2023-2024学年高中化学苏教版2019选择性必修2同步教案 3.3共价键 共价晶体
文档属性
| 名称 | 2023-2024学年高中化学苏教版2019选择性必修2同步教案 3.3共价键 共价晶体 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 269.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-09-14 08:55:02 | ||
图片预览
文档简介
3.3共价键 共价晶体(第1课时)
一、核心素养发展目标
1.能结合实例描述共价键的成键特征及其本质，能分析不同类型的共价键对物质化学性质的影响；
2.能举例说明共价键的极性及其应用。
二、教学重点及难点
重点 不同类型的共价键对物质化学性质的影响
难点 不同类型的共价键
三、教学方法
讲授法、讨论法
四、教学工具
PPT、视频
五、教学过程
【导入】在人类所利用的物质中，无论是自然界存在的，还是化学家合成的，大多数是含有共价键的物质。生命活动不可缺少的物质（如氧气、水、糖类、蛋白质、维生素等），各种性能优异的有机高分子材料以及治疗疾病的药物中，一般都含有共价键。共价键是一种重要的化学键，对研究物质的性质及其反应意义重大。
一、共价键的形成
【展示】氢气的形成微观动画
【讲述】通常情况下，吸引电子能力相近的原子之间通过共用电子对形成共价键。
【问】两个成键原子为什么能通过共用电子对结合在一起呢？
【展示】两个氢原子靠近形成共价键的动画。
【生】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轨道发生重叠，电子在两原子核间出现的机会较大。
【讲述】原子轨道在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，因此可以说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了。
【展示】氢分子的能量与核间距的关系
【讲述】随着核间距的减小，核间电子出现的机会增大，体系的能量逐渐下降，达到能量最低状态。
核间距进一步减小时，两原子间的斥力使体系的能量迅速上升，这种排斥作用又将氢原子推回到平衡位置。
氢分子的形成过程中能量（主要指势能）随核间距的变化如图曲线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。
共价键形成的本质：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增加，体系的能量降低。
【问】为什么N、O、F原子与氢原子形成的简单化合物分别为NH3、H2O和HF？
【生】写出N、O、F的电子排布式和轨道表示式，N 2p轨道有三个未成对电子，所以能结合三个氢原子，成为氨气。
O 2p轨道有两个未成对电子，F 2p轨道有一个未成对电子。
【讲述】形成共价键时，只有成键原子中自旋方向相反的未成对电子才能形成共用电子对。成键过程中，每种元素的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。
所以在共价分子中，每个原子形成共价键的数目是一定的。
【问】说明共价键具有什么特征？
【生】共价键具有饱和性，
【讲述】决定各种原子形成分子时相互结合的数量关系。
【展示】s轨道和p轨道形成稳定共价键的几种重叠方式。
【讲述】形成共价键时，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，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越多，体系的能量下降也就越多，形成的共价键越牢固。
因此，一个原子与周围原子形成的共价键就表现出方向性（s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性）。
【问】说明共价键具有什么特征？
【生】共价键具有方向性。
【讲述】决定分子的空间结构。
二、共价键的类型
【展示】氢原子形成氢分子的过程动画
【讲述】氢原子的核外电子排布式为1s1，有一个未成对电子，当两个氢原子结合成氢气分子时，两个氢原子的s轨道沿x轴方向以“头碰头”的方式发生重叠。
原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”的方式重叠形成的共价键叫做σ键。
H2中的σ键是由两个s轨道重叠形成的，可称为s-s σ键。
【展示】H-Cl的形成动画
【讲述】HCl中的共价键是由氢原子提供的未成对电子的1s原子轨道和氯原子提供的未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。s — p σ键
H－Cl的 s-p σ键的形成（一个s轨道与一个p轨道重叠）。
【展示】Cl-Cl的形成动画
【讲述】Cl2中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。
p—p σ键
Cl－Cl的 p-p σ键的形成（两个p轨道重叠）
【讲述】σ键的特征
(1)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。
(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。
(3)以形成σ键的两原子核的连线为轴，任何一个原子均可以旋转，旋转时并不破坏σ键的结构。
【问】简要总结σ键的特征
【生】头碰头；轴对称；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。
【展示】两个P轨道形成π键的过程动画。
【讲述】概念：形成共价键的未成对电子的原子轨道，采取“肩并肩”的方式重叠，这种共价键叫π键，主要类型为p－p π键。
【讲述】π键的特征
(1)电子云为镜面对称：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。
(2)不稳定性：形成π键时电子云重叠程度比σ键小，π键不如σ键牢固。
(3)以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子并不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键，如以py－py π键为例，若旋转其中一个成键原子，则两原子的py轨道不再平行，也就无法“肩并肩”地靠近形成π键。
【展示】N2中共价三键的形成过程动画。
N2中共价三键的形成过程动画
【讲述】氮气分子中含有一个σ键和两个π键，氮气分子的结构可用结构式N≡N表示。
判断σ键、π键的一般规律
【讲述】①s-s电子、s-p电子只形成σ键；p-p电子既形成σ键，又形成π键；且 p-p电子先形成σ键，后形成π键。
②共价单键是σ键；共价双键中一个σ键,另一个π键；共价三键中一个σ键,另两个π键。σ键可以独立存在,π键不能单独存在。
【展示】乙烯分子中σ键和π键的形成过程、乙炔分子中σ键和π键的形成过程动画。
【问】观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，它们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？
【生】乙烷分子中由7个σ键组成；
乙烯分子中由5个σ键和1个π键组成；
乙炔分子中由3个σ键和2个π键组成。
【问】乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼
【生】乙烯分子中的碳碳双键和乙炔分子中的碳碳三键中分别含有1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度较小,不稳定,容易断裂。
而乙烷分子中没有π键,σ键原子轨道重叠程度大,比较稳定,不易断裂。
【讲述】苯分子中的共价键
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。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离完全相同。
【展示】氢气、HF的电子云
【讲述】由同种原子形成的共价键，两个成键原子吸引电子的能力相同，电子对不发生偏移，非极性共价键，简称非极性键。
由不同种原子形成的共价键，两个成键原子吸引电子的能力不同，电子对发生偏移，F原子一端相对地显负电性，H原子一端相对地显正电性，极性共价键，简称极性键。
在极性共价键中，成键原子吸引电子能力的差别越大，共用电子对的偏移程度越大，共价键的极性越强。
通常可以根据元素的电负性差值来判断键的极性。
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。
【问】判断以下键的极性强弱C—H、N—H、O—H、F—H？
【生】根据元素电负性差值大小，下列键的极性由强到弱的顺序排列为：
F—H ＞ O—H ＞ N—H ＞C—H
【问】到用微波炉加热之后，食物要比盛放食物的容器热得多？阅读教材回答。
【生】微波炉对食物进行加热时，其中的磁控管以 2450 MHz 的频率发射出微波，对食物中的极性分子产生作用。在高达1010数量级的微波频段下，振荡的电磁场会与极性分子中带正、负电的两极发生作用，造成这些分子发生振动。常见的食物中含有大量极性很强的水分子，食物吸收微波后，水分子以每秒 24.5亿千次的变化频率进行振动。分子运动的加快意味着分子动能的增加，而动能又与温度直接相关。这样，水的温度便迅速升高，热量从水分子转移到食物的其他部分。
而盛放食物的容器往往不含极性分子，且传热性差，因此温度往往较低。
【展示】氨气电子式
当氨分子遇到氢离子时，氨分子中的氮原子提供孤电子对与氢离子形成共价键，即氨分子中氮原子上的孤电子对所占据的轨道与氢离子的1s空轨道发生重叠形成共价键，从而形成铵根离子。
【展示】铵根离子形成过程
配位键：由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成共价键。
在表示分子或离子的结构式时，常用“→ ”表示配位键，其箭头指向接受孤电子对的原子。
【课堂小结】师生一起回顾和总结。
【课堂练习】
1. 下列分子中，含有σ键而不含有π键的是（ ）
A. CH3CH3 B. N2 C. C2H2 D. Cl2
答案：D
2、2. 下列说法不正确的是（ ）
A. 双键、三键都含有π键
B. 成键原子间原子轨道重叠得越多，共价键越牢固
C. 因每个原子未成对电子数是一定的，故与之成键的原子个数也一定
D. 所有原子轨道在空间都有自己的方向性
答案：D
3.下列说法不正确的是( )
A.σ键一般比π键原子轨道重叠程度大,形成的共价键强
B.两个原子之间形成共价键时,最多有1个σ键
C.气体单质中,一定有σ键,可能有π键
D.一个N2分子中有1个σ键,2个π键
答案：C
4.有以下物质:①HF ②Cl2 ③H2O ④N2 ⑤C2H4 ⑥C2H6 ⑦H2 ⑧H2O2 ⑨HCN(H—C≡N)。其中,只含有极性键的是 ;只含有非极性键的是 ;既有极性键,又有非极性键的是 ;只有σ键的是 ;既有σ键又有π键的是 ;含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是 ;含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成π键的是 。
答案：①③⑨ ②④⑦ ⑤⑥⑧ ①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ ⑦ ④⑤⑨
一、核心素养发展目标
1.能结合实例描述共价键的成键特征及其本质，能分析不同类型的共价键对物质化学性质的影响；
2.能举例说明共价键的极性及其应用。
二、教学重点及难点
重点 不同类型的共价键对物质化学性质的影响
难点 不同类型的共价键
三、教学方法
讲授法、讨论法
四、教学工具
PPT、视频
五、教学过程
【导入】在人类所利用的物质中，无论是自然界存在的，还是化学家合成的，大多数是含有共价键的物质。生命活动不可缺少的物质（如氧气、水、糖类、蛋白质、维生素等），各种性能优异的有机高分子材料以及治疗疾病的药物中，一般都含有共价键。共价键是一种重要的化学键，对研究物质的性质及其反应意义重大。
一、共价键的形成
【展示】氢气的形成微观动画
【讲述】通常情况下，吸引电子能力相近的原子之间通过共用电子对形成共价键。
【问】两个成键原子为什么能通过共用电子对结合在一起呢？
【展示】两个氢原子靠近形成共价键的动画。
【生】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轨道发生重叠，电子在两原子核间出现的机会较大。
【讲述】原子轨道在两个原子核间重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，因此可以说，核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了。
【展示】氢分子的能量与核间距的关系
【讲述】随着核间距的减小，核间电子出现的机会增大，体系的能量逐渐下降，达到能量最低状态。
核间距进一步减小时，两原子间的斥力使体系的能量迅速上升，这种排斥作用又将氢原子推回到平衡位置。
氢分子的形成过程中能量（主要指势能）随核间距的变化如图曲线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。
共价键形成的本质：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增加，体系的能量降低。
【问】为什么N、O、F原子与氢原子形成的简单化合物分别为NH3、H2O和HF？
【生】写出N、O、F的电子排布式和轨道表示式，N 2p轨道有三个未成对电子，所以能结合三个氢原子，成为氨气。
O 2p轨道有两个未成对电子，F 2p轨道有一个未成对电子。
【讲述】形成共价键时，只有成键原子中自旋方向相反的未成对电子才能形成共用电子对。成键过程中，每种元素的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。
所以在共价分子中，每个原子形成共价键的数目是一定的。
【问】说明共价键具有什么特征？
【生】共价键具有饱和性，
【讲述】决定各种原子形成分子时相互结合的数量关系。
【展示】s轨道和p轨道形成稳定共价键的几种重叠方式。
【讲述】形成共价键时，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，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越多，体系的能量下降也就越多，形成的共价键越牢固。
因此，一个原子与周围原子形成的共价键就表现出方向性（s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性）。
【问】说明共价键具有什么特征？
【生】共价键具有方向性。
【讲述】决定分子的空间结构。
二、共价键的类型
【展示】氢原子形成氢分子的过程动画
【讲述】氢原子的核外电子排布式为1s1，有一个未成对电子，当两个氢原子结合成氢气分子时，两个氢原子的s轨道沿x轴方向以“头碰头”的方式发生重叠。
原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”的方式重叠形成的共价键叫做σ键。
H2中的σ键是由两个s轨道重叠形成的，可称为s-s σ键。
【展示】H-Cl的形成动画
【讲述】HCl中的共价键是由氢原子提供的未成对电子的1s原子轨道和氯原子提供的未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。s — p σ键
H－Cl的 s-p σ键的形成（一个s轨道与一个p轨道重叠）。
【展示】Cl-Cl的形成动画
【讲述】Cl2中的共价键是由2个氯原子各提供1个未成对电子的3p原子轨道重叠形成的。
p—p σ键
Cl－Cl的 p-p σ键的形成（两个p轨道重叠）
【讲述】σ键的特征
(1)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。
(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。
(3)以形成σ键的两原子核的连线为轴，任何一个原子均可以旋转，旋转时并不破坏σ键的结构。
【问】简要总结σ键的特征
【生】头碰头；轴对称；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。
【展示】两个P轨道形成π键的过程动画。
【讲述】概念：形成共价键的未成对电子的原子轨道，采取“肩并肩”的方式重叠，这种共价键叫π键，主要类型为p－p π键。
【讲述】π键的特征
(1)电子云为镜面对称：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。
(2)不稳定性：形成π键时电子云重叠程度比σ键小，π键不如σ键牢固。
(3)以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子并不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键，如以py－py π键为例，若旋转其中一个成键原子，则两原子的py轨道不再平行，也就无法“肩并肩”地靠近形成π键。
【展示】N2中共价三键的形成过程动画。
N2中共价三键的形成过程动画
【讲述】氮气分子中含有一个σ键和两个π键，氮气分子的结构可用结构式N≡N表示。
判断σ键、π键的一般规律
【讲述】①s-s电子、s-p电子只形成σ键；p-p电子既形成σ键，又形成π键；且 p-p电子先形成σ键，后形成π键。
②共价单键是σ键；共价双键中一个σ键,另一个π键；共价三键中一个σ键,另两个π键。σ键可以独立存在,π键不能单独存在。
【展示】乙烯分子中σ键和π键的形成过程、乙炔分子中σ键和π键的形成过程动画。
【问】观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，它们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？
【生】乙烷分子中由7个σ键组成；
乙烯分子中由5个σ键和1个π键组成；
乙炔分子中由3个σ键和2个π键组成。
【问】乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼
【生】乙烯分子中的碳碳双键和乙炔分子中的碳碳三键中分别含有1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度较小,不稳定,容易断裂。
而乙烷分子中没有π键,σ键原子轨道重叠程度大,比较稳定,不易断裂。
【讲述】苯分子中的共价键
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。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离完全相同。
【展示】氢气、HF的电子云
【讲述】由同种原子形成的共价键，两个成键原子吸引电子的能力相同，电子对不发生偏移，非极性共价键，简称非极性键。
由不同种原子形成的共价键，两个成键原子吸引电子的能力不同，电子对发生偏移，F原子一端相对地显负电性，H原子一端相对地显正电性，极性共价键，简称极性键。
在极性共价键中，成键原子吸引电子能力的差别越大，共用电子对的偏移程度越大，共价键的极性越强。
通常可以根据元素的电负性差值来判断键的极性。
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。
【问】判断以下键的极性强弱C—H、N—H、O—H、F—H？
【生】根据元素电负性差值大小，下列键的极性由强到弱的顺序排列为：
F—H ＞ O—H ＞ N—H ＞C—H
【问】到用微波炉加热之后，食物要比盛放食物的容器热得多？阅读教材回答。
【生】微波炉对食物进行加热时，其中的磁控管以 2450 MHz 的频率发射出微波，对食物中的极性分子产生作用。在高达1010数量级的微波频段下，振荡的电磁场会与极性分子中带正、负电的两极发生作用，造成这些分子发生振动。常见的食物中含有大量极性很强的水分子，食物吸收微波后，水分子以每秒 24.5亿千次的变化频率进行振动。分子运动的加快意味着分子动能的增加，而动能又与温度直接相关。这样，水的温度便迅速升高，热量从水分子转移到食物的其他部分。
而盛放食物的容器往往不含极性分子，且传热性差，因此温度往往较低。
【展示】氨气电子式
当氨分子遇到氢离子时，氨分子中的氮原子提供孤电子对与氢离子形成共价键，即氨分子中氮原子上的孤电子对所占据的轨道与氢离子的1s空轨道发生重叠形成共价键，从而形成铵根离子。
【展示】铵根离子形成过程
配位键：由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成共价键。
在表示分子或离子的结构式时，常用“→ ”表示配位键，其箭头指向接受孤电子对的原子。
【课堂小结】师生一起回顾和总结。
【课堂练习】
1. 下列分子中，含有σ键而不含有π键的是（ ）
A. CH3CH3 B. N2 C. C2H2 D. Cl2
答案：D
2、2. 下列说法不正确的是（ ）
A. 双键、三键都含有π键
B. 成键原子间原子轨道重叠得越多，共价键越牢固
C. 因每个原子未成对电子数是一定的，故与之成键的原子个数也一定
D. 所有原子轨道在空间都有自己的方向性
答案：D
3.下列说法不正确的是( )
A.σ键一般比π键原子轨道重叠程度大,形成的共价键强
B.两个原子之间形成共价键时,最多有1个σ键
C.气体单质中,一定有σ键,可能有π键
D.一个N2分子中有1个σ键,2个π键
答案：C
4.有以下物质:①HF ②Cl2 ③H2O ④N2 ⑤C2H4 ⑥C2H6 ⑦H2 ⑧H2O2 ⑨HCN(H—C≡N)。其中,只含有极性键的是 ;只含有非极性键的是 ;既有极性键,又有非极性键的是 ;只有σ键的是 ;既有σ键又有π键的是 ;含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是 ;含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成π键的是 。
答案：①③⑨ ②④⑦ ⑤⑥⑧ ①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ ⑦ ④⑤⑨