第2章 第1节 共价键-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2五维课堂同步Word教案（人教版2019）

第一节　共价键 课标要点 核心素养 1.能从微观角度分析形成共价键的粒子、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.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 1.宏观辨识与微观探析：从微观角度认识共价键的形成过程并对共价键进行分类，结合物质的性质，形成“结构决定性质”的观念 2.证据推理与模型认知：结合共价键模型的建立过程，能论证证据与模型建立及其发展之间的关系 [知识梳理] [知识点一]　共价键　 1．共价键的概念和特征 原子间通过　共用电子对　所形成的相互作用。 微点拨：共价键的方向性决定了分子的空间结构，并不是所有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性。 2．共价键的类型(按成键原子的原子轨道重叠方式分类) (1)σ键 形成 由成键原子的s轨道或p轨道重叠形成 类 型 s－s型 s－p型 p－p型 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－pπ键 特征 π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　；π键　不能　旋转；不如σ键　牢固　，较易　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　；共价三键由一个　σ　键和两个　π　键构成。 [知识点二]　键参数——键能、键长与键角　 1．键能 (1)键能是指　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。例如，H－H的键能为436.0 kJ·mol－1。 (2)下表中是H－X的键能数据 共价键 H－F H－Cl H－Br H－I 键能/(kJ·mol－1) 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的能量　。 ②表中共价键最难断裂的是　H－F　，最易断裂的是　H－I　。 ③由表中键能数据大小说明键能与分子稳定性的关系：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　，即HF分子最稳定，最难分解，HI分子最不稳定，最　易　分解。 2．键长 (1)键长是构成化学键的两个原子的　核间距　，因此　原子半径　决定化学键的键长，　原子半径　越小，共价键的键长越短。 (2)键长与共价键的稳定性之间的关系：共价键的键长越短，往往键能越　大　，表明共价键越　稳定　。 (3)下列三种分子中：①H2、②Cl2、③Br2，共价键的键长最长的是　③　，键能最大的是　①　。 3．键角 (1)键角是指　在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角　。在多原子分子中的键角是一定的，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。 (2)根据空间结构填写下列分子的键角： 分子空间结构 键角 实例 正四面体形 　109°28′　 CH4、CCl4 平面形 　120°　 苯、乙烯、BF3 三角锥形 　107°　 NH3 V形(或角形) 　105°　 H2O 直线形 　180°　 CO2、CS2、CH≡CH [自我评价] 1．[判一判](对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)氯气的化学式是Cl2而不是Cl3，是由共价键的饱和性决定的。(√) 提示：Cl只有一个未成对电子，因而只能形成Cl2，分子中只有一个共价键。 (2)共价键只能是非金属原子之间成键。(×) 提示：某些金属原子与非金属原子间也可形成共价键，如AlCl3中有共价键。 (3)所有共价键都具有方向性。(×) 提示：s轨道呈球形，故s－s σ键没有方向性。 (4)N2分子中σ键与π键的个数比是2∶1。(×) 提示：氮氮三键中有一个σ键和两个π键，个数比为1∶2。 (5)只有非金属原子之间才能形成共价键。(×) (6)两个原子之间形成共价键时，至少有一个σ键。(√) (7)σ键和π键都只能存在于共价化合物中。(×) (8)双原子分子中，键长越短，分子越牢固。(√) 2．[想一想] 原子轨道尽可能沿着最大重叠的方向重叠，轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越大，形成的共价键也就越稳定。若分子间距离相等，A、B、C三种情况中，哪种情况下重叠最多？ 提示：C中“头碰头”方式重叠最多。 3．[练一练] 有以下物质： ①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6， ⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H－C≡N)。 (1)只有σ键的是　________　(填序号，下同)；既有σ键又有π键的是　________　。 (2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是　________　。 (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)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　________　。 解析：(1)单键只有σ键，双键或三键才含有π键，故只有σ键的是①②③⑥⑦⑧；既有σ键又有π键的是④⑤⑨。 (2)H原子只有s轨道，题给物质中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的只有H2。 (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键的有①③⑤⑥⑧⑨。 (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，说明构成这种σ键的原子中一定没有H原子，故正确答案为②④⑤⑥⑧⑨。 答案：(1)①②③⑥⑦⑧　④⑤⑨　(2)⑦ (3)①③⑤⑥⑧⑨　(4)②④⑤⑥⑧⑨ 　σ键和π键的比较 [情境素材] 观察下图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构回答： [思考探究] (1)乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成？ 提示：乙烷分子由7个σ键组成；乙烯分子由5个σ键和1个π键组成；乙炔分子由3个σ键和2个π键组成。 (2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼呢？ 提示：乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有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键稳定，不易断裂。 (3)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？ 提示：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。 [核心突破] 1．σ键与π键的比较 共价键类型 σ键 π键 电子云重叠方式 沿键轴方向相对重叠 沿键轴方向平行重叠 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 电子云重叠程度 大 小 示意图 键的强度 较大 较小 化学活泼性 不活泼 活泼 成键规律 共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键，一个是π键；共价三键中一个是σ键，两个是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。 [典例示范] [典例1]　一定含有σ键，又有π键的分子是(　　) ①N2O　②H2O2　③N2　④C3H6　⑤HCHO　⑥Na2O2 A．①②③　　　　　 B．①③④ C．①③⑤ D．③④⑥ [思维建模]　解答有关分子中σ键与π键的判断问题的思维流程如下： ①共价单键：σ键； ②共价双键：一个σ键，另一个是π键； ③共价三键：一个σ键和两个π键组成。 [解析]　C　[②中均为单键，④可能为环丙烷，此时均为单键，⑥为离子化合物且含O－O单键，均不符合，只有①③⑤为既含有σ键，又有π键的分子。] [学以致用] 1．丁烯二酸(HOOCCH＝CHCOOH)分子结构中含有σ键、π键的个数分别是(　　) A．4个σ键、1个π键 B．11个σ键、3个π键 C．4个σ键、3个π键 D．9个σ键、5个π键 解析：B　[分子中含有1个C＝C、2个C＝O、2个C－H、2个C－O、2个C－C、2个O－H键，其中C＝C、C＝O含有σ键、π键，其他都为σ键，则分子中含有11个σ键、3个π键。] 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，氮原子可以形成σ键和π键 解析：C　[σ键较稳定，不易断裂，而不是不能断裂。] 分子中σ键与π键的判断方法 根据成键原子的价层电子数来判断能形成几个共用电子对。如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对时，则先形成1个σ键，另外的原子轨道形成π键。 　　键参数的应用 [情境素材] 键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键长和键角是描述分子空间结构的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的空间结构就确定了。如NH3分子的H－N－H键角是107°，N－H的键长是101 pm，就可以判定NH3分子是三角锥形分子，如图 [思考探究] (1)根据元素周期律可知NH3的稳定性强于PH3，你能利用键参数加以解释吗？ 提示：键长：N－H＜P－H，键能：N－H＞P－H，因此NH3更稳定。 (2)一般来说，键长越短，键能越大。但F－F键长短，键能小，请思考其原因。 提示：氟原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两个氟原子形成共价键时，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能不大，F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。 [核心突破] 1．共价键参数的应用 (1)键能的应用 ①表示共价键的强弱 键能越大，断开化学键时需要的能量越多，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 在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形成释放能量，因此反应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 ①键长和键角决定分子的空间结构 ②常见分子的键角与分子空间结构 化学式 结构式 键角 空间结构 CO2 O＝C＝O 180° 直线形 2.共价键强弱的判断 (1)由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的原子半径越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。 (2)由键能判断：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大。 (3)由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越大。 (4)由电负性判断：元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力越大，形成的共价键越稳定。 [典例示范] [典例2]　三氯化磷分子的空间结构是三角锥形而不是平面正三角形，下列关于三氯化磷分子空间结构理由的叙述，正确的是(　　) A．PCl3分子中P－Cl三个共价键的键长、键角相等 B．PCl3分子中P－Cl三个共价键键能、键角均相等 C．PCl3分子中的P－Cl键属于极性共价键 D．PCl3分子中P－Cl键的三个键角都是100.1°，键长相等 [易错提醒]　键参数的几个认识误区 (1)键长和键角共同决定分子的空间结构。 (2)键长不是成键两原子的原子半径之和，而是小于其半径之和。 (3)键能越大，一般键长越短，分子越稳定。 [解析]　D　[PCl3分子是由P－Cl极性键构成的极性分子，其结构类似于NH3。] [学以致用] 3．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键的键能小于H－F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱 C．水分子可表示为H－O－H，分子中的键角为180° D．H－O键的键能为463 kJ·mol－1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2×463 kJ 解析：A　[键长和键角可用来描述分子的空间结构，键角是描述分子空间结构的重要参数，故A正确；H－O键的键能小于H－F键的键能，则稳定性：HF＞H2O，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐增强，故B错误；水分子结构式可表示为H－O－H，但空间结构是V形，不是直线形，分子中的键角不是180°，故C错误；H－O键的键能为463 kJ·mol－1,18 g H2O即1 mol H2O分解成2 mol H和1 mol O时消耗的能量为2×463 kJ，故D错误。] 4．下列事实不能用键能的大小来解释的是(　　) A．氮元素的电负性较大，但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．HF比H2O稳定 解析：B　[由于N2分子中存在三键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，没有化学键；卤族元素从F到I，原子半径逐渐增大，其氢化物中化学键的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性：HF>HCl>HBr>HI；由于H－F的键能大于H—O，所以稳定性：HF>H2O。] 1．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 解析：C　[单键为σ键，双键中有1个σ键，所以分子中含有共价键，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键和p－p π键的重叠方式是不相同的，p－p σ键是“头碰头”而p－p π键是“肩并肩”，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。] 2．据报道，大气中存在一种潜在的温室气体SF5－CF3，虽然其数量有限，但它是已知气体中吸热最高的气体。关于SF5－CF3的说法正确的是(　　) A．分子中有σ键也有π键 B．C—F键是s－p σ键 C．CH4是正四面体结构 D．0.1 mol SF5－CF3分子中电子数为8 mol 解析：C　[只有共价单键，则分子中只有σ键，没有π键，故A错误；C—F键是p—p σ键，故B错误；CH4是正四面体结构，故C正确；一个SF5－CF3分子中有94个电子，则0.1 mol SF5－CF3分子中电子数为9.4 mol，故D错误。] 3．下列说法正确的是(　　) A．若把H2S写成H3S，则违背了共价键的饱和性 B．H3O＋的存在说明共价键不应有饱和性 C．所有共价键都有方向性 D．两个原子轨道发生重叠后，两核中的电子不仅存在于两核之间，还会绕两核运动 解析：A　[硫原子有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，形成的氢化物为H2S，A项正确；H2O只能结合1个H＋形成H3O＋，证明共价键有饱和性，B项错误；H2分子中氢原子的s轨道成键时，因为s轨道呈球形，所以H2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，只有共用电子对在两核之间绕两个原子核运动，D项错误。] 4．下列说法中正确的是(　　) A．分子的结构是由键角决定的 B．共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定 C．CF4、CCl4、CBr4、CI4中C－X键的键长、键角均相等 D．H2O分子中两个O－H键的键角为180° 解析：B　[分子的结构不仅仅只由键角决定，分子结构涉及原子在空间中的位置，与化学键种类有关，包括键长、键角以及相邻三个键之间的二面角，故A错误；共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定，故B正确；CF4、CCl4、CBr4、CI4中卤素原子的半径不同，所以C—X键的键长不等，但键角均相等，故C错误；水分子中中心原子O为sp3杂化，O中有两对孤电子对，根据孤电子对相斥理论，H2O分子的键角小于109°28′，故D错误。] 5．某些共价键的键能数据如下表(单位：kJ·mol－1)： 共价键 H－H Cl－Cl Br－Br H－Cl H－I I－I N≡N H－O H－N 键能/kJ·mol－1 436 243 194 432 299 153 946 463 391 (1)把1 mol Cl2分解为气态原子时，需要　________　(填“吸收”或“放出”)　________　kJ能量。 (2)由表中所列化学键形成的单质分子中，最稳定的是　________　，最不稳定的是　________　；形成的化合物分子中最稳定的是　________　。 (3)试通过键能数据估算下列反应的反应热： H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝　________　。 解析：(1)键能是指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。 (2)键能越大，化学键越稳定，越不容易断裂，化学性质越稳定，因此最稳定的单质为N2，最不稳定的单质是I2，最稳定的化合物是H2O，最不稳定的化合物是HI。 (3)ΔH＝E(反应物键能之和)－E(生成物键能之和)＝(436＋243－2×432)kJ·mol－1＝－185 kJ·mol－1。 答案：(1)吸收　243　(2)N2　I2　H2O (3)－185 kJ·mol－1 [课堂小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$