資源簡介

2.1 第1課時　共價鍵
【學習目標】
1.認識原子間通過原子軌道重疊形成共價鍵。了解共價鍵具有飽和性和方向性。
2.知道根據原子軌道的重疊方式,共價鍵可分為σ鍵和π鍵等類型。
3.知道共價鍵可分為極性和非極性共價鍵。　
【自主預習】
一、共價鍵的形成
我們將原子間通過共用電子形成的化學鍵稱為共價鍵。
二、共價鍵的特征
1.飽和性
按照價鍵理論,未成對的電子通過相互配對形成共價鍵。因為可參與配對的電子數是　　　的,所以每個原子所能形成共價鍵的總數或以共價鍵連接的原子數是　　　　的,這稱為共價鍵的飽和性。
2.方向性
除s軌道是球形對稱以外,其他原子軌道都具有一定的空間取向。在形成共價鍵時,原子軌道重疊得　　　　,電子在核間出現的　　　　大,所形成的共價鍵就　　　　。因此,共價鍵將盡可能沿著　　　　的方向形成,即共價鍵具有方向性。
三、共價鍵的類型
1.共價鍵的分類
(1)按成鍵原子間形成的共用電子對是否偏移,共價鍵可分為　　　　和　　　　。
(2)按成鍵原子間形成的共用電子對的數量,共價鍵可分為　　　　、　　　　和　　　　。
(3)按成鍵的未成對電子的原子軌道的重疊方式,共價鍵可分為　　　　和　　　　。
2.σ鍵和π鍵
(1)σ鍵
形成 由成鍵原子的s軌道或p軌道“頭碰頭”重疊形成
類 型 s-s型 由兩個　　軌道重疊形成的σ鍵,如H—H鍵
s-p型 由一個　　軌道和一個　　軌道重疊形成的σ鍵,如H—F鍵
p-p型 由兩個　　軌道重疊形成的σ鍵,如F—F鍵
特征 a.以形成化學鍵的兩原子核的　　為軸作旋轉操作,共價鍵電子云的圖形　　,這種特征稱為　　　; b.形成σ鍵的原子軌道重疊程度　　,故σ鍵有較強的穩定性
存在 共價單鍵均為　　;共價雙鍵和共價三鍵中通常存在　　
(2)π鍵
形成 由兩個原子的p軌道“　　　”重疊形成
p-p型 過程如圖所示:
特征 a.π鍵的電子云具有　　對稱性,即每個π鍵的電子云由兩塊組成,分別位于由　　　構成的平面的兩側,如果以它們之間包含原子核的平面為鏡面,它們互為　　; b.π鍵　　旋轉;形成π鍵時原子軌道重疊程度比形成σ鍵時　　,π鍵沒有σ鍵　　　,較易　　　
存在 π鍵通常存在于　　　　　中
3.價鍵軌道
(1)價鍵軌道:由原子軌道相互重疊形成的　　　　、　　　　稱為價鍵軌道。
(2)σ鍵、π鍵的一般規律
共價單鍵是　　　　　;共價雙鍵中一個是　　　　,另一個是　　　　　;共價三鍵由一個　　　　　　和兩個　　　　構成。
【參考答案】二、1.一定　一定　2.多　概率　牢固　電子出現概率最大
三、1.極性鍵　非極性鍵　單鍵　雙鍵　三鍵
σ鍵　π鍵　2.s　s　p　p　連線　不變　軸對稱　較大　σ鍵　1個σ鍵　肩并肩　鏡像　原子核　鏡像　不能　小　牢固　斷裂　雙鍵或三鍵　3.σ鍵　π鍵　σ鍵　σ鍵　π鍵　σ鍵　π鍵
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)非金屬元素間一定形成共價鍵。 (　　)
(2)共價鍵只存在于共價化合物中。 (　　)
(3)所有的共價鍵都有飽和性和方向性。 (　　)
(4)HI是一種酸性比HCl強的強酸,可用電子式表示其形成過程:H·+·H+]-。 (　　)
(5)共價鍵的飽和性決定不能形成H3S、H2Cl和Cl3等分子。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
2.σ鍵能單獨存在,那么π鍵能單獨存在嗎
【答案】π鍵不能單獨存在。
3.σ鍵和π鍵的區別是什么
【答案】σ鍵是原子軌道以“頭碰頭”方式重疊形成的,π鍵是原子軌道以“肩并肩”方式重疊形成的。
【合作探究】
任務1：共價鍵的形成及本質
情境導入　走進國家速滑館“冰絲帶”,映入眼簾的是一整塊1.2萬平方米的冰面,這是目前世界上采用二氧化碳跨臨界直冷制冰技術打造的最大的多功能全冰面,可以讓“水立方”秒變“冰立方”。
問題生成
1.寫出二氧化碳、水的電子式,判斷其化學鍵類型。
【答案】二氧化碳、水的電子式分別為、H,它們含有的化學鍵都是共價鍵。
2.通常情況下,什么樣的元素能夠形成共價鍵
【答案】電負性相同或差值小的非金屬元素原子之間。
3.共價鍵的實質是什么
【答案】共價鍵是原子之間通過共用電子對形成的相互作用。
4.共價化合物一定不含金屬元素嗎
【答案】共價鍵一般在非金屬元素原子之間形成,但有些金屬元素原子與非金屬元素原子之間也能形成共價鍵,如AlCl3。
5.σ鍵與π鍵哪個更牢固 哪種成鍵方式電子云重疊程度更大
【答案】σ鍵;頭碰頭。
6.所有σ鍵都有方向性嗎
【答案】s-s σ鍵沒有方向性。
【核心歸納】
1.共價鍵的形成
概念 原子間通過共用電子形成的化學鍵
本質 原子之間通過共用電子對形成的相互作用
形成元素 通常電負性相同或差值小的非金屬元素原子之間形成共價鍵
表示方法 ①單鍵:用一條短線表示由一對共用電子所形成的共價鍵,如H—H ②雙鍵:用“”表示原子間共用兩對電子所形成的共價鍵,如CC ③三鍵:用“≡”表示原子間共用三對電子所形成的共價鍵,如C≡C
2.共價鍵的特征
(1)飽和性
定義 每個原子所能形成共價鍵的總數或以共價鍵連接的原子數目是一定的
原因 每個原子所能提供的未成對電子的數目是一定的,因此在共價鍵形成的過程中,一個原子中的一個未成對電子與另一個原子中的一個未成對電子配對成鍵后,一般來說就不能再與其他原子的未成對電子配對成鍵
應用 決定了各種原子形成分子時相互結合的數量關系
(2)方向性
定義 共價鍵將盡可能沿著電子出現概率最大的方向形成
原因 除s軌道是球形對稱外,其他原子軌道都具有一定的空間取向。在形成共價鍵時,原子軌道重疊得多,電子在核間出現的概率大,所形成的共價鍵就牢固
應用 分子的空間結構與共價鍵的方向性密切相關
【典型例題】
【例1】下列不屬于共價鍵成鍵因素的是(　　)。
A.共用電子對在兩原子核之間高概率出現
B.共用的電子必須配對
C.成鍵后體系能量降低,趨于穩定
D.兩原子體積大小要適中
【答案】D
【解析】兩原子形成共價鍵時,電子云發生重疊,即電子在兩核之間出現的概率更大;兩原子電子云重疊越多,鍵越牢固,體系的能量也越低;原子的體積大小與能否形成共價鍵無必然聯系。
【例2】已知:元素X的電負性為2.5,元素Y的電負性為3.5,元素Z的電負性為1.2,元素W的電負性為2.4。你認為上述四種元素中,最容易形成共價鍵的是(　　)。
A.X與Y　　B.X與W　　C.Y與Z　　D.Y與W
【答案】B
【解析】一般來說,電負性小于2的為金屬元素,且電負性越小,金屬性越強;電負性大于2的為非金屬元素,且電負性越大,非金屬性越強。電負性差別小的兩元素最可能形成共價鍵。
任務2：共價鍵的分類
情境導入　尿素,又稱碳酰胺[CO(NH2)2],是由碳、氮、氧、氫元素組成的有機化合物,是一種白色晶體,最簡單的有機化合物之一,是哺乳動物和某些魚類體內蛋白質代謝分解的主要含氮終產物,也是目前含氮量最高的氮肥。作為一種中性肥料,尿素適用于各種土壤和植物。它易保存,使用方便,對土壤的破壞作用小,是目前使用量較大的一種化學氮肥。工業上用氨氣和二氧化碳在一定條件下合成尿素,尿素的結構式為。
問題生成
1.判斷尿素分子中所含化學鍵的類型,其是否含有σ鍵和π鍵 若含有,則尿素分子中含有的σ鍵和π鍵數目之比是多少
【答案】尿素分子中所含的化學鍵均為共價鍵,其含有σ鍵和π鍵,且數目之比為7∶1。
2.僅含有H和N兩種元素的化合物,一定是共價化合物嗎 舉例說明。
【答案】不一定,如NH4H是離子化合物。
3.N2 、C2H4、C2H6 、H2 、H2O、CO2、NH3中只含有σ鍵的有哪些 既含有σ鍵又含有π鍵的有哪些 含有由兩個原子的s軌道重疊形成的σ鍵的有哪些
【答案】H2、H2O、NH3、C2H6;N2 、C2H4、CO2;H2。
4.試解釋NH3分子中N原子為1個,H原子只能為3個的原因。
【答案】兩原子電子式分別為··和H·,N原子最外層有3個未成對電子,H原子有1個未成對電子。形成共價鍵時每個N原子只需3個H原子分別形成3對共用電子對,達到共價鍵的飽和性。
【核心歸納】
1.σ鍵與π鍵(按原子軌道重疊方式分類)
σ鍵 原子軌道以“頭碰頭”方式相互重疊導致電子在核間出現的概率增大而形成的共價鍵
π鍵 原子軌道以“肩并肩”方式相互重疊導致電子在核間出現的概率增大而形成的共價鍵
2.極性鍵和非極性鍵
(1)分類標準:根據共用電子對是否偏移。
(2)極性鍵和非極性鍵
共價鍵 極性鍵 非極性鍵
形成元素 不同種元素 同種元素
共用電子的偏移 共用電子偏向電負性較大的原子 成鍵原子電負性相同,共用電子不偏移
原子電性 電負性較大的原子顯負電性,另一原子顯正電性 兩原子均不顯電性
【典型例題】
【例3】下列關于σ鍵和π鍵的理解不正確的是(　　)。
A.σ鍵一般能單獨形成,而π鍵一般不能單獨形成
B.σ鍵可以繞鍵軸旋轉,π鍵一定不能繞鍵軸旋轉
C.CH3—CH3、、CH≡CH中均含有π鍵
D.碳碳雙鍵中有1個σ鍵、1個π鍵,碳碳三鍵中有1個σ鍵、2個π鍵
【答案】C
【解析】A項,由于原子軌道先按重疊程度大的“頭碰頭”方式進行重疊,故先形成σ鍵,后才能形成π鍵;B項,σ鍵為單鍵,可以繞鍵軸旋轉,π鍵在雙鍵、三鍵中存在,不能繞鍵軸旋轉;C項,CH3—CH3中不含π鍵;D項,單鍵均為σ鍵,雙鍵含1個σ鍵和1個π鍵,三鍵含1個σ鍵和2個π鍵。
【例4】氰氣的化學式為(CN)2,結構式為N≡C—C≡N,其性質與鹵素氣體單質相似,氰氣可用于有機合成,制作農藥,也可用作消毒、殺蟲的熏蒸劑等。下列敘述正確的是(　　)。
A.氣體單質中,一定有σ鍵,沒有π鍵
B.氰氣分子中不含非極性鍵
C.一個氰氣分子中含有3個σ鍵和4個π鍵
D.(CN)2不能與氫氧化鈉溶液發生反應
【答案】C
【解析】在氣體單質分子中一般存在σ鍵(如Cl2、H2)、π鍵(如N2中存在σ鍵和π鍵),稀有氣體為單原子分子,不存在化學鍵,A項錯誤;氰氣分子中含有C—C非極性鍵,B項錯誤;1個(CN)2分子中含有3個σ鍵和4個π鍵,C項正確;由于(CN)2與鹵素單質性質相似,故可以和氫氧化鈉溶液反應,D項錯誤。
【隨堂檢測】
1.下列分子中,只有σ鍵沒有π鍵的是(　　)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.CH4 B.N2
C. D.
【答案】A
【解析】兩原子間形成共價鍵,先形成σ鍵,然后再形成π鍵,即共價單鍵全部為σ鍵,共價雙鍵、共價三鍵中一定含有1個σ鍵,其余為π鍵。
2.下列物質的分子中既含有極性鍵,又含有非極性鍵的是(　　)。
A.CO2 B.H2O C.H2O2 D.H2
【答案】C
【解析】判斷極性鍵和非極性鍵的標準是成鍵原子是否為同種元素的原子。CO2()、H2O(H—O—H)分子中只有極性鍵;H2分子中只有非極性鍵;而H2O2分子的結構式為H—O—O—H,既有極性鍵,又有非極性鍵。
3.下列說法中不正確的是(　　)。
A.一般σ鍵比π鍵重疊程度大,形成的共價鍵強
B.兩個原子之間形成共價鍵時,最多有1個σ鍵
C.氣體單質中,一定有σ鍵,可能有π鍵
D.N2分子中有1個σ鍵,2個π鍵
【答案】C
【解析】氣體單質中不一定含σ鍵,如稀有氣體分子均為單原子分子,分子內無化學鍵。
4.二氯化二硫(S2Cl2)是廣泛用于橡膠工業的硫化劑,其分子結構如圖所示。常溫下S2Cl2是一種橙黃色的液體,遇水易水解,并產生能使品紅褪色的氣體。下列說法錯誤的是(　　)。
A.電負性:Cl>S
B.S2Cl2為含有極性鍵和非極性鍵的分子
C.S2Br2與S2Cl2結構相似,都含有σ鍵和π鍵
D.S2Cl2與H2O反應的化學方程式可能為2S2Cl2+2H2OSO2↑+3S↓+4HCl
【答案】C
【解析】同周期從左到右元素的電負性逐漸增大,則電負性:Cl>S,A項正確;S—S為非極性共價鍵,S—Cl鍵為極性共價鍵,則S2Cl2為含有極性鍵和非極性鍵的分子,B項正確;S2Br2與S2Cl2結構相似,都僅含有σ鍵,不含π鍵,C項錯誤;S2Cl2遇水易水解,并產生能使品紅溶液褪色的氣體,該氣體為SO2,在反應過程中硫元素化合價一部分升高到+4(生成SO2),一部分降低到0(生成S),Cl元素的化合價不變,則S2Cl2與H2O反應的化學方程式可能為2S2Cl2+2H2OSO2↑+3S↓+4HCl,D項正確。
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