2.1 共价键 课件-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦共价键的本质、σ键与π键的形成及键参数（键能、键长、键角），通过回顾必修一原子构成物质知识，以H₂形成等问题驱动，结合电子式书写、轨道重叠模型及能量变化曲线等支架，衔接宏观物质与微观成键原理。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，通过视频分析N₂成键过程、表格数据归纳键能规律，结合即时反馈题强化理解。微观电子云模型与问题链设计，助学生建立结构决定性质观念，教师可直接用于互动教学，提升课堂效率。

第一节共价键 （第一课时） 第二章 分子结构与性质 人教版 高二年级 选择性必修二 回顾必修一所学知识，思考：原子是如何构成物质的？ 共价键的本质 以H2 为例： H2分子 H2这种物质 H H 一个H2分子由2个H原子构成 H2 H2分子 Cl2分子 HCl分子 利用所学知识，画出H2 、HCl、Cl2 的电子式 原子是如何变成对应的分子？ 电子式： 共价键的本质 思考：为什么很难形成H3 、H2Cl、Cl3 等分子？ ※共价键是原子间通过共用电子对所形成的相互作用。 共价键的本质 按照共价键理论，未成对的电子通过相互配对形成共价键。因为可参与配对的电子数是一定的，所以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数量关系。 ※共价键具有饱和性 共价键的本质 例如，氯原子中只有一个未占满的轨道，其中有一个未成对电子，所以两个氯原子之间可形成一个共价键结合为氯分子，表示为 Cl—Cl。 又如，氮原子中有三个未占满的轨道，每个轨道中有一个未成对电子，共有三个未成对电子，两个氮原子之间能够以共价三键结合成氮分子，表示为N N。 共用电子对之间的相互作用是怎么形成的呢？ 思考 ？ 视频来源于网络 共价键的本质 基态H原子的核外电子排布式为：1s1 两个氢原子在相互靠近时核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起。我们将H2 中的共价键称为 σ 键。 σ 键的特征是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，这种特征为轴对称。 共价键的本质 图片来自人教版《物质结构与性质》 形成共价键的能量变化 图片来自鲁科版《物质结构与性质》 根据原子结构的量子力学理论，基态氢原子核外的一个电子处于1s 轨道上。当两个氢原子相距很远时，它们之间的相互作用可以忽略不计，体系的能量等于两个氢原子的能量之和；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。 形成共价键的能量变化 图片来自鲁科版《物质结构与性质》 实验和理论计算均表明，当两个氢原子的核间距为0.074 nm时体系能量最低，两个氢原子各提供一个电子以自旋状态不同的方式相互配对形成氢分子。如果两个氢原子进一步接近，原子核以及电子之间的排斥作用又将导致体系的能量上升。氢分子形成过程中体系的能量变化可用右图表示。 若以1 mol计，形成氢分子后，整个体系的能量相对于孤立氢原子的能量下降了436 kJ，体系处于稳定状态。 常见的几种σ 键 即时反馈 根据以上视频，写出下列共价键键型： s-p σ 键 HCl中的共价键是由H原子提供的未成对电子的1s原子轨道和Cl原子提供的未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。 p-p σ 键 Cl2中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。 图片来自人教版《物质结构与性质》 HCl中的共价键是由H原子提供的未成对电子的1s原子轨道和Cl原子提供的未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。 Cl2中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的 π 键 p 轨道和p 轨道除了能形成σ 键外，还能形成π 键。 下图为p轨道在x、y、z轴三个方向上的电子云轮廓图。 图片来自人教版《物质结构与性质》 14 “肩并肩” p-p π键的形成 分享交流 14 π 键 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 图片来自人教版《物质结构与性质》 （1）π键的电子云形状有何特征？ （2）如果将π键沿着键轴旋转，会发生什么情况呢？ 观察思考 形成的π键 π键的特征 电子云为镜面对称：每个π键的电子云由两块组成，互为镜像 16 16 π 键 视频来源于网络 N2中共价三键的形成过程 π 键 氮原子的价电子排布是2s22p3。根据洪特规则，氮原子中处于2p 轨道的三个电子实际上 分别占据2px、2py、2pz三个原子轨道，是三个未成对电子。 当形成氮分子的两个氮原子相互接近时，一个氮原子2px 轨道与另一个氮原子的2px 轨道 重叠形成一个共价键，同时它们的2py 和2pz 轨道也会分别两两重叠形成两个共价键，这样 形成的共价键称为共价三键；也就是说，氮分子中的氮原子之间是以共价三键结合的。 通过以上视频，尝试分析N2的成键方式。（提示：画出N2 的电子式） π 键 图片来自网络 仔细分析氮分子中共价三键的三个共价键，可以发现它们并不是完全等同的。当两个 氮原子的2px 轨道以“头碰头”的方式相互重叠时，相互平行的2py 或2pz 轨道只能分别 以“肩并肩”的方式重叠。这样，氮分子的氮氮三键中有一个σ 键，两个π 键。 σ 键与π 键的比较 共价键类型 σ 键 π 键 重叠方式 “头碰头” “肩并肩” 特征 轴对称，可旋转 镜面对称，不可旋转 键的强度 σ 键和π 键的强度不同，乙烯分子中，σ 键＞π 键 成键轨道 s、p轨道 p轨道与p轨道 存在 存在于一切共价键中 存在于重键中 实例 H2、HCl、N2、CO2 N2、CO2 判断σ 键与π 键的一般规律： 共价单键是σ 键；而共价双键由一个σ 键和一个π 键构成，共价三键由一个σ 键和两个π 键构成。 单键 双键 三键 σ键 1个σ键、1个π键 1个σ键、2个π键 即时反馈 7个σ 键 5个σ 键和1个π 键 3个σ 键和2个π 键 乙烷分子中的共价键由7个σ键构成 乙烷 23 乙烯 乙烯分子中的共价键由5个σ键和1个π键构成 24 乙炔分子中的共价键由3个σ键和2个π键构成 乙炔 25 乙烷 乙烯 乙炔 26 乙烯分子中σ键和π键的形成过程 资料 27 乙炔分子中σ键和π键的形成过程 资料 28 为什么不可能有H3、H2Cl和Cl3？ 原子形成的共价键数＝未成对电子数 答： H ↑ 1s1 Cl ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ 3s2 3p5 答：并不是所有的共价键都有方向性，如s-s σ键就没有方向性。 所有的共价键都有方向性吗？ 29 30 你能从分子结构的角度谈一谈为何N2非常稳定么？人工固氮是将氮气转化为含氮化合物的过程。从分子结构的角度谈一谈，在这一过程中，为什么往往需要用高温、高压、催化剂这样剧烈的条件？ 答：N2分子中是共价三键，两氮原子相互作用非常强烈，故N2非常稳定。 人工固氮的主要途径之一让N2与H2反应生成NH3，在这一反应过程中，N2分子中的共价三键需要全部断开，故需要很强烈的条件。 共价键与离子键 0.9 3.0 2.1 2.1 3.0 0.9 2.5 3.5 1.0 离子 共价 共价键与离子键 如果两个原子电负性差值大于1.7时，可判断它们之间主要形成离子键，该物质是离子化合物；如果两个原子电负性差值小于1.7，则可判断它们之间主要形成共价键，该物质为共价化合物。 例如，钠的电负性为0.9，氯的电负性为3.0，两原子的电负性差值为2.1，当它们互相结合成NaCl时，可以判断氯化钠中钠离子与氯离子之间主要是形成离子键，氯化钠为离子型化合物。 1. 下列关于σ 键和π 键的说法中，错误的是（ ） A. σ 键的电子云图形是轴对称的，π 键的电子云图形是镜面对称的 B. σ 键是原子轨道“头碰头”式重叠，π 键是原子轨道“肩并肩”式重叠 C. 两个p 轨道不能形成σ 键，只能形成π 键 D. H 只能形成σ 键，O 可以形成σ 键和π 键 C 解析：C选项，当p轨道的未成对电子超过1个时，既可形成σ键，也能形成π键，错误；D选项，H原子只有一个未成对电子，所以只能与其他原子形成σ键，O原子p轨道有2个未成对电子，在成键过程中既有σ键，也有π键。 解析：C选项，当p轨道的未成对电子超过1个时，即可形成σ键，也能形成π键，错误；D选项，H原子只有一个未成对电子，所以只能与其他原子形成σ键，O原子p轨道有2个未成对电子，在成键过程中既有σ键，也有π键。 2. 下列说法中，错误的是（ ） A. 氧原子有两个未成对电子，因而能形成2 个共价键 B. 氧原子可以形成H2O、H2O2 ，也可能形成 H3O C. 已知H2O2 的分子结构是 H—O—O—H，在H2O2 中只有σ 键没有π 键 D. 已知N2 的分子结构是氮氮三键，在N2 中有1个σ 键和2个π 键 B 解析：A选项，O 原子p 轨道有2个未成对电子，在成键过程中既有σ 键，也有π 键，A对；B选项，O 原子p 轨道有2个未成对电子，最多形成2个共价键，无法形成3个共价键，所以H3O 不存在，B错误；C选项，H2O2 的分子结构中只有H-O 单键和O-O 单键，共价单键为σ 键，C正确；D选项，N2 中有氮氮三键，是1个σ 键和2个π 键，正确。 解析：A选项，O 原子p 轨道有2个未成对电子，在成键过程中既有σ 键，也有π 键，A对；B选项，O 原子p 轨道有2个未成对电子，最多形成2个共价键，无法形成3个共价键，所以H3O 不存在，B错误；C选项，H2O2 的分子结构中只有H-O 单键和O-O 单键，共价单键为σ 键，C正确；D选项，N2 中有氮氮三键，是1个σ 键和2个π 键，正确。 3. 下列说法中，错误的是（ ） A. 共价键的成键原子只能是非金属原子 B. 不是所有的σ 键的强度都比π 键的大 C. He 分子中不存在化学键 D. s-s σ 键与s-p σ 键的电子云形状的对称性相同 A 解析：A选项，共价键的成键一般参考电负性差值，如AlCl3为共价键，错误；B选项，共价键的键能取决于两个原子之间的相对吸引力，两原子轨道重叠度越高，键能越大，所以σ 键的强度不一定都比π 键的大；C选项，单原子分子中不存在化学键，如He、Ne 等稀有气体；D选项，σ 键为头碰头重叠，以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，所以对称性相同，正确。 解析：A选项，共价键的成键一般参考电负性差值，如AlCl3为共价键，错误；B选项，共价键的键能取决于两个原子之间的相对吸引力，两原子轨道重叠度越高，键能越大，所以σ 键的强度不一定都比π 键的大；C选项，单原子分子中不存在化学键，如He、Ne 等稀有气体；D选项，σ 键为头碰头重叠，以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，所以对称性相同，正确。 第一节共价键 （第二课时） 第二章 分子结构与性质 人教版 高二年级 选择性必修二 环节一 键能 一、键参数——键能、键长与键角 （一）键能 1. 键能是指气态分子中1mol 化学键解离成气态原子所吸收的能量，键能通常是298.15K、101kPa 条件下的标准值。 2. 键能可用于衡量共价键的强弱，判断分子的稳定性，计算化学反应热效应。 3. 键能可以通过实验测定或者推算获得。 平均值 CH4 → ·CH3 ＋H· 439.3 · CH3→ :CH2＋H· 442 . :CH2 → :CH ＋H· 442 键能（kJ• mol-1） 共价键 . :CH → ·C· ＋H· 338.6 . 环节一 键能 键能可以通过实验测定，比如CH4中四个C—H键的键能测定如下，与左边表格的C—H键键能比较，有何发现？ EC—H =（439.3+442+442+338.6）/4 =413.4kJ• mol-1 观察下表共价键的键能，你能发现哪些规律？ 1.氯、溴、碘三种卤素单质的键能依次减小（同主族），分子稳定性减弱 2.氮、氧、氟三种元素的氢化物键能依次增加（同周期），分子稳定性增强 3.氟、氯、溴、碘的氢化物键能依次减小，分子稳定性减弱 结论：键能可以判断共价键强弱以及分子的稳定性，一般来说，同类型物质，原子半径越小，键能越大，共价键越强，分子越稳定。 继续观察下表部分共价键的键能，你还能发现什么规律？ 4.EC-C<EC=C<EC≡C,(且不存在倍数关系） 碳碳键的σ键键能>π键键能 5.EN-N<EN=N<EN≡N,(且不存在倍数关系） 氮氮键的σ键键能<π键键能 结论：同种元素形成的键，一般规律是成键数目越多，键能越大。但双键键能不是单键键能的两倍，三键键能也不是单键键能的三倍，因为σ键键能不等于π键键能。 思考与讨论 1.试利用课本第37页表2-1的数据进行计算，1mol H2分别与1mol Cl2、1mol Br2(蒸汽）反应，分别形成2mol HCl和2mol HBr，哪一个反应释放的能量多？如何用键能数据分析HCl分子和HBr分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质？ 查表可知：对于反应H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)　 ΔH＝436.0kJ• mol-1＋242.7kJ• mol-1－2×431.8kJ• mol-1＝－184.9kJ• mol-1。 对于反应H2(g)＋Br2(g) =2HBr(g)　 ΔH＝436.0kJ• mol-1＋193.7kJ• mol-1－2×366kJ• mol-1＝－102.3kJ• mol-1。 由计算结果可知：生成2mol HCl比生成2mol HBr释放的能量多。 HBr分子中H—Br的键能366kJ• mol-1比HCl分子中H—Cl的键能431.8kJ• mol-1小，说明H—Br比H—Cl容易断裂，所以HBr分子更容易发生热分解生成相应的单质(键能越大，越稳定)。 思考与讨论 2. N2、O2、F2和H2的反应能力依次增强，从键能的角度应如何理解这一化学事实? N≡N、O＝O、F－F的键能依次为946k•Jmol-1、497.3kJ• mol-1、157kJ• mol-1，键能依次减小，共价键依次减弱，故N2、O2、F2和H2的反应能力依次增强。 思考与讨论 3. 为什么氮气不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应？ 氮气π键的键能相对较大，乙烯和乙炔的π键的键能相对较小，因此后两者的π键更容易断裂而发生加成反应。 小结：键能可用于衡量共价键的强弱，判断分子的稳定性，计算化学反应热效应。 环节二 键长 一、键参数——键能、键长与键角 （二）键长 1.键长是构成化学键的两个原子之间的核间距。 2.键长是衡量共价键强弱的另一重要参数。 Cl2中Cl—Cl键长 图片来源于网络 思考与讨论 观察两个表，键长和键能有什么关系？ 一般来说，共价键的键长越短，键能越大；共价键的键长越长，键能越小。 思考与讨论 观察下表，键长和原子半径以及成键数目有什么关系？ 1.原子半径越小，键长越短 2.C—C、C=C、C≡C键长依次减短，键能依次增大（形成双键、三键的时候，发生重叠的原子轨道变多，原子之间的核间距减小，键长变短） 一般来说，原子半径越小，共价键的键长越短，键能越大（键长有时还与成键数目有关，成键数越多，键长越短） 思考与讨论 键长、键能对分子的化学性质有何影响？ 一般来说，键长越短，键能越大，共价键越强，分子越稳定。 思考与讨论 尝试用键长和键能解释金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点依次降低。 碳原子半径小于硅原子半径，所以键长C－C＜C－Si＜Si－Si，键长越长，键能越小，即晶体硅键能最小，共价键最弱，熔点最低，因此金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点由高到低的顺序为：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。 环节三 键角 一、键参数——键能、键长与键角 （三）键角 1.在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角称为键角。 2.键角是描述分子空间结构的重要参数。 105° 180° 107° 109°28´ H2O V形 CO2 直线形 NH3 三角锥形 CH4 正四面体形 分子 空间结构 键角 环节三 键角 图片来源于网络 请根据下表的数据，填写相应分子的键角或空间结构。 分子 相邻化学键 键角 空间结构 CO2 O=C=O 180o (1) C2H2 H—C≡C (2) 直线形 BF3 F—B—F (3) 平面三角形 H2O H—O—H 105o (4) NH3 H—N—H 107o (5) CCl4 Cl—C—Cl 109o28´ (6) (1)直线形 (2)180o (3)120o (4)V形 (5)三角锥形 (6)正四面体形 环节三 键角 多原子分子的键角一定,说明共价键具有方向性 方向性：以H2O分子为例，为了实现氢、氧原子轨道最大程度的重叠，形成稳定的分子，氢原子要沿着一定角度与氧原子成键，水分子的空间结构是V形。 环节三 键角 思考：甲烷分子是正四面体形结构，一氯甲烷是正四面体形还是四面体形？ 甲烷分子键角相等且四个碳氢键键长相同，而一氯甲烷分子键角不完全相同，碳氯键和其他三个碳氢键的键长不相同，所以结构不是正四面体形。 从上述例子可以得知，分子的空间结构不仅与键角有关，还与键长有关。 环节四 小结 1. 下列说法错误的是（单选） A. 键能是衡量化学键强弱的参数之一，键能越大，则化学键就越牢固 B. 键长与共价键的强弱没有关系 C. 键角是两个相邻共价键之间的夹角，说明共价键有方向性 D. 共价键是通过原子轨道重叠并共用电子对而形成的，所以共价键有饱和性 答案：B 2. 人们常用HX表示卤化氢（X代表F、Cl、Br、I),下列说法正确的是（单选） A. 形成共价键的两个原子之间的核间距叫做键长 B. H－F的键长是H－X中最长的 C. H－F 是 p－p σ键 D. H－F的键能是H－X中最小的 答案：A 3.下列有关化学键知识的比较肯定错误的是（单选） A. 键能:C—N < C=N < C≡N B. 键长: Cl—Cl> Br—Br >I—I C. H—H的键能为436.0kJ• mol-1，F—F的键能为159kJ• mol-1，故H2比F2稳定 D. 相同元素原子间形成的共价键是非极性共价键 答案:B 4.下列分子中键角最大的是（单选） A.CH4 B.NH3 C.H2O D.CO2 答案:D 5. 能够用键能的大小作为主要依据 来解释的是（单选） A. 常温常压下氯气呈气态而 溴单质呈液态 B. 硝酸是挥发性酸，而硫酸、磷酸 是难挥发性酸 C. 稀有气体一般难发生化学反应 D. 空气中氮气的化学性质比氧气稳定 答案:D 6.正误判断，正确的打√，错误的打× （1）所有的σ键键能都比π键的大( ) （2）碳碳三键和碳碳双键的键能分别是 碳碳单键键能的3倍和2倍( ) 答案:（1）× （2）× $