物为H2S,A项正确;H2O能结合1个H+形成H3O+,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s轨道成键时,因为s轨道为球形,所以H2分子中的H—H键没有方向性,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机会大,D项错误。 答案　A 2.下列有关化学键类型的判断正确的是 (　　) A.全部由非金属元素组成的化合物中肯定不存在离子键 B.所有物质中都存在化学键 C.已知乙炔的结构式为,则乙炔分子中存在2个σ键和3个π键 D.乙烷分子中只存在σ键,即6个C—H键和1个C—C键都为σ键,不存在π键 解析　铵盐如NH4Cl是全部由非金属元素组成的化合物,但NH4Cl中存在N与Cl-形成的离子键,N中N原子与H原子形成共价键,A项错误;稀有气体是单原子分子,其单质中不存在化学键,B项错误;乙炔分子中共有3个σ键,2个π键,C项错误;单键都为σ键,乙烷分子结构式为,其中6个C—H键和1个C—C键都为σ键,D项正确。 答案　D 3.下列有关σ键和π键的说法不正确的是 (　　) 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 解析　单键为σ键,双键和三键中均含一个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项正确;因 s⁃s σ键、p ⁃p σ键与s⁃p σ键均为“头碰头”重叠,则均为轴对称,故B项正确;p ⁃p σ键和p ⁃p π键的重叠方式是不相同的,p ⁃p σ键是“头碰头”重叠而p ⁃p π键是“肩并肩”重叠,故C项错误;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项正确。 答案　C 4.下列物质的分子中既含有σ键又含有π键的是 (　　) ①HCl　②H2O　③N2　④H2O2　⑤C2H4　⑥C2H2 A.①②③ B.③④⑤⑥ C.①③⑤ D.③⑤⑥ 解析　共价单键都是σ键,共价双键中含有一个σ键和一个π键,共价三键中含有一个σ键和两个π键。HCl的结构式为H—Cl,H2O的结构式为,H2O2的结构式为H—O—O—H,则HCl、H2O、H2O2分子中均只含σ键;N2的结构式为N≡N,C2H4的结构简式为CH2CH2,C2H2的结构简式为CH≡CH,则N2、C2H4、C2H2分子中均含σ键和π键。综上所述,D项正确。 答案　D 5.N2F2 存在顺式和反式两种分子,据此判断N2F2 分子中两个N 原子之间化学键的组成为 (　　) A.仅有一个σ键 B.仅有一个π键 C.一个σ键和一个π键 D.一个σ键和两个π键 解析　N2F2存在顺式和反式,类似于C2H4,因此有(顺式)、(反式),双键之间有一个σ键和一个π键,故选C。 答案　C 6.回答下列问题: (1)1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为　　　　。1 mol乙醛分子中含有σ键的数目为　　　　。  (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分子内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键的个数比为　　　　。  解析　(1)乙醛和CO(NH2)2的结构简式分别为、,1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。1 mol乙醛中含有σ键的数目为6NA。(2)CO与N2均是双原子分子且两分子具有相同的电子数,故可由N2的结构式N≡N推知CO结构式为C≡O,1个CO分子含有1个σ键、2个π键;CN-的结构式为[C≡N]-,HCN的结构式为H—C≡N,1个HCN分子中σ键与π键的个数均为2个。(3)设C、H形成化合物的分子式为CmHn,则6m+n=16,解得m=2,n=4,即分子式为C2H4,结构式为,C—H单键为σ键,碳碳双键有1个σ键和1个π键,所以1个C2H4分子中共含有5个σ键和1个π键。 答案　(1)7　6NA(或3.612×1024)　(2)1∶2　1∶1　(3)5∶1 学科网（北京）股份有限公司 $$