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【红对勾】2014-2015学年高中化学 2.1.1共价键课件 新人教版选修3


第二章

分子结构与性质

清洁霜和卸妆油都是油溶性清洁产品, 清洁霜的主要成分是凡 士林、蜂蜡、植物油、去离子水、乳化剂和表面活性剂,清洁霜是 油包水型的清洁产品, 能够将油性污垢溶解并易于清洗。 卸妆油的 主要成分是油脂,现在大多数品牌的卸妆油中除了油脂的成分以

外, 还添加有大量的乳化剂, 这样就让卸妆油有遇

水立即乳化的特 点, 能够将油溶性污垢更加彻底的清除, 而且遇水立即乳化的特点, 使卸妆油易于清洗。 清洁霜和卸妆油是利用相似相溶原理, 以卸妆 油和清洁霜中的油脂溶解皮肤表面的油性污垢。

什么是相似相溶原理?除此之外, 分子还具有哪些性质?分子 的性质与其结构有什么样的关系?这一章我们就来学习。 要学好本 章需注意:

1.在必修 2 已有知识的基础上,运用上一章学过的电子云和 原子轨道的概念进一步认识和理解共价键, 通过电子云轮廓图的方 式,引出共价键的主要类型——σ 键和 π 键以及它们的差别。在此 基础上, 了解键参数——键能、 键长、 键角及其对分子性质的影响, 比较 CO 和 N2 的某些性质,学习等电子体和等电子原理。

2.通过教材中给出的三原子分子、四原子分子和五原子分子 的立体构型及其模型图,学习价层电子对互斥理论和杂化轨道理 论, 并利用这两个理论来判断简单分子或离子的立体构型, 之后对 配合物的成键情况做简单介绍。

3.运用前面已学过的知识,学习分子的极性、分子间作用力 及其对物质性质的影响、氢键及其对物质性质的影响、溶解性、手 性和无机含氧酸分子的酸性。 如根据共价键的概念学习键的极性和 分子的极性; 根据化学键、 分子的极性等概念学习范德华力的特点 及其对物质性质的影响; 根据电负性的概念学习氢键的特点及其对 物质性质的影响; 根据极性分子与非极性分子的概念学习“相似相 溶”规则; 根据分子中电子的偏移解释无机含氧酸分子的酸性强弱 等。 通过图示学习手性分子的概念以及手性分子在生命科学和生产 手性药物方面的应用。

第一节

共价键

课程标准 · 知道共价键的主要类型有σ键和π键 · 能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质 · 结合实例说明“等电子原理”的应用

考点排行榜 · 判断σ键和π键的类型及数目★★★ · 键长、键角、键能对物质性质的影响★★ · 常见的等电子体及性质★★

易错点排行榜 ·σ键与π键的区别★★★ · 共价键强弱的判断★★ · 共价键的分类方法★★

第一课时

共价键

课前自主学习

课堂互动探究

随堂基础巩固

课时作业

课前自主学习01
课前预习·打基础

1.共价键的概念 原子间通过________形成的化学键。

3.共价键的类型 (1)σ键 ①形成 成键原子的s电子或p电子“头碰头”重叠而形成。 ②σ键类型 a.s-s σ键 由________电子重叠形成的σ键,如H—H。

H—H的s-s σ键的形成 b.s-p σ键 由______电子和______电子重叠形成的σ键,如H—Cl。

H—Cl的s-p σ键的形成

c.p-p σ键 由________电子重叠形成的σ键,如Cl—Cl。

Cl—Cl的p-p σ键的形成

③特征 以形成化学键的两原子核的________为轴作旋转操作,共价 键电子云的图形________,这种特征称为________,σ键的强度 ________。 (2)π键 ①形成 由两个原子的p电子“肩并肩”重叠形成。

p-p π键的形成

氮分子形成示意图

②特征 π键的电子云具有________性,即每个π键的电子云由两块组 成,分别位于由________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________。π键________旋转,不 如σ键________,较易________。

(3)判断σ键和π键的一般规律 ①价键轨道 由原子轨道相互重叠形成的σ键和π键总称价键轨道。 ②σ键和π键的判断 一般规律是:共价单键是__________;而共价双键中有一个 ________,另一个是__________;共价三键由一个________和两 个________组成。

答案 1.共用电子对 2.饱和性 3.两个s 大 π键 镜像对称 σ键 π键 方向性 一个s 一个p 两个p 连线 不能 牢固 不变 断裂 轴对称 σ键 较 σ键

两原子核

镜像

课堂互动探究02
课堂互动·提能力

共价键

1.共价键的形成及本质 (1)共价键的本质是原子之间形成共用电子对。 (2)共价键的形成 用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成过程:

用电子云描述氢原子形成氢分子的过程:

氢分子中核间距与分子的能量的关系:两个氢原子靠近时, 若两个电子的自旋方向相反,当两个1s电子云达到最大重叠时, 体系能量降到最低,形成稳定氢分子,当两个氢原子继续靠近, 体系能量迅速增大,原子间的斥力又将氢原子推到平衡位置 (体系 能量最低状态)。氢分子的形成过程中,能量随核间距的变化如图 中曲线a所示。若两个氢原子核外电子的自旋方向相同,当它们相 互接近时,原子间总是排斥作用占主导地位(如图中曲线b所示)。 所以两个带有自旋方向相同的电子的氢原子不可能形成氢分子。

(3)注意事项 ①成键原子相互靠近,自旋方向相反的两个电子形成共用电 子对。 ②两原子核都吸引电子对,使之处于平衡状态。

③原子通过共用电子对形成共价键后,体系能量最低。 ④参与成键的非金属原子必须含有未成对电子。 ⑤成键原子之间电子云要最大重叠。 例如:H原子的电子排布式1s1,Cl原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p5,两个原子各有一个未成对的1s或3p价电子,以自 旋相反方式互相配对,形成共价单键:H—Cl。 H原子: Cl原子:

2.共价键的类型 按照不同的分类方法,可将共价键分为不同的类型: ?单健:如H—H ? (1)按共用电子对数目分类?双键:如C===C ?三键:如N≡N ?
? ?非极性键:如Cl—Cl (2)按共用电子对是否偏移分类? ? ?极性键:如H—Cl

? ?σ键 (4)按电子云的重叠方式分类? ? ?π键

①用“―→”表示,不用“===”表示。 ②“―→”两端的物质均用电子式表示:左 端为成键原子的电子式,右端为共价化合物的电 子式。 ③“―→”上不需要?不能?注明反应条件。

4.共价键存在的范围 ①共价化合物[以共用电子对(形成共价键)形成分子的化合物 称为共价化合物]中。组成微粒(原子)通过共价键结合成分子,因 此共价化合物中一定存在共价键。如SO2、CO2、CH4、H2O2、 CS2、H2SO4等。

②非金属单质分子中,如O2、F2、H2、C60、单质硫、白磷 (P4)等(除稀有气体为单原子分子,不存在化学键外),均为多原子 分子,一定存在共价键。但红磷等分子结构较复杂,常以元素符 号代表其单质(磷的单质中存在共价键)。

③部分离子化合物(离子化合物中阴、阳离子为原子团时一定 存在共价键)中,如Na2SO4中的SO OH-中存在共价键,NH4Cl中的NH O2 2 中存在共价键,等等。


2- 4


中存在共价键,NaOH中的 中存在共价键,Na2O2中的

4

5.共价键的特征 共价键的特征:共价键具有饱和性和方向性。 (1)共价键的饱和性 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,便可和几个自旋方向相反的电子配对成键,这就是共价键的 “饱和性”。H原子、Cl原子都只有一个未成对电子,因而只能 形成H2、HCl、Cl2分子,不能形成H3、H2Cl、Cl3等分子。

(2)共价键的方向性 共价键形成时,两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电 子出现概率最大的方向重叠,而且原子轨道重叠越多,电子在两 核间出现的概率越大,形成的共价键越牢固。电子所在的原子轨 道都是有一定的形状,所以要取得最大重叠,共价键必然有方向 性。

如 s 电子云为球形, 形成共价键时可以从任何方向与其他原子 轨道发生电子云重叠。p 电子云为哑铃形,形成共价键时,只能从 坐标轴方向与其他原子轨道发生电子云重叠, 此时电子云重叠程度 最大,才能形成稳定的化学键。

①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?即分子组成?。 基态原子或 形成的激发态原子有 n 个不成对电子,则最多可 以形成 n 个共用电子对?不含配位键?。 ②共价键的方向性决定了分子的立体结构, 即分子中原子的空间位置关系。

③特例:ns 原子轨道为球形对称,故 s-s σ 键没有方向性?如 H2 中的 H—H 键没有方向性?, 其他共价键都有方向性。

1.为什么 2 个氢原子、2 个氯原子结合成氢分子、氯分子,1 个氢原子只能和 1 个氯原子结合成氯化氢分子,而不是以 3 个、4 个或其他个数比相结合?

【点拨】 氢原子和氯原子的电子式为

,两原子都

只有一个未成对电子, 从分子的形成过程来看, 只有未成对电子才 能形成共用电子对, 因此氢分子、 氯分子和氯化氢分子中只能由两 个原子各提供 1 个未成对电子形成共用电子对, 也决定了其分子中 的原子个数。

2.共价键的形成需满足什么条件? 【点拨】 同种或不同种非金属元素之间原子相遇时, 若原子 的最外层电子排布未达到稳定状态, 则原子间通过共用电子对形成 共价键。电负性差值大的元素原子间形成的化学键主要是离子键。 电负性相同或差值小的非金属元素原子之间形成的化学键主要是 共价键:当电负性差值为零时,通常形成非极性共价键;差值不为 零时,形成极性共价键;而且差值越小,形成的共价键极性越弱。

形成共价键的微粒: 形成共价键的粒子是原子, 可以是同种原 子也可以是不同种原子。

【例 1】

下列说法正确的是(

)

A.所有的共价键都有方向性 B.H3 违背了泡利原理和共价键的饱和性 C.碳原子只有 2 个未成对电子,CH4 和 CCl4 违背了共价键 的饱和性 D.Cl2 分子形成时 3p 轨道的重叠方式是

【提示】 运用特殊与一般方法来分析, 原子轨道为了最大限 度的重叠一般采取一定的方向成键,但 s 轨道呈球形,故 s 轨道之 间无论以何方向重叠,其重叠程度都相同,所以 s-s σ 键就没有 方向性,即并不是所有的共价键都有方向性。

【解析】

C 原子与 H 或 Cl 原子结合时,C 原子的 2s 轨道

上的一个电子激发到 2p 的一个原子轨道上,这样就有了 4 个未成 对电子, 故会与 4 个 H 或 Cl 原子结合, 并未违背共价键的饱和性, C 错;Cl2 分子形成时 3p 轨道的重叠方式应为 ,因为这样重叠

会使原子轨道发生最大程度的重叠, 从而使体系能量降低, 共价键 最稳定,这也体现了共价键的方向性,D 错。

【答案】

B

下列各种说法中正确的是( A.所有物质中都存在化学键

)

B.含共价键的物质不一定是共价化合物 C.由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物 D.NaOH、Na2CO3、CaBr2 中都含有共价键

解析: 共价键在各种物质中存在的情况较复杂, 从化学键存在 的情况分析, 各种物质中只有稀有气体中不存在化学键。 两种非金 属元素之间只能形成共价键,但非金属元素形成的原子团 (为离子 时)间可以形成离子键,如铵盐(NH4NO3)等。D 项,CaBr2 由两种 简单离子 Ca2+、Br-组成,不存在共价键。

答案:B

σ 键和 π 键

1.σ 键与 π 键的形成 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。具有 轴对称的共价键叫做 σ 键。 可分为 s-s σ 键、 p-p σ 键、 s-p σ 键。如:

一般的“单键”都属于 σ 键, 如 C—H、 O—H、 N—H、 C—C、 C—Cl 等。

每个 π 键的电子云由两块组成, 分别位于由两个原子核构成平 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,这种特征称为镜像对称。具有镜面对称的共价键叫做 π 键。

双键、三键中都有这种键(当然也有 σ 键),如

2.σ 键和 π 键的特征 (1)σ 键的特征 ①以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作, 共价键的 电子云图形不变,这种特征称为轴对称。 ②形成 σ 键的原子轨道重叠程度较大,故 σ 键有较强稳定性。

(2)π 键的特征: ①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,这种特征称为镜像对称。 ②形成 π 键时电子云重叠程度比 σ 键小,π 键没有 σ 键牢固。

3.σ 键、π 键存在规律: (1)共价单键为 σ 键;共价双键中有一个 σ 键、一个 π 键;共 价三键由一个 σ 键和两个 π 键组成。 (2)C2H6、 C2H4 中的化学键: C2H6 中只有 σ 键; C2H4 中有 C—H σ 键,C===C 中有一个 σ 键和一个 π 键。

(3)氮分子中共价键的形成:氮原子的核外电子轨道表示式为 ,在 p 能级上有三个未成对电子,分别为 px、py、pz,当两 个氮原子结合成氮分子时, 两个氮原子的 px 轨道沿 x 轴方向以“头 碰头”的方式发生重叠,形成 σ 键;同时 py-py 和 pz-pz 轨道只 能相互平行以“肩并肩”的方式发生重叠,形成两个 π 键。

4.σ 键和 π 键的比较

?1?s轨道与s轨道形成σ键时,电子并不是只 在两核间运动,只是电子在两核间出现的概率 大。 ?2?形成共价键的两种元素电负性差别较小, 一般电负性差值小于1.7。如H?2.1?与Cl?3.0?,电 负性差值为0.9,形成共价键。

?3?形成共价键时,成键的两个原子核都吸引 共用电子对,使之处于平衡状态,体系总能量降 低。 ?4?π键电子云重叠程度比σ键小,因此π键没 有σ键牢固,反应中比较活泼。

1.如何判断原子成键时电子云的重叠方式? 【点拨】 电子云的重叠方式只有两种:“头碰头”和“肩

并肩”。其中以“肩并肩”的方式进行重叠的成键电子常发生在 p电子云之间,在形成双键或三键时会出现。s电子云参与成键时 不存在“肩并肩”的方式。故可从两个方面来判断电子云的重叠 方式:其一是成键电子有s电子的,以“头碰头”的方式进行重 叠;其二是根据成键数目判断,即有双键或三键时,一定存在 “肩并肩”的重叠方式。

2.如何分析乙烷、乙烯、乙炔、苯中的化学键类型? 【点拨】 (1)在乙烷分子中,每个碳原子与3个氢原子形成3

个σ键,2个碳原子之间形成1个σ键,所以乙烷分子中共有7个σ 键。 (2)在乙烯分子中,每个碳原子与2个氢原子形成2个σ键,2个 碳原子之间形成1个σ键和1个π键,所以乙烯分子中共有5个σ键和 1个π键。

(3)在乙炔分子中,每个碳原子与1个氢原子形成1个σ键,2个 碳原子之间形成1个σ键和2个π键,所以乙炔分子中共有3个σ键和 2个π键。 (4)苯分子中的6个碳原子都以σ键与氢原子结合,每个碳原子 以两个σ键与其他碳原子形成环状结构,同时,每个碳原子各有一 个垂直于分子平面的p轨道,形成了一个以6个碳原子为中心的π 键(如下图)。苯的这种结构,使任意两个相邻碳原子间形成的共 价键的键能和核间距完全相同。

【例2】

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

【提示】

从σ键的存在情况看,无论单键还是多键中一定有

σ键,可能有π键。 【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,再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,所以C项正确。

【答案】

D

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 C.①③⑥

B.③④⑤⑥ D.③⑤⑥

解析:当两个原子间能形成多个共用电子对时,先形成一个σ 键,另外的原子轨道只能形成π键。HCl中只有一个H—Cl σ键; H2O含有两个H—O σ键;H2O2含有两个H—O σ键和一个O—O σ 键;N2中含有共价三键:其中一个为σ键,两个为π键;C2H4中碳 原子与碳原子之间有共价双键,其中一个为σ键,一个为π键,另 外有四个C—H σ键;C2H2中碳原子与碳原子之间有共价三键,其 中一个为σ键,两个为π键,另外有两个C—H σ键。

答案:D

【典例】

下列说法中正确的是(

)

A.σ键和π键都只存在于共价分子中 B.分子中可能只有σ键而无π键,也可能只有π键而无σ键 C.分子中可能既有σ键又有π键,也可能既没有π键又没有σ 键 D.除H2、X2(X代表卤素)和稀有气体单质外,其他非金属单 质分子中都存在π键 【错解】 BD

【错因分析】

错选B是没有真正理解σ键和π键的形成和存

在。事实上原子间形成共价键时首先形成σ键,然后才有可能形成 π键。错选D是因为忽略P4等分子中只有单键,不可能有π键。分 析问题时应考虑全面,不能以偏概全。

【解析】

离子化合物中也可能存在σ键和π键,如Na2O2中

存在σ键,CaC2中存在σ键和π键,A错;原子间形成共价键时首 先形成σ键,故不可能只有π键而无σ键,B错;稀有气体单质中不 存在化学键,C正确;P4等非金属单质分子中都是单键,即只有σ 键,D错。

【正解】

C

【评析】

σ键和π键均属于共价键,而共价键既可存在于共

价化合物中,又可以存在于离子化合物中。离子键只能存在于离 子化合物中。


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