学年高中化学专题3第三单元第1课时共价键的形成学案苏教版选修3.docx
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学年高中化学专题3第三单元第1课时共价键的形成学案苏教版选修3
第1课时 共价键的形成
[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.从原子轨道重叠角度认识共价键。
一 共价键的特征——饱和性、方向性
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用轨道表示式表示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轨道是球形对称的外，其他的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 从原子轨道重叠方式上认识共价键
1．按成键的未成对电子的原子轨道的重叠方式，共价键可分为σ键和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叁键中。
[归纳总结]
σ键和π键的比较
键类型
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．下列说法正确的是（ ）
A．π键是由两个p电子“头碰头”重叠形成的
B．σ键是镜面对称，而π键是轴对称
C．乙烷分子中的键全为σ键，乙烯分子中含σ键和π键
D．H2分子中含σ键，Cl2分子中含π键
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。
4．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；在分子形成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；C项正确，像H、Cl原子跟其他原子只能形成σ键。
（1）共价键的本质：
原子之间形成共用电子对（或电子云重叠）
（2）共价键的特征：
具有方向性和饱和性
当堂检测
1．原子间形成共价化合物时，决定各原子相互结合的数量关系的是（ ）
A．共价键的方向性
B．共价键的饱和性
C．形成共价键的原子的大小
D．共价键的稳定性
答案 B
解析 共价键具有饱和性和方向性，方向性决定分子的立体构型，饱和性则决定分子中各原子的数量关系。
2．当H原子和F原子沿z轴结合成HF分子时，F原子中和H原子对称性不一致的轨道是（ ）
A．1sB．2sC．2pxD．2pz
答案 C
解析 s轨道无论沿何轴结合，均对称。
3．下列说法不正确的是（ ）
A．双键、叁键都含有π键
B．成键原子间原子轨道重叠愈多，共价键愈牢固
C．因每个原子未成对电子数量是一定的，故配对原子个数也一定
D．每一个原子轨道在空间都具有自己的方向性
答案 D
解析 对D选项举反例，如s轨道的形状是球形对称的，它无方向性。
4．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，2个π键
答案 C
解析 气体单质分子中，可能有σ键，如Cl2，可能有π键，如N2，也可能没有化学键，如稀有气体。
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，不正确。
3．根据表中的数据，从电负性的角度判断下列元素之间易形成共价键的一组是（ ）
元素
Na
Mg
Al
H
C
O
Cl
电负性
0.9
1.2
1.5
2.1
2.5
3.5
3.0
①Na和Cl ②Mg和Cl ③Al和Cl ④H和O
⑤Al和O ⑥C和Cl
A．①②⑤B．③④⑥C．④⑤⑥D．全部
答案 B
解析 非金属元素之间易形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属元素的原子之间形成共价键。
Na和Cl：
3.0－0.9＝2.1>1.7；Mg和Cl：
3.0－1.2＝1.8>1.7；Al和O：
3.5－1.5＝2.0>1.7；Al和Cl：
3.0－1.5＝1.5<1.7；故①②⑤不能形成共价键，③可形成共价键。
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。
5．下列既有离子键又有共价键的化合物是（ ）
A．Na2OB．NaOHC．CaBr2D．HF
答案 B
解析 典型的非金属元素O与H之间形成的是共价键，Na＋与OH－之间形成的是离子键。
二、σ键和π键的比较与判断
6．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 σ键较稳定，不易断裂，而不是不能断裂。
化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。
7．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电子间形成的键是σ键，p电子与p电子间形成的键是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，叁键中有一个σ键，两个π键。
8．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、叁键中有一个σ键，双键还有一个π键，叁键中还有两个π键，故本题只要知道分子中原子之间的连接方式即可。
D项中无双键也无叁键，所以无π键。
9．下列有关化学键类型的判断正确的是（ ）
A．全部由非金属元素组成的化合物中肯定不存在离子键
B．所有物质中都存在化学键
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 D
解析 NH4Cl全部是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项错；稀有气体原子本身达到稳定结构，不存在化学键，B项错；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；共价双键中有一个为σ键，另一个为π键，共价叁键中有一个为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。
10．COCl2分子的结构式为
，COCl2分子内含有（ ）
A．4个σ键B．2个σ键，2个π键
C．2个σ键、1个π键D．3个σ键、1个π键
答案 D
解析 C和Cl之间为σ键，C和O之间为1个σ键、1个π键。
11．日常生活中用的防晒霜，如氨基苯甲酸、羟基丙酮等。
它们之所以能“防晒”是（ ）
A．因它们为有机物，涂用后形成了一层“保护层”
B．因它们挥发时吸热，降低皮肤温度
C．因它们含有π键，能够有效吸收紫外线
D．因它们能与皮肤形成一层“隔热层”，阻碍照射
答案 C
解析 防晒霜如氨基苯甲酸（
），羟基丙酮（
），分子中均含有π键（
，
），因含有π键的物质能够有效地吸收紫外线，故可使人免受伤害。
[能力提升]
12．下列说法中错误的是（ ）
A．原子间通过共用电子对形成的化学键叫共价键
B．对双原子分子来说，键能越大，断开时需要的能量越多，该化学键越不牢固
C．一般而言，化学键的键长越短，化学键越强，键越牢固
D．成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固
答案 B
解析 B项，键能越大，断开时需要的能量越多，化学键应越牢固。
13．在下列物质中：
①HCl、②N2、③NH3、④Na2O2、⑤H2O2、⑥NH4Cl、⑦NaOH、⑧Ar、⑨CO2、⑩C2H4
（1）只存在非极性键的分子是__________；既存在非极性键又存在极性键的分子是__________；只存在极性键的分子是__________。
（2）只存在单键的分子是__________，存在叁键的分子是__________，只存在双键的分子是__________，既存在单键又存在双键的分子是__________。
（3）只存在σ键的分子是__________，既存在σ键又存在π键的分子是__________。
（4）不存在化学键的是__________。
（5）既存在离子键又存在极性键的是__________；既存在离子键又存在非极性键的是__________。
答案
（1）② ⑤⑩ ①③⑨
（2）①③⑤ ② ⑨ ⑩
（3）①③⑤ ②⑨⑩ （4）⑧ （5）⑥⑦ ④
14．C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2化学式相似，但结构和性质有很大的不同。
CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。
从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成π键，而Si、O原子间不能形成上述π键？
答案 Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p p轨道“肩并肩”重叠程度较小，故不能形成上述形式的π键。
解析 π键为“肩并肩”的形式，而原子半径较大时，则无法“肩并肩”。
15．分析下列化学式中划有横线的元素，选出符合要求的物质并填空。
A．NH3 B．H2O C．HCl D．CH4 E．C2H6 F．N2
（1）所有的价电子都参与形成共价键的是________（填序号，下同）；
（2）只有一个价电子参与形成共价键的是________；
（3）最外层有未参与成键的电子对的是________；
（4）既有σ键又有π键的是________。
答案
（1）DE
（2）C （3）ABCF （4）F
解析 NH3中N原子分别与3个H原子形成3个σ键，还有一对不成键电子；H2O中O原子与2个H原子形成2个σ键，还有两对不成键电子；HCl中Cl原子与1个H原子形成1个σ键，还有三对不成键电子；CH4中C原子与4个H原子形成4个σ键，所有价电子都参与成键；C2H6中C原子分别与3个H原子及另1个C原子形成4个σ键，所有电子都参与成键；N2中N原子与另一个N原子形成1个σ键，2个π键，还有一对不成键电子。
[拓展探究]
16．化合物A是一种不稳定的物质，它的分子组成可用OxFy来表示，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个氧原子呈…O—O—O…链状排列，则A分子的电子式是________________，结构式是________________。
答案
（1）O3F2 阿伏加德罗定律和质量守恒定律
（2）
F—O—O—O—F
解析 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：
2A===3O2＋2F2；根据质量守恒定律，A的化学式为O3F2。
写电子式时应注意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1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。
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