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(共34张PPT)
第1课时　共价键的形成、特征及类型
1.了解共价键的形成、本质和特征,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.了解共价键的主要类型σ键和π键,会判断共价键的极性。能从内因和外因、量变与质变等方面较全面地分析物质的化学变化,形成变化观念与平衡思想的化学核心素养。
3.能利用键长、键能、键角等说明简单分子的某些性质,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。
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必备知识
正误判断
1.化学键:相邻原子间的强相互作用。
2.化学反应的实质是旧的化学键的断裂,新的化学键的形成过程。
3.电子式:在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子或离子的最外层电子的式子。如Na·、·Mg·、· 等。
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必备知识
正误判断
一、共价键的形成与特征
1.共价键的形成
(1)共价键的形成过程。
两个原子在逐渐接近时,它们的原子轨道会相互重叠,使电子在两个原子核之间出现的概率增大,它们同时受到两个原子核的吸引,从而导致体系能量降低,形成共价键。
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正误判断
(2)共价键的本质。
定义 原子间通过共用电子形成的化学键
本质 高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用
形成
元素 通常电负性相同或差值小的非金属元素的原子形成共价键
表示
方法 用一条短线表示一对共用电子所形成的共价键,如H—H;用“==”表示原子间共用两对电子所形成的共价键,如C==C;用“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键,如C≡C
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正误判断
【微思考1】非金属元素只能形成共价键吗 只有非金属原子之间才能形成共价键吗
提示:不是。有些含离子键的化合物是由非金属元素形成的,如铵盐;少数金属与非金属原子间形成的化学键也可能是共价键,如AlCl3中的化学键是共价键。
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正误判断
2.共价键的特征
(1)饱和性。
每个原子所能形成共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的,这称为共价键的饱和性。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。
(2)方向性。
在形成共价键时,原子轨道重叠得越多,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,这就是共价键的方向性。共价键的方向性决定着分子或离子的空间结构。
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二、共价键的类型
1.σ键与π键(按原子轨道重叠方式分类)
σ键 原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键
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概率增大而形成的共价键
2.极性键和非极性键(按共用电子对是否偏移分类)
类型 形成元素 共用电子对偏移 原子电性
非极
性键 同种
元素 两原子电负性相同,共用电子不偏移 两原子都不显电性
极性键 不同种
元素 共用电子偏向电负性较大的原子 电负性较大的原子显负电性,电负性较小的原子显正电性
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正误判断
【微思考2】C2H4比C2H6的化学性质活泼的原因是什么
提示:乙烯分子中含有π键,原子轨道重叠程度小,共价键不稳定,容易断裂,而乙烷分子中都是σ键,原子轨道重叠程度大,共价键稳定,不容易断裂。
【微思考3】请比较H—F、H—Cl、H—Br、H—I键的极性强弱。
提示:因为电负性F>Cl>Br>I,故键的极性按H—F、H—Cl、H—Br、H—I的顺序减弱。
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正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.HF和HCl分子中共价键都是σ键。(　　)
2.所有的共价键都有方向性。(　　)
3.HF比HCl的稳定性强。(　　)
4.氢原子和氟原子、氯原子均以σ键相结合时,其成键轨道完全相同。(　　)
5.1 mol丙酮分子中含有σ键的数目为9×6.02×1023。(　　)
6.60 g丙醇中存在的共价键总数为10NA。(　　)
7.78 g苯含有碳碳双键的数目为3NA。(　　)
8.标准状况下,2.24 L的CCl4中含有的Cl—Cl键数目为0.4NA。(　　)
答案:1.√　2.×　3.√　4.×　5.√　6.×　7.× 8.×
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共价键
问题探究
1.氢分子中的共价键是如何形成的 如何用电子云和原子轨道的概念进一步理解共价键的形成过程
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提示:从图中可以看出,当两个氢原子的核间距为0.074 nm时体系能量最低,此时两个H原子之间形成了化学键。H2中的化学键,可以认为是两个H原子各提供一个电子以自旋状态不同的方式相互配对形成氢分子,从而使体系的能量降低。
以H原子形成H2为例,通过电子云和原子轨道理解共价键的形成过程。从电子云的观点考虑,可认为两个H原子的1s轨道在两个原子核之间的重叠,使得电子更多地出现在两个原子核之间,即电子在两核间出现的概率增加,两个H原子结合在一起形成H2分子,导致体系的能量降低。
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2.H原子与H原子、H原子与Cl原子、Cl原子与Cl原子分别以σ键结合成H2、HCl、Cl2分子,其成键轨道完全相同吗
提示:不相同。H原子的未成对电子位于1s轨道,Cl原子的未成对电子位于3p轨道,即H原子与H原子成键是1s与1s轨道“头碰头”重叠,H原子与Cl原子成键是H原子的1s与Cl原子的3p轨道“头碰头”重叠,Cl原子与Cl原子成键是以各自的3p轨道“头碰头”重叠。
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3.氮气的化学性质很不活泼,通常很难与其他物质发生化学反应。试观察N2分子的形成过程填写下表:
键的类型 σ键 π键
原子轨道重叠方式
原子轨道重叠部位
原子轨道重叠程度
键的强度
化学活泼性
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提示:
键的类型 σ键 π键
原子轨道重叠方式 沿键轴方向“头碰头”重叠 沿键轴方向“肩并肩”重叠
原子轨道重叠部位 在原子核之间,在键轴处 键轴上方和下方
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
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深化拓展
1.共价键的分类
分类标准 类型
共用电子对数目 单键、双键、三键
共用电子对的偏移程度 极性键、非极性键
原子轨道重叠方式 σ键、π键
【微点拨】(1)并不是所有单质中都存在共价键,稀有气体分子和金属单质中不存在共价键。
(2)少部分金属元素与非金属元素原子间形成共价键,例如BeCl2、AlCl3等化合物中原子间均以共价键结合。
(3)所有的共价键都有饱和性,但不是所有的共价键都有方向性,如两个1s轨道重叠形成的s-s σ键没有方向性。
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2.σ键的类型
根据成键电子原子轨道的不同,σ键可分为s-s σ键、s-p σ键和p-p σ键。
(1)s-s σ键:两个成键原子均提供s原子轨道形成的共价键。如H2分子中σ键的形成过程:
(2)s-p σ键:两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键。
(3)p-p σ键:两个成键原子均提供p原子轨道形成的共价键。
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3.σ键的特征
(1)以形成化学键的两原子核的连线为轴进行旋转,共价键电子云图形不变,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键有较强的稳定性。
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4.π键
(1)p-p π键的形成:
(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,这种特征称为镜面对称。
②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。
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【微点拨】(1)单键全是σ键,双键含1个σ键、1个π键,三键含1个σ键、2个π键。
(2)s轨道与s轨道(或p轨道)只能形成σ键,不能形成π键;两个p轨道既可形成σ键,又可形成π键,但首先形成σ键。
(3)两个原子间可以只形成σ键,但不可以只形成π键。
(4)在同一个分子中,σ键一般比π键强度大。
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素能应用
典例1下列说法中正确的是(　　)
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:硫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项正确;H2O能结合1个H+形成H3O+,不能说明共价键不具有饱和性,B项错误;H2分子中,H原子通过1s轨道成键,因为s轨道为球形,所以H2分子中的H—H键没有方向性,C项错误;两个原子轨道发生重叠后,电子只是在两原子核之间出现的概率大,D项错误。
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变式训练1下列各组物质中,所有化学键都是共价键的是(　　)
A.H2S和Na2O2 B.H2O2和CaF2
C.NH3和N2 D.HNO3和NaCl
答案:C
解析:Na2O2中既有离子键又有共价键,A项不符合题意;CaF2中只有离子键,B项不符合题意;NaCl属于离子化合物,没有共价键,D项不符合题意。
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典例2有下列十种物质:
①CH4　②C2H5OH　③N2　④HCl　⑤CO2
⑥CH3CH3　⑦C2H4　⑧C2H2　⑨H2O2　⑩HCHO
请按要求回答下列问题(填编号):
(1)只有σ键的是　　　　　,既有σ键又有π键的是　　　　　。
(2)只含有极性键的化合物是　　　　　　,既含有极性键,又含有非极性键的化合物是　　　　。
(3)含有双键的是　　　　,含有三键的是　　　　。
答案:(1)①②④⑥⑨　③⑤⑦⑧⑩
(2)①④⑤⑩　②⑥⑦⑧⑨
(3)⑤⑦⑩　③⑧
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键只能是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,三键中有1个σ键和2个π键;②同种元素原子之间形成的共价键是非极性键,不同种元素原子之间形成的共价键是极性键。
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变式训练2-1 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,在某些气体单质分子中只存在σ键(如Cl2、H2),有的存在π键(如N2中存在σ键和π键),稀有气体分子为单原子分子,不存在化学键。
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变式训练2-2 根据氢原子和氟原子的核外电子排布,对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是(　　)
A.两者都为s-s σ键
B.两者都为p-p σ键
C.前者为p-p σ键,后者为s-p σ键
D.前者为s-s σ键,后者为s-p σ键
答案:C
解析:H原子核外的1个电子排布在1s轨道上,F原子最外层的7个电子排布在2s、2p轨道上,F2单质中共价键是p-p σ键,而HF分子中是H原子的1s轨道与F原子的2p轨道头碰头重叠,形成s-p σ键。
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1. 下列关于共价键的饱和性和方向性的叙述,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轨道的方向性决定的
C.共价键的方向性决定了分子的空间结构
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: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,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,A项正确;形成共价键时,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空间结构,故B、C项正确,D项不正确。
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2. 下列说法正确的是(　　)
①共价键的本质是相互吸引的电性作用
②共价化合物一定含共价键,一定不含离子键
③水的非直线形结构是由共价键的饱和性决定的
④由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物
⑤分子中不一定存在共价键
⑥烯烃比烷烃的化学性质活泼是由于烷烃中的σ键比烯烃中的σ键稳定
A.②⑤ B.④⑥ C.②③④ D.①③⑥
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答案:A
解析:共价键的本质是电性作用而不是相互吸引,①错;有离子键的化合物为离子化合物,所以共价化合物中没有离子键,②正确;水的非直线形结构是由共价键的方向性决定的,③错;氯化铵中只有非金属元素,但是它是离子化合物,④错;稀有气体分子中没有共价键,⑤正确;烯烃比烷烃活泼是因为烯烃中的π键比较活泼,⑥错。
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3. 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。
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4. 共价键①H—H键　②H—F键　③H—O键　④N—H键　⑤P—H键中,键的极性由弱到强的顺序正确的是(　　)
A.①②③④⑤ B.⑤④③②①
C.①⑤④③② D.②③④⑤①
答案:C
解析:元素周期表中,同一周期主族元素的原子从左到右吸引电子的能力逐渐增强,题中涉及的同一周期元素原子吸引电子的能力由弱到强的顺序是NP;H—H键是由吸引电子能力相同的同种原子形成的非极性键。所以C项正确。
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5. 下列有关化学键类型的判断不正确的是(　　)
A.s-s σ键与s-p σ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
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答案:C
解析:s-s σ键无方向性,s-p σ键是轴对称,A项说法正确;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项说法正确;单
键都为σ键,乙烷分子结构式为 ,其中6个C—H键和1个
C—C键都为σ键,D项说法正确;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—H σ键,C≡C键中有1个σ键、2个π键,C项说法错误。

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