2.1 共价键 第1课时（导学案）化学人教版选择性必修2

第一节 共价键 第1课时 共价键 一、知识目标 1. 理解共价键的本质是原子间通过共用电子对形成的相互作用。 2. 掌握共价键的饱和性和方向性特征。 3. 认识σ键和π键的形成方式、特征及其判断方法。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从常见分子（如H₂、O₂、N₂）的性质出发，探究共价键的微观成键机制。 2. 证据推理与模型认知：通过轨道重叠图示和分子模型，建立σ键与π键的认知模型。 3. 科学态度与社会责任：了解共价键理论在解释物质性质、新材料开发中的应用，体会化学对科技发展的推动作用。 一、学习重点 1、通过原子轨道重叠理解共价键的形成过程 2、根据电子云对称性判断σ键和π键的类型 3、依据共价键数目规律分析分子中σ键与π键个数 二、学习难点 1、结合电负性差异判断共价键与离子键的成键本质 2、运用轨道叠加原理想象π键电子云的空间分布特征 一、共价键的基本概念 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．本质 高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用。共价键形成的原因是成键原子相互接近，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对。 3．形成元素 通常电负性相同或差值较小的非金属元素原子之间形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属原子之间形成共价键。 二、σ键和π键 1．分类标准：按电子云的重叠方式 2．σ键和π键的成键方式： σ键：原子轨道以“头碰头”方式相互重叠；π键：原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠 （一） 共价键的形成与特征 1. 回顾共价键的形成 【引入】《现代化学键理论的建立》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。1916年，路易斯提出共价键的电子理论，认为2个(或多个)原子可以相互“共用”一对或多对电子，以便达成惰性气体原子的电子层结构，而形成共价键共价键是现代化学键理论的核心。分子的空间结构和分子之间的作用力是理解分子结构与性质关系的重要内容。 【问题1】对于化学键我们并不陌生，根据成键元素类型不同与电子的得失行为不同，我们将化学键分类哪两类？ 【答案】化学键可分为离子键和共价键，例如NaCl、Na2O等含有离子键，HCl、H2O 等含有共价键 【问题2】化学键类型与成键元素的电负性关系是什么？【素材】Na-Cl电负性差值=2.1；H-Cl电负性差值=0.9 【答案】通常，两元素之间电负性差值小于1.7时形成共价键，相应的化合物为共价化合物；大于1.7时形成离子键，相应的化合物为离子化合物 【问题3】什么是共价键？成键的微粒和本质是什么？ 【答案】共价键是原子间通过共用电子对形成的相互作用；成键微粒是原子；本质是共用电子对。 2. 共价键的饱和性 问题思考：为什么氢分子是H₂，而不是H₃？ 答案：结合H原子电子排布，分析每个H原子只有一个未成对电子，只能形成一个共价键，这就是共价键的饱和性。现代价键理论认为，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋状态相反的电子配对成键 例题：下列分子中，违背共价键饱和性的是（ ） A. H₂ B. Cl₂ C. H₂O D. H₃ 【答案】D 【解析】根据电子配对原理，H原子的1s轨道上有1个电子，因此只有1个未成对电子，只能与另1个H原子形成一个共价键。氢气分子应为H2而不是H3，故D符合题意。 3. 共价键的方向性 问题思考：原子轨道如何影响共价键的成键方向？ 答案：共价键的方向性源于原子轨道的空间取向，最大重叠使键更牢固。符合最大重叠原理：即两个原子轨道重叠越大，两核间电子的概率密度越大，形成的共价键越牢固，分子越稳定；因此，共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，这就是共价键具有方向性的原因。 例题：下列关于共价键方向性的说法错误的是（ ） A. 与原子轨道的方向性有关 B. 影响分子的空间构型 C. 所有共价键都具有方向性 D. s轨道成键不具有方向性 【答案】C 【解析】共价键具有方向性，源于原子轨道的空间取向，最大重叠使键更牢固，因此A正确，重叠方向影响键角，故而影响分子的空间构型，B正确。s-s轨道成键时无论从什么方向重叠，都为“头碰头”，因此s-s σ键不具有方向性，故C错误，D正确。 （二） 共价键的类型 1．电子云重叠方式与共价键类型的关系 问题探究：根据原子轨道的重叠方式，共价键可以如何进行进一步分类？ 答案：依据原子轨道的重叠方式共价键可分为σ键与π键，若原子轨道“头碰头重叠”则形成σ键，若为“肩并肩重叠”则形成π键。而依据成键轨道的不同，且根据成键轨道的不同，σ键与π键可进一步分类 2． 认识σ键 问题探究：不同的轨道如何形成σ键？只有s轨道能“头碰头”生成σ 键吗？σ键有哪些特征？ 答案：σ键分为三类：s-s σ键、s-pσ键与p-pσ键，其中s-sσ键没有方向性。 σ键具有以下特征：①σ键呈“轴对称”可绕键轴旋转，旋转并不破坏σ键的结构，②σ键的“头碰头”的方式，使原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性，③共价单键均为σ键 例题：下列分子中含s-p σ键的是 （ ） A. H₂ B. HCl C. Cl₂ D. N₂ 【答案】B 【解析】H原子只有s轨道，H2中含有s-sσ键，A错误；Cl原子的未成对电子位于p轨道上，H原子的未成对电子位于1s轨道，因此形成s-pσ键，B正确；氯气中含有p-pσ键，C错误； 3． 认识π键 问题探究：p轨道除了“头碰头”生成σ键之外，还有其他的成键方向吗？π有哪些特征？ 答案：π键由p-p轨道形成，呈“镜面对称”，不可以绕键轴旋转，能量相对σ键较低，更易断裂，更易发生化学反应 问题探究：如何判断分子中的σ键与π键数目？ 答案：共价键总是优先形成σ键（轨道重叠大，键稳定），共价单键为σ键，双键中有一个σ键1个π键，三键中有一个σ键2个π键，双键和三键中π键容易断裂，是化学反应的积极参与者.(氮气除外) 例题：下列关于π键的说法正确的是（ ） A. 可绕键轴自由旋转 B. 比σ键更稳定 C. 电子云分布在键轴两侧 D. 只存在于双原子分子中 【答案】 C 【解析】π键为镜面对称，不可旋转，A错误；σ键轨道重叠程度大，比π键更稳定，B错误，π键电子云分布在键轴两侧，C正确；多原子分子中也可能存在π键，D错误 【练1】在氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是（ ） A.氯原子的2p轨道和氢原子的1s轨道 B.氯原子的2p轨道和氢原子的2p轨道 C.氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道 D.氯原子的3p轨道和氢原子的2s轨道 【答案】C 【解析】氯的2p轨道已填满电子，不参与成键，故A、B错误；氢原子没有2s轨道（基态仅1s¹），故D错误，答案选C 【练2】下列说法不正确的是（ ） A.在1个CH2=CHC≡N中含有6个σ键，3个π键 B.两个原子形成的多个共价键中π键可以是一个或多个 C.s能级的电子与s能级的电子间形成的键一定是σ键，p能级的电子与p能级的电子间形成的键一定是π键 D.共价键一定有原子轨道的重叠 【答案】C 【解析】CH₂=CHC≡N的结构中：σ键：C-H（2个）、C=C（1个）、C-C（1个）、C≡N（1个）、C-H（1个），共 6个σ键。π键：C=C（1个）、C≡N（2个），共 3个π键。故A正确。两个原子之间可以形成多个共价键（如双键、三键），其中：1个σ键（头碰头重叠），其余为π键（肩并肩重叠）。例如，N₂分子中有一个σ键和两个π键。故B正确。s-s轨道重叠确实只能形成σ键（因为s轨道是球形对称的）。p-p轨道重叠可以形成σ键（如沿轴向头碰头重叠）或π键（如肩并肩重叠）。故C错误。共价键的本质是原子轨道重叠，通过电子云共享形成化学键。D正确 【练3】下列说法中不正确的是（ ） A. 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，两个π键 【答案】C 【解析】σ键是原子轨道沿键轴方向"头碰头"重叠，电子云重叠程度大；π键是"肩并肩"侧向重叠，电子云重叠程度较小因此σ键通常比π键更稳定，A正确。两个原子之间最多只能形成1个σ键（如单键、双键中的1个σ键+1个π键、三键中的1个σ键+2个π键），B正确。稀有气体（如He、Ne等）是单原子分子，不存在任何化学键，即使是双原子分子如He₂（理论上极不稳定），也不含σ键，C错误。N₂分子的N≡N三键包含1个σ键（p-p轨道轴向重叠）和2个π键（p-p轨道侧向重叠），D正确。 一、共价键的本质与特征 1. 本质 定义：原子间通过共用电子对形成的相互作用 成键微粒：原子（通常为非金属） 成键本质：共用电子对、轨道重叠 2. 特征 饱和性：受未成对电子数限制 o例：H 只能形成1个键 方向性：轨道最大重叠原理 o例：p轨道成键具有方向性 二、共价键的类型 σ键 π键 原子轨道重叠方式 “头碰头”重叠 “肩并肩”重叠 对称类型 轴对称，因此，通过σ键连接的原子绕键轴旋转而不会破坏化学键。 镜面对称，因此，以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键 原子轨道重叠程度 大 小 键的强度 轨道重叠程度大，键的强度较大，键越牢固 轨道重叠程度较小，键比较容易断裂，不如σ键牢固 活泼性 不活泼 活泼 成键规律 共价单键都是σ键；共价双键中一个键是σ键，另一个键是π键；共价三键中一个键是σ键，另外两个键是π键 旋转情况 以形成σ键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子可以绕轴旋转，并不破坏σ键的结构 以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子并不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键的结构 存在情况 能单独存在，可存在于任何含共价键的分子或离子中 不能单独存在，必须与σ键共存，可存在于共价双键和共价三键中 联系 只有在形成σ键后，余下的p轨道才能形成π键 实例 CH4、OH- N≡N中既含有σ键，又含有π键 三、共价键类型的判断规律 键型 σ键数目 π键数目 实例 单键 1 0 乙烷 C–C 双键 1 1 乙烯 C=C 三键 1 2 乙炔 C≡C 规律： o共价键优先形成σ键 oπ键存在于双键/三键中 oπ键是化学反应的“突破口” 考点1共价键的特征 1．下列关于共价键的说法正确的是 A．H2O和H2O2分子内的共价键均是s-p键 B．N2分子内的共价键电子云形状均是镜面对称 C．H2、Cl2、HCl分子内的键均无方向性 D．共价化合物一定含键，可能含键 【答案】D 【详解】A．H2O2分子内的共价键还有p-p σ键，故A错误； B．N2分子内的共价键包括σ键和π键，所以其电子云形状既有镜面对称也有轴对称，故B错误； C．Cl2、HCl分子内的σ键均有方向性，故C错误； D．共价化合物一定含键，可能含键，比如氢气只有含键，而氧气、氮气含有键，也含有键，故D正确。 综上所述，答案为D。 2．下列有关σ键和π键的说法错误的是 A．在某些分子中，化学键可能只有π键而没有σ键 B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键 C．σ键的特征是轴对称，π键的特征是镜面对称 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 【答案】A 【详解】A．共价键中一定含σ键，则在分子中，化学键可能只有σ键，而没有π键，A错误； B．原子形成分子，优先头碰头重叠，则先形成σ键，可能形成π键，B正确； C．σ键是“头碰头”重叠形成，可沿键轴自由旋转，为轴对称；而π键是由两个p电子“肩并肩”重叠形成，重叠程度小，为镜像对称，C正确； D．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，D正确； 故选A。 3．下列说法不正确的是 A．碳碳双键、碳碳三键的键能分别是碳碳单键键能的两倍和三倍 B．丙烯分子中有8个键，1个键 C．丙烯分子中的键不如键稳定 D．基态原子中，存在17个运动状态不同的电子 【答案】A 【详解】A．碳碳双键含有1个和1个键，键和键的键能不同，所以不存在二倍的关系，同理碳碳三键含有1个和2个键，与单键之间也不存在三倍的关系，A错误； B．丙烯的结构式为，含有8个键，1个键，B正确； C．键比键的键能大，更稳定，C正确； D．每个电子的运动状态均不同，所以，基态原子中，存在17个运动状态不同的电子，D正确； 故答案选A。 考点2 共价键类型的判断 4．下列分子中的σ键是由一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是 A．H2 B．HCl C．Cl2 D．N2 【答案】B 【详解】H2中的σ键是s-s·σ键，Cl2、N2中的σ键都是p-p·σ键。 5．下列物质的分子中既有σ键，又有π键的是 ①HCl   ②H2O   ③N2    ④H2O2    ⑤C2H4    ⑥C2H2 A．①②③ B．③⑤⑥ C．①③⑥ D．③④⑤⑥ 【答案】B 【详解】①HCl的结构式为：H—Cl，只含σ键； ②H2O的结构式为：H—O—H，只含σ键； ③N2的结构式为：，既含σ键，也含π键； ④H2O2的结构式为：H—O—O—H，只含σ键； ⑤C2H4的结构式为： ，既含σ键，也含π键； ⑥C2H2的结构式为：H—C≡C—H，既含σ键，也含π键； 综上所述，③⑤⑥符合题意，故B正确； 故选B。 6．下列对HCN、CO2、H2O、CO(NH2)2、C2H4分子中共价键的分析正确的是 A．都是σ键，没有π键 B．都是π键，没有σ键 C．除H2O外，都含π键 D．除HCN外，都是σ键 【答案】C 【详解】HCN的结构式为，既有σ键也有π键；CO2的结构式为，既有σ键也有π键；H2O的结构式是H—O—H，只含σ键；CO(NH2)2中含有碳氧双键，故既有σ键也有π键；C2H4中含有碳碳双键，既有σ键也有π键； 故选C。 7．在N2F2分子中，所有原子均符合8电子稳定结构，则该分子中两个氮原子之间的键型构成是 A．仅有一个σ键 B．仅有一个π键 C．一个σ键，一个π键 D．一个σ键，两个π键 【答案】C 【详解】N2F2分子中，所有原子均符合8电子稳定结构，所以结构简式为：F-N=N-F，σ键只能形成单键，而双键或三键中既有σ键又有π键，所以两个氮原子之间有一个σ键，一个π键； 故选C。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 共价键 第1课时 共价键 一、知识目标 1. 理解共价键的本质是原子间通过共用电子对形成的相互作用。 2. 掌握共价键的饱和性和方向性特征。 3. 认识σ键和π键的形成方式、特征及其判断方法。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从常见分子（如H₂、O₂、N₂）的性质出发，探究共价键的微观成键机制。 2. 证据推理与模型认知：通过轨道重叠图示和分子模型，建立σ键与π键的认知模型。 3. 科学态度与社会责任：了解共价键理论在解释物质性质、新材料开发中的应用，体会化学对科技发展的推动作用。 一、学习重点 1、通过原子轨道重叠理解共价键的形成过程 2、根据电子云对称性判断σ键和π键的类型 3、依据共价键数目规律分析分子中σ键与π键个数 二、学习难点 1、结合电负性差异判断共价键与离子键的成键本质 2、运用轨道叠加原理想象π键电子云的空间分布特征 一、共价键的基本概念 1．概念 原子间通过 电子对所形成的相互作用叫做共价键。 2．本质 高概率地出现在两个原子核之间的 与两个原子核之间的 。共价键形成的原因是成键原子相互接近，原子轨道发生 ，自旋方向 的未成对电子形成共用电子对。 3．形成元素 通常电负性相同或差值较小的 原子之间形成共价键，大多数电负性之差小于 的 与非金属原子之间形成共价键。 二、σ键和π键 1．分类标准：按______________ 2．σ键和π键的成键方式： σ键：原子轨道以 ”方式相互重叠；π键：原子轨道以 方式相互重叠 （一） 共价键的形成与特征 1. 回顾共价键的形成 【引入】《现代化学键理论的建立》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。1916年，路易斯提出共价键的电子理论，认为2个(或多个)原子可以相互“共用”一对或多对电子，以便达成惰性气体原子的电子层结构，而形成共价键共价键是现代化学键理论的核心。分子的空间结构和分子之间的作用力是理解分子结构与性质关系的重要内容。 【问题1】对于化学键我们并不陌生，根据成键元素类型不同与电子的得失行为不同，我们将化学键分类哪两类？ 【问题2】化学键类型与成键元素的电负性关系是什么？【素材】Na-Cl电负性差值=2.1；H-Cl电负性差值=0.9 【问题3】什么是共价键？成键的微粒和本质是什么？ 2. 共价键的饱和性 问题思考：为什么氢分子是H₂，而不是H₃？ 例题：下列分子中，违背共价键饱和性的是（ ） A. H₂ B. Cl₂ C. H₂O D. H₃ 3. 共价键的方向性 问题思考：原子轨道如何影响共价键的成键方向？ 例题：下列关于共价键方向性的说法错误的是（ ） A. 与原子轨道的方向性有关 B. 影响分子的空间构型 C. 所有共价键都具有方向性 D. s轨道成键不具有方向性 （二） 共价键的类型 1． 电子云重叠方式与共价键类型的关系 问题探究：根据原子轨道的重叠方式，共价键可以如何进行进一步分类？ 2． 认识σ键 问题探究：不同的轨道如何形成σ键？只有s轨道能“头碰头”生成σ 键吗？σ键有哪些特征？ 例题：下列分子中含s-p σ键的是 （ ） A. H₂ B. HCl C. Cl₂ D. N₂ 3． 认识π键 问题探究：p轨道除了“头碰头”生成σ键之外，还有其他的成键方向吗？π有哪些特征？ 问题探究：如何判断分子中的σ键与π键数目？ 例题：下列关于π键的说法正确的是（ ） A. 可绕键轴自由旋转 B. 比σ键更稳定 C. 电子云分布在键轴两侧 D. 只存在于双原子分子中 【练1】在氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是（ ） A.氯原子的2p轨道和氢原子的1s轨道 B.氯原子的2p轨道和氢原子的2p轨道 C.氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道 D.氯原子的3p轨道和氢原子的2s轨道 【练2】下列说法不正确的是（ ） A.在1个CH2=CHC≡N中含有6个σ键，3个π键 B.两个原子形成的多个共价键中π键可以是一个或多个 C.s能级的电子与s能级的电子间形成的键一定是σ键，p能级的电子与p能级的电子间形成的键一定是π键 D.共价键一定有原子轨道的重叠 【练3】下列说法中不正确的是（ ） A. 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，两个π键 一、共价键的本质与特征 1. 本质 定义：原子间通过共用电子对形成的相互作用 成键微粒：原子（通常为非金属） 成键本质：共用电子对、轨道重叠 2. 特征 饱和性：受未成对电子数限制 o例：H 只能形成1个键 方向性：轨道最大重叠原理 o例：p轨道成键具有方向性 二、共价键的类型 σ键 π键 原子轨道重叠方式 “头碰头”重叠 “肩并肩”重叠 对称类型 轴对称，因此，通过σ键连接的原子绕键轴旋转而不会破坏化学键。 镜面对称，因此，以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键 原子轨道重叠程度 大 小 键的强度 轨道重叠程度大，键的强度较大，键越牢固 轨道重叠程度较小，键比较容易断裂，不如σ键牢固 活泼性 不活泼 活泼 成键规律 共价单键都是σ键；共价双键中一个键是σ键，另一个键是π键；共价三键中一个键是σ键，另外两个键是π键 旋转情况 以形成σ键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子可以绕轴旋转，并不破坏σ键的结构 以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子并不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键的结构 存在情况 能单独存在，可存在于任何含共价键的分子或离子中 不能单独存在，必须与σ键共存，可存在于共价双键和共价三键中 联系 只有在形成σ键后，余下的p轨道才能形成π键 实例 CH4、OH- N≡N中既含有σ键，又含有π键 三、共价键类型的判断规律 键型 σ键数目 π键数目 实例 单键 1 0 乙烷 C–C 双键 1 1 乙烯 C=C 三键 1 2 乙炔 C≡C 规律： o共价键优先形成σ键 oπ键存在于双键/三键中 oπ键是化学反应的“突破口” 考点1共价键的特征 1．下列关于共价键的说法正确的是 A．H2O和H2O2分子内的共价键均是s-p键 B．N2分子内的共价键电子云形状均是镜面对称 C．H2、Cl2、HCl分子内的键均无方向性 D．共价化合物一定含键，可能含键 2．下列有关σ键和π键的说法错误的是 A．在某些分子中，化学键可能只有π键而没有σ键 B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键 C．σ键的特征是轴对称，π键的特征是镜面对称 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 3．下列说法不正确的是 A．碳碳双键、碳碳三键的键能分别是碳碳单键键能的两倍和三倍 B．丙烯分子中有8个键，1个键 C．丙烯分子中的键不如键稳定 D．基态原子中，存在17个运动状态不同的电子 考点2 共价键类型的判断 4．下列分子中的σ键是由一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是 A．H2 B．HCl C．Cl2 D．N2 5．下列物质的分子中既有σ键，又有π键的是 ①HCl   ②H2O   ③N2    ④H2O2    ⑤C2H4    ⑥C2H2 A．①②③ B．③⑤⑥ C．①③⑥ D．③④⑤⑥ 6．下列对HCN、CO2、H2O、CO(NH2)2、C2H4分子中共价键的分析正确的是 A．都是σ键，没有π键 B．都是π键，没有σ键 C．除H2O外，都含π键 D．除HCN外，都是σ键 7．在N2F2分子中，所有原子均符合8电子稳定结构，则该分子中两个氮原子之间的键型构成是 A．仅有一个σ键 B．仅有一个π键 C．一个σ键，一个π键 D．一个σ键，两个π键 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $