2023-2024学年苏教版选择性必修二 专题3第三单元 共价键 共价晶体 学案

专题3微粒间作用力与物质性质第三单元共价键共价晶体学习目标：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．会从不同角度认识共价键的类型。3．会判断物质类型与化学键类型的关系。4.熟知共价键键能、键长的概念，掌握共价键的键能与化学反应过程中能量变化之间的关系。5．能根据共价晶体的概念及结构特点判断晶体类型，会分析推测其物理性质。学科素养：1.进一步学习微观的知识，提高分析问题和解决问题的能力和联想比较思维能力。2．通过学习共价键的类型，体会化学在生活中的应用，增强学习化学的兴趣。自主梳理一、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________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：当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向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加、体系能量降低。(4)键的形成条件：非金属元素的________之间形成共价键，大多数________的金属原子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________，便可和________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________个共价键，所形成的简单化合物为HF。同理，O原子与________个H原子形成________个共用电子对，2个N原子间形成________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________，电子在核间出现的________越大，所形成的共价键就越________，因此共价键将尽可能沿着________的方向形成，所以共价键具有方向性。答案：1.(1)共用电子对(4)原子电负性之差小于1.72.(1)①几个未成对电子几个自旋方向相反的电子③1223(2)越多机会牢固电子出现机会最大二、从原子轨道重叠方式上认识共价键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________和________。1.σ键(1)σ键：形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“________”的方式重叠，这种共价键叫σ键。(2)σ键的类型：根据成键电子原子轨道的不同，σ键可分为ssσ键、spσ键、ppσ键。①ssσ键：两个成键原子均提供________形成的共价键，如H2分子中σ键的形成过程：H—H的σ键的形成②spσ键：两个成键原子分别提供________形成的共价键，如HCl分子中σ键的形成过程：H—Cl的σ键的形成③ppσ键：两个成键原子均提供________形成的共价键，如Cl2分子中σ键的形成过程：Cl—Cl的σ键的形成(3)σ键的特征：①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________。②形成σ键的原子轨道重叠程度________，故σ键有较强的稳定性。(4)σ键的存在：共价单键为σ键；共价双键和共价三键中存在_______________________________________________________。2.π键(1)π键：形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“________”的方式重叠，这种共价键叫π键。(2)如图ppπ键的形成：ppπ键的形成(3)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________，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为________，这种特征称为镜面对称。②形成π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时________，π键没有σ键________。(4)π键的存在：π键通常存在于________中。答案：σ键π键1.(1)头碰头(2)①s轨道②s轨道和p轨道③p原子轨道(3)①连线不变轴对称②较大(4)σ键(通常含一个σ键)2.(1)肩并肩(3)①两侧镜像②小牢固(4)双键或三键三、极性键和非极性键配位键1.极性键和非极性键(1)根据已学共价键的知识，填写下表：物质Cl2HCl元素组成成键微粒电子式共用电子对位置共价键类型(2)由以上分析可知：①非极性共价键(简称非极性键)是_____________________。②极性共价键(简称极性键)是________________________。(3)极性键和非极性键的判断①同种元素的原子间形成的共价键是________，不同种元素的原子间形成的共价键是________。②两个成键原子间的电负性差值小于1.7时，它们之间通常形成________键。电负性差值越大，键的极性________。2.配位键(1)用电子式表示NH3、NH的形成①N原子与H原子以共价键结合成NH3分子：_______________。②NH3分子与H＋结合成NH：___________________。③上面②中共价键的形成与①相比较有何不同？_________________________________。(2)配位键的形成①配位键的概念是______________形成的共价键。②配位键常用“A→B”表示，其中A是________孤电子对的原子，B是________孤电子对的原子。③配位键与共价键在形成过程上的主要不同是_____________。答案：1.(1)(从左到右，从上到下)同一种元素不同种元素原子原子····H··不偏移偏向氯原子一方非极性共价键极性共价键(2)①两个成键原子吸引电子的能力相同，共用电子对不发生偏移而形成的共价键②两个成键原子吸引电子的能力不同，共用电子对发生偏移而形成的共价键(3)①非极性键极性键②共价越大2.(1)①②③②中形成共价键时，N原子一方提供孤电子对，H＋提供空轨道(2)①由一个原子提供孤电子对与另一个有空轨道可接受电子的原子②提供接受③配位键的共用电子对是由某个原子提供的，共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的四、从不同角度认识共价键的分类写出乙烯的电子式和结构式，并回答下列问题：电子式：__________________________________；结构式：________________________________________。(1)从原子轨道重叠方式上看，乙烯中含有________个σ键，________个π键。(2)从共用电子对个数上看，乙烯中含________个双键，________个单键。(3)从共用电子对是否偏移上看，乙烯中含有________和________。答案：、(1)51(2)14(3)极性键非极性键五、共价键的键参数1.键能在101kPa、298K条件下，1mol气态AB分子生成________A原子和B原子的过程中所________的能量，称为AB间共价键的键能。键能的单位是________。2.键长两原子间形成共价键时，________间的平均间距。3.共价键的影响因素键长越短，键能________，共价键就越________。答案：一、1.气态吸收kJ·mol－12.两原子核3.越大强六、共价晶体1.概念相邻原子间以________结合而形成的具有________的晶体。2.结构特征(1)共价晶体中只存在________，原子间全部通过________相结合。(2)共价晶体中不存在单个分子。如SiO2代表硅原子与氧原子的原子个数比为________，并不代表分子式。3.常见的共价晶体(1)某些非金属单质：如金刚石、晶体硅、晶体硼等。(2)某些非金属化合物：如金刚砂(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。4.共价晶体的物理性质(1)共价晶体一般有很高的________、________和很大的________。(2)键长越短，键能越大，熔点、沸点________，硬度就________。答案：1.共价键空间网状结构2.(1)共价键共价键(2)1∶24.(1)熔点沸点硬度(2)越高越大七、常见的共价晶体1.金刚石晶体(1)在晶体中每个碳原子以共价键与相邻的________个碳原子相结合，形成________。(2)晶体中C—C—C夹角为________。(3)最小环上有________个碳原子。2.二氧化硅晶体(1)在晶体中每个硅原子与________个氧原子形成________个共价键；每个氧原子与________个硅原子相结合。故SiO2晶体中硅原子与氧原子按________的比例组成。(2)最小环上有________个原子。答案：1.(1)4正四面体(2)109°28′(3)62.(1)4421∶2(2)12重难点研习研习1共价键的形成[问题探讨]下面是五种元素原子电负性的数值：元素符号HCONaCl电负性2.12.53.50.93.01.从原子电负性的角度分析为什么钠、氯通过得失电子形成的电子对不被钠原子和氯原子共用形成共价键而形成离子键？氢和氯原子间、碳和氧原子间的共用电子对被两原子共用而形成共价键？由此你得出的结论是什么？2.是不是所有轨道形成的共价键均有方向性？3.为什么氢气分子是双原子分子而稀有气体分子都是单原子分子？4.C、N、O、F通过形成共价键达稳定结构时，形成共价键的数目各是多少？5.H2O分子中的两个H—O键在同一直线上吗？1.提示：钠、氯电负性之差(绝对值)为2.1＞1.7，故Na与Cl之间通过得失电子形成的电子对不被共用，不能形成共价键，形成的是离子键。氢、氯电负性之差为0.9，碳、氧电负性之差为1，均小于1.7，故氢、氯之间形成的电子对被共用，碳、氧之间形成的电子对被共用，能形成共价键。由此得出的结论是：①当原子的电负性相差很大(一般大于1.7)时，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的是离子键。②当原子的电负性相差不大(一般小于1.7)时，原子间形成的电子对能被共用，形成的是共价键。2.提示：不一定。s轨道与s轨道形成的共价键无方向性。3.提示：氢原子K层上只有1个电子，K层需满足2个电子才能达到稳定状态，故氢原子共用1对共用电子对形成双原子分子；而稀有气体元素原子最外层均已达稳定结构，故均为单原子分子。4.提示：C、N、O、F形成共价键的数目依次为4、3、2、1。5.提示：不在同一直线上。[举一反三]1.下列关于共价键的说法正确的是()A.只有非金属原子之间才能形成共价键B.只要空间允许，一个原子能与另一个原子形成多个共价键C.形成共价键时，参加成键的原子轨道可以沿着电子各个方向重叠D.共价键的本质是自旋方向相反、能量相近的未成对电子形成共用电子对答案：D2.原子间形成分子时，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.共价键原子的大小D．共价键的稳定性答案：B3.CO2中的一个O原子被S原子代替后，即为羰基硫(OCS)，羰基硫是一种有臭鸡蛋气味的无色气体，高温下分解为CO和S。下列有关说法正确的是()A.OCS中S的化合价为＋4价B.羰基硫分解时，CO是氧化产物C.每有1molOCS分解，能生成22.4LCOD.OCS中含有共价键，属于非电解质答案：D4.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研习2共价键的类型[问题探讨]一、下面是乙烷、乙烯、乙炔的球棍模型和空间填充模型：1.仔细观察乙烷、乙烯、乙炔的分子结构，指出它们分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？2.解释乙烯分子中π键是如何形成的？3.乙烯分子中C—Cσ键与C—Cπ键哪种键稳定？4.碳碳键中，σ键与π键哪种键稳定？其他共价键中，σ键与π键的稳定性有固定关系吗？5.H—F键与H—Cl键相比，谁的极性更强些？二、实验探究[实验操作]①向盛有4mL0.1mol·L－1CuSO4溶液的试管里滴加几滴1mol·L－1氨水，观察现象。②向实验①的试管中继续添加氨水并振荡试管，观察实验现象。③再向实验②的试管中加入8mL95%乙醇(极性较小的溶剂)，并用玻璃棒摩擦试管壁，观察实验现象。[实验装置][实验现象]实验①中得到蓝色沉淀。实验②中沉淀逐渐溶解，得深蓝色溶液。实验③中析出深蓝色晶体。6.实验①中得到蓝色沉淀的化学成分是什么？写出反应的离子方程式。7.实验②中蓝色沉淀溶解的原因是什么？写出反应的离子方程式。8.加入乙醇后得到深蓝色晶体的化学成分是什么？用离子方程式表示这一反应过程。1.提示：物质共价键类别乙烷乙烯乙炔σ键数目753π键数目0122.提示：乙烯分子中两个碳原子的p轨道“头碰头”重叠形成一个σ键，而两个碳原子间相互垂直的p轨道“肩并肩”重叠形成一个π键。故乙烯分子中的碳碳双键由一个σ键和一个π键构成。3.提示：C—Cσ键稳定。4.提示：碳碳键中，σ键均比π键稳定；其他共价键中，σ键不一定比π键稳定。5.提示：H—F键的极性强。6.提示：试管中得到蓝色沉淀是氢氧化铜；反应的离子方程式为Cu2＋＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋2NH。7.提示：Cu(OH)2能溶于氨水生成深蓝色的[Cu(NH3)4]2＋；反应的离子方程式为Cu(OH)2＋4NH3=[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－。8.提示：深蓝色晶体是[Cu(NH3)4]SO4·H2O；[Cu(NH3)4]2＋＋SO＋H2O[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓。[重点讲解]σ键与π键(1)分类标准：原子轨道的重叠方式。(2)σ键①定义：原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的机会增大而形成的共价键称为σ键。②类型：a.ssσ键：两个成键原子均提供s轨道形成的共价键。b.spσ键：两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键。c.ppσ键：两个成键原子均提供p轨道形成的共价键。(3)π键原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现的机会增大而形成的共价键。[举一反三]1.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。2.P元素的外围电子排布式为3s23p3，P与Cl形成的化合物有PCl3、PCl5，对此判断正确的是()A.磷原子最外层有三个未成对电子，故只能结合三个氯原子形成PCl3B.PCl3分子中的P—Cl键含有π键C.PCl5分子中的P—Cl键都是π键D.磷原子最外层有三个未成对电子，但是能形成PCl5，说明传统的价键理论存在缺陷答案：D3.下列有关化学键类型的判断不正确的是()A.ssσ键与spσ键的对称性相同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：ssσ键、spσ键均为轴对称，A项正确；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项正确；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项错误。4.下列关于共价键的叙述中，不正确的是()A.由不同种元素原子形成的共价键一定是极性键B.由同种元素的两个原子形成的双原子分子中的共价键一定是非极性键C.化合物中不可能含有非极性键D.当氧原子与氟原子形成共价键时，共用电子偏向氟原子一方答案：C解析：不同种元素的原子吸引电子的能力不同，形成极性键；同种元素的原子形成的双原子分子中，两原子吸引电子的能力相同，形成非极性键。某些化合物中，如Na2O2、H2O2中均含有非极性键。氟原子吸引电子的能力强于氧原子，二者成键时共用电子偏向氟原子。5.用过量的AgNO3溶液处理含0.01mol氯化铬(CrCl3·6H2O)的水溶液，生成0.02mol的AgCl沉淀，此氯化铬最可能是()A.[Cr(H2O)6]Cl3B.[CrCl(H2O)5]Cl2·H2OC.[CrCl2(H2O)4]Cl·2H2OD.[CrCl3(H2O)3]·3H2O答案：B解析：与Ag＋反应生成AgCl沉淀的Cl－是由配合物在水溶液中电离出来的，因此在该配合物中1个Cl－在内界，2个Cl－在外界。研习3共价键键能与化学反应的反应热[问题探讨]键N—NN=NN≡N键能/(kJ·mol－1)1594189461.氮元素的非金属性较强，氮气分子化学性质为什么不活泼？2.由上表数据可知N2分子中，1个σ键和两个π键的键能各是多少？3.共价键的键能与反应热的关系怎样？1.提示：由于N2分子中存在N≡N键，氮氮三键键能大，不易拆开，所以化学性质不活泼。2.提示：σ键：159kJ·mol－1；2个π键的键能分别为259kJ·mol－1和528kJ·mol－1。3.提示：ΔH＝反应物分子中的键能总和－生成物分子中的键能总和。[重点讲解]一、键参数的意义1.键能的意义键能是衡量共价键稳定性的一个重要参数。键能越大，即形成共价键时放出的热量越多，共价键越稳定。例如：(1)N2分子的化学性质很稳定，是因为N≡N的键能很大(946kJ·mol－1)。(2)H—F、H—Cl、H—Br、H—I键的键能依次为567kJ·mol－1、431kJ·mol－1、366kJ·mol－1、298kJ·mol－1，键能逐渐减小，HF、HCl、HBr、HI分子的稳定性逐渐减弱。(3)CH2=CH2中C=C键的键能(615kJ·mol－1)小于C2H6中C—C键的键能(348kJ·mol－1)的两倍，CH≡CH中C≡C键的键能(812kJ·mol－1)小于C—C键的键能的3倍，也小于C—C键、C=C键的键能之和，表明乙烯、乙炔分子中的π键不如σ键牢固，比较容易断裂。2.键长的意义键长是衡量共价键稳定性的另一个参数。键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。键能和键长共同决定键的稳定性和分子的性质。例如：(1)F—F、Cl—Cl、Br—Br、I—I的键长逐渐增大，分子的稳定性逐渐减弱。(2)当两个原子间形成双键、三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，即键长变短。如C—C、C=C、C≡C的键长分别为154pm、133pm、120pm。二、化学键与反应热的关系1.定性关系化学反应中发生旧化学键断裂和新化学键形成，如果旧化学键断裂所吸收的总能量大于新化学键形成所放出的总能量，则该化学反应为吸热反应；反之，该化学反应为放热反应。2.定量关系能量变化＝反应物的键能总和－生成物的键能总和(特别注意，键能是指共价键，其他化学键的能量不能叫做键能)。[举一反三]1.下列关于共价键的说法正确的是()A.键能是衡量化学键强度的物理量B.键长是指形成共价键的两个原子之间的间距C.两个原子形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，键能越大D.单键一般比双键的键能更大答案：C2.已知N2＋O2=2NO为吸热反应，ΔH＝180kJ·mol－1，其中N≡N、O=O键的键能分别为946kJ·mol－1、498kJ·mol－1，则氮氧原子之间的键能为()A.1264kJ·mol－1B.632kJ·mol－1C.316kJ·mol－1D.1624kJ·mol－1答案：B3.下列事实不能用键能的大小来解释的是()A.N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定B.卤族元素氢化物的稳定性逐渐减弱C.稀有气体一般难发生反应D.O元素的电负性大于Cl，但Cl2比O2活泼性强答案：C研习4共价晶体[问题探讨]下面是金刚石的多面体外形及结构：1.金刚石晶体中有没有分子？晶体中碳原子之间的结合力是什么？2.金刚石晶体中每个碳原子与几个碳原子相结合？这些碳原子之间形成的空间结构是什么？碳原子的杂化轨道类型是什么？3.为什么金刚石的熔点高，硬度大？4.具有共价键的晶体都是共价晶体吗？5.怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？1.提示：金刚石晶体中不存在分子，存在的是碳原子。晶体中碳原子之间以共价键(σ键)结合。2.提示：金刚石晶体中，每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键相结合，它们形成的空间结构是正四面体形，碳原子采取sp3杂化。3.提示：金刚石晶体中C—C共价键的键能很大，熔化时需破坏共价键，故金刚石的熔点高，硬度大。4.提示：不一定是共价晶体，有些分子晶体中也存在共价键，如：冰、干冰、碘等。5.提示：由于金刚石、硅和锗都是共价晶体，原子间的作用力都是共价键。碳、硅、锗的原子半径依次增大，原子之间形成共价键的键长依次增大，共价键键能依次减弱，所以金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。[重点讲解]1.共价晶体相邻原子间以共价键相互结合形成空间网状结构的晶体叫做共价晶体。2.构成微粒及微粒间的作用3.常见的共价晶体4.共价晶体的物理性质(1)熔、沸点很高。共价晶体中各原子间以共价键相结合，要熔化必须破坏其中的共价键，需要较高的温度，所以共价晶体有很高的熔、沸点。(2)硬度很大。(3)难溶于一般溶剂。(4)一般不导电，但晶体硅是半导体。5.两种重要的共价晶体(1)金刚石在金刚石晶体中每个碳原子都采取sp3杂化，每个碳原子都被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体形，被包围的碳原子处于正四面体的中心。这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的、彼此连接的空间网状结构的晶体(如图甲)。甲金刚石的晶体结构和晶胞示意图乙金刚石中的正四面体结构①金刚石晶体中所有的C—C键键能、键长相等，键角相等(均为109°28′)(如图乙)。②晶体中最小的碳环由6个碳组成且不在同一平面内。③晶体中每个C参与了4个C—C键的形成，而在每个键中的贡献只有一半，故C原子个数与C—C键的键数之比为1∶＝1∶2。即1mol(12g)金刚石中含有C—C