(共74张PPT)
共价键
第一节
学习目标
1.从原子轨道重叠的视角认识共价键的本质,知道共价键具有饱和性和方向性,能用模型、图像和符号等正确表征H2、Cl2、HCl等简单分子中原子轨道的重叠方式。
2.知道σ键和π键的区别和特征,能说明C2H6、C2H4和C2H2等分子的成键类型。
学习目标
3.理解键能、键长和键角等键参数的含义,能利用键参数解释物质的某些性质。
4.通过共价键理论模型的发展过程,初步体会不同理论模型的价值和局限。
重点难点
重点 从原子轨道重叠的视角认识共价键的本质;用键能、键长和键角等键参数解释物质的某些性质。
难点 从原子轨道重叠方式的不同理解σ键和π键的区别和特征。
共价键
第1课时
目录
新知探究（一）
共价键的形成与特征
新知探究（二）
共价键的类型及数目的判断
课时跟踪检测
共价键的形成与特征
新知探究(一)
导学设计
1.分子由原子构成,在通常的温度和压强等条件下,只有极少数物质的分子是由单个原子构成的。你知道哪些单原子分子吗
提示:稀有气体和汞蒸气等属于单原子分子。
2.绝大多数物质的分子是由多个原子相互结合构成的,有的物质的分子是由许许多多组成较简单的单体聚合而成的高分子(又称聚合物),而许多固体,即使取很小一粒,仍包含成万上亿个原子或离子构成一个整体,属于“巨分子”。你知道这些“分子”中原子之间的作用是什么吗
提示:分子中原子之间的相互作用称作化学键。
3．请用电子式表示H2、HCl、Cl2的形成过程。
H2：________________；
HCl：______________________；
Cl2：________________________。
H·+·H―→H︰H
H·+·︰―→H︰︰
︰·+·︰―→︰︰︰
4.H2、HCl、Cl2均通过共用电子对相结合,为什么难以形成H3、H2Cl、Cl3等分子
提示:原子间通过共用电子对所形成的相互作用为共价键,共价键具有饱和性(一个原子有几个未成对电子,便可和几个自旋方向相反的电子配对成键)。
系统融通知能
1.共价键的定义及性质
定义 原子间通过共用电子对所形成的相互作用
本质 电子云(或原子轨道)的重叠
性质 ①饱和性→决定分子的组成;
②方向性→决定分子的空间结构
[微点拨] 在形成共价键时,原子轨道重叠的越多,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,所以共价键具有方向性,如图所示。
2.共价键的形成及特征(原子轨道视角)
(1)σ键
形成 成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成
类 型 s s型
s p型
p p型
特征 ①以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作,共价键的电子云的图形不变,这种特征称为轴对称;
②σ键的强度较大
续表
(2)π键
形成 由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成
p p型
特征 ①π键的电子云具有镜面对称,即每个π键的电子云由两块组成,分别位于由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;
②π键不能旋转;不如σ键牢固,较易断裂
3.σ键、π键的判断
共价单键是σ键;而共价双键中有一个σ键,另一个是π键;共价三键由一个σ键和两个π键构成。
乙烷( )分子中含有7个σ键和0个π键;
乙烯( )分子中含有5 个σ键和1个π键;
乙炔( )分子中含有3 个σ键和2个π键。
题点多维训练
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)在气体单质分子中一定含有σ键( )
(2)所有σ键都具有方向性( )
(3)原子轨道重叠成键后电子云形状发生了改变( )
(4)两原子的原子轨道重叠成键后,共用电子对只在两原子核间运动( )
(5)σ键为轴对称,π键为镜面对称,形成π键时电子云重叠程度大( )
(6)两个原子间可以只形成σ键,但不能只形成π键( )
×
×
√
×
×
√
2.下列物质的分子中,既有s p σ键,又有p p σ键的是 ( )
A.H2O B.OF2 C.HClO D.N2
解析:H2O中只有s p σ键,故A不选;OF2中只有p p σ键,故B不选;次氯酸分子中既有氢氧s p σ键,又有氧氯p p σ键,故C选;氮气中只有p p σ键,故D不选。
√
3.下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是 ( )
A.CH4与CH≡CH B.H2O与HCl
C.H2与Cl2 D.Cl2与N2
√
解析:CH4分子中存在s p σ键,CH≡CH分子中存在σ键和π键,所以共价键类型不完全相同,故A错误;H2O与HCl都含有H,分子中的共价键均是s电子云与p电子云形成的s p σ键,故B正确;H2分子中存在s s σ键,Cl2分子中存在p p σ键,所以共价键类型不完全相同,故C错误;Cl2分子中只有单键,全部为σ键,N2分子中有三键,既有σ键又有π键,所以共价键类型不完全相同,故D错误。
4．(1)乙烯、乙炔的化学性质比乙烷活泼的原因是
_______________________________________________________
_______________________________________________。
乙烯和乙炔中都含有π键，π键原子轨道重叠程度小，不牢固，
容易断裂；而乙烷中没有π键，σ键牢固，不易断裂
(2)钠和氯通过得失电子形成的电子对不被共用，填写下表，从元素电负性差别来理解化学键的形成。
原子 Na Cl H Cl C O
电负性 0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5
电负性之差 (绝对值) ____ ____ ____ 2.1
0.9
1.0
结论：当元素的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是_____键；而_____键是元素的电负性相差不大的原子之间形成的化学键。
离子
共价
5．(1)1 mol丙酮( )分子中含有σ键的数目为___________________。
(2)1个N2分子中含有____个σ键和______个π键。
(3)1个丁烯二酸(HOOCCH===CHCOOH)分子结构中含有________个σ键和________个π键。
(4)在N2F2分子中，所有原子均满足8电子稳定结构，则该分子中两个N原子间的共价键组成为________个σ键和________个π键。
9×6.02×1023或9NA
1
2
11
3
1
1
新知探究(二)
共价键的类型及数目的判断
典例导学
[典例] 下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A.σ键可以绕键轴旋转,π键不能绕键轴旋转
B.H2分子中的σ键是s s σ键,HClO分子中的σ键都是p p σ键
C.C2H4分子和N2H4分子中都含有5个σ键
D.σ键以“头碰头”方式重叠,π键以“肩并肩”方式重叠
√
[解析] σ键为轴对称,π键为镜面对称,则σ键可以绕键轴旋转,π键不能绕键轴旋转,故A正确;H只有1s轨道上的电子,O的2p轨道上的电子与H的1s轨道上的电子以“头碰头”方式重叠形成s p σ键,故B错误;乙烯分子中氢原子和碳原子之间存在共价单键,为σ键,碳原子与碳原子之间存在共价双键,有1个σ键和1个π键,则C2H4分子中有5个σ键和1个π键,N2H4分子中只有5个共价单键,即含有5个σ键,故C正确。
系统融通知能
1.从不同视角对共价键分类
分类依据 共价键类型
①从原子轨道的重叠方式分类 “头碰头”形成σ键,“肩并肩”形成π键
②从形成共价键时重叠的原子轨道分类 有s s σ键、s p σ键、p p σ键
③从共价键中共用电子对的数目分类 有单键、双键和三键
④从两个成键原子对共用电子对的吸引能力分类 吸引能力不同——极性共价键;
吸引能力相同——非极性共价键
续表
2.ABx型分子或原子团中σ键数目的判断
确定共价键中σ键和π键的数量,通常方法是先确定该物质的结构式,然后根据结构式确定σ键和π键的数量。其实对于ABx型的物质来说,还有比较简单的方法。即,对于大多数ABx型的物质,可以直接根据x的数目确定σ键的数目。即x的数值就是σ键的数量。如H2O中有2个σ键;CO2中有2个σ键;S中有3个σ键;S中有4个σ键。
题点多维训练
1.下列物质中σ键和π键数目比为1∶2的是 ( )
A.O2 B.HCN C.CO2 D.N2
解析:O2的结构式是O O,分子中σ键和π键数目比为1∶1,A项错误;HCN的结构式是H—C≡N,分子中σ键和π键数目比为1∶1,B项错误;CO2的结构式是O===C===O,分子中σ键和π键数目比为1∶1,C项错误;N2的结构式是N≡N,分子中σ键和π键数目比为1∶2,D项正确。
√
2.(2024·陕西渭南检测)硝基胍的结构简式如图所示(“→”是一种特殊的共价单键,属于σ键)。下列说法正确的是 ( )
A.硝基胍分子中只含极性键,不含非极性键
B.N原子间只能形成σ键
C.硝基胍分子中σ键与π键的个数比是9∶2
D.10.4 g硝基胍中含有1.1×6.02×1023个原子
√
解析:由题干物质的结构简式可知,硝基胍分子中N—N为非极性键,A错误;N原子间能够形成双键,其既能形成σ键又能形成π键,B错误;1个硝基胍分子中含有4个N—H,1个C N,1个N O,2个C—N,1个N—N和1个N O键,σ键与π键的个数比是5∶1,C错误;硝基胍的分子式为CH4N4O2,相对分子质量为104,10.4 g该物质的物质的量为=0.1 mol,含有1.1×6.02×1023个原子,D正确。
3．有以下物质：①HF ②Cl2 ③H2O ④N2
⑤C2H4 ⑥C2H6 ⑦H2 ⑧H2O2
⑨H—C≡N。只含有σ键的是______________(填序号，下同)；既含有σ键又含有π键的是________；其中只含有σ键且含有σ键数量相等的是________；含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是________。
①②③⑥⑦⑧
④⑤⑨
①②⑦
⑦
解析：只存在单键的分子中只含有σ键；存在双键或三键的分子中既含有σ键又含有π键；①②⑦三种物质中都只含有一个σ键；只有H2中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键。
4．如图表示不同类型共价键形成时电子云重叠情况：
(1)其中形成的化学键属于轴对称的有________。
解析：形成的化学键属于轴对称的有：两个s轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键，s轨道与p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键，两个p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键。
①②③
(2)下列物质中，通过方式①形成化学键的是______；通过方式②形成化学键的是______；只通过方式③形成化学键的是______；同时含有③、④、⑤三种方式化学键的是______。
A．Cl2 B．HCl C．N2 D．H2
D
B
A
C
解析：方式①两个s轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键，故为氢气；方式②s轨道与p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键，故为氯化氢；方式③两个p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键，故为氯气；同时含有③、④、⑤三种方式化学键的物质是氮气，两个氮原子通过2p轨道形成σ键，同时两个p轨道以肩并肩的方式形成2个π键。
(3)某有机物分子的结构简式为 ，该分子中有____个σ键，有______个π键，有______种极性键，______(填“有”或“没有”)非极性键。
解析：该有机物中存在碳氢键、碳碳双键、碳碳单键、碳氧双键、碳氧单键、氢氧键，则该分子中有8个σ键，碳碳双键、碳氧双键中有2个π键，碳氢键、碳氧双键、碳氧键、氢氧键为4种极性键，碳碳单键和碳碳双键为非极性键。
8
2
4
有
课时跟踪检测
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
√
1.下列说法对σ键和π键的认识不正确的是 ( )
A.分子中只要含有共价键,则至少含有一个σ键
B.s s σ键、p p σ键与s p σ键都是轴对称的
C.p p σ键和p p π键的重叠方式是相同的
D.含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
解析:单键为σ键,双键和三键中均含一个σ键,所以分子中只要含有共价键,则至少含有一个σ键,故A正确;因s s σ键、p p σ键与s p σ键均为“头碰头”重叠,则均为轴对称,故B正确;p p σ键和p p π键的重叠方式是不相同的,p p σ键是“头碰头”重叠而p p π键是“肩并肩”重叠,故C错误;π键不稳定,易断裂,则含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者,故D正确。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
√
2.从电负性的角度来判断下列元素的原子之间易形成共价键的是 ( )
A.K和Cl B.H和F
C.K和F D.Ca和O
解析:一般电负性相差不大的非金属元素原子之间易形成共价键。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
√
3.(2024·武汉高二质检)下列含有共价键的盐是 ( )
A.CaCl2 B.H2SO4
C.Ba(OH)2 D.Na2SO3
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
解析:CaCl2由Ca2+和Cl-构成,只含有离子键不含有共价键,A不符合题意;H2SO4属于酸不是盐,B不符合题意;Ba(OH)2由Ba2+和OH-构成,属于碱,不属于盐,C不符合题意;Na2SO3有Na+和S构成,含有离子键,S内部S与O原子之间还含有共价键,D符合题意。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
√
4.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是 ( )
A.H2O2(过氧化氢):H—O O—H
B.N2H4(肼):
C.C2H5SH(乙硫醇):
D.SiHCl3(三氯氢硅):
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
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O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。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
√
5.下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是 ( )
A.CH3CH3 B.CH2===CH2
C.CH≡CH D.CH4
解析:CH3CH3中有7个σ键,没有π键,故A不符合题意;CH2===CH2中有5个σ键,1个π键,故B不符合题意;CH≡CH中有3个σ键,2个π键,故C符合题意;CH4中有4个σ键,没有π键,故D不符合题意。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
√
6.下列说法不正确的是 ( )
A.任何物质都含有化学键
B.MgCl2晶体中只含有离子键
C.氯化钠熔化和氯化氢溶于水的过程中,均发生化学键的断裂
D.NaF是离子化合物,CH4是共价化合物
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
解析:稀有气体为单原子分子,稀有气体分子中没有化学键,A错误;MgCl2晶体中只存在离子键,B正确;氯化钠熔化和氯化氢溶于水,前者离子键断裂,后者共价键断裂,均发生化学键的断裂,C正确;NaF为离子化合物,CH4为共价化合物,D正确。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
√
7.下列反应中,有机物分子中化学键的断裂涉及π键断裂的是 ( )
A.CH4的燃烧
B.C2H6与Cl2的取代反应
C.CH4与Cl2的取代反应
D.CH2===CH2被酸性KMnO4溶液氧化
解析:CH4的燃烧和乙烯被酸性KMnO4溶液氧化,前者断裂了单键而后者断裂了双键,CH4、C2H6与Cl2的取代反应只有单键断裂。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
√
8．下列叙述正确的是( )
A．CN－与N2的结构相似，CH2===CHCN分子中σ键与π键的数目之比为1∶1
B．CO与N2的结构相似，CO分子中σ键与π键的数目之比为2∶1
C．共价化合物H2O2中含有σ键，离子化合物Na2O2中也含有σ键
D．已知反应N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)，若该反应中有4 mol N—H断裂，则形成的π键的数目为6NA
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
解析：由CN－与N2的结构相似，可推断出CH2===CHCN的结构简式为CH2===CHC≡N，其分子中含有6个σ键和3个π键，所以σ键与π键的数目之比为2∶1，A项错误；CO与N2的结构相似，则CO的结构式为C≡O，σ键与π键的数目之比为1∶2，B项错误；H2O2中的O—H和O—O都是共价单键，属于σ键，Na2O2中存在O—O共价单键，是σ键，C项正确；N2H4分子中含有4个N—H，若该反应中有4 mol N—H断裂，则生成1.5 mol N2，形成π键的数目是3NA，D项错误。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
√
9.最新研究表明生命起源于火山爆发,是因为火山爆发产生的气体中含有1%的羰基硫(COS)。已知羰基硫分子中所有原子的最外层都满足8电子结构,下列有关羰基硫的说法不正确的是 ( )
A.电子式为︰︰︰C︰︰︰
B.分子中三个原子不在同一直线上
C.分子中存在2个σ键和2个π键
D.中心原子的价层电子全都参与成键
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
解析:羰基硫分子中所有原子均满足8电子结构,可以看作是二氧化碳分子中的一个氧原子被硫原子代替,羰基硫分子的电子式为︰︰︰C︰︰︰,与CO2一样,属于直线形结构,故A正确,B错误;根据分析,羰基硫(COS)的结构式为S C O,分子中存在2个σ键和2个π键,故C正确;中心原子的价层电子全都参与成键,故D正确。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
10．回答下列问题。
(1)1 mol CO2中含有的σ键数目为____________________。
解析：CO2的结构式为O===C===O，则1 mol CO2中含有的σ键数目为2NA。
2NA(或1.204×1024)
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
(2)C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子，该分子中σ键与π键的个数比为______。
解析：1个H原子含有1个电子，1个C原子含有6个电子，若C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子，则该分子为C2H4，其结构简式为CH2===CH2，故该分子中σ键与π键的个数比为5∶1。
5∶1
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
(3)1 mol乙醛分子中含σ键的数目为__________________，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为______。
解析：乙醛的结构简式为CH3CHO，则1 mol乙醛分子中含6 mol σ键，即6NA个；CO(NH2)2的结构简式为 ，故1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。
6NA(或3.612×1024)
7
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
11．有三种物质AC2、B2C2、AD4，在常温下分别为气体、固体和液体。元素A的最高正价和最低负价的绝对值相等；元素B的单质能在C的气态单质中剧烈燃烧，火焰呈黄色，并生成淡黄色固体B2C2；元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同。则：
(1)A、B、C、D的元素名称分别为_______、_______、________、________。
碳
钠
氧
氯
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
解析：焰色呈黄色，说明有钠元素，则淡黄色固体为Na2O2，所以元素B为Na元素，元素C为O元素。“元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同”，知D为Cl元素。“元素A的最高正价和最低负价的绝对值相等”，可知A为ⅣA族元素，又由于AC2是气体，所以AC2是二氧化碳(ⅣA族Si及其以下元素形成的AC2常温下均为固体)，即A是C元素。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
(2)AD4分子中含有______(填“s s”“s p”或“p p”)σ键。
解析：CCl4中只有σ键，且其类型为p -p σ键。
(3)D的负一价阴离子的电子排布式为______________________，B2C2属______(填“离子”或“共价”)化合物。
p- p
1s22s22p63s23p6
离子
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
12．(1)如图所示的分子中，有________个σ键，________个π键。
解析：该分子中有6个C—H、2个C—C、1个C===C、1个C≡C，单键全是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，故该分子中共有10个σ键和3个π键。
10
3
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
(2)X、Y、Z是元素周期表中的短周期元素，其中X、Y同周期，Y、Z同主族，Y原子最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数，X原子最外层的p能级中只有一个轨道填充了2个电子，而且这三种元素可以形成化合物YX2、ZX2。根据上述信息回答下列问题：
①写出下列元素符号：
X________，Y________，Z________。
解析：X、Y、Z元素的符号分别是O、C、Si。
O
C
Si
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
②1个YX2分子中含_____个σ键，含____个π键。
解析： CO2分子的结构式为O===C===O，故其中含2个σ键，含2个π键。
2
2
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
高阶思维训练
13.(2024·陕西渭南开学考)短周期主族元素X、Y、Z、R的原子序数依次增大，由这四种元素组成一种光学晶体，结构如图。下列叙述错误的是( )
A．简单氢化物的稳定性：RB．由X、Z组成的化合物中一定含非极性共价键
C．离子半径：R>Y>Z
D．X、Y、Z、R四种元素可形成离子化合物
√
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
解析:短周期主族元素X、Y、Z、R的原子序数依次增大,根据结构中原子的化学键数目可以推断X为H,Y为N,Z为O,R为S。由分析可知,O的非金属性大于S,所以简单氢化物的稳定性硫化氢小于水,A正确。X、Z组成的化合物H2O中不含有非极性共价键,B错误。离子半径:S2->N3->O2- ,C正确。H、N、O、S四种元素可形成离子化合物,如:硫酸铵,D正确。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
14.X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6;Y元素是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素;Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子,与X不同族;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
(1)Y2分子中存在的σ键和π键个数之比为_______。
解析：由题给信息分析可知，X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。
(1)N2中有N≡N，其中有1个σ键、2个π键。
1∶2
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
(2)元素X的一种氧化物XO和XY－与Y2结构相似，XO分子内σ键与π键个数之比为________。X、Y与氢元素形成的一种化合物HXY分子中σ键与π键数目之比为________。
解析：由题给信息分析可知，X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。
(2)元素X的氧化物CO和CN－与N2结构相似，推知CO的结构式为C≡O，含有1个σ键和2个π键；CN－的结构式为[C≡N]－，HCN的结构式为H—C≡N，HCN中σ键与π键均为2个。
1∶2
1∶1
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
(3)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应水化物的浓溶液反应的化学方程式：_____________________________________。
解析：由题给信息分析可知，X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。 (3) C与浓硫酸在加热时反应生成CO2、SO2和H2O。
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
(4)W基态原子的价层电子排布为_______。
解析：由题给信息分析可知，X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。(4)铁的原子序数为26，其基态原子的价层电子排布为3d64s2。
3d64s2
1
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
3
4
(5)元素X的一种单质是一种由单层X原子构成的平面结构新型材料如图，1号X与相邻X形成σ键的个数为______。
解析：由题给信息分析可知，X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。 (5)由图可看出每个碳原子能与三个碳原子形成单键，故能形成3个σ键。
3第一节 共价键
学习目标 重点难点
1.从原子轨道重叠的视角认识共价键的本质,知道共价键具有饱和性和方向性,能用模型、图像和符号等正确表征H2、Cl2、HCl等简单分子中原子轨道的重叠方式。 2.知道σ键和π键的区别和特征,能说明C2H6、C2H4和C2H2等分子的成键类型。 3.理解键能、键长和键角等键参数的含义,能利用键参数解释物质的某些性质。 4.通过共价键理论模型的发展过程,初步体会不同理论模型的价值和局限。 重 点 从原子轨道重叠的视角认识共价键的本质;用键能、键长和键角等键参数解释物质的某些性质。
难 点 从原子轨道重叠方式的不同理解σ键和π键的区别和特征。
第1课时 共价键
新知探究(一)——共价键的形成与特征
导学设计
1.分子由原子构成,在通常的温度和压强等条件下,只有极少数物质的分子是由单个原子构成的。你知道哪些单原子分子吗
2.绝大多数物质的分子是由多个原子相互结合构成的,有的物质的分子是由许许多多组成较简单的单体聚合而成的高分子(又称聚合物),而许多固体,即使取很小一粒,仍包含成万上亿个原子或离子构成一个整体,属于“巨分子”。你知道这些“分子”中原子之间的作用是什么吗
3.请用电子式表示H2、HCl、Cl2的形成过程。
H2: ;
HCl: ;
Cl2: 。
4.H2、HCl、Cl2均通过共用电子对相结合,为什么难以形成H3、H2Cl、Cl3等分子
[系统融通知能]
1.共价键的定义及性质
定义 原子间通过共用电子对所形成的相互作用
本质 电子云(或原子轨道)的重叠
性质 ①饱和性→决定分子的组成; ②方向性→决定分子的空间结构
[微点拨] 在形成共价键时,原子轨道重叠的越多,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,所以共价键具有方向性,如图所示。
2.共价键的形成及特征(原子轨道视角)
(1)σ键
形成 成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成
类 型 s s型
s p型
p p型
特征 ①以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作,共价键的电子云的图形不变,这种特征称为轴对称; ②σ键的强度较大
(2)π键
形成 由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成
p p型
特征 ①π键的电子云具有镜面对称,即每个π键的电子云由两块组成,分别位于由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; ②π键不能旋转;不如σ键牢固,较易断裂
3.σ键、π键的判断
共价单键是σ键;而共价双键中有一个σ键,另一个是π键;共价三键由一个σ键和两个π键构成。
乙烷()分子中含有7个σ键和0个π键;
乙烯()分子中含有5 个σ键和1个π键;
乙炔()分子中含有3 个σ键和2个π键。
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)在气体单质分子中一定含有σ键 ( )
(2)所有σ键都具有方向性 ( )
(3)原子轨道重叠成键后电子云形状发生了改变 ( )
(4)两原子的原子轨道重叠成键后,共用电子对只在两原子核间运动 ( )
(5)σ键为轴对称,π键为镜面对称,形成π键时电子云重叠程度大 ( )
(6)两个原子间可以只形成σ键,但不能只形成π键 ( )
2.下列物质的分子中,既有s p σ键,又有p p σ键的是 ( )
A.H2OB.OF2C.HClOD.N2
3.下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是 ( )
A.CH4与CH≡CHB.H2O与HCl
C.H2与Cl2D.Cl2与N2
4.(1)乙烯、乙炔的化学性质比乙烷活泼的原因是 。
(2)钠和氯通过得失电子形成的电子对不被共用,填写下表,从元素电负性差别来理解化学键的形成。
原子 Na Cl H Cl C O
电负性 0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5
电负性之差 (绝对值)
结论:当元素的电负性相差很大,化学反应形成的电子对不会被共用,形成的将是 键;而 键是元素的电负性相差不大的原子之间形成的化学键。
5.(1)1 mol丙酮()分子中含有σ键的数目为 。
(2)1个N2分子中含有 个σ键和 个π键。
(3)1个丁烯二酸(HOOCCHCHCOOH)分子结构中含有 个σ键和 个π键。
(4)在N2F2分子中,所有原子均满足8电子稳定结构,则该分子中两个N原子间的共价键组成为 个σ键和 个π键。
新知探究(二)——共价键的类型及数目的判断
典例导学
[典例] 下列关于σ键和π键的理解不正确的是 ( )
A.σ键可以绕键轴旋转,π键不能绕键轴旋转
B.H2分子中的σ键是s s σ键,HClO分子中的σ键都是p p σ键
C.C2H4分子和N2H4分子中都含有5个σ键
D.σ键以“头碰头”方式重叠,π键以“肩并肩”方式重叠
听课记录:
[系统融通知能]
1.从不同视角对共价键分类
分类依据 共价键类型
①从原子轨道的重叠方式分类 “头碰头”形成σ键,“肩并肩”形成π键
②从形成共价键时重叠的原子轨道分类 有s s σ键、s p σ键、p p σ键
③从共价键中共用电子对的数目分类 有单键、双键和三键
④从两个成键原子对共用电子对的吸引能力分类 吸引能力不同——极性共价键; 吸引能力相同——非极性共价键
2.ABx型分子或原子团中σ键数目的判断
确定共价键中σ键和π键的数量,通常方法是先确定该物质的结构式,然后根据结构式确定σ键和π键的数量。其实对于ABx型的物质来说,还有比较简单的方法。即,对于大多数ABx型的物质,可以直接根据x的数目确定σ键的数目。即x的数值就是σ键的数量。如H2O中有2个σ键;CO2中有2个σ键;S中有3个σ键;S中有4个σ键。
[题点多维训练]
1.下列物质中σ键和π键数目比为1∶2的是 ( )
A.O2B.HCNC.CO2D.N2
2.(2024·陕西渭南检测)硝基胍的结构简式如图所示(“→”是一种特殊的
共价单键,属于σ键)。下列说法正确的是 ( )
A.硝基胍分子中只含极性键,不含非极性键
B.N原子间只能形成σ键
C.硝基胍分子中σ键与π键的个数比是9∶2
D.10.4 g硝基胍中含有1.1×6.02×1023个原子
3.有以下物质:①HF ②Cl2 ③H2O ④N2
⑤C2H4 ⑥C2H6 ⑦H2 ⑧H2O2
⑨H—C≡N。只含有σ键的是 (填序号,下同);既含有σ键又含有π键的是 ;其中只含有σ键且含有σ键数量相等的是 ;含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是 。
4.如图表示不同类型共价键形成时电子云重叠情况:
(1)其中形成的化学键属于轴对称的有 。
(2)下列物质中,通过方式①形成化学键的是 ;通过方式②形成化学键的是 ;只通过方式③形成化学键的是 ;同时含有③、④、⑤三种方式化学键的是 。
A.Cl2 B.HCl C.N2 D.H2
(3)某有机物分子的结构简式为,该分子中有 个σ键,有 个π键,有 种极性键, (填“有”或“没有”)非极性键。
第1课时 共价键
新知探究(一)
[导学设计]
1.提示:稀有气体和汞蒸气等属于单原子分子。
2.提示:分子中原子之间的相互作用称作化学键。
3.提示:H·+·HH︰H H·+·︰H︰︰ ︰·+·︰︰︰︰
4.提示:原子间通过共用电子对所形成的相互作用为共价键,共价键具有饱和性(一个原子有几个未成对电子,便可和几个自旋方向相反的电子配对成键)。
[题点多维训练]
1.(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)√
2.选C H2O中只有s p σ键,故A不选;OF2中只有p p σ键,故B不选;次氯酸分子中既有氢氧s p σ键,又有氧氯p p σ键,故C选;氮气中只有p p σ键,故D不选。
3.选B CH4分子中存在s p σ键,CH≡CH分子中存在σ键和π键,所以共价键类型不完全相同,故A错误;H2O与HCl都含有H,分子中的共价键均是s电子云与p电子云形成的s p σ键,故B正确;H2分子中存在s s σ键,Cl2分子中存在p p σ键,所以共价键类型不完全相同,故C错误;Cl2分子中只有单键,全部为σ键,N2分子中有三键,既有σ键又有π键,所以共价键类型不完全相同,故D错误。
4.(1)乙烯和乙炔中都含有π键,π键原子轨道重叠程度小,不牢固,容易断裂;而乙烷中没有π键,σ键牢固,不易断裂
(2)2.1 0.9 1.0 离子 共价
5.(1)9×6.02×1023或9NA (2)1 2 (3)11 3 (4)1 1
新知探究(二)
[典例] 选B σ键为轴对称,π键为镜面对称,则σ键可以绕键轴旋转,π键不能绕键轴旋转,故A正确;H只有1s轨道上的电子,O的2p轨道上的电子与H的1s轨道上的电子以“头碰头”方式重叠形成s p σ键,故B错误;乙烯分子中氢原子和碳原子之间存在共价单键,为σ键,碳原子与碳原子之间存在共价双键,有1个σ键和1个π键,则C2H4分子中有5个σ键和1个π键,N2H4分子中只有5个共价单键,即含有5个σ键,故C正确。
[题点多维训练]
1.选D O2的结构式是OO,分子中σ键和π键数目比为1∶1,A项错误;HCN的结构式是H—C≡N,分子中σ键和π键数目比为1∶1,B项错误;CO2的结构式是OCO,分子中σ键和π键数目比为1∶1,C项错误;N2的结构式是N≡N,分子中σ键和π键数目比为1∶2,D项正确。
2.选D 由题干物质的结构简式可知,硝基胍分子中N—N为非极性键,A错误;N原子间能够形成双键,其既能形成σ键又能形成π键,B错误;1个硝基胍分子中含有4个N—H,1个CN,1个NO,2个C—N,1个N—N和1个NO键,σ键与π键的个数比是5∶1,C错误;硝基胍的分子式为CH4N4O2,相对分子质量为104,10.4 g该物质的物质的量为=0.1 mol,含有1.1×6.02×1023个原子,D正确。
3.解析:只存在单键的分子中只含有σ键;存在双键或三键的分子中既含有σ键又含有π键;①②⑦三种物质中都只含有一个σ键;只有H2中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键。
答案:①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ ①②⑦ ⑦
4.解析:(1)形成的化学键属于轴对称的有:两个s轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键,s轨道与p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键,两个p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键。(2)方式①两个s轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键,故为氢气;方式②s轨道与p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键,故为氯化氢;方式③两个p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键,故为氯气;同时含有③、④、⑤三种方式化学键的物质是氮气,两个氮原子通过2p轨道形成σ键,同时两个p轨道以肩并肩的方式形成2个π键。(3)该有机物中存在碳氢键、碳碳双键、碳碳单键、碳氧双键、碳氧单键、氢氧键,则该分子中有8个σ键,碳碳双键、碳氧双键中有2个π键,碳氢键、碳氧双键、碳氧键、氢氧键为4种极性键,碳碳单键和碳碳双键为非极性键。
答案:(1)①②③ (2)D B A C (3)8 2 4 有课时跟踪检测(六) 共价键
1.下列说法对σ键和π键的认识不正确的是 ( )
A.分子中只要含有共价键,则至少含有一个σ键
B.s s σ键、p p σ键与s p σ键都是轴对称的
C.p p σ键和p p π键的重叠方式是相同的
D.含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者
2.从电负性的角度来判断下列元素的原子之间易形成共价键的是 ( )
A.K和Cl B.H和F
C.K和F D.Ca和O
3.(2024·武汉高二质检)下列含有共价键的盐是 ( )
A.CaCl2 B.H2SO4
C.Ba(OH)2 D.Na2SO3
4.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是 ( )
A.H2O2(过氧化氢):H—OO—H
B.N2H4(肼):
C.C2H5SH(乙硫醇):
D.SiHCl3(三氯氢硅):
5.下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是 ( )
A.CH3CH3 B.CH2CH2
C.CH≡CH D.CH4
6.下列说法不正确的是 ( )
A.任何物质都含有化学键
B.MgCl2晶体中只含有离子键
C.氯化钠熔化和氯化氢溶于水的过程中,均发生化学键的断裂
D.NaF是离子化合物,CH4是共价化合物
7.下列反应中,有机物分子中化学键的断裂涉及π键断裂的是 ( )
A.CH4的燃烧
B.C2H6与Cl2的取代反应
C.CH4与Cl2的取代反应
D.CH2CH2被酸性KMnO4溶液氧化
8.下列叙述正确的是 ( )
A.CN-与N2的结构相似,CH2CHCN分子中σ键与π键的数目之比为1∶1
B.CO与N2的结构相似,CO分子中σ键与π键的数目之比为2∶1
C.共价化合物H2O2中含有σ键,离子化合物Na2O2中也含有σ键
D.已知反应N2O4(l)+2N2H4(l)3N2(g)+4H2O(g),若该反应中有4 mol N—H断裂,则形成的π键的数目为6NA
9.最新研究表明生命起源于火山爆发,是因为火山爆发产生的气体中含有1%的羰基硫(COS)。已知羰基硫分子中所有原子的最外层都满足8电子结构,下列有关羰基硫的说法不正确的是 ( )
A.电子式为︰︰︰C︰︰︰
B.分子中三个原子不在同一直线上
C.分子中存在2个σ键和2个π键
D.中心原子的价层电子全都参与成键
10.回答下列问题。
(1)1 mol CO2中含有的σ键数目为 。
(2)C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子,该分子中σ键与π键的个数比为 。
(3)1 mol乙醛分子中含σ键的数目为 ,1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为 。
11.有三种物质AC2、B2C2、AD4,在常温下分别为气体、固体和液体。元素A的最高正价和最低负价的绝对值相等;元素B的单质能在C的气态单质中剧烈燃烧,火焰呈黄色,并生成淡黄色固体B2C2;元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同。则:
(1)A、B、C、D的元素名称分别为 、 、 、 。
(2)AD4分子中含有 (填“s s”“s p”或“p p”)σ键。
(3)D的负一价阴离子的电子排布式为 ,B2C2属 (填“离子”或“共价”)化合物。
12.(1)如图所示的分子中,有 个σ键, 个π键。
(2)X、Y、Z是元素周期表中的短周期元素,其中X、Y同周期,Y、Z同主族,Y原子最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数,X原子最外层的p能级中只有一个轨道填充了2个电子,而且这三种元素可以形成化合物YX2、ZX2。根据上述信息回答下列问题:
①写出下列元素符号:X ,Y ,Z 。
②1个YX2分子中含 个σ键,含 个π键。
高阶思维训练
13.(2024·陕西渭南开学考)短周期主族元素X、Y、Z、R的原子序数依次增大,由这四种元素组成一种光学晶体,结构如图。下列叙述错误的是 ( )
A.简单氢化物的稳定性:RB.由X、Z组成的化合物中一定含非极性共价键
C.离子半径:R>Y>Z
D.X、Y、Z、R四种元素可形成离子化合物
14.X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6;Y元素是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素;Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子,与X不同族;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。
(1)Y2分子中存在的σ键和π键个数之比为 。
(2)元素X的一种氧化物XO和XY-与Y2结构相似,XO分子内σ键与π键个数之比为 。X、Y与氢元素形成的一种化合物HXY分子中σ键与π键数目之比为 。
(3)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应水化物的浓溶液反应的化学方程式: 。
(4)W基态原子的价层电子排布为 。
(5)元素X的一种单质是一种由单层X原子构成的平面结构新型材料如图,1号X与相邻X形成σ键的个数为 。
课时跟踪检测(六)
1.选C 单键为σ键,双键和三键中均含一个σ键,所以分子中只要含有共价键,则至少含有一个σ键,故A正确;因s s σ键、p p σ键与s p σ键均为“头碰头”重叠,则均为轴对称,故B正确;p p σ键和p p π键的重叠方式是不相同的,p p σ键是“头碰头”重叠而p p π键是“肩并肩”重叠,故C错误;π键不稳定,易断裂,则含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者,故D正确。
2.选B 一般电负性相差不大的非金属元素原子之间易形成共价键。
3.选D CaCl2由Ca2+和Cl-构成,只含有离子键不含有共价键,A不符合题意;H2SO4属于酸不是盐,B不符合题意;Ba(OH)2由Ba2+和OH-构成,属于碱,不属于盐,C不符合题意;Na2SO3有Na+和S构成,含有离子键,S内部S与O原子之间还含有共价键,D符合题意。
4.选A 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O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。
5.选C CH3CH3中有7个σ键,没有π键,故A不符合题意;CH2CH2中有5个σ键,1个π键,故B不符合题意;CH≡CH中有3个σ键,2个π键,故C符合题意;CH4中有4个σ键,没有π键,故D不符合题意。
6.选A 稀有气体为单原子分子,稀有气体分子中没有化学键,A错误;MgCl2晶体中只存在离子键,B正确;氯化钠熔化和氯化氢溶于水,前者离子键断裂,后者共价键断裂,均发生化学键的断裂,C正确;NaF为离子化合物,CH4为共价化合物,D正确。
7.选D CH4的燃烧和乙烯被酸性KMnO4溶液氧化,前者断裂了单键而后者断裂了双键,CH4、C2H6与Cl2的取代反应只有单键断裂。
8.选C 由CN-与N2的结构相似,可推断出CH2CHCN的结构简式为CH2CHC≡N,其分子中含有6个σ键和3个π键,所以σ键与π键的数目之比为2∶1,A项错误;CO与N2的结构相似,则CO的结构式为C≡O,σ键与π键的数目之比为1∶2,B项错误;H2O2中的O—H和O—O都是共价单键,属于σ键,Na2O2中存在O—O共价单键,是σ键,C项正确;N2H4分子中含有4个N—H,若该反应中有4 mol N—H断裂,则生成1.5 mol N2,形成π键的数目是3NA,D项错误。
9.选B 羰基硫分子中所有原子均满足8电子结构,可以看作是二氧化碳分子中的一个氧原子被硫原子代替,羰基硫分子的电子式为︰︰︰C︰︰︰,与CO2一样,属于直线形结构,故A正确,B错误;根据分析,羰基硫(COS)的结构式为SCO,分子中存在2个σ键和2个π键,故C正确;中心原子的价层电子全都参与成键,故D正确。
10.解析:(1)CO2的结构式为OCO,则1 mol CO2中含有的σ键数目为2NA。(2)1个H原子含有1个电子,1个C原子含有6个电子,若C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子,则该分子为C2H4,其结构简式为CH2CH2,故该分子中σ键与π键的个数比为5∶1。(3)乙醛的结构简式为CH3CHO,则1 mol乙醛分子中含6 mol σ键,即6NA个;CO(NH2)2的结构简式为,故1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。
答案:(1)2NA(或1.204×1024) (2)5∶1
(3)6NA(或3.612×1024) 7
11.解析:(1)焰色呈黄色,说明有钠元素,则淡黄色固体为Na2O2,所以元素B为Na元素,元素C为O元素。“元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同”,知D为Cl元素。“元素A的最高正价和最低负价的绝对值相等”,可知A为ⅣA族元素,又由于AC2是气体,所以AC2是二氧化碳(ⅣA族Si及其以下元素形成的AC2常温下均为固体),即A是C元素。(2)CCl4中只有σ键,且其类型为p p σ键。
答案:(1)碳 钠 氧 氯 (2)p p
(3)1s22s22p63s23p6 离子
12.解析:(1)该分子中有6个C—H、2个C—C、1个CC、1个C≡C,单键全是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,故该分子中共有10个σ键和3个π键。(2)①X、Y、Z元素的符号分别是O、C、Si。②CO2分子的结构式为OCO,故其中含2个σ键,含2个π键。
答案:(1)10 3 (2)①O C Si ②2 2
13.选B 短周期主族元素X、Y、Z、R的原子序数依次增大,根据结构中原子的化学键数目可以推断X为H,Y为N,Z为O,R为S。由分析可知,O的非金属性大于S,所以简单氢化物的稳定性硫化氢小于水,A正确。X、Z组成的化合物H2O中不含有非极性共价键,B错误。离子半径:S2->N3->O2- ,C正确。H、N、O、S四种元素可形成离子化合物,如:硫酸铵,D正确。
14.解析:由题给信息分析可知,X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。(1)N2中有N≡N,其中有1个σ键、2个π键。
(2)元素X的氧化物CO和CN-与N2结构相似,推知CO的结构式为C≡O,含有1个σ键和2个π键;CN-的结构式为[C≡N]-,HCN的结构式为H—C≡N,HCN中σ键与π键均为2个。(3)C与浓硫酸在加热时反应生成CO2、SO2和H2O。(4)铁的原子序数为26,其基态原子的价层电子排布为3d64s2。(5)由图可看出每个碳原子能与三个碳原子形成单键,故能形成3个σ键。
答案:(1)1∶2 (2)1∶2 1∶1
(3)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O (4)3d64s2
(5)3
