2020版高中化学 第2章 第1节 共价键模型 第1课时学案 鲁科版选修3

2020版高中化学 第2章 第1节 共价键模型 第1课时学案 鲁科版选修3

第1课时　共价键 ‎[学习目标定位]　1.熟知共价键的概念与形成，知道共价键的特征——具有饱和性和方向性。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。3.会判断极性共价键和非极性共价键。‎ 一、共价键的特征——饱和性和方向性 ‎1．共价键的形成及本质 ‎(1)概念：原子间通过共用电子形成的化学键称为共价键。‎ ‎(2)形成：以H2分子的形成为例 当两个氢原子相互接近时，它们原子轨道发生重叠，导致两个氢原子的电子更多的处于两个原子核之间，即电子在核间区域出现的概率增加。体系的能量降低，形成化学键。‎ ‎(3)键的本质：高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用。‎ ‎(4)键的形成条件：非金属元素的原子之间形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属原子之间形成共价键。‎ ‎(5)共价键的表示方法 ‎①用一条短线表示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．共价键的特征 ‎(1)饱和性 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，便可和几个自旋状态相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”。‎ ‎(2)方向性 除s轨道是球形对称外，其他的原子轨道在空间都具有一定的分布特点。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。‎ ‎　共价键的特征及应用 12‎ ‎(1)共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。‎ ‎(2)共价键的方向性决定了分子的立体构型，并不是所有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性。‎ 例1　下列有关共价键的成因说法错误的是(　　)‎ A．若成键后两原子的原子核距离更近些，体系的能量会更低 B．成键原子的原子轨道在空间最大程度重叠 C．共用电子对在形成共价键的原子的核间区域出现的概率大 D．形成化学键，体系的能量降低 答案　A 解析　成键的两原子相互靠近，且两原子的原子轨道重叠，共用电子在两原子核之间出现的概率增大；两个原子形成共价键时，体系的能量最低，若成键后原子核距离更近些，则两个带正电荷的原子核之间的排斥作用又将导致体系能量升高，A项错误。‎ 例2　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．H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性 C．所有共价键都有方向性 D．两个原子轨道发生重叠后，电子仅存在于两核之间 答案　A 解析　S原子有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，形成的氢化物为H2S，A项正确；H2O能结合1个H＋形成H3O＋，不能说明共价键不具有饱和性，B项错误；因为s轨道为球形，所以H2分子中的H—H键没有方向性，C项错误；两个原子轨道发生重叠后，电子只是在两核之间出现的几率大，D项错误。‎ 易错警示 ‎(1)所有的共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如两个1s轨道重叠形成的共价键没有方向性。‎ ‎(2)共价键的饱和性与原子轨道和重叠程度无关，而是由成键原子的未成对电子数决定的。‎ ‎(3)H2S分子中两个成键原子的夹角与硫原子的两个未成对电子所在的原子轨道的夹角有关。‎ 二、共价键的类型 ‎1．σ键与π键——按原子轨道重叠方式分类 ‎(1)σ键 ‎①定义：‎ 形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠，这种共价键叫σ键。‎ ‎②类型：‎ a．s－s　σ键：两个成键原子均提供s轨道形成的共价键。‎ 12‎ b．s－p　σ键：两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键。‎ c．p－p　σ键：两个成键原子均提供p轨道形成的共价键。‎ ‎③σ键的特征：‎ a．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。‎ b．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。‎ ‎④存在：共价单键为σ键；共价双键和共价叁键中存在一个σ键。‎ ‎(2)π键 ‎①定义：‎ 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。‎ ‎②特征：‎ a．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，这种特征称为镜面对称。‎ b．形成π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时小，π键没有σ键牢固。‎ ‎③存在：π键通常存在于双键和叁键中。‎ ‎2．极性键和非极性键——按共用电子对是否偏移分类 类型 形成元素 共用电子对偏移 原子电性 非极性键 同种元素 两原子电负性相同，共用电子对不偏移 两原子都不显电性 极性键 不同种元素 共用电子对偏向电负性较大的原子 电负性较大的原子显负电性，电负性较小的原子显正电性 ‎(1)共价键的分类 ‎(2)σ键和π键的比较 键的类型 σ键 π键 原子轨道重叠方式 沿键轴方向“头碰头”重叠，特征为轴对称 沿键轴方向“肩并肩”重叠，特征为镜面对称 原子轨道重叠部位 两原子核之间，在键轴处 键轴上方和下方，键轴处为零 12‎ 原子轨道重叠程度 大 小 键的强度 较大、稳定 较小、易断裂 化学活泼性 不活泼 活泼 类型 ss、sp、pp pp 键的存在 共价单键为σ键，共价双键、叁键中有一个σ键 共价双键、叁键分别有一个、两个π键 ‎(3)极性键和非极性键 ‎①共价键极性判断：同种元素的原子间形成非极性键，不同种元素的原子间形成极性键。‎ ‎②共价键极性强弱判断：电负性差值越大，键的极性越强。如键的极性由强到弱的顺序为H—F>H—O>H—N>H—P。‎ 例3　下列有关化学键类型的判断不正确的是(　　)‎ A．ss σ键与sp σ键的对称性不同 B．分子中含有共价键，则至少含有一个σ键 C．已知乙炔的结构式为H—C≡C—H，则乙炔分子中存在2个σ键(C—H)和3个π键(C≡C)‎ D．乙烷分子中只存在σ键，即6个C—H键和1个C—C键都为σ键，不存在π键 答案　C 解析　ss σ键无方向性，sp σ键轴对称，A项正确；在含有共价键的分子中一定有σ键，可能有π键，如HCl、N2等，B项正确；单键都为σ键，乙烷分子结构式为，其6个C—H键和1个C—C键都为σ键，D项正确；共价叁键中一个为σ键，另外两个为π键，故乙炔(H—C≡C—H)分子中有2个C—H σ键，C≡C键中有1个σ键、2个π键，C项错。‎ 方法规律——σ键和π键的判断思路 化学式—结构式— 例4　(2017·佛山期中)下列关于共价键的叙述中，不正确的是(　　)‎ A．由不同元素原子形成的共价键一定是极性键 B．由同种元素的两个原子形成的双原子分子中的共价键一定是非极性键 C．化合物中不可能含有非极性键 D．当氧原子与氟原子形成共价键时，共用电子偏向氟原子一方 答案　C 12‎ 解析　不同元素的原子吸引电子的能力不同，形成极性键；同种元素的原子形成的双原子分子中，两原子吸引电子的能力相同，形成非极性键。某些化合物中，如Na2O2、H2O2中均含有非极性键。氟原子吸引电子的能力强于氧原子，二者成键时共用电子偏向氟原子。‎ 共价键 ‎1．下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是(　　)‎ A．H2O2：H—O==O—H B．CH3COOOH：‎ C．CH4S：‎ D．SiHCl3：‎ 答案　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，O、S均形成2个共价键。A项中O原子之间不可能形成双键，B项是过氧乙酸，含有过氧键“O—O”，C项相当于S取代了CH3OH中的氧原子，D项中Si原子形成4个共价键。‎ ‎2．下列关于共价键的饱和性和方向性的叙述中，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轨道的方向性决定的 C．共价键的方向性决定了分子的空间构型 D．共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关 答案　D 解析　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，故原子的未成对电子数目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项正确；形成共价键时，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就存在着必然的联系，这种成键的方向性也就决定了所形成分子的空间构型，故B、C项正确，D项不正确。‎ 12‎ ‎3．关于σ键和π键的比较，下列说法不正确的是(　　)‎ A．σ键是轴对称的，π键是镜面对称的 B．σ键是“头碰头”式重叠，π键是“肩并肩”式重叠 C．σ键不能断裂，π键容易断裂 D．H原子只能形成σ键，O原子可以形成σ键和π键 答案　C 解析　σ键较稳定，不易断裂，而不是不能断裂。化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。‎ ‎4．(2017·宁夏大学附中期末)共价键①H—H键、②H—F键、③H—O键、④N—H键、⑤P—H键中，键的极性由弱到强的顺序正确的是(　　)‎ A．①②③④⑤ B．⑤④③②①‎ C．①⑤④③② D．②③④⑤①‎ 答案　C 解析　元素周期表中，同一周期的主族元素原子，从左到右吸引电子的能力逐渐增强，题中涉及的元素原子吸引电子的能力由弱到强的顺序是N、O、F；同一主族从上到下，元素原子半径逐渐增大，吸引电子的能力逐渐减弱，故吸引电子的能力：N＞P；H—H键是由吸引电子能力相同的同种原子形成的非极性键。所以C项正确。‎ ‎5．根据氢原子和氟原子的核外电子排布，对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是(　　)‎ A．两者都为ss σ键 B．两者都为pp σ键 C．前者为pp σ键，后者为sp σ键 D．前者为ss σ键，后者为sp σ键 答案　C 解析　氢原子的核外电子排布式为1s1，氟原子的核外电子排布式为1s22s22p5，p轨道上有1个未成对的p电子。F2是由两个氟原子未成对的p电子轨道重叠形成的pp σ键，HF是由氢原子中的s轨道与氟原子中的1个p轨道形成的sp σ键。‎ ‎6．有下列十种物质：‎ ‎①CH4　②C2H6O　③N2　④HCl　⑤CO2　⑥CH3CH3　⑦C2H4　⑧C2H2　⑨H2O2　⑩HCHO 请按要求回答下列问题(填序号)：‎ ‎(1)只有σ键的有____________，既有σ键又有π键的有________。‎ ‎(2)只含有极性键的化合物有__________，既含有极性键，又含有非极性键的化合物有________。‎ ‎(3)含有双键的有________，含有叁键的有________。‎ ‎(4)1 mol HCHO分子中含有σ键的数目为________mol，含有π键的数目为________ mol。‎ 12‎ 答案　(1)①②④⑥⑨　③⑤⑦⑧⑩　(2)①④⑤⑩ ②⑥⑦⑧⑨　(3)⑤⑦⑩　③⑧　(4)3　1‎ 解析　十种物质的结构式分别为、、N≡N、H—Cl、O==C==O、、、H—C≡C—H、H—O—O—H、。根据以下两点判断化学键类型：①单键只能是σ键，双键中有1个σ键和1个π键，叁键中有1个σ键和2个π键；②同种元素原子之间形成的共价键是非极性键，不同种元素原子之间形成的共价键是极性键。1个甲醛HCHO中含有3个σ键，1个π键，所以1 mol HCHO分子中含有3 mol σ键，1 mol π键。‎ ‎[对点训练]‎ 题组1　共价键的形成特征 ‎1．某元素原子的最外层只有一个电子，它跟卤素相结合时所形成的化学键是(　　)‎ A．一定是共价键 B．一定是离子键 C．可能是共价键，也可能是离子键 D．以上说法均不正确 答案　C ‎2．原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是(　　)‎ A．共价键的方向性 B．共价键的饱和性 C．形成共价键原子的大小 D．共价键的稳定性 答案　B ‎3．下列说法正确的是(　　)‎ A．Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的方向性决定的 B．H2O与H2S的空间构型一样，都是由共价键的饱和性决定的 C．并非所有的共价键都有方向性 D．两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率减小 答案　C 12‎ 解析　共价键的饱和性决定组成分子的原子间的数量关系，A项错误；共价键的方向性决定分子的空间构型，B项错误；ss σ键没有方向性，C项正确；两原子轨道发生重叠使电子出现在两核间的概率增大，D项错误。‎ ‎4．根据表中的数据，从电负性的角度判断下列元素之间易形成共价键的一组是(　　)‎ 元素 Na Mg Al H C O Cl 电负性 ‎0.9‎ ‎1.2‎ ‎1.5‎ ‎2.1‎ ‎2.5‎ ‎3.5‎ ‎3.0‎ ‎①Na和Cl　②Mg和Cl　③Al和Cl　④H和O　⑤Al和O　⑥C和Cl A．①②⑤ B．③④⑥ C．④⑤⑥ D．全部 答案　B 解析　非金属元素之间易形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属元素的原子之间形成共价键。Na和Cl：3.0－0.9＝2.1>1.7；Mg和Cl：3.0－1.2＝1.8>1.7；Al和O：3.5－1.5＝2.0>1.7；Al和Cl：3.0－1.5＝1.5<1.7；H和O：3.5－2.1＝1.4＜1.7；C和Cl：3.0－2.5＝0.5＜1.7，故①②⑤不能形成共价键，③④⑥可形成共价键。‎ 题组2　共价键的类型 ‎5．下列物质中含有非极性键的共价化合物是(　　)‎ A．F2 B．C2H‎2 C．Na2O2 D．NH3‎ 答案　B 解析　F2是单质，不是化合物；C2H2的结构式为HCCH，含有非极性键，符合题意；Na2O2是离子化合物；NH3含三个NH键，没有非极性键。‎ ‎6．下列分子中存在的共价键类型完全相同的是(　　)‎ A．CH4与NH3 B．C2H6与C2H4‎ C．H2与Cl2 D．Cl2与N2‎ 答案　A 解析　A项中全是sp σ键；B项C2H6分子中只存在σ键，而C2H4分子中存在σ键和π键；C项H2分子中的键为ss σ键，Cl2分子中的键为pp σ键；D项与B项类似。‎ ‎7．下列有关σ键的说法错误的是(　　)‎ A．2个s原子轨道重叠形成ss σ键 B．s原子轨道与p原子轨道可以形成sp σ键，不能形成sp π键 C．2个p轨道不能形成σ键，只能形成pp π键 D．HCl分子里含一个sp σ键 答案　C 解析　s原子轨道只能形成σ键，不能形成π键，A正确；s原子轨道与p原子轨道，可以形成sp σ键，不能形成sp π 12‎ ‎ 键，B正确；2个p原子轨道若以“头碰头”的方式重叠能形成σ键，若以“肩并肩”的方式重叠形成π键，故C不正确；HCl分子中，H原子的1s轨道与Cl原子的3p轨道以“头碰头”方式重叠形成σ键，故HCl分子里含一个sp σ键，D项正确。‎ ‎8．下列分子中既不存在sp σ键，也不存在pp π键的是(　　)‎ A．HCl B．HF C．CO2 D．SCl2‎ 答案　D 解析　A项和B项，HCl和HF分子中都含有H原子，能提供s电子云与p电子云形成sp σ键；C项，CO2分子中含有C==O键，应有π键存在；D项，SCl2分子中只存在2个pp σ键()。‎ ‎9．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 答案　D 解析　O2的结构式是O==O，分子中两个氧原子形成共价双键，分子中σ键和π键数目比为1∶1，A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正确。‎ 题组3　关于共价键的综合考查 ‎10．下列关于共价键的理解不正确的是(　　)‎ A．由上图可知氢分子中两个氢原子的核间距为0.074 nm B．H2O2分子中既有极性键又有非极性键 C．氢分子中共价键没有方向性 D．形成共价键后共用电子只在两个原子核之间出现 答案　D 解析　由题图可知，两个氢原子相互靠近的过程中，在相距0.074 nm时体系能量最低，体系最稳定，此时形成稳定的氢分子，A项正确；H2O2‎ 12‎ 分子中既存在H—O极性键，又存在O—O非极性键，B项正确；氢分子中两个氢原子的未成对电子均为1s电子，s轨道在空间呈球形对称，故s轨道之间的重叠不具有方向性，C项正确；形成共价键后共用电子在两个原子核之间出现的概率增大，并不是只在两个原子核之间出现，D项错误。‎ ‎11．下列说法不正确的是(　　)‎ A．共价键一定有原子轨道的重叠 B．在CH2==CH—C≡N分子中含6个σ键，3个π键 C．2个原子形成的多重共价键中，只能有一个是σ键，而π键可以是一个或多个 D．s电子与s电子间形成的键一定是σ键，p电子与p电子间形成的键一定是π键 答案　D 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。σ键是轴对称，而π键是镜面对称。分子中所有的单键都是σ键，双键中有一个σ键、一个π键。‎ ‎12．由短周期前10号元素组成的物质T和X，有如图所示的转化。X不稳定，易分解。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．为使该转化成功进行，Y可以是酸性KMnO4溶液 B．等物质的量的T、X分子中含有π键的数目均为NA C．X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍 D．T分子中只含有极性键，X分子中既含有极性键又含有非极性键 答案　A 解析　由球棍模型可知，T为HCHO，X不稳定，易分解，则X为H2CO3，则Y为氧化剂，可以选择氧化性较强的酸性KMnO4溶液，A项正确；等物质的量并不一定是1 mol，B项错误；X分子中含有的σ键个数为5，T分子中含有的σ键个数为3，C项错误；T、X分子中均只含有极性键，无非极性键，D项错误。‎ ‎[综合强化]‎ ‎13．回答下列问题：‎ ‎(1)有以下物质：‎ A．HF　B．Br‎2　‎C．H2O　D．N2　E．C2H‎4　‎F．C2H6‎ G．H2　H．H2O2　I．HCN　J．CO2　K．HCHO ‎①既含有极性键，又含有非极性键的是________(填字母，下同)；‎ ‎②既有σ键又有π键的是________；‎ ‎③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σ键的是________；‎ ‎④水分子是H2O而不是H3O，是因为共价键具有________性；水分子的键角接近104.5°，是因为共价键具有________性。‎ 12‎ ‎(2)碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如下所示。下列有关该物质的说法正确的是________。‎ A．分子式为C3H2O3‎ B．分子中含6个σ键 C．分子中只有极性键 D．‎8.6 g该物质完全燃烧得到‎6.72 L CO2‎ 答案　(1)①EFH　②DEIJK　③ACEFHIK　④饱和　方向　(2)A 解析　(1)根据以下两点判断化学键类型：‎ ‎①单键只能是σ键，双键中有1个σ键和1个π键，叁键中有1个σ键和2个π键；②同种元素原子间形成的共价键是非极性键，不同种元素原子之间形成的共价键是极性键。共价键的方向性决定分子的空间构型，共价键的饱和性决定分子中所连接的原子的数目。‎ ‎(2)A项，由碳酸亚乙烯酯的结构及C、O原子的成键特点可知，该物质的分子式为C3H2O3；B项，分子中C==O键和C==C键各含有1个σ键，C—O键和C—H键都是σ键，故1个分子中含有8个σ键；C项，该物质分子中C==O、C—O和C—H键都是极性键，而C==C键是非极性键；D项，‎8.6 g该物质的物质的量为0.1 mol，完全燃烧后生成0.3 mol CO2，在标准状况下其体积为‎6.72 L，但题目未指明CO2是否处于标准状况。‎ ‎14．甲、乙、丙、丁四种有机物的结构如下：‎ 甲：CH2==CH—C≡CH 乙：‎ 丙：COCl2()‎ 丁：CH2==CHCN ‎(1)甲分子中有________个σ键，________个π键。‎ ‎(2)乙分子中有________个σ键，________个π键，________(填“有”或“没有”)非极性键。‎ ‎(3)丙分子中每个碳原子形成________个σ键，________个π键。‎ ‎(4)丁分子中σ键与π键的数目之比为________。‎ 答案　(1)7　3　(2)8　2　有　(3)3　1　(4)2∶1‎ 解析　(1)除5条单键全是σ键外，双键中1个是σ键，另1个是π键，叁键中1个是σ键，另2个是π键。故该有机物分子中σ键总数为7，π键总数为3。‎ 12‎ ‎(2)乙分子中有3个C—H σ键，2个C—C σ键，2个C—O σ键，1个O—H σ键；C==C和C==O键中分别有1个π键；有C==C、C—C非极性键。‎ ‎(3)丙分子中C与O原子之间形成1个σ键和1个π键，C与两个Cl原子之间分别形成1个σ键。‎ ‎(4)丁分子中含有1个CC键和1个CN键；3个C—H键和1个C—C键，故丁分子中共有6个σ键和3个π键。‎ ‎15．有A、B、C、D、E五种元素，已知：‎ ‎①它们分别位于3个不同的短周期，核电荷数依次增大。‎ ‎②E元素的电离能数据见下表(单位：kJ·mol－1)‎ I1‎ I2‎ I3‎ I4‎ ‎……‎ ‎496‎ ‎4 562‎ ‎6 912‎ ‎9 543‎ ‎……‎ ‎③A、E分别都能与D按原子个数比1∶1或2∶1形成化合物。‎ ‎④B、C分别都能与D按原子个数比1∶1或1∶2形成化合物。‎ ‎(1)写出两种只含有A、B、D、E四种元素的无水盐的化学式：____________、____________。‎ ‎(2)B‎2A2分子中存在____________个σ键和_______________________________________‎ 个π键。‎ ‎(3)分别写出③和④中按原子个数比1∶1和1∶2形成的化合物的化学式：______________、______________、______________、______________。‎ 答案　(1)NaHCO3　CH3COONa(或其他有机酸的盐) (2)3　2　(3)H2O2　Na2O2　CO2　NO2‎ 解析　根据五种元素分别位于3个不同的短周期，可知A为H元素；根据E的电离能数据可知E为第ⅠA族的碱金属元素，为Na元素；H、Na和O均能形成原子个数比为1∶1或2∶1的化合物，所以D为O元素；原子序数比O小的且与O可以按照原子个数比1∶1或1∶2形成化合物的元素为C元素和N元素，所以B、C分别为C元素和N元素。‎ 12‎