2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 專題3 微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì) 第三單元 第1課時(shí) 共價(jià)鍵的形成學(xué)案 蘇教版選修3.docx

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第1課時(shí)　共價(jià)鍵的形成 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]　1.熟知共價(jià)鍵的概念與形成，知道共價(jià)鍵的特征——具有飽和性和方向性。2.從原子軌道重疊角度認(rèn)識(shí)共價(jià)鍵。 一　共價(jià)鍵的特征——飽和性、方向性 1．共價(jià)鍵的形成 (1)概念：原子間通過共用電子對所形成的相互作用，叫做共價(jià)鍵。 (2)成鍵的粒子：一般為非金屬原子(相同或不相同)或金屬原子與非金屬原子。 (3)鍵的本質(zhì)：原子間通過共用電子對(即電子云重疊)產(chǎn)生的強(qiáng)烈作用。 (4)鍵的形成條件：非金屬元素的原子之間形成共價(jià)鍵，大多數(shù)電負(fù)性之差小于1.7的金屬與非金屬原子之間形成共價(jià)鍵。 2．共價(jià)鍵的特征 (1)飽和性 ①按照共價(jià)鍵的共用電子對理論，一個(gè)原子有幾個(gè)未成對電子，便可和幾個(gè)自旋狀態(tài)相反的電子配對成鍵，這就是共價(jià)鍵的“飽和性”。 ②用軌道表示式表示HF分子中共用電子對的形成如下： ③由以上分析可知，F(xiàn)原子與H原子間只能形成1個(gè)共價(jià)鍵，所形成的簡單化合物為HF。同理，O原子與2個(gè)H原子形成2個(gè)共用電子對，2個(gè)N原子間形成3個(gè)共用電子對。 (2)方向性 除s軌道是球形對稱的外，其他的原子軌道在空間都具有一定的分布特點(diǎn)。在形成共價(jià)鍵時(shí)，原子軌道重疊的愈多，電子在核間出現(xiàn)的概率越大，所形成的共價(jià)鍵就越牢固，因此共價(jià)鍵將盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向形成，所以共價(jià)鍵具有方向性。 [歸納總結(jié)] 1．當(dāng)成鍵原子相互接近時(shí)，原子軌道發(fā)生重疊，自旋狀態(tài)相反的未成對電子形成共用電子對，兩原子核間的電子密度增大，體系的能量降低。 2．共價(jià)鍵的飽和性決定了各種原子形成分子時(shí)相互結(jié)合的數(shù)量關(guān)系。共價(jià)鍵的方向性決定了分子的立體結(jié)構(gòu)。 3．并不是所有共價(jià)鍵都具有方向性，如兩個(gè)s電子形成共價(jià)鍵時(shí)就沒有方向性。 [活學(xué)活用] 1．對三硫化四磷分子的結(jié)構(gòu)研究表明，該分子中沒有不飽和鍵，且各原子的最外層均已達(dá)到了8個(gè)電子的結(jié)構(gòu)。則一個(gè)三硫化四磷分子中含有的共價(jià)鍵個(gè)數(shù)是(　　) A．7個(gè)B．9個(gè)C．19個(gè)D．不能確定 答案　B 解析　三硫化四磷分子中沒有不飽和鍵，且各原子的最外層均已達(dá)到了8個(gè)電子的結(jié)構(gòu)，P元素可形成3個(gè)共價(jià)鍵，S元素可形成2個(gè)共價(jià)鍵，因此一個(gè)三硫化四磷分子中含有的共價(jià)鍵個(gè)數(shù)為＝9。 2．下列說法正確的是(　　) A．若把H2S分子寫成H3S分子，違背了共價(jià)鍵的飽和性 B．H3O＋的存在說明共價(jià)鍵不具有飽和性 C．所有共價(jià)鍵都有方向性 D．兩個(gè)原子軌道發(fā)生重疊后，電子僅存在于兩核之間 答案　A 解析　S原子有兩個(gè)未成對電子，根據(jù)共價(jià)鍵的飽和性，形成的氫化物為H2S，A項(xiàng)對；H2O能結(jié)合1個(gè)H＋形成H3O＋，不能說明共價(jià)鍵不具有飽和性，B項(xiàng)錯(cuò)；H2分子中，H原子的s軌道成鍵時(shí)，因?yàn)閟軌道為球形，所以H2分子中的H—H鍵沒有方向性，C項(xiàng)錯(cuò)；兩個(gè)原子軌道發(fā)生重疊后，電子只是在兩核之間出現(xiàn)的機(jī)會(huì)大，D項(xiàng)錯(cuò)。 二　從原子軌道重疊方式上認(rèn)識(shí)共價(jià)鍵 1．按成鍵的未成對電子的原子軌道的重疊方式，共價(jià)鍵可分為σ鍵和π鍵。 (1)σ鍵 ①σ鍵：形成共價(jià)鍵的未成對電子的原子軌道采取“頭碰頭”的方式重疊，這種共價(jià)鍵叫σ鍵。 ②σ鍵的類型：根據(jù)成鍵電子原子軌道的不同，σ鍵可分為ssσ鍵、spσ鍵、ppσ鍵。 a．ssσ鍵：兩個(gè)成鍵原子均提供s軌道形成的共價(jià)鍵，如H2分子中σ鍵的形成過程： b．spσ鍵：兩個(gè)成鍵原子分別提供s軌道和p軌道形成的共價(jià)鍵，如HCl分子中σ鍵的形成過程： c．ppσ鍵：兩個(gè)成鍵原子均提供p原子軌道形成的共價(jià)鍵，如Cl2分子中σ鍵的形成過程： ③σ鍵的特征： a．以形成化學(xué)鍵的兩原子核的連線為軸作旋轉(zhuǎn)操作，共價(jià)鍵電子云的圖形不變，這種特征稱為軸對稱。 b．形成σ鍵的原子軌道重疊程度較大，故σ鍵有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。 ④σ鍵的存在：共價(jià)單鍵為σ鍵；共價(jià)雙鍵和共價(jià)三鍵中存在σ鍵(通常含一個(gè)σ鍵)。 (2)π鍵 ①π鍵：形成共價(jià)鍵的未成對電子的原子軌道采取“肩并肩”的方式重疊，這種共價(jià)鍵叫π鍵。 ②如下圖ppπ鍵的形成： ③π鍵的特征： a．每個(gè)π鍵的電子云由兩塊組成，分別位于由兩原子核構(gòu)成平面的兩側(cè)，如果以它們之間包含原子核的平面為鏡面，它們互為鏡像，這種特征稱為鏡面對稱。 b．形成π鍵時(shí)原子軌道重疊程度比形成σ鍵時(shí)小，π鍵沒有σ鍵牢固。 ④π鍵的存在：π鍵通常存在于雙鍵或叁鍵中。 [歸納總結(jié)] σ鍵和π鍵的比較 鍵類型 σ鍵 π鍵 原子軌道重疊方式 兩個(gè)原子的成鍵軌道沿著鍵軸的方向以“頭碰頭”的方式重疊 兩個(gè)原子的成鍵軌道以“肩并肩”的方式重疊 原子軌道重疊部位 兩原子核之間，在鍵軸處 鍵軸上方和下方，鍵軸處為零 原子軌道重疊程度 大 小 鍵的強(qiáng)度 較大 較小 化學(xué)活潑性 不活潑 活潑 示意圖 [活學(xué)活用] 3．下列說法正確的是(　　) A．π鍵是由兩個(gè)p電子“頭碰頭”重疊形成的 B．σ鍵是鏡面對稱，而π鍵是軸對稱 C．乙烷分子中的鍵全為σ鍵，乙烯分子中含σ鍵和π鍵 D．H2分子中含σ鍵，Cl2分子中含π鍵 答案　C 解析　原子軌道以“頭碰頭”方式相互重疊形成的共價(jià)鍵為σ鍵，以“肩并肩”方式相互重疊形成的共價(jià)鍵為π鍵。σ鍵是軸對稱，而π鍵是鏡面對稱。分子中所有的單鍵都是σ鍵，雙鍵中有一個(gè)σ鍵，一個(gè)π鍵。 4．下列有關(guān)σ鍵和π鍵的說法錯(cuò)誤的是(　　) A．含有π鍵的分子在反應(yīng)時(shí)，π鍵是化學(xué)反應(yīng)的積極參與者 B．當(dāng)原子形成分子時(shí)，首先形成σ鍵，可能形成π鍵 C．有些原子在與其他原子形成分子時(shí)只能形成σ鍵，不能形成π鍵 D．在分子中，化學(xué)鍵可能只有π鍵而沒有σ鍵 答案　D 解析　本題主要考查σ鍵和π鍵的形成。由于π鍵的鍵能小于σ鍵的鍵能，所以反應(yīng)時(shí)易斷裂，A項(xiàng)正確；在分子形成時(shí)為了使其能量最低，必然首先形成σ鍵，根據(jù)形成原子的核外電子排布來判斷是否形成π鍵，所以B項(xiàng)正確；C項(xiàng)正確，像H、Cl原子跟其他原子只能形成σ鍵。 (1)共價(jià)鍵的本質(zhì)：原子之間形成共用電子對(或電子云重疊) (2)共價(jià)鍵的特征：具有方向性和飽和性 當(dāng)堂檢測 1．原子間形成共價(jià)化合物時(shí)，決定各原子相互結(jié)合的數(shù)量關(guān)系的是(　　) A．共價(jià)鍵的方向性 B．共價(jià)鍵的飽和性 C．形成共價(jià)鍵的原子的大小 D．共價(jià)鍵的穩(wěn)定性 答案　B 解析　共價(jià)鍵具有飽和性和方向性，方向性決定分子的立體構(gòu)型，飽和性則決定分子中各原子的數(shù)量關(guān)系。 2．當(dāng)H原子和F原子沿z軸結(jié)合成HF分子時(shí)，F(xiàn)原子中和H原子對稱性不一致的軌道是(　　) A．1sB．2sC．2pxD．2pz 答案　C 解析　s軌道無論沿何軸結(jié)合，均對稱。 3．下列說法不正確的是(　　) A．雙鍵、叁鍵都含有π鍵 B．成鍵原子間原子軌道重疊愈多，共價(jià)鍵愈牢固 C．因每個(gè)原子未成對電子數(shù)量是一定的，故配對原子個(gè)數(shù)也一定 D．每一個(gè)原子軌道在空間都具有自己的方向性 答案　D 解析　對D選項(xiàng)舉反例，如s軌道的形狀是球形對稱的，它無方向性。 4．下列說法中不正確的是(　　) A．σ鍵比π鍵重疊程度大，形成的共價(jià)鍵強(qiáng) B．兩個(gè)原子之間形成共價(jià)鍵時(shí)，最多有一個(gè)σ鍵 C．氣體單質(zhì)中，一定有σ鍵，可能有π鍵 D．N2分子中有一個(gè)σ鍵，2個(gè)π鍵 答案　C 解析　氣體單質(zhì)分子中，可能有σ鍵，如Cl2，可能有π鍵，如N2，也可能沒有化學(xué)鍵，如稀有氣體。 40分鐘課時(shí)作業(yè) [基礎(chǔ)過關(guān)] 一、共價(jià)鍵的形成與判斷 1．下列說法正確的是(　　) A．含有共價(jià)鍵的化合物一定是共價(jià)化合物 B．由共價(jià)鍵形成的分子一定是共價(jià)化合物 C．分子中只有共價(jià)鍵的化合物一定是共價(jià)化合物 D．只有非金屬原子間才能形成共價(jià)鍵 答案　C 解析　在離子化合物中也有共價(jià)鍵，如NaOH；由不同元素的原子形成的共價(jià)鍵分子是共價(jià)化合物，由相同元素的原子形成的共價(jià)鍵分子是單質(zhì)，如H2、Cl2等；對于D項(xiàng)，也存在金屬元素的原子與非金屬元素的原子間形成共價(jià)鍵的化合物，如AlCl3等。 2．下列各組物質(zhì)中，所有化學(xué)鍵都是共價(jià)鍵的是(　　) A．H2S和Na2O2B．H2O2和CaF2 C．NH3和N2D．HNO3和NaCl 答案　C 解析　A項(xiàng)，Na2O2中既有離子鍵又有O—O共價(jià)鍵，不正確；B項(xiàng)，CaF2中只有離子鍵，不正確；D項(xiàng)，NaCl屬于離子化合物，沒有共價(jià)鍵，不正確。 3．根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，從電負(fù)性的角度判斷下列元素之間易形成共價(jià)鍵的一組是(　　) 元素 Na Mg Al H C O Cl 電負(fù)性 0.9 1.2 1.5 2.1 2.5 3.5 3.0 ①Na和Cl?、贛g和Cl?、跘l和Cl　④H和O ⑤Al和O?、轈和Cl A．①②⑤B．③④⑥C．④⑤⑥D(zhuǎn)．全部 答案　B 解析　非金屬元素之間易形成共價(jià)鍵，大多數(shù)電負(fù)性之差小于1.7的金屬與非金屬元素的原子之間形成共價(jià)鍵。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；故①②⑤不能形成共價(jià)鍵，③可形成共價(jià)鍵。 4．下列不屬于共價(jià)鍵成鍵因素的是(　　) A．成鍵原子電負(fù)性差別較小 B．共用的電子必須配對 C．成鍵后的體系能量降低，趨于穩(wěn)定 D．兩原子核體積大小要適中 答案　D 解析　兩原子形成共價(jià)鍵時(shí)，電子云發(fā)生重疊，即電子在兩核之間出現(xiàn)的機(jī)會(huì)更多；兩原子電子云重疊越多，鍵越牢固，體系的能量也越低；原子核體積的大小與能否形成共價(jià)鍵無必然聯(lián)系。 5．下列既有離子鍵又有共價(jià)鍵的化合物是(　　) A．Na2OB．NaOHC．CaBr2D．HF 答案　B 解析　典型的非金屬元素O與H之間形成的是共價(jià)鍵，Na＋與OH－之間形成的是離子鍵。 二、σ鍵和π鍵的比較與判斷 6．關(guān)于σ鍵和π鍵的比較，下列說法不正確的是(　　) A．σ鍵是軸對稱的，π鍵是鏡面對稱的 B．σ鍵是“頭碰頭”式重疊，π鍵是“肩并肩”式重疊 C．σ鍵不能斷裂，π鍵容易斷裂 D．H原子只能形成σ鍵，O原子可以形成σ鍵和π鍵 答案　C 解析　σ鍵較穩(wěn)定，不易斷裂，而不是不能斷裂。化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的形成。 7．下列說法不正確的是(　　) A．π鍵是原子軌道以“肩并肩”方式相互重疊而形成的 B．2個(gè)原子形成的多重共價(jià)鍵中，只能有一個(gè)是σ鍵，而π鍵可以是一個(gè)或多個(gè) C．s電子與s電子間形成的鍵是σ鍵，p電子與p電子間形成的鍵是π鍵 D．共價(jià)鍵一定有原子軌道的重疊 答案　C 解析　原子軌道以“頭碰頭”方式相互重疊形成的共價(jià)鍵為σ鍵；以“肩并肩”方式相互重疊形成的共價(jià)鍵為π鍵。σ鍵是軸對稱，而π鍵是鏡面對稱。分子中所有的單鍵都是σ鍵，雙鍵中有一個(gè)σ鍵，一個(gè)π鍵，叁鍵中有一個(gè)σ鍵，兩個(gè)π鍵。 8．下列物質(zhì)的分子中，沒有π鍵的是(　　) A．CO2B．N2 C．CH≡CHD．HClO 答案　D 解析　雙鍵、叁鍵中有一個(gè)σ鍵，雙鍵還有一個(gè)π鍵，叁鍵中還有兩個(gè)π鍵，故本題只要知道分子中原子之間的連接方式即可。D項(xiàng)中無雙鍵也無叁鍵，所以無π鍵。 9．下列有關(guān)化學(xué)鍵類型的判斷正確的是(　　) A．全部由非金屬元素組成的化合物中肯定不存在離子鍵 B．所有物質(zhì)中都存在化學(xué)鍵 C．已知乙炔的結(jié)構(gòu)式為H—C≡C—H，則乙炔分子中存在2個(gè)σ鍵(C—H)和3個(gè)π鍵(C≡C) D．乙烷分子中只存在σ鍵，即6個(gè)C—H鍵和1個(gè)C—C鍵都為σ鍵，不存在π鍵 答案　D 解析　NH4Cl全部是由非金屬元素組成的，卻存在離子鍵，A項(xiàng)錯(cuò)；稀有氣體原子本身達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不存在化學(xué)鍵，B項(xiàng)錯(cuò)；單鍵都為σ鍵，乙烷分子結(jié)構(gòu)式為，其6個(gè)C—H鍵和1個(gè)C—C鍵都為σ鍵，D項(xiàng)正確；共價(jià)雙鍵中有一個(gè)為σ鍵，另一個(gè)為π鍵，共價(jià)叁鍵中有一個(gè)為σ鍵，另外兩個(gè)為π鍵，故乙炔(H—C≡C—H)分子中有2個(gè)C—Hσ鍵，C≡C鍵中有1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵，C項(xiàng)錯(cuò)。 10．COCl2分子的結(jié)構(gòu)式為，COCl2分子內(nèi)含有(　　) A．4個(gè)σ鍵B．2個(gè)σ鍵，2個(gè)π鍵 C．2個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵D．3個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵 答案　D 解析　C和Cl之間為σ鍵，C和O之間為1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵。 11．日常生活中用的防曬霜，如氨基苯甲酸、羥基丙酮等。它們之所以能“防曬”是(　　) A．因它們?yōu)橛袡C(jī)物，涂用后形成了一層“保護(hù)層” B．因它們揮發(fā)時(shí)吸熱，降低皮膚溫度 C．因它們含有π鍵，能夠有效吸收紫外線 D．因它們能與皮膚形成一層“隔熱層”，阻礙照射 答案　C 解析　防曬霜如氨基苯甲酸()，羥基丙酮()，分子中均含有π鍵(，)，因含有π鍵的物質(zhì)能夠有效地吸收紫外線，故可使人免受傷害。 [能力提升] 12．下列說法中錯(cuò)誤的是 (　　) A．原子間通過共用電子對形成的化學(xué)鍵叫共價(jià)鍵 B．對雙原子分子來說，鍵能越大，斷開時(shí)需要的能量越多，該化學(xué)鍵越不牢固 C．一般而言，化學(xué)鍵的鍵長越短，化學(xué)鍵越強(qiáng)，鍵越牢固 D．成鍵原子間原子軌道重疊越多，共價(jià)鍵越牢固 答案　B 解析　B項(xiàng)，鍵能越大，斷開時(shí)需要的能量越多，化學(xué)鍵應(yīng)越牢固。 13．在下列物質(zhì)中：①HCl、②N2、③NH3、④Na2O2、⑤H2O2、⑥NH4Cl、⑦NaOH、⑧Ar、⑨CO2、⑩C2H4 (1)只存在非極性鍵的分子是__________；既存在非極性鍵又存在極性鍵的分子是__________；只存在極性鍵的分子是__________。 (2)只存在單鍵的分子是__________，存在叁鍵的分子是__________，只存在雙鍵的分子是__________，既存在單鍵又存在雙鍵的分子是__________。 (3)只存在σ鍵的分子是__________，既存在σ鍵又存在π鍵的分子是__________。 (4)不存在化學(xué)鍵的是__________。 (5)既存在離子鍵又存在極性鍵的是__________；既存在離子鍵又存在非極性鍵的是__________。 答案　(1)②?、茛狻、佗邰帷?2)①③⑤?、凇、帷、? (3)①③⑤?、冖幄狻?4)⑧　(5)⑥⑦?、? 14．C、Si為同一主族的元素，CO2和SiO2化學(xué)式相似，但結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大的不同。CO2中C與O原子間形成σ鍵和π鍵，SiO2中Si與O原子間不形成上述π鍵。從原子半徑大小的角度分析，為何C、O原子間能形成π鍵，而Si、O原子間不能形成上述π鍵？ 答案　Si的原子半徑較大，Si、O原子間距離較大，pp軌道“肩并肩”重疊程度較小，故不能形成上述形式的π鍵。 解析　π鍵為“肩并肩”的形式，而原子半徑較大時(shí)，則無法“肩并肩”。 15．分析下列化學(xué)式中劃有橫線的元素，選出符合要求的物質(zhì)并填空。 A．NH3　B．H2O　C．HCl　D．CH4　E．C2H6　F．N2 (1)所有的價(jià)電子都參與形成共價(jià)鍵的是________(填序號(hào)，下同)； (2)只有一個(gè)價(jià)電子參與形成共價(jià)鍵的是________； (3)最外層有未參與成鍵的電子對的是________； (4)既有σ鍵又有π鍵的是________。 答案　(1)DE　(2)C　(3)ABCF　(4)F 解析　NH3中N原子分別與3個(gè)H原子形成3個(gè)σ鍵，還有一對不成鍵電子；H2O中O原子與2個(gè)H原子形成2個(gè)σ鍵，還有兩對不成鍵電子；HCl中Cl原子與1個(gè)H原子形成1個(gè)σ鍵，還有三對不成鍵電子；CH4中C原子與4個(gè)H原子形成4個(gè)σ鍵，所有價(jià)電子都參與成鍵；C2H6中C原子分別與3個(gè)H原子及另1個(gè)C原子形成4個(gè)σ鍵，所有電子都參與成鍵；N2中N原子與另一個(gè)N原子形成1個(gè)σ鍵，2個(gè)π鍵，還有一對不成鍵電子。 [拓展探究] 16．化合物A是一種不穩(wěn)定的物質(zhì)，它的分子組成可用OxFy來表示，10mLA氣體能分解生成15mLO2和10mLF2(同溫、同壓下)。 (1)A的化學(xué)式是____________________，推斷時(shí)的依據(jù)是________________。 (2)已知A分子中x個(gè)氧原子呈…O—O—O…鏈狀排列，則A分子的電子式是________________，結(jié)構(gòu)式是________________。 答案　(1)O3F2　阿伏加德羅定律和質(zhì)量守恒定律 (2)　F—O—O—O—F 解析　依題意：V(A)∶V(O2)∶V(F2)＝10∶15∶10＝2∶3∶2，根據(jù)阿伏加德羅定律，寫出化學(xué)方程式：2A===3O2＋2F2；根據(jù)質(zhì)量守恒定律，A的化學(xué)式為O3F2。 寫電子式時(shí)應(yīng)注意x個(gè)氧原子呈鏈狀排列這一信息，聯(lián)系F原子最外層有7個(gè)電子，還差1個(gè)電子即達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此，F(xiàn)原子在O3F2中只能連在兩端。