第2课时 共价键
教学目标
1. 理解共价键的概念,掌握用电子式和结构式表示共价分子的微观结构的基本方法;
2. 知道共价键形成和破坏过程中的能量变化和化学反应的本质;
3. 认识共价分子的球棍模型、比例模型,了解一些简单共价分子的空间结构。
4. 认识分子间作用力,认识物质性质与微粒间作用力的关系;简单了解氢键。
教学重点
用电子式和结构式表示共价分子的微观结构,了解分子的空间结构。物质性质与微粒间作用力的关系。
教学难点
用电子式和结构式表示共价分子的微观结构,了解分子的空间结构。物质性质与微粒间作用力的关系。
课前准备
Cl2、HCl、H2O、NH3、CH4、N2和CO2等的球棍模型和比例模型。
教学过程
知识回顾
物质中直接相邻的原子或离子之间存在的强烈的相互作用叫做化学键。其中直接相邻的原子与原子之间的强烈的相互作用是共价键,而直接相邻的离子与离子之间的强烈的相互作用是离子键。含离子键的化合物是离子化合物。
另外我们学习了如何用电子式表示原子、离子、离子化合物。注意正确理解电子式中“·”或“×”的含义是表示微粒的最外层的电子。注意表示离子、离子化合物时对阴、阳离子的表示是不同的,阳离子写符号,阴离子达到稳定结构,用“[ ]”将电子括起来,标出阴离子的电荷数,而离子化合物用阴、阳离子的电子式表示,阴阳离子相间写,相同离子不合并,避免出现错误。
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[分析]我们已经知道离子化合物由阴、阳离子构成。阴、阳离子之间是通过静电作用形成离子键,进而形成了离子化合物。而像Cl2、HCl等都是由分子构成的物质,分子又是由原子构成。那么原子和原子之间是通过什么作用形成稳定的分子呢?
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[分析]两种非金属元素的原子化合时,原子间并不是一方失去电子转变成阳离子,一方得到电子转变为阴离子来形成化学键的,而是原子间共用最外层上的电子,形成了共用电子对以使原子双方均达到稳定的电子层结构。共用电子对同时受到两个原子核的吸引,从而将两个原子紧密地联系在一起,如同双面胶把两个小球粘在一起。
[板书]一. 共价键、共价化合物
[分析]下面我们以HCl为例,用电子式来表示、学习原子之间如何通过共价键形成共价化合物的。
[分析]1.像这样的原子间通过共用电子对所形成的强烈的相互作用称为共价键。而像HCl这样的分子间相邻的原子均通过共价键相结合形成的化合物属于共价化合物。
2.原子通过共价键形成分子的过程要放出能量,反之,要使气态分子中彼此结合的原子分开,使原子间的共价键断裂,则要吸收能量。
3.氯化氢的形成可以看作是氢气分子和氯气分子先断开旧的化学键产生氢原子和氯原子,接着氢原子和氯原子再形成新的化学键得到氯化氢。
[练习]请同学思考H2、Cl2、H2O分子中的共价键,并用电子式表示它们分子的微观结构。
[答案]H∶H、、
【提问】写出NaCl和HCl,Na2O和H2O的电子式,思考共价键的成键微粒、成键原理是什么?与离子键相比有何不同?
[回答]
NaCl HCl
电子式
Na2O H2O
电子式
离子键和共价键的比较:
离子键 共价键
成键微粒 阴、阳离子 原子
成键原理 静电作用 共用电子对
代表物质 NaCl HCl
电子式
[点评]离子化合物的电子式由阴、阳离子的电子式共同组成。
共价化合物的电子式中不包含离子,而是原子的电子共用后形成共用电子对,没有阴、阳离子的符号。
[板书]二. 电子式、结构式、空间构型
[练习]接下来我们继续思考练习几个化合物的电子式的书写:
HF、NaBr、H2S、K2S、NH3、CH4、CCl4
[点评]注意避免的错误:、、、 等类似错误。
[分析]为了更清楚明了地表示共价分子中共价键的种类和数目,我们可以用结构式来表示共价分子。在结构式中,原子间的一对共用电子对用一根短线来表示,两对共用电子对则用两根短线表示,以此类推。对于不参与形成共价键的其他电子省略不写。
以HCl、H2O为例说明如下:
HCl H2O
电子式
结构式 H—Cl H—O—H
[练习]请写出上述练习中所有共价分子的结构式。
[答案]
H2 Cl2 HF H2S NH3 CH4 CCl4
电子式 H:H
结构式 H—H Cl—Cl H—F H—S—H
[设问]这些分子的空间的结构是否就像我们所写的结构式这样呢?我们来看看具体的模型。
[展示]球棍模型、比例模型若干。
[分析]球棍模型、比例模型可以表示共价分子的空间结构。球棍模型中小球表示原子,短棍代表共价键,球棍模型表示分子里各原子的相对位置。比例模型大体上表示各种原子的体积比。
[分析]如下图所示,我们可以知道:
(1)H2、Cl2、HCl等双原子分子是直线型分子;
(2)H2O分子三个原子在同一平面内,两个氧氢键(H—O)成“V”形夹角,为V型分子;
(3)NH3的空间构型是三角锥形,氮原子位于三角锥形的锥顶;
(4)CH4的空间构型是正四面体,碳原子位于正四面体的中心,4个氢原子位于正四面体的四个顶点。
注:因为水分子的V型结构,所以水分子的电子式和结构式也可以表达为:,。
电子式
结构式 H—Cl Cl—Cl H—O—H
球棍模型
比例模型
[板书]三. 单键、双键、叁键
[分析]以上的各个共价分子中两个原子之间都只形成一对共用电子对,然而也有些分子的两个原子之间能形成两对甚至三对共用电子对的情况。
[思考]CO2、N2分子中如何安排电子共用才能使三个原子各自形成8电子稳定结构?
[回答]
[分析](1)碳原子最外层4个电子,还需要4电子达到稳定结构;氧原子最外层6个电子,还需要2个电子达到稳定结构。如果每个氧原子分别与碳原子共用两个电子,则碳原子将共用两个氧原子提供的4个电子使得三个原子均达到稳定结构,所以二氧化碳的电子式为∶或者,总结为相间四个点,两边各四点。
注意避免的错误有:等。
(2)氮原子最外层5电子,各需要3电子达到8电子稳定结构,那么如果每个氮原子均提供3个电子形成三对共用电子对,那么两个氮原子就都达到了8电子稳定结构。也就说氮气分子中含有一个氮氮叁键,电子式为∶或者。总结为相间三对点,两边各两点。
注意避免的错误:等。
[展示]CO2、N2的球棍模型或者比例模型。
【提问】请观察模型填写下表。
Cl2 CO2 N2
电子式
结构式
共价键类型
空间构型
[回答]
Cl2 CO2 N2
电子式
结构式 Cl—Cl O==C==O N≡N
共价键类型 单键 双键 叁键
空间构型 直线形 直线形 直线形
[板书]四. 有机物中碳的成键特点
观察教材图中几种含碳化合物的结构式,分析:
(1)各化合物分子中每个碳原子能形成共价键的种类和数目,有什么特点?
(2)有几种碳原子之间的连接方式?
[回答]碳原子最外层有四个电子,一个碳原子可以形成4个共价键。碳原子之间可以分别构成碳碳单键(C—C),碳碳双键(C==C)或碳碳叁键(C≡C)。
观察乙烷和环己烷,发现碳原子的连接方式可以以共价键连接形成碳链,也可以形成碳环。
[小结]有机物是指大多数含碳的化合物。碳原子均以四个共价键连接其他原子,因为碳原子成键的方式和连接方式的多样性,所以有机物的种类非常丰富。
[分析]乙烷可以简写为CH3—CH3或者CH3CH3(碳链中的碳碳单键也可以省略,但是双键和叁键不能省略,否则不能与单键区分)。这种将结构式简写后得到的式子就是结构简式。
[练习]写出上述有机物的结构简式。
[答案]乙烯:CH2==CH2(不能是CH2CH2)
乙炔:CH≡CH(不能是CHCH)
丁烷:CH3—CH2—CH2—CH3或者CH3CH2CH2CH3
环己烷:
[板书]五. 分子间作用力
【设问】①分子之间有没有相互作用呢?②这种作用是否也相当强烈呢?③这种作用会影响到物质的什么性质呢?下面的学习就来解决这三个问题。
[思考1]我们知道物质有三态变化。固态、液态、气态。固态:具有一定的体积和形状,没有流动性。液态:具有一定的体积,没有一定的形状,有流动性。气态:没有一定的体积和形状,有流动性。一般来说,液态变为固态时,体积变小;液态变为气态时,体积会显著增大。
乙醇的三态分别是固体乙醇(固态)、乙醇(液态)、乙醇蒸气(气态)。乙醇的三态变化是物理变化,即乙醇分子没有发生改变或破坏,那么是什么发生了改变呢?在变化的过程中为什么又会伴有能量的变化呢?
固体乙醇(固态)乙醇(液态)乙醇蒸气(气态)
[回答]乙醇由固态变化为液态继而变化为气态,乙醇分子间距不断增大,而增大分子间距需要吸收能量,说明了分子间存在着一种作用力。
解析:固体、液体、气体分子之间距离比较示意图
固体 液态 气体
通过上图可以了解到物质的三态变化是物理变化。三态变化过程中,分子中的化学键没有被破坏,主要是分子间的距离发生了改变。改变分子间距存在着能量的变化,说明了分子间存在着作用力。
[总结1]分子间存在着将分子聚集在一起的作用力,这种作用力称为分子间作用力。改变分子间距,需要破坏分子间作用力。
[思考2]在通常情况下,将水加热到100 ℃时,水便会沸腾;而要使水分解成氢气和氧气,却需要将水加热至1 000 ℃这样的高温,才会有水部分分解;如果通电,水则会大量的分解为氢气和氧气。从上述实验事实中能够得出什么结论?
[结论]水分解需要破坏共价键,使水沸腾,需要克服分子间作用力,它们所需能量的差异,说明了分子间作用力比化学键微弱。
[总结2]化学键是一种强烈的相互作用,而分子间作用力比化学键弱得多。由分子构成的物质,分子间作用力是影响物质熔、沸点和溶解性的重要因素之一。
[练习]共价键、离子键和分子间作用力是构成物质的微粒间的不同作用方式,下列物质中,只含有上述一种作用的是( )
A.干冰 B.氯化钠 C.氢氧化钠 D.碘
解析:干冰与碘都是由分子构成的物质,分子间存在着分子间作用力,分子内存在共价键。氯化钠的离子化合物,晶体中只存在离子键。氢氧化钠是离子化合物,它不仅存在离子键,其氢氧根中还存在共价键。
[答案]B
[思考3]判断下列变化是克服了什么作用力?并思考提出的问题。
①氯化钠熔化;氯化钠溶于水
②氯化氢溶于水形成盐酸
③干冰受热升华转化为二氧化碳气体
问题1.为什么氯化钠在熔化状态或者水溶液中具有导电性,而液态氯化氢却不具有导电性?
问题2.为什么干冰受热升华为二氧化碳气体,而二氧化碳在加热条件下却不易被分解?
[回答]①氯化钠是离子化合物,它只含有离子键,熔化或溶于水,离子键被破坏,离子可以自由移动。
②氯化氢是共价化合物,分子内存在共价键,分子间存在分子间作用力。氯化氢溶于水分子电离产生离子,共价键被破坏。
③干冰(CO2)也是共价化合物,升华过程中,二氧化碳分子没有变化,只是分子间距增大,所以克服了分子间作用力。
[板书]六. 氢键
[设问]我们已经知道一般来说物质由液态转变为固态,分子间距缩小,体积减小,但是我们熟悉的水转变成冰时,体积增大,密度减小,所以冰能浮在水面上。这是为什么呢?
液态水、冰晶体中水分子间的氢键(以虚线表示)示意图
[分析]水具有这样的特殊性质是由于水分子间存在一种被称为氢键的特殊的分子间作用力。水分子间的氢键,是一个水分子中的氢原子与另一个水分子中的氧原子间所形成的分子间作用力,它比一般的分子间作用力强,但远比化学键弱。在冰晶体中,水分子间所形成的氢键使冰的微观结构里存在较大的间隙,因此,同质量的水和冰,冰的体积大,相同温度下冰的密度比水小。另外由于水分子间的氢键使水分子间作用力增加,因此水有较高的沸点。
[小结]①氢键是一种分子间作用力,作用比一般的分子间作用力强,但比化学键弱得多。②水等物质因为具有氢键所以具有一些特殊的性质。
课堂小结
本节课着重学习了共价键、非金属单质分子、共价化合物,以及这些物质的电子式、结构式和空间构型,初步了解了在有机物中碳的成键特点和有机物的结构简式,初步感受到有机物种类繁多的原因。学习了分子间作用力,能够辨析物质变化过程中作用力的改变情况,并简单地了解了氢键是一种特殊的分子间作用力,使物质具有一些特殊的性质。
布置作业
1.关于化学键的下列叙述中,正确的是( )
A.两个非金属原子间不可能形成离子键 B.非金属原子间不可能形成离子化合物
C.离子化合物中可能有共价键 D.共价化合物中可能有离子键
2.下列化合物中既有离子键又有共价键的是( )
A.Na2O2 B.NaOH C.BaCl2 D.HNO3
3.共价键、离子键和分子间作用力是构成物质的微粒间的不同作用方式。下列物质中,通过分子间作用力形成晶体的是( )
A.干冰 B.氯化钠 C.氢氧化钠 D.碘
[答案]1.AC 2. AB 3.AD
板书设计
共价键 分子间作用力
一. 共价键、共价化合物
化学反应的微观本质:旧键断裂(吸收能量),新键形成(放出能量)
二. 电子式、结构式、空间构型
常见含单键的共价分子的电子式、结构式、空间构型
H2 Cl2 HCl H2O NH3 CH4 CCl4
电子式 H∶H
结构式 H—H Cl—Cl H—Cl
空间构型 直线型 直线型 直线型 V型 三角锥形 正四面体 正四面体
三. 含双键或叁键的共价分子的电子式、结构式、空间构型
CO2 N2
电子式
结构式 O==C==O N≡N
共价键类型 双键 叁键
空间构型 直线型 直线型
四. 有机物中碳的成键特点
碳原子一般形成4个共价键
成键方式:碳碳单键(C—C)、碳碳双键(C==C)、碳碳叁键(C≡C)
连接方式:碳链、碳环
五. 分子间作用力
分子间存在着将分子聚集在一起的作用力,这种作用力称为分子间作用力。
分子间作用力比化学键弱得多。由分子构成的物质,分子间作用力是影响物质熔沸点和溶解性的重要因素之一。
六. 氢键
氢键是一种特殊的分子间作用力