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(共52张PPT)
第1课时　共价键的形成过程与类型
第三单元　共价键　共价晶体
1.能结合实例描述共价键的成键特征及其本质。2.能够从不同的角度对共价键分类,会分析σ键和π键的形成及特点。
共价键的形成
学习任务一
1.共价键的概念
原子间通过 形成的强烈的相互作用叫共价键。
2.共价键的形成过程
以H2分子的形成为例:
共用电子对
(1)当两个氢原子相互接近时,若两个氢原子核外电子的自旋方向相反,它们接近到一定距离时,两个1s轨道发生 ,电子在两原子核间出现的机会较大。随着核间距的减小,核间电子出现的机会增大,体系的能量逐渐 ,达到能量最低状态。
(2)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
占主导地位,所以两个带有自旋方向 的电子的氢原子不可能形成氢分子。
重叠
下降
排斥作用
相同
3.共价键的本质
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,两原子核间的电子云密度 ,体系的能量降低。
4.共价键的特征
(1)饱和性:成键原子有几个未成对电子,通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键,每个原子形成共价键的数目是一定的。
增加
(2)方向性:两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键,原子轨道重叠越多,共价键越牢固。s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性。
氢气与氧气、氟气和氮气反应时分别生成H2O和HF及NH3,在这些化合物的分子内部,原子之间都是通过共用电子对形成了共价键。F、O、N在与H化合时分别结合氢原子数目为1、2、3。探究这些原子结合不同数目的氢原子的原因。
探究　共价键的饱和性和方向性
问题1:试分别写出N、O、F的电子排布式和轨道表示式。
问题2:为什么N、O、F与H形成简单的化合物(NH3、H2O、HF)中氢原子数不等
提示:因为N最外层电子排布式为2s22p3,其 p轨道有3个自旋状态相同的未成对电子,可以与3个自旋相反的电子配对成3个共价单键,所以一个氮原子结合3个氢原子。同理,O最外层电子排布式为2s22p4,其p轨道有2个自旋状态相同的未成对电子,F最外层电子排布式为2s22p5,其p轨道有 1个未成对电子,所以两者分别形成2个、1个共价单键,因此分别结合 2个、1个氢原子。
问题3:上述三种原子与氢原子成键时分别采用的是哪些类型的轨道 这些轨道是沿何方向重叠的
1.共价键与离子键的判断规律
(1)定性判断:一般活泼金属与活泼非金属元素之间形成离子键,非金属元素之间形成共价键。
(2)定量判断:可以根据成键元素的电负性相对大小判断,两者差值小于1.7可以形成共用电子对,形成共价键,两者差值大于 1.7,电负性小的电子完全失去给电负性大的,形成离子键。
归纳拓展
归纳拓展
2.共价键的饱和性决定了中心原子结合其他原子的数目,共价键的方向性决定了分子的空间结构,但是并不是所有共价键都具有方向性,如两个氢原子间通过s电子形成共价键时就没有方向性。
1.下列不属于共价键成键因素的是(　　)
A.共用电子对在两原子核之间高概率出现
B.具有自旋方向相反的未成对电子
C.成键后体系能量降低,趋于稳定
D.两原子核体积大小要适中
D
【解析】 共价键形成的本质是当成键原子相互靠近时,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,两原子核间的电子云密度增加,体系的能量降低,故D符合题意。
2.共价键具有饱和性和方向性,下列关于共价键这两个特征的叙述中,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的轨道的方向性决定的
C.共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系
D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
D
【解析】 一般地,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了,故原子的未成对电子数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正确;形成共价键时,原子轨道重叠的程度越大越稳定,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存在着必然的联系,B正确;根据以上分析可知,C正确;共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度无关,与原子的未成对电子数有关,D错误。
3.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是(　　)
A
【解析】 由共价键的饱和性可知,C、Si均形成4个共价键,H形成1个共价键,N形成3个共价键,O、S均形成2个共价键。A项中氧原子间是双键,且每个氧原子与1个氢原子再形成1个单键,即每个氧原子形成3个共价键,与其饱和性不相符。
共价键的类型
学习任务二
1.按原子间的成键数目分类
类型 单键 双键 三键
表示方法
—
≡
2.按原子轨道重叠方式分类
(1)σ键:原子轨道沿核间连线方向以“ ”的方式重叠形成的共价键。
(2)π键:原子轨道在核间连线两侧以“ ”的方式重叠形成的共价键。
头碰头
肩并肩
3.按共用电子对是否偏移分类
类型 形成元素 共用电子对是否偏移
非极
性键 元素 共用电子对
极性键 元素 共用电子对偏向电负性 的元素的原子
同种
不偏移
不同种
较大
通常可以根据元素的电负性差值来判断键的极性强弱。一般情况下,两种成键元素间的电负性差值越大,它们形成的共价键的极性就 。
越强
4.特殊共价键——配位键
(1)概念:由一个原子 与另一个 的原子形成的共价键叫配位键。
提供孤电子对
有空轨道可接受电子
提供孤电子对
接受孤电子对
空轨道
(3)配位键与共价键在形成过程上的主要不同是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成键原子双方共同提供的。
探究1　σ键和π键判断与比较
如图为乙烷、乙烯和乙炔分子的结构模型:
问题1:结合上述图中乙烷、乙烯和乙炔分子结构模型判断其分子中分别有几个σ键和几个π键。
问题2:如何判断分子中存在的σ键和π键的数目
提示:单键只有σ键,双键由1个σ键和1个 π键组成,三键由1个σ键和2个π键组成。如氮气(N≡N)分子中含有1个σ键和2个π键。
问题3:σ键、π键原子轨道重叠方式和稳定性有何区别 结合乙烷、乙烯、乙炔的结构与性质做一下说明。
提示:σ键是原子轨道沿键轴方向以“头碰头”的方式重叠,π键是原子轨道沿键轴方向以“肩并肩”的方式重叠;σ键稳定,π键不稳定,化学性质活泼。乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有 1个π键和 2个 π键,π键原子轨道重叠程度小,不稳定,容易断裂,而乙烷中碳原子之间以 σ键结合,原子轨道重叠程度大,σ键稳定,不易断裂。
探究2　极性键与非极性键的比较与判断
下表为部分元素的电负性及差值:
元素 Na Cl H Cl C O
电负性 0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5
电负性
差值 2.1 0.9 1.0
问题4:结合表中数据判断NaCl、HCl、CO2中化学键的类型。
提示:两种元素间电负性差值大于1.7时一般形成离子键,小于1.7时一般形成共价键。所以,NaCl中为离子键,HCl、CO2中为共价键。
问题5:试比较HCl与CO2中化学键的极性大小。
提示:由电负性差值可知,碳氧键的极性大于氢氯键的极性。
问题6:已知物质中极性大的键往往是反应的活化部位,判断乙醇中容易发生反应的部位。
提示:结合电负性差值可知,CH3CH2—OH中的 C—O 键及O—H键的极性相对较强,容易发生反应。
探究3　配位键的形成与特点
铵根离子的形成过程示意图如图所示:
或可用下式表示:
问题7:铵根离子中的配位键是如何形成的 配位键的形成条件是什么
提示:氮原子提供孤电子对,氢离子提供容纳孤电子对的空轨道。形成配位键需要成键双方原子一方有孤电子对,另一方有空轨道。
问题8:铵根离子中的4个氮氢键有何不同
提示:4个氮氢键完全相同。
1.σ键与π键的比较
归纳拓展
共价键类型 σ键 π键
原子轨道
重叠方式 “头碰头”重叠 “肩并肩”
重叠
示意图
归纳拓展
对称类型 轴对称 镜面对称
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
成键规律 共价单键是σ键;共价双键中有一个σ键、一个π键;共价三键中有一个σ键、两个π键
2.对于σ键和π键应特别注意的问题
(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机会大。
(2)因s轨道是球形的,故s轨道与s轨道形成σ键时,无方向性。两个s轨道只能形成σ键,不能形成π键。
(3)两个原子间可以只形成σ键,但不能只形成π键。
归纳拓展
题点一　σ键和π键的判断与比较
A
【解析】 单键全是σ键,双键中含有一个σ键、一个π键,由该有机物的结构简式可知,该分子中σ键数目为19,π键数目为3,故选A。
2.汽油中含有一种分子式为C8H18的烃,在高温下裂解可得到CH4、C2H4、C2H6和C3H6等相对分子质量较小的链状烃。下列说法不正确的是(　　)
A.CH4、C2H6分子中都只含σ键,不含π键
B.C2H4分子中含有σ键和π键的数目之比为4∶1
C.C3H6分子中含有σ键和π键的数目之比为8∶1
D.有机物分子中碳原子之间可以形成σ键,也可以形成π键
B
3.氰气的分子式为(CN)2,结构式为N≡C—C≡N,性质与卤素相似。下列叙述正确的是(　　)
A.分子中含有2个σ键和4个π键
B.分子中N≡C键的键长大于C—C键的键长
C.分子中原子的最外层均满足8电子结构
D.不能和氢氧化钠溶液发生反应
C
【解析】 N≡C—C≡N中含有3个σ键和4个π键,故A错误;氮原子半径比碳原子半径小,所以C≡N 键的键长小于C—C键的键长,故B错误;(CN)2中每个碳、氮原子分别形成4个共用电子对、3个共用电子对,原子的最外层均满足8电子结构,故C正确;卤素单质都能与氢氧化钠溶液反应,故氰气能和氢氧化钠溶液发生反应,故D错误。
题点二　配位键、极性键与非极性键判断
4.下列化合物中,含有离子键和非极性共价键的是(　　)
A.H2O2 B.Na2O2 C.CaCl2 D.CO2
B
【解析】 H2O2与CO2只含有共价键,CaCl2只含有离子键,故选B。
5.有下列微粒:
其中含有配位键的是(　　)
A.①② B.①③ C.④⑤ D.②④
A
知识整合
防晒霜之所以能有效地减轻紫外线对人体的伤害,是因为它所含的有效成分的分子中含有π键,这些π键的电子可在吸收紫外线后被激发,从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。据此回答下列问题。
(1)有下列分子:
①H2　②CO2　③H2O2　④HCN
分子中只有σ键的是　　　　　,分子中含有π键的是　　　　,分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是　　　　,分子中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是
　 　　　,分子中含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是
　　 　　,分子中既含有极性键又含有非极性键的是　　　　。(填序号)
①③　
②④　
②　
①　
③④　
③
(2)下列物质中没有防晒效果的是　　　　(填字母)。
D
【解析】 (2)乙醇的结构简式为 CH3—CH2—OH,只有单键,不存在π键,不具有防晒效果;其他物质均含π键,所以均具有防晒效果,故选D。
命题解密与解题指导
情境解读:防晒霜的防晒原理。
素养立意:通过共价分子中 σ键和π键数目的判断,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
思维建模:σ键和π键数目的判断思路。
(1)化学式→结构式(单键一定是σ键;双键含1个σ键和1个π键;三键含1个σ键和2个π键)。
(2)s轨道与s轨道或s轨道与p轨道仅能形成σ键;两个p轨道既可以形成σ键又可以形成π键,但优先形成σ键。
(3)两个原子间可以仅形成 σ键,但不可以仅形成π键。

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