高中化学选修3物质结构与性质步步高全套学案课件第二章 第一节 第1课时.docx
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高中化学选修3物质结构与性质步步高全套学案课件第二章第一节第1课时
第一节 共价键
第1课时 共价键的特征与类型
[学习目标定位] 1.熟知共价键的概念与形成,知道共价键的特征——具有饱和性和方向性。
2.能够从不同的角度对共价键分类,会分析σ键和π键的形成及特点。
一 共价键的形成与特征
1.共价键的形成
（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）成键的粒子：
一般为非金属原子（相同或不相同）或金属原子与非金属原子。
（3）键的本质：
原子间通过共用电子对（即电子云重叠）产生的强烈作用。
（4）键的形成条件：
非金属元素的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。
2.共价键的特征
（1）饱和性
①按照共价键的共用电子对理论,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,这就是共价键的“饱和性”。
②用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下：
③由以上分析可知,F原子与H原子间只能形成1个共价键,所形成的简单化合物为HF。
同理,O原子与2个H原子形成2个共用电子对,2个N原子间形成3个共用电子对。
（2）方向性
除s轨道是球形对称外,其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点。
在形成共价键时,原子轨道重叠的愈多,电子在核间出现的概率越大,所形成的共价键就越牢固,因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成,所以共价键具有方向性。
[归纳总结]
（1）当成键原子相互接近时,原子轨道发生重叠,自旋状态相反的未成对电子形成共用电子对,两原子核间的电子密度增大,体系的能量降低。
（2）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。
共价键的方向性决定了分子的立体结构。
（3）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。
[活学活用]
1.对三硫化四磷分子的结构研究表明,该分子中没有不饱和键,且各原子的最外层均已达到了8个电子的结构。
则一个三硫化四磷分子中含有的共价键个数是（ ）
A.7个B.9个C.19个D.不能确定
答案 B
解析 三硫化四磷分子中没有不饱和键,且各原子的最外层均已达到了8个电子的结构,P元素可形成3个共价键,S元素可形成2个共价键,因此一个三硫化四磷分子中含有的共价键个数为
＝9。
2.下列说法正确的是（ ）
A.若把H2S分子写成H3S分子,违背了共价键的饱和性
B.H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性
C.所有共价键都有方向性
D.两个原子轨道发生重叠后,电子仅存在于两核之间
答案 A
解析 S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项对；H2O能结合1个H＋形成H3O＋,不能说明共价键不具有饱和性,B项错；H2分子中,H原子的s轨道成键时,因为s轨道为球形,所以H2分子中的H—H键没有方向性,C项错；两个原子轨道发生重叠后,电子只是在两核之间出现的机会大,D项错。
二 共价键的类型
1.共价键的分类
按照不同的分类方法,可将共价键分为不同的类型：
（1）按共用电子对数目分类
（2）按共用电子对是否偏移分类
（3）按电子云的重叠方式分类
2.σ键与π键
（1）σ键
①σ键：
形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠,这种共价键叫σ键。
②σ键的类型：
根据成键电子原子轨道的不同,σ键可分为s sσ键、s pσ键、p pσ键。
a.s sσ键：
两个成键原子均提供s轨道形成的共价键,如H2分子中σ键的形成过程：
b.s pσ键：
两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键,如HCl分子中σ键的形成过程：
c.p pσ键：
两个成键原子均提供p原子轨道形成的共价键,如Cl2分子中σ键的形成过程：
③σ键的特征
a.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。
b.形成σ键的原子轨道重叠程度较大,故σ键有较强的稳定性。
④σ键的存在：
共价单键为σ键；共价双键和共价三键中存在σ键（通常含一个σ键）。
（2）π键
①π键：
形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“肩并肩”的方式重叠,这种共价键叫π键。
②如下图p pπ键的形成：
③π键的特征
a.每个π键的电子云由两块组成,分别位于由两原子核构成平面的两侧,如果以它们之间包含原子核的平面为镜面,它们互为镜像,这种特征称为镜面对称。
b.形成π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时小,π键没有σ键牢固。
④π键的存在：
π键通常存在于双键或三键中。
[归纳总结]
σ键和π键的比较
键的类型
σ键
π键
原子轨道重叠方式
两个原子的成键轨道沿着键轴的方向以“头碰头”的方式重叠
两个原子的成键轨道以“肩并肩”的方式重叠
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
示意图
[活学活用]
3.σ键可由两个原子的s轨道或一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道或两个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成。
则下列分子中的σ键是由两个原子的s轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是（ ）
A.H2B.HClC.Cl2D.F2
答案 A
解析 A项中H2是由两个1s轨道形成的σ键；B项中是由H的1s轨道与Cl的3p轨道形成的σ键；C项中是由Cl的两个3p轨道形成的σ键；D项中是由F的两个2p轨道形成的σ键。
4.下列有关化学键类型的判断不正确的是（ ）
A.s sσ键与s pσ键的对称性不同
B.分子中含有共价键,则至少含有一个σ键
C.已知乙炔的结构式为H—C≡C—H,则乙炔分子中存在2个σ键（C—H）和3个π键（C≡C）
D.乙烷分子中只存在σ键,即6个C—H键和1个C—C键都为σ键,不存在π键
答案 C
解析 s sσ键无方向性,s pσ键轴对称,A项对；在含有共价键的分子中一定有σ键,可能有π键,如HCl、N2等,B项对；单键都为σ键,乙烷分子结构式为
其6个C—H键和1个C—C键都为σ键,D项正确；共价三键中有一个为σ键,另外两个为π键,故乙炔（H—C≡C—H）分子中有2个C—Hσ键,C≡C键中有1个σ键、2个π键,C项错。
共价键
当堂检测
1.下列叙述一定正确的是（ ）
A.在离子化合物中不可能存在非极性键
B.在共价化合物中不可能存在离子键
C.不同种非金属原子组成的多原子分子中的化学键一定全部是极性共价键
D.非极性键只存在于双原子单质分子里
答案 B
解析 本题主要考查极性键和非极性键的概念。
通过Na2O2、H2O2这两个例子（都含有“O—O”非极性键）就可以判断A、C、D均错。
2.共价键是具有饱和性和方向性的,下列关于共价键这两个特征的叙述中,不正确的是（ ）
A.共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的
B.共价键的方向性是由成键原子的轨道的方向性决定的
C.共价键的方向性决定了分子的立体构型
D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
答案 D
解析 一般地,原子的未成对电子一旦配对成键,就不再与其他原子的未成对电子配对成键了,故原子的未成对电子数目决定了该原子形成的共价键具有饱和性,这一饱和性也就决定了该原子成键时最多连接的原子数,故A项正确；形成共价键时,原子轨道重叠的程度越大越好,为了达到原子轨道的最大重叠程度,成键的方向与原子轨道的伸展方向就存在着必然的联系,这种成键的方向性也就决定了所形成分子的立体构型,故B、C两项正确；D项错误。
3.下列有关σ键和π键的说法错误的是（ ）
A.含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者
B.当原子形成分子时,首先形成σ键,可能形成π键
C.有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键,不能形成π键
D.在分子中,化学键可能只有π键而没有σ键
答案 D
解析 本题主要考查σ键和π键的形成。
由于π键的键能小于σ键的键能,所以反应时易断裂,A项正确；在形成分子时为了使其能量最低,必然首先形成σ键,根据形成原子的核外电子排布来判断是否形成π键,所以B项正确,D项错误；像H、Cl原子跟其他原子只能形成σ键。
4.下列说法中,不正确的是（ ）
A.σ键比π键的重叠程度大,形成的共价键强度大
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、2个π键
答案 C
解析 本题考查的是σ键、π键的区别与联系。
从原子轨道重叠程度看,π键轨道的重叠程度比σ键轨道的重叠程度小,故π键的稳定性弱于σ键；在单质分子中存在σ键（如Cl2、H2）、π键（如N2中存在σ键和π键）,但稀有气体为单原子分子,不存在化学键。
故正确答案为C。
5.下列有八种物质：
①CH4 ②CH3CH2OH ③N2 ④HCl ⑤CO2
⑥CH3CH3 ⑦C2H4 ⑧C2H2。
请按要求回答下列问题（填写编号）：
（1）只有σ键的有____________,既有σ键又有π键的有______________。
（2）只含有极性键的化合物有__________,既含有极性键,又含有非极性键的化合物有__________。
（3）含有双键的有__________,含有三键的有__________。
答案
（1）①②④⑥ ③⑤⑦⑧
（2）①④⑤ ②⑥⑦⑧
（3）⑤⑦ ③⑧
解析 本题关键是考查八种物质的结构及其共价键的类型。
八种物质的结构式分别为
、
。
利用共价键的特点,容易得出正确答案。
40分钟课时作业
[基础过关]
一、共价键的形成与判断
1.下列说法正确的是（ ）
A.含有共价键的化合物一定是共价化合物
B.由共价键形成的分子一定是共价化合物
C.分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物
D.只有非金属原子间才能形成共价键
答案 C
解析 在离子化合物中也有共价键,如NaOH；由不同元素的原子形成的共价键分子是共价化合物,由相同元素的原子形成的共价键分子是单质,如H2、Cl2等；对于D项,也存在金属元素的原子与非金属元素的原子间形成共价键的化合物,如AlCl3等。
2.下列各组物质中,所有化学键都是共价键的是（ ）
A.H2S和Na2O2B.H2O2和CaF2
C.NH3和N2D.HNO3和NaCl
答案 C
解析 A项,Na2O2中既有离子键又有O—O共价键,不正确；B项,CaF2中只有离子键,不正确；D项,NaCl属于离子化合物,没有共价键。
3.已知：
X、Y、Z、W四种元素原子的电负性数值。
元素
X
Y
Z
W
电负性
2.5
3.5
1.2
2.4
你认为上述四种元素中,最容易形成共价键的是（ ）
A.X与YB.X与W
C.Y与ZD.Y与W
答案 B
解析 当两种元素原子的电负性相差很大时,形成的将是离子键；当两种元素原子的电负性相差不大时,形成的将是共价键。
4.下列不属于共价键成键因素的是（ ）
A.成键原子电负性差别较小
B.共用的电子必须配对
C.成键后的体系能量降低,趋于稳定
D.两原子核体积大小要适中
答案 D
解析 两原子形成共价键时,电子云发生重叠,即电子在两核之间出现的机会更多；两原子电子云重叠越多,键越牢固,体系的能量也越低；原子核体积的大小与能否形成共价键无必然联系。
二、共价键的类别与特征
5.硫化氢（H2S）分子中两个共价键的夹角接近90°,其原因是（ ）
①共价键的饱和性 ②S原子的电子排布 ③共价键的方向性 ④S原子中p轨道的形状
A.①②B.①③C.②③D.③④
答案 D
解析 S原子的价电子排布式是3s23p4,有2个未成对电子,并且分布在相互垂直的3px和3py轨道中,当与两个H原子配对成键时,形成的两个共价键间夹角接近90°,这体现了共价键的方向性,是由轨道的伸展方向决定的。
6.下列各组分子中,按共价键极性由强至弱排序正确的是（ ）
A.HF、H2O、NH3、CH4
B.CH4、NH3、H2O、HF
C.H2O、HF、CH4、NH3
D.HF、H2O、CH4、NH3
答案 A
解析 共价键的极性比较,主要看成键的两个原子吸引电子能力的差别,差别越大,则电子对偏移程度越大,键的极性越强。
F、O、N、C四种元素的非金属性依次减弱,它们吸引电子能力也依次减弱,与氢原子形成的共价键的极性也依次减弱。
因此选项A正确。
7.关于乙醇分子的说法正确的是（ ）
A.分子中共含有8个极性键
B.分子中不含非极性键
C.分子中只含σ键
D.分子中含有1个π键
答案 C
解析 乙醇的结构式为
共含有8个共价键,其中C—H、C—O、O—H键为极性键,共7个,C—C键为非极性键。
由于全为单键,故无π键。
8.下列关于共价键的说法不正确的是（ ）
A.H2S分子中两个共价键的键角接近90°的原因是共价键有方向性及S原子中p轨道的形状
B.N2分子中有一个σ键,两个π键
C.两个原子形成共价键时至少有1个σ键
D.在双键中,σ键不如π键稳定
答案 D
三、σ键、π键的比较与判断
9.下列关于σ键和π键的说法中,不正确的是（ ）
A.s轨道与s轨道只能“头碰头”重叠而形成s sσ键
B.s轨道与p轨道只能“头碰头”重叠而形成s pσ键
C.p轨道与p轨道可以“肩并肩”重叠而形成p pσ键
D.p轨道与p轨道可以“肩并肩”重叠而形成p pπ键
答案 C
解析 s轨道只能形成σ键；p轨道与p轨道可“头碰头”重叠而形成p pσ键,也可“肩并肩”重叠而形成p pπ键。
10.下列有关σ键的说法中错误的是（ ）
A.如果电子云图像是由两个s电子重叠形成的,即形成s s键
B.s电子与p电子形成s pσ键
C.p电子与p电子不能形成σ键
D.HCl分子里含一个s pσ键
答案 C
解析 s电子能且只能形成σ键,p电子与p电子的原子轨道若以“头碰头”的方式重叠则形成σ键,故C错。
11.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.H原子只能形成σ键,O原子可以形成σ键和π键
答案 C
解析 化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。
σ键较稳定,不易断裂,而不是不能断裂。
12.下列说法不正确的是（ ）
A.π键是原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠而形成的
B.2个原子形成的多重共价键中,只能有一个是σ键,而π键可以是一个或多个
C.s电子与s电子间形成的键一定是σ键,p电子与p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 原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键；以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键。
σ键是轴对称,而π键是镜面对称。
分子中所有的单键都是σ键,双键中有一个σ键,一个π键。
13.下列物质的分子中,没有π键的是（ ）
A.CO2B.N2
C.CH≡CHD.HClO
答案 D
解析 双键、三键中有一个σ键,双键中还有一个π键,三键中有两个π键,故本题只要知道分子中原子之间的连接方式即可。
D项中既无双键也无三键,所以无π键。
[能力提升]
14.化合物A是一种不稳定的物质,它的分子组成可用OxFy表示。
10mLA气体能分解生成15mLO2和10mLF2（同温、同压下）：
（1）A的化学式是________,推断时的依据是__________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________。
（2）已知A分子中x个氧原子是以……O—O—O……链状排列,则A分子的电子式是________________________________________________________________________,
结构式是____________________。
答案
（1）O3F2 依题意：
V（A）∶V（O2）∶V（F2）＝10∶15∶10＝2∶3∶2,根据阿伏加德罗定律,写出化学方程式为2A===3O2＋2F2；根据质量守恒定律,A的化学式为O3F2
（2）
F—O—O—O—F
解析 写电子式时注意x个氧原子呈链状排列这一信息,联系F原子最外层有7个电子,还差一个电子即达8电子稳定结构,因此,F原子在O3F2中只能连在两端。
15.溴化碘（IBr）的化学性质类似于卤素单质,试回答下列问题：
（1）溴化碘的电子式是______________,它是由__________键形成的分子。
（2）溴化碘和水反应生成了一种三原子分子,该分子的电子式为________________。
答案
（1）
极性共价
（2）
解析
（1）溴和碘最外层都是7个电子,它们形成的化合物与卤素单质相似,即通过一对共用电子对相连而形成了IBr。
（2）溴化碘与水反应生成HBr和HIO,但我们要注意的是HIO是一种含氧酸,其分子中存在着羟基氢从而显酸性,所以其结构式是H—O—I,从而可得其电子式为
。
16.现有四种短周期元素A、B、C、D,已知：
①C、D在同一周期,A、B在同一主族；②它们可以组成化合物A2C、B2C2、DC2、D2A4等；③B的阳离子与C的阴离子的核外电子排布相同；④B2C2同A2C或DC2反应都生成气体C2,B与A2C反应生成气体A2,A2与气体C2按体积比2∶1混合后点燃发生爆炸,其产物是一种常温下常见的无色无味的液体。
请回答：
（1）写出元素符号：
A________、B________、C________、D________。
（2）在A2C、B2C2、DC2和D2A4中,同时含有离子键和非极性共价键的化合物的电子式为________________________________________________________________________
________________；按原子轨道重叠方式,其非极性键的类型是________。
化合物DC2的结构式__________。
（3）A2C分子的电子式____________,按原子轨道重叠方式,其共价键的类型是____________。
D2A4是平面形分子,其分子中含有______个σ键,______个π键。
（4）写出化学方程式或离子方程式：
B2C2与A2C反应的化学方程式：
___________________________________________
________________________________________________________________________；
B2C2与DC2反应的化学方程式：
___________________________________________
________________________________________________________________________；
B与A2C反应的离子方程式：
______________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）H Na O C
（2）
p pσ键 O===C===O
（3）H
H s pσ键 5 1
（4）2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
解析 由A2与气体C2按体积比2∶1混合后点燃能发生爆炸,其产物是一种常温下常见的无色无味的液体,可知该液体是H2O,A是H元素,C是O元素；由B与A2C反应生成气体A2知,B是Na元素；由B2C2同A2C或DC2反应都生成气体C2知,D是碳元素。
[拓展探究]
17.A、B、C、D是四种短周期元素,E是过渡元素。
A、B、C同周期,C、D同主族,A的原子结构示意图为
B是同周期第一电离能最小的元素,C的最外层有三个未成对电子,E的外围电子排布式为3d64s2。
试回答下列问题：
（1）写出下列元素的符号：
A__________,B__________,C__________,D__________。
（2）用化学式表示上述五种元素中最高价氧化物对应水化物酸性最强的是________,碱性最强的是__________。
（3）用元素符号表示D所在周期第一电离能最大的元素是________,电负性最大的元素是__________。
（4）E元素原子的核电荷数是__________,E元素在周期表的第________周期第________族,已知元素周期表可按电子排布分为s区、p区等,则E元素在________区。
（5）写出D元素原子构成单质的电子式__________,该分子中有________个σ键,________个π键。
答案
（1）Si Na P N
（2）HNO3 NaOH
（3）Ne F
（4）26 四 Ⅷ d
（5）
N⋮⋮N
1 2
解析 由A的原子结构示意图可知,x＝2,原子序数为14,A是硅元素,则B是钠元素,C的最外层电子的排布式为3s23p3,是磷元素,则短周期元素D是氮元素；E的电子排布式为[Ar]3d64s2,核电荷数为18＋8＝26,是铁元素,位于d区的第四周期第Ⅷ族。
五种元素中非金属性最强的是N元素,对应的HNO3酸性最强,金属性最强的是Na元素,对应的NaOH碱性最强。
D所在周期第一电离能最大的元素是稀有气体氖,电负性最大的元素是非金属性最强的氟。
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