2.1.1共价键（导学案）高二化学（人教版2019选修第二册）

第二章分子结构与性质第一节共价键第一课时共价键【学习目标】1.能说出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.了解σ键和π键的形成及特点【学习重点】从原子轨道重叠的视角认识共价键的本质【学习难点】从原子轨道重叠方式的不同理解σ键和π键的区别和特征【课前预习】旧知回顾：1、共价键的定义：原子间通过共用电子对所形成的相互作用2、共价键的成键微粒：原子3、共价键的成键本质：共用电子对对原子的电性作用4、共价键的成键条件：同种或不同种非金属原子间，且成键前原子最外层电子未达饱和状态5、共价键的成键原因：（1）通过共用电子对，各原子最外层电子数一般能达到饱和，由不稳定结构变为稳定结构（2）两原子核都吸引共用电子对，使之处于平衡状态（3）原子通过共用电子对形成共价键后，体系总能量降低6、共价键的存在范围：非金属单质（稀有气体除外）、非金属氢化物、非金属氧化物、酸、碱、部分盐（如AlCl3、含氧酸盐）、有机化合物7、常见物质电子式的书写：H2、Cl2、N2、HCl、CH4、H2O、CO2、H2O2、HClO新知预习：以原子轨道理论相互重叠形成的两种共价键的基本类型？σ键和π键σ键的成键类型？ssσ键、spσ键、ppσ键3、σ键和π键的原子轨道重叠方式？σ键：“头碰头”重叠；π键：“肩并肩”重叠4、σ键和π键的对称类型？σ键：轴对称；π键：镜面对称5、σ键和π键的成键规律？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。【课中探究】情景导入：通过上面的视频，我们简单回顾了共价键和离子键的形成过程，今天我们从选修教材中原子轨道的角度，再探共价键的形成过程。复习提问：1、化学键的定义？指相邻的原子之间强烈的相互作用2、化学键的分类？共价键、离子键、金属键3、化学反应的本质？旧化学键的断裂和新化学键形成的过程4、共价键的定义？原子间通过共用电子对所形成的相互作用5、共价键的分类及如何划分的？答：（1）非极性键：由同种原子形成共价键，两个原子吸引电子的能力相同，共用电子对不偏向任何一个原子，成键的原子因此而不显电性，这样的共价键叫做非极性共价键，简称非极性键。（2）极性键：不同种原子形成共价键时，因为原子吸引电子的能力不同，共用电子对将偏向吸引电子能力强的一方，所以吸引电子能力强的原子一方显负电性，吸引电子能力弱的原子一方显正电性。像这样共用电子对偏移的共价键叫做极性共价键，简称极性键。一、σ键和π键任务一、探究σ键和π键的相关知识【学生活动】阅读教材P34、P35和P36自然段及图片，回答以下问题：1、σ键和π键的成键类型？σ键：ssσ键、spσ键、ppσ键；π键：ppπ键2、σ键和π键的原子轨道重叠方式？σ键：“头碰头”重叠；π键：“肩并肩”重叠3、σ键和π键的对称类型？σ键：轴对称；π键：镜面对称4、σ键和π键的重叠程度大小？σ键：重叠程度大；π键：重叠程度小5、σ键和π键的强度？σ键：轨道重叠程度大，键的强度较大，键越牢固；π键：轨道重叠程度较小，键比较容易断裂，不如σ键牢固6、σ键和π键的活泼性？σ键：不活泼；π键：活泼7、σ键和π键的成键规律？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。【对应训练1】在氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是（）A.氯原子的2p轨道和氢原子的1s轨道B.氯原子的2p轨道和氢原子的2p轨道C.氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道D.氯原子的3p轨道和氢原子的2s轨道【答案】C【解析】成键的电子一般为元素的价电子。在氯化氢分子中，成键的原子轨道为氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道。【对应训练2】下列说法不正确的是（）A.在1个CH2=CHC≡N中含有6个σ键，3个π键B.两个原子形成的多个共价键中π键可以是一个或多个C.s能级的电子与s能级的电子间形成的键一定是σ键，p能级的电子与p能级的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，p能级的电子间以“头碰头”的方式相互重叠，形成的就是σ键。【对应训练3】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，两个π键 【答案】C【解析】从原子轨道重叠程度看，π键轨道重叠程度比σ键重叠程度小，故π键稳定性低于σ键，在气体单质分子中存在σ键(如Cl2、H2)、π键(N2中存在σ键和π键)、稀有气体为单原子分子，不存在化学键。【对应训练4】下列物质的分子中既有σ键又有π键的是（）A.H2SB.Cl2C.CS2D.H2O2【答案】C【解析】四种分子的结构式分别为H—S—H、Cl—Cl、S=C=S、HOOH,两个原子间形成的共价单键为σ键，而要存在π键，两原子之间必须存在共价双键或共价三键。二、共价键任务二、解决教材探究中的问题，深入理解共价键的内涵【学生活动】阅读教材P36探究，小组讨论，回答其中的问题：【问题和预测】（1）观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，他们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？答：乙烷分子由7个σ键构成；乙烯分子由5个σ键和1个π键构成；乙炔分子由3个σ键和2个π键构成。（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？答：①乙烯分子的碳原子采取sp2轨道杂化，2个碳原子各以2个sp2杂化轨道与氢原子形成2个碳氢σ键，而2个碳原子之间又各以1个sp2杂化轨道形成1个碳碳σ键，除此之外，2个碳原子中未参加杂化的p轨道形成了1个π键，因此，乙烯的双键中有1个σ键和1个π键。②乙炔分子的碳原子采取sp轨道杂化，2个碳原子各以1个sp杂化轨道与氢原子形成1个碳氢σ键，同时又各以其另一个sp杂化轨道形成1个碳碳σ键，除此之外，每个碳原子通过2个未参加杂化的p轨道形成了2个π键。【绘制图示】模仿图23所示，绘制乙炔分子中的π键。（提示：两个碳原子各自用2个p轨道形成2个π键。）答：【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？你能从元素的电负性差别来理解吗？讨论后请填写下表：结论：当元素的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是键：而键是元素的电负性相差不大的原子之间形成的化学键。答：结论：当元素的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是离子键：而共价键是元素的电负性相差不大的原子之间形成的化学键。【对应训练1】下列说法中不正确的是（）A.共价键的方向性是由成键原子的轨道的方向性决定的B.成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固C.因每个原子未成对电子数是一定的，故配对原子个数也一定D.所有原子轨道在空间都有自己的方向性【答案】D【解析】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，成键的方向由原子轨道的伸展方向决定，A正确；成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固，B正确；在共价键的形成过程中一个原子含有几个未成对电子，通常就能与其他原子的未成对电子配对形成几个共价键，每个原子所能提供的未成对电子的数目是一定的，所以与其配对的原子个数也是一定的，这是共价键的饱和性，C正确；s轨道呈球形，没有方向性，D错误。【对应训练2】下列说法正确的是（）A.所有共价键都有方向性B.H3O+的存在说明共价键不具有饱和性C.若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性D.两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子仅存在于两核之间【答案】C【解析】共价键通常具有方向性，但并非所有的共价键都具有方向性，比如H2的共价键没有方向性，A错误；H3O+的存在是由于O原子发生了杂化，但仍符合共价键的饱和性，B错误；S原子最外层只有6个电子，可与两个电子形成共价键，与H形成的化合物为H2S,否则违背了共价键的饱和性，C正确；两原子形成共价键后，两核间电子是绕两核运动的，D错误。【对应训练3】下列有关σ键和π键的说法正确的是（）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π键，可能形成σ键C.σ键和π键都属于共价键，均有方向性D.在所有分子中，σ键都比π键牢固【答案】A【解析】由于π键的键能小于σ键的键能，所以反应时易断裂，A正确；在形成分子时，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，B错误；s轨道是球形对称，所以s轨道及s轨道形成的共价键没有方向性，C错误；一般情况下，σ键比π键强度大，但是也有特殊情况，比如氮氮三键的键能比氮氮单键的3倍还要大，D错误。【对应训练4】下列说法正确的是（）A.Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的方向性决定的B.并非所有的共价键都有方向性C.H2O与H2S的空间结构一样，这是由共价键的饱和性决定的D.两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率减小【答案】B【解析】Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的饱和性决定的，A错误；由于s轨道在空间中为球形，故ssσ键无方向性，B正确；H2O与H2S的空间结构相同，这是由其中心原子采取的杂化方式以及周围原子的个数决定的(或者是由中心原子价电子的排斥力决定的),与共价键的饱和性无关，C错误；两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率增大，D错误。【课后巩固】1.（易）下列关于σ键和π键的说法中，错误的是（）A.σ键的电子云图形是轴对称的，π键的电子云图形是镜面对称的B.σ键是原子轨道“头碰头”式重叠，π键是原子轨道“肩并肩”式重叠C.两个p轨道不能形成σ键，只能形成π键D.H只能形成σ键，O可以形成σ键和π键【答案】C【解析】两个p轨道“头碰头”重叠可形成σ键，如Cl2中共价键是两个Cl原子的3p轨道形成的σ键，C错误。H原子只有1s轨道，只能形成σ键，O原子的2p轨道可形成σ键和π键，D正确。2.（易）下列说法中，错误的是（）A.氧原子有两个未成对电子，因而能形成2个共价键B.氧原子可以形成H2O、H2O2,也可能形成H3OC.已知H2O2的分子结构是H一O一O一H,在H2O2中只有σ键没有π键D.已知N2的分子结构是N≡N,在N2中有1个σ键和2个π键【答案】B【解析】氧原子不可以形成H3O。3.（易）原子轨道在两核间以“肩并肩”方式重叠的键是（）A.σ键B.π键C.单键D.离子键【答案】B【解析】σ键是原子轨道在两核间以“头碰头”方式重叠的键，A不选；π键是原子轨道在两核间以“肩并肩”方式重叠的键，B选。4.（易）下列关于共价键的说法不正确的是（）A.在双键中，σ键比π键稳定B.N2与CO分子中σ键和π键个数对应相等C.两个原子形成共价键时至少有1个σ键D.HCHO分子中σ键与π键个数比为2:1【答案】D【解析】在双键中，σ键比单个的π键电子云重叠程度大，更加稳定，A正确；CO与N2结构相似，分子中σ键都是1个，π键都为2个，B正确；单键中含有1个σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，三键中含有1个σ键和2个π键，则两个原子形成共价键时至少有1个σ键，C正确；HCHO中含有两个单键和一个双键，则σ键与π键个数比为3:1,D错误。5.（易）下列有关共价键的说法正确的是（）A.金属与非金属元素之间形成的化学键一定不是共价键B.在气态单质分子中不一定存在共价键C.两个或多个原子之间的相互作用称为化学键D.两种元素原子形成化学键时，电负性相差越大，越易形成共价键【答案】B【解析】金属与非金属元素形成化学键时，可能形成共价键，如Be、Al与Cl均形成共价键，A项错误；稀有气体分子是单原子分子，不存在共价键，B项正确；化学键是相邻的原子(或离子)之间强烈的相互作用，C项错误；两种元素原子形成化学键时，电负性相差越大，越易形成离子键，电负性相差越小，越易形成共价键，D项错误。6.（易）下列分子中含有两个π键的是（）A.O2B.N2C.H2OD.C2H4【答案】B【解析】O2的结构式为O=O,含有1个π键，A错误；N2的结构式为N≡N,含有2个π键，B正确；H2O的结构式为HOH,不含π键，C错误；一个C2H4分子中含有4个HC键和1个C=C键，即有1个π键，D错误。7.（难）下列常见分子中σ键、π键的判断正确的是（）A.CN—与N2结构相似，CH2=CHCN分子中σ键与π键数目比为1:1B.CO与N2结构相似，CO分子中σ键与π键数目之比为2:1C.C22—与O22+互为等电子体，1molO22+中π键的数目为2NAD.已知反应N2O4(1)+2N2H4(1)=3N2(g)+4H2O(1)若该反应中有4moNH键断裂，则形成的π键数目为6NA【答案】C【解析】解析：一个CH2=CHCN分子中含有6个σ键和3个π键，所以σ键与π键数目比为2:1,A错误；CO与N2结构相似，CO分子的结构式可以表示为C≡O,其中σ键与π键数目之比为1:2,B错误；C22—与O22+是等电子体，O22+的结构式为[O≡O]2+,所以1molO22+中含有的π键数目为2NA,C正确；若该反应中有4molNH键断裂，则生成1.5mol氮气，形成π键的数目是3NA,D错误。8.（易）正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)共价键的成键原子只能是非金属原子。（）(2)所有的σ键的强度都比π键的大。（）(3)在所有分子中都存在化学键。（）(4)ssσ键与spσ键的电子云形状的对称性相同。（）(5)σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转。（）【答案】：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√【解析】(1)共价键的成键原子也可以是金属原子，电负性之差小于1.7的金属与非金属原子之间也可以形成共价键(2)并不是所有分子中的σ键都比π键牢固（例如：N2）(3)稀有气体分子中不存在化学键(4)由于ssσ键与spσ键的电子云形状不同，所以其电子云形状的对称性不同(5)由于π键是镜面对称，所以不能绕键轴旋转9.（中）分析下列化学式中划有横线的元素，选出符合要求的物质填空。A.NH3B.H2OC.HC