2.1.1共价键 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

第一章 化学反应的热效应 第二章 分子结构与性质 第一节 共价键 本节重点 根据原子轨道的重叠方式，共价键可分为σ键和π键等类型，共价键具有饱和性和方向性。 第1课时 共价键 本质：电子在两个原子核之间出现的概率增大，使它们同时受到两个原子核的吸引，从而导致体系能量降低，形成共价键。 形成条件： ①成键原子具有自旋状态相反的未成对电子 ②电负性相同或差值小的非金属元素原子 共价键：原子间价层电子通过共用电子形成的化学键 一、共价键的形成 价层电子：主族元素：最外层 副族元素：3d+最外层 0族元素：ns2np6或1s2 【思考･讨论】 根据原子结构的量子力学理论，氢原子是如何形成氢分子中的共价键的？ H-H键的形成过程中体系能量是如何变化的？轨道和电子云有什么变化？ H ↑ 1s1 H ↓ 1s1 H2 价层电子配对原理——饱和性 电子自旋相反的方式配对，能量最低，形成共价键，s-s σ键 最大重叠原理——方向性 P34 第四段 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”在一起了。 价层电子： 用橡皮泥制作H-H电子云模型 靠 拢 “头碰头”的方式重叠成键 2个s轨道都是球形，从任何方向发生电子云重叠(成键)时，重叠程度相同，因此s-s σ键无方向性。 【思考･讨论】具有单电子的原子轨道有那些重叠方式 情景1 靠 拢 “头碰头”的方式重叠成键 靠 拢 重叠 成键 用橡皮泥制作H-Cl电子云模型 情景2 原子轨道最大重叠原理 s-p σ键是有方向性的 √ ╳ 4 为什么只能有H2、不可能有H3、类似的有HCl、Cl2，不可能有H2Cl和Cl3 ？ 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 Cl ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ 3s 3p Cl ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ 3s 3p 【思考･讨论】 共价键的饱和性 共价键的方向性 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 H ↓ 1s1 Cl ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ 3s 3p 现代价键理论的基本要点 两个原子各自提供1个自旋方向相反的电子彼此配对 电子配对原理 ——饱和性 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 最大重叠原理 ——方向性 一、共价键的形成 H2 He O2 Ne H:H O O N2 N N ↑ 1s ↓↑ ↓↑ 2s 2p ↓↑ 2s 2p ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ 1s ↓↑ ↓↑ 2s 2p ↓↑ ↓↑ （1）共价键的饱和性 按照电子配对理论， 一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”，决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。 如果原子没有未成对电子，则不能形成共价键。 二、共价键的特征——饱和性和方向性。 一般：共价键数=单电子数 除 s 轨道是球形对称外，其他原子轨道都具有一定的空间取向 s 轨道 无空间取向 p 轨道 空间取向 在形成共价键时，原子轨道重叠得多，电子在核间出现的概率大，所形成的共价键就牢固。 二、共价键的特征——饱和性和方向性。 （2）共价键的方向性 CH4 NH3 H2O CO2 正四面体形 三角锥形 V形 直线形 （2）共价键的方向性 电子所在的原子轨道都具有一定的形状，共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，即共价键具有方向性。它决定了分子的空间构型。 二、共价键的特征——饱和性和方向性。 H-Cl H-H Cl-Cl σ键的特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴旋转，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。 具有单电子的原子轨道的重叠方式—— “头碰头” 所有的共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性,如s-s σ键无方向性 10 【思考交流】原子轨道除了以“头碰头”的方式重叠以外，还有没有可能以其他的方式重叠成键？ p-p π键的形成 未成对电子的原子轨道相互靠拢 原子轨道相互重叠 π键的特征是两个原子轨道以平行或“肩并肩”方式重叠； 原子重叠的部分分别位于两原子核构成平面的两侧。 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。 原子轨道的重叠方式—— “肩并肩” P34 第五段 【思考交流】如果将π键沿着键轴旋转，会发生什么情况呢？ 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。 x y z x y z x方向：“头碰头”会形成p-pσ键 p-p σ键 原子轨道重叠方式—— “头碰头”、“肩并肩” y z x y z z方向：“肩并肩”p-p π键 y方向：“肩并肩” p-p π键 y z x y z p-p σ键 p-p π键 p-p π键 原子轨道重叠方式—— “头碰头”、“肩并肩” σ键：1个p-p σ键 π键：2个p-p π键 1s 1s H2的 s-s σ 键 (s轨道重叠碰撞形成的共价键) 2. σ键的分类 H2中的σ键是由两个s 轨道重叠形成的 ①s-s σ键 无方向性 从任何方向发生电子云重叠(成键)时，重叠程度相同。 未成对电子的原子轨道互相靠拢 H·＋ ·H H:H ↑ 1s1 ↓ 1s1 二、共价键—— σ键的类型 价层电子： ② s-p σ键 1s 3p HCl的s-p σ键 HCl中的σ键是由H提供s轨道和Cl提供的p轨道重叠形成的 H Cl H + Cl ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↓ 3s2 3p5 1s1 ↑ 二、共价键—— σ键的类型 价层电子： Cl2中的σ键是由两个p轨道重叠形成的 ③ p-p σ键 3p 3p p-p σ键 两个3p轨道沿着键轴方向以“头碰头”方式重叠，形成p—p σ键 二、共价键—— σ键的类型 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↓ 3s2 3p5 Cl + Cl Cl Cl ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↓ 3s2 3p5 ①轴对称：电子云的对称方式。以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转 操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。 ②稳定性：形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强稳定性。 ③可旋转：两原子核的连线为轴，任何一个原子均可以旋转，旋转时并不破 坏σ键的结构。 ④“头碰头”：原子轨道的重叠方式。 ⑤方向性：要使两个原子轨道重叠部分最大，原子轨道必须按一定的方向进 行重叠。(s-s σ键无方向性) 1. σ键：两原子在成键时,原子轨道以“头碰头”的方式重叠形成的共价键。 2. σ键的特征 小结： σ键 1. σ键：两原子在成键时,原子轨道以“头碰头”的方式重叠形成的共价键。 2. σ键的特征 4. σ键的存在 共价单键是σ键；共价双键中一个σ键，另一个π键；共价三键由一个σ键和两个π键。 3. σ键的分类：s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键， 注意p+p原子轨道也可先形成σ 键，后形成π键，即先头碰头后肩并肩。 小结： σ键 注意：分子中存在π键，则一定存在σ键，但若存在σ键，则不一定存在π键。 叶绿素铜钠盐 1. π键：两原子在成键时，原子轨道以“肩并肩 ”的方式重叠形成的共价键。 2. π键的特征 ①镜面对称：每个π键的电子云由两块组成，它们互为镜像。 ②旋转：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，故π键不能旋转。 ③稳定性：形成π键时，原子轨道重叠程度比σ键的小，强度小，通常情 况下，π键没有σ键牢固 ④存在：共价双键、共价三键中，共价双键中一个σ键，另一个π键；共 价三键由一个σ键和两个π键。 三、共价键—— π键的类型 3.π键的类型：p-p π键等，不存在s-s π键、s-p π键等。 注意：分子中存在π键，则一定存在σ键，但若存在σ键，则不一定存在π键。 20 键的类型  键  键 原子轨道重叠方式 沿键轴方向头碰头 沿键轴方向肩并肩 原子轨道重叠部位 两原子核之间， 在键轴处 键轴上方和下方，键轴处为零 原子轨道重叠程度 大 小 键的强度 较大 较小 化学活泼性 不活泼 活泼 存在 共价单键是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。  键和 键的特征比较 叶绿素铜钠盐 观看氮气分子中氮氮三键形成的过程，判断共价键是σ键或是π键？ 【科学探究1】 ： ： ： ： N ： N N · · · ： ＋ N · · · ： ↑ ↑ ↑ ↑↓ 2s 2p N ↓ ↓ ↓ ↑↓ 2s 2p N y z z y x N的2p轨道示意图 “头碰头” p-p σ键 “肩并肩” p-p π键 “肩并肩” p-p π键 N2中共价三键的形成过程 22 【科学探究2】探究共价键的类别和个数？ 课本P36 【问题和预测】（1）观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，分析分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？ ①乙烷中含有1个C-C键和6个C-H键，所以乙烷中含有7个σ键； ②乙烯中含有1个C=C键和4个C-H键，即含有5个σ键和1个π键； ③乙炔中含有1个三键和2个C-H键，即含有3个σ键和2个π键； 键强度不同：例如，乙炔、乙烯分子中的π键不如δ键牢固，比较容易断裂。因而含有π键的乙烯、乙炔与只有δ键的乙烷的化学性质不同。 CH2＝CH2分子结构 【科学探究3】 （2）解释乙烯分子中π键是如何形成的，预测乙炔分子中π键是如何形成的。 课本P47 CH≡CH分子结构 【科学探究4】 模仿图2-3所示，绘制乙炔分子π键 课本P47 课堂检测 5、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______________。 ①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ ⑦ ①③⑤⑥⑧⑨ ②④⑤⑥⑧⑨ 大本P41 课堂小结 共价键 本质：原子之间通过共用电子对（或原子轨道重叠）形成共价键 特征：具有方向性和饱和性 成键方式 σ键 特征 原子轨道“头碰头”重叠，电子云呈轴对称 π键 特征 原子轨道“肩并肩”重叠，电子云呈镜面对称 一般规律 共价单键——1个σ键 共价双键——1个σ键、1个π键 共价三键——1个σ键、2个π键 【问题与讨论】钠和氯通过得失电子同样是形成电子对，为什么这对电子不被钠原子和氯原子共用形成共价键而形成离子键呢？你能从原子的电负性差别来理解吗？ 原子 Na Cl H Cl C O 电负性 电负性之差（绝对值） 结论：当原子的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是_____键；而_____键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。 0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5 2.1 0.9 1.0 离子 共价 【问题与讨论】 课本P36 $