《学霸笔记 同步精讲》第2章 分子结构与性质 第1节 共价键(课件)高中化学人教版选择性必修2

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名称 《学霸笔记 同步精讲》第2章 分子结构与性质 第1节 共价键(课件)高中化学人教版选择性必修2
格式 pptx
文件大小 1.7MB
资源类型 试卷
版本资源 人教版(2019)
科目 化学
更新时间 2026-03-05 00:00:00

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文档简介

(共33张PPT)
第一节 共价键
第二章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位 素养阐释
1.认识原子间通过原子轨道的重叠形成共价键,了解共价键具有饱和性、方向性。
2.知道根据原子轨道的重叠方式,共价键可分为σ键和π键等类型。
3.共价键的键能、键长、键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。
4.能从微观角度分析形成共价键的粒子、类型,能辨识物质中含有的共价键的类型及成键方式,了解键能、键长及键角对物质性质的影响。
5.理解共价键中σ键和π键的区别,建立判断σ键和π键的思维模型,熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数。
自主预习·新知导学
一、共价键
1.共价键的形成
(1)定义:原子间通过共用电子对所形成的相互作用,叫做共价键。
(2)共价键的特征:具有饱和性。
(3)本质:原子间通过共用电子对(即原子轨道相互重叠)产生的强烈作用。
(4)形成条件:通常是电负性相同或相差不大的非金属元素原子之间形成共价键。
(5)表示方法:
①用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键,如H—H。
②用“=”表示原子间共用两对电子所形成的共价键,如C=C。
③用“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键,如C≡C。
2.共价键按成键原子轨道的重叠方式分类
(1)σ键。
(2)π键。
二、共价键的键参数
1.键参数——键能、键长与键角
2.键参数与分子结构和性质的关系
【自主思考1】 为什么不可能有NH4、H3O、H2Cl分子的形成
提示:按照共价键的共用电子对理论,一个原子有几个未成对电子,便可和几个自旋相反的电子配对成键,这就是共价键的“饱和性”。N原子p能级上有三个未成对电子,N可形成三个共价键,而不能形成NH4分子;O原子p能级上有两个未成对电子,O可形成两个共价键,而不能形成H3O分子;H、Cl都只有一个未成对电子,因而只能形成HCl,而不能形成H2Cl。
【自主思考2】 根据价键理论分析氮气分子中的成键情况,并解释N2通常稳定的原因。
提示:氮原子各自用三个p轨道分别与另一个氮原子形成一个σ键和两个π键。N2分子中存在N≡N,其键能大,破坏它需要消耗较大的能量,因而N2通常很稳定。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)两个原子之间形成共价键时,最多有一个σ键。(  )
(2)气体双原子单质分子中,一定有σ键,可能有π键。(  )
(3)一般来说,σ键原子轨道重叠的程度比π键原子轨道重叠的程度大,形成的共价键强度大。(  )
(4)金属元素原子和非金属元素原子间一定不能形成共价键。(  )
(5)键能越大,键长越长,共价化合物越稳定。(  )
(6)两个H原子和1个O原子结合生成H2O,表现了共价键的方向性。(  )
(7)CO2的键角大于NH3的键角。(  )



×
×
×

2.下列说法正确的是(  )。
A.π键是由两个p轨道“头碰头”重叠形成的
B.σ键的电子云图形是镜面对称的,而π键的电子云图形是轴对称的
C.C2H6分子中的共价键全为σ键
D.H2分子中含σ键,而F2分子中除σ键外,还含有π键
答案:C
解析:原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键,以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键,A项错误;σ键是轴对称的,而π键是镜面对称的,B项错误;C2H6、H2、F2分子均只有单键,故都是σ键,C项正确,D项错误。
3.氮气分子中的共价键成键情况如图所示:
氮气分子的N≡N中含有   个σ键、   个π键。
答案:1 2
解析:三键中含有1个σ键、2个π键。
合作探究·释疑解惑
【问题引领】
探究任务1
建立判断σ键和π键的思维模型
1.H原子和H原子、H原子和Cl原子、Cl原子和Cl原子分别均以σ键结合成H2、HCl和Cl2,形成共价键的原子轨道完全相同吗
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原子和H原子以1s轨道和1s轨道“头碰头”重叠成键,H原子和Cl原子以1s轨道和3p轨道“头碰头”重叠成键,Cl原子和Cl原子以3p轨道和3p轨道“头碰头”重叠成键。
2.观察下图乙烷、乙烯和乙炔的分子结构:

思考下列问题:
(1)乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成
提示:1个乙烷分子由7个σ键组成;1个乙烯分子由5个σ键和1个π键组成;1个乙炔分子由3个σ键和2个π键组成。
(2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷的化学性质活泼
提示: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π键和2个π键,π键的原子轨道重叠程度小,不稳定,容易断裂,而乙烷中没有π键,σ键稳定,不易断裂。
【归纳提升】
1.σ键和π键的比较
2.共价键的特征
(1)饱和性。
①一个原子有几个未成对电子,便可以和几个自旋相反的电子配对成键,形成几个共价键。如H原子、Cl原子都只有一个未成对电子,因而只能形成H2、HCl、Cl2,即分子中只有一个共价键,而不能形成H3、HCl2、Cl3;一个N原子有三个未成对电子,两个N原子可以形成N≡N,一个N原子可与三个H原子形成 ,一个NH3分子中含有三个共价键。
②共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成。
(2)方向性。
①共价键形成时,两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠,重叠程度越大,形成的共价键越牢固。结构相似的分子(如HX)中成键原子电子云(原子轨道)重叠程度越大,形成的共价键越牢固,分子结构越稳定。如HX的稳定性:HF>HCl>HBr>HI。
②共价键的方向性决定了分子的空间结构。
3.共价键的存在范围
(1)共价化合物:以共用电子对(形成共价键)形成分子的化合物称为共价化合物。共价化合物的组成粒子(原子)通过共价键结合成分子,因此共价化合物中一定存在共价键。如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。
(2)非金属单质分子中,如O2、F2、H2、C60等。
【典型例题】
【例题1】 下列分子中σ键和π键数目之比为1∶1的是(  )。
A.O2 B.CO C.C2H4 D.C2H2
答案:A
解析:O2分子的结构式为O=O,1个O2分子中含有1个σ键和1个π键,σ键和π键数目之比为1∶1,A项正确;CO分子的结构式为C≡O,1个CO分子中σ键和π键的数目之比为1∶2,B项错误;C2H4的结构式为 ,1个C2H4分子中存在5个σ键和1个π键,σ键和π键的数目之比为5∶1,C项错误;C2H2分子的结构式为H—C≡C—H,1个C2H2分子中σ键和π键的数目之比为3∶2,D项错误。
方法技巧
σ键和π键的判断方法:根据成键原子的价层电子排布确定其未成对电子数,进而判断其能形成的共价键个数。如果两个原子只形成一个共价键,则该共价键一定是σ键;如果两个原子形成多个共价键,则其中一个为σ键,其他的为π键。一般规律是:共价单键是σ键;共价双键中有一个σ键和一个π键;共价三键中有一个σ键和两个π键。
【变式训练1】 下列说法正确的是(  )。
A.若把H2S分子写成H3S分子,违背了共价键的饱和性
B.基态C原子有两个未成对电子,所以只能形成两个共价键
C.所有共价键都有方向性
D.两个原子轨道发生重叠后,两核间的电子不仅仅在两核之间,而是绕两个原子核运动
答案:A
解析:CH4分子中,碳原子与4个氢原子形成4个共价键,B项错误;H2分子中的s轨道成键时,因s轨道为球形,故H2分子中的H—H共价键无方向性,C项错误;两个原子轨道重叠后,电子在核间出现的概率增大,但不是绕两个原子核运动,D项错误。
【问题引领】
探究任务2
键能、键长、键角对分子性质与结构的影响
运用衍射谱、光谱等物理方法能够测定分子和晶体中原子间的距离、空间结构以及分子中化学键的强度等。一般而言,借助于数学和量子力学方法,可将衍射谱或光谱信息通过简单的计算转换为键参数。键能与键长是衡量共价键稳定性的参数,键长和键角是描述分子空间结构的参数。一般来说,如果知道分子中的键长和键角,这个分子的空间结构就确定了。
1.根据元素周期律可知NH3的稳定性强于PH3的,你能利用键参数加以解释吗
提示:键长:N—HP—H,因此NH3更稳定。
2.N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强,从键能的角度应如何理解这一化学事实
提示:由键能的数据可知H—F>H—O>H—N,而由键长可知H—FH2O>NH3,所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。
3.一般来说,键长越短,键能越大。但为什么F—F键长短、键能小
提示:氟原子的半径很小,因此其键长短;两个氟原子形成共价键时,原子核之间的距离很近,排斥力大,因此键能较小。
4.已知N—N、N=N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90,而C—C、C=C和C≡C键能之比约为1.00∶1.77∶2.34。如何用这些数据理解氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应
提示:键能数据表明,N≡N的键能大于N—N的键能的三倍,N=N的键能大于N—N的键能的两倍;而C≡C的键能小于C—C的键能的三倍,C=C的键能小于C—C的键能的两倍。说明乙烯和乙炔中的π键不牢固,故易发生加成反应,而氮分子中N≡N非常牢固,所以氮分子不易发生加成反应。
【归纳提升】
键参数对分子性质和结构的影响
(1)一般地,形成共价键的共用电子对数越多,键能越大,则共价键越牢固,含有该共价键的分子越稳定。
(2)形成共价键的原子半径越小,键长越短,共价键越牢固,含有该共价键的分子越稳定。如HF、HCl、HBr、HI中,分子的共用电子对数相同,因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大,故共价键牢固程度:H—F>H—Cl>H—Br>H—I,因此,稳定性:HF>HCl>HBr>HI。
(3)键能与键长是衡量共价键稳定性的参数,键长与键角是描述分子空间结构的参数。一般来说,如果知道分子中的键长和键角,这个分子的空间结构就确定了。如氨分子的H—N—H的键角是107°,N—H的键长是101 pm,就可以断定氨分子是三角锥形分子。
【典型例题】
【例题2】 碳和硅的有关化学键的键能如下所示,简要分析和解释下列有关事实:
回答下列问题:
(1)通常条件下,比较CH4和SiH4的稳定性强弱:         。
(2)硅与碳同族,也有一系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是         。
(3)SiH4的稳定性小于CH4的稳定性,Si更易生成氧化物,原因是
                  。
答案:(1)CH4比SiH4稳定
(2)C—C和C—H的键能较大,所形成的烷烃稳定,而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成
(3)C—H的键能大于C—O的键能,C—H比C—O稳定,而Si—H的键能却小于Si—O的键能,所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O
解析:(1)因为C—H的键能大于Si—H的键能,所以CH4比SiH4稳定。
(2)C—C的键能和C—H的键能比Si—H和Si—Si的键能都大,因此烷烃比较稳定,而硅烷中Si—Si的键能和Si—H的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成。
(3)C—H的键能大于C—O的键能,C—H比C—O稳定,而Si—H的键能却小于Si—O的键能,所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O。
方法技巧
组成和结构相似的分子,共价键的键能越大,分子越稳定。
【变式训练2】 下列说法中正确的是(  )。
A.键长越长,键能越大,分子越稳定
B.H—Cl的键能为431.8 kJ·mol-1,H—I的键能为298.7 kJ·mol-1,这可以说明HCl分子比HI分子稳定
C.水分子可表示为H—O—H,分子的键角为180°
D.H—O的键能为462.8 kJ·mol-1,即18 g H2O分解成H2和O2时,消耗能量为2×462.8 kJ
答案:B
解析:键长越长,键能越小,分子越不稳定,A项错误;水分子中的键角为105°,C项错误;断裂2 mol H—O吸收2×462.8 kJ能量,18 g水分解成H2和O2时,断裂2 mol H—O,同时还形成0.5 mol O=O和1 mol H—H,D项错误。
课 堂 小 结