2024-2025學年新教材高中化學第2章微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)第1節(jié)共價鍵模型教案魯科版選擇性必修2

PAGE10-第1節(jié)共價鍵模型發(fā)展目標體系構建1.相識原子間通過原子軌道重疊形成共價鍵，了解共價鍵具有飽和性和方向性。2.知道依據(jù)原子軌道的重疊方式，共價鍵可分為σ鍵和π鍵等類型；知道共價鍵可分為極性和非極性共價鍵。3.共價鍵的鍵能、鍵長和鍵角可以用來描述鍵的強弱和分子的空間結構。一、共價鍵的形成與特征1．共價鍵的形成(1)氫分子中H—H鍵的形成當兩個氫原子(核外電子的自旋方向相反)相互接近到肯定距離時，兩個1s軌道發(fā)生重疊，電子在兩原子核之間出現(xiàn)的概率增大，每個氫原子的原子核都會同時對自身和對方的1s軌道上的電子產(chǎn)生吸引作用，體系的能量達到最低狀態(tài)。(2)共價鍵的概念原子間通過共用電子形成的化學鍵稱為共價鍵。(3)共價鍵的本質(zhì)當成鍵原子相互接近時，由于電子在兩個原子核之間出現(xiàn)的概率增大，使得它們同時受到兩個原子核的吸引，從而導致體系能量降低，形成化學鍵。即：高概率地出現(xiàn)在兩個原子核之間的電子與兩個原子核之間的電性作用是共價鍵的本質(zhì)。微點撥：共價鍵的本質(zhì)是電性作用，但這種電性作用是不能用經(jīng)典的靜電理論來說明的，它是通過量子力學用原子軌道的重疊來說明的。(4)共價鍵的形成條件①形成共價鍵的條件：電負性相同或差值小的非金屬元素原子之間形成的化學鍵。②形成共價鍵的微粒：共價鍵成鍵的微粒是原子。既可以是相同元素的原子，也可以是不同元素的原子。(5)共價鍵的表示方法人們經(jīng)常用一條短線表示由一對共用電子所形成的共價鍵。共價單鍵：如H—H鍵、Cl—Cl鍵、O—H鍵等。共價雙鍵：如O=O鍵、C=O鍵等。共價三鍵：如N≡N鍵等。2．共價鍵的特征(1)飽和性：一個原子中的一個未成對電子與另一個原子中的一個未成對電子配對成鍵后，一般來說就不能再與其他原子的未成對電子配對成鍵了，即每個原子所能形成共價鍵的總數(shù)或以共價鍵連接的原子數(shù)目是肯定的，這稱為共價鍵的飽和性。明顯，共價鍵的飽和性確定了各種原子形成分子時相互結合的數(shù)量關系。如氨分子的結構可表示為。(2)方向性：共價鍵將盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向形成，即共價鍵具有方向性。除s軌道是球形對稱外，其他原子軌道都具有肯定的空間取向。在形成共價鍵時，原子軌道重疊得多，電子在核間出現(xiàn)的概率大，所形成的共價鍵就堅固。共價鍵的方向性確定著分子的空間結構。二、共價鍵的類型1．σ鍵與π鍵σ鍵：原子軌道以“頭碰頭”方式相互重疊導致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價鍵。π鍵：原子軌道以“肩并肩”方式相互重疊導致電子在核間出現(xiàn)的概率增大而形成的共價鍵。2．極性鍵和非極性鍵按兩原子核間的共用電子對是否偏移可將共價鍵分為極性鍵和非極性鍵。形成元素電子對偏移原子電性非極性鍵同種元素因兩原子電負性相同，共用電子對不偏移兩原子均不顯電性極性鍵不同元素電子對偏向電負性大的原子電負性較大的原子顯負電性三、鍵參數(shù)1．鍵長兩個成鍵原子的原子核間的距離(簡稱核間距)叫作該化學鍵的鍵長。一般而言，化學鍵的鍵長愈短，化學鍵就愈強，鍵就愈堅固。鍵長是影響分子空間結構的因素之一。鍵長的數(shù)值可以通過晶體X射線衍射試驗進行測定，也可以通過理論計算求得。2．鍵角在多原子分子中，兩個化學鍵的夾角叫作鍵角。鍵角也常用于描述多原子分子的空間結構。例如，二氧化碳分子中兩個碳氧鍵(C=O)的夾角為180°，所以二氧化碳分子呈直線形；水分子中兩個氫氧鍵(H—O)的夾角為104.5°，所以水分子不呈直線形而呈角形；氨分子中每兩個氮氫鍵(N—H)的夾角均為107.3°，所以氨分子呈三角錐形。3．鍵能在1×105_Pa、298_K條件下，斷開1_mol_AB(g)分子中的化學鍵，使其分別生成氣態(tài)A原子和氣態(tài)B原子所汲取的能量稱為A—B鍵的鍵能，常用EA—B表示。鍵能的大小可以定量地表示化學鍵的強弱。鍵能愈大，斷開時須要的能量就愈多，這個化學鍵就愈堅固；反之，鍵能愈小，斷開時須要的能量就愈少，這個化學鍵就愈不堅固。1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)共價鍵只存在于共價化合物中。 (×)(2)金屬元素和非金屬元素間肯定不能形成共價鍵。 (×)(3)非極性鍵只存在于單質(zhì)分子中。 (×)(4)離子化合物中既可能含有極性鍵也可能含有非極性鍵。 (√)2．下列不屬于共價鍵成鍵因素的是()A．共用電子在兩原子核之間高概率出現(xiàn)B．成鍵原子的原子軌道在空間重疊C．成鍵后體系能量降低，趨于穩(wěn)定D．兩原子核體積大小要適中D[成鍵原子的原子軌道在空間重疊，形成穩(wěn)定的共價鍵后體系能量降低，共用電子在兩原子核之間高概率出現(xiàn)是共價鍵的成鍵因素，A、B、C正確；成鍵原子的原子核體積的大小對共價鍵的形成沒有影響，D錯誤。]3．下列關于共價鍵的說法不正確的是()A．H2S分子中兩個共價鍵的鍵角接近90°的緣由是共價鍵有方向性B．N2分子中有1個σ鍵、2個π鍵C．兩個原子形成共價鍵時至少有1個σ鍵，可能還有其他鍵D．在雙鍵中，σ鍵的鍵能小于π鍵的鍵能D[共價鍵是原子之間通過共用電子對形成的，所以共價鍵有方向性和飽和性，A正確；N2分子中存在NN鍵，則有1個σ鍵和2個π鍵，B正確；σ鍵是原子軌道以“頭碰頭”方式形成的，兩個原子之間只能形成一個σ鍵，C正確；σ鍵是原子軌道以“頭碰頭”方式重疊形成的，π鍵是原子軌道以“肩并肩”方式重疊形成的，σ鍵原子軌道重疊程度大于π鍵，因此σ鍵的鍵能大于π鍵的鍵能，D錯誤。]σ鍵與π鍵(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識與微觀探析)如圖所示表示成鍵的兩種方式。1．哪種成鍵方式電子云重疊程度大？提示：頭碰頭。2．σ鍵與π鍵哪個更堅固？提示：σ鍵。1．σ鍵(1)σ鍵：形成共價鍵的未成對電子的原子軌道實行“頭碰頭”的方式重疊，這種共價鍵叫σ鍵。(2)σ鍵的類型：依據(jù)成鍵電子原子軌道的不同，σ鍵可分為s-sσ鍵、s-pσ鍵、p-pσ鍵。①s-sσ鍵：兩個成鍵原子均供應s原子軌道形成的共價鍵，如H2分子中σ鍵的形成過程：②s-pσ鍵：兩個成鍵原子分別供應s軌道和p軌道形成的共價鍵，如HCl分子中σ鍵的形成過程：③p-pσ鍵：兩個成鍵原子均供應p原子軌道形成的共價鍵，如Cl2分子中σ鍵的形成過程：(3)σ鍵的特征①以形成化學鍵的兩原子核的連線為軸做旋轉操作，共價鍵電子云圖形不變，這種特征稱為軸對稱。②形成σ鍵的原子軌道重疊程度較大，故σ鍵有較強的穩(wěn)定性。(4)σ鍵的存在：共價單鍵為σ鍵；共價雙鍵和共價三鍵中存在σ鍵(通常含一個σ鍵)。2．π鍵(1)π鍵：形成共價鍵的未成對電子的原子軌道，實行“肩并肩”的方式重疊，這種共價鍵叫π鍵。(2)p-pπ鍵的形成過程(3)π鍵的特征①每個π鍵的電子云由兩塊組成，分別位于由兩原子核構成平面的兩側，假如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。②形成π鍵時原子軌道重疊程度比形成σ鍵時小，π鍵沒有σ鍵堅固。(4)π鍵的存在：π鍵通常存在于雙鍵或三鍵中?！纠?】下列關于σ鍵和π鍵的理解不正確的是()A．σ鍵能單獨形成，而π鍵肯定不能單獨形成B．σ鍵可以繞鍵軸旋轉，π鍵肯定不能繞鍵軸旋轉C．雙鍵中肯定有一個σ鍵和一個π鍵，三鍵中肯定有一個σ鍵和兩個π鍵D．氣體單質(zhì)中肯定存在σ鍵，可能存在π鍵D[共價單鍵中只含σ鍵，共價雙鍵和共價三鍵中含π鍵和σ鍵，所以π鍵肯定不能單獨形成，A正確；σ鍵為軸對稱，π鍵為鏡面對稱，則σ鍵可以繞鍵軸旋轉，π鍵肯定不能繞鍵軸旋轉，B正確；雙鍵中肯定有一個σ鍵和一個π鍵，三鍵中肯定有一個σ鍵和兩個π鍵，C正確；稀有氣體是單原子分子，分子中不存在共價鍵，也就不存在σ鍵，所以氣體單質(zhì)中不肯定存在σ鍵，D錯誤。]要正確理解共價鍵須要從物質(zhì)分類、形成元素以及成鍵方式等多方面來分析，尤其是一些特例，在平常的學習中應多留心，留意在理解的基礎上記憶這些特別的例子，以便快速精確進行有關概念的辨析。如大多數(shù)銨鹽是只含有非金屬元素的離子化合物[少數(shù)銨鹽含有金屬元素，如NH42Cr2O7]，稀有氣體單質(zhì)不存在化學鍵。1．下列物質(zhì)的分子中既有σ鍵又有π鍵的是()①HCl②H2O③N2④H2O2⑤C2H4⑥C2H2A．①②③ B．③④⑤⑥C．①③⑥ D．③⑤⑥D[當兩個原子間能形成多個共用電子對時，先形成一個σ鍵，另外的原子軌道只能形成π鍵。HCl中只有一個H—Clσ鍵；H2O中含有兩個H—Oσ鍵；H2O2中含有兩個H—Oσ鍵和一個O—Oσ鍵；N2中含有三個共價鍵：一個為σ鍵，兩個為π鍵；C2H4中，碳原子與碳原子之間有兩個共價鍵，一個為σ鍵，一個為π鍵，另外有四個C—Hσ鍵；C2H2中，碳原子與碳原子之間有三個共價鍵，一個為σ鍵，兩個為π鍵，另外有兩個C—Hσ鍵。]2．下列說法中正確的是()A．由分子組成的物質(zhì)中肯定存在共價鍵B．由非金屬元素組成的化合物肯定是共價化合物C．已知乙炔的結構簡式為H—C≡C—H，則乙炔中存在2個σ鍵(C—H)和3個π鍵(C≡C)D．兩個非金屬元素原子間不行能形成離子鍵D[由分子組成的物質(zhì)也可能是稀有氣體，稀有氣體為單原子分子，不存在化學鍵，A項錯誤；由非金屬元素組成的化合物如NH4Cl，則是離子化合物，B項錯誤；共價單鍵都為σ鍵，而共價三鍵中有1個為σ鍵，另外2個為π鍵，故乙炔(H—C≡C—H)中有2個C—Hσ鍵，C≡C鍵中有1個σ鍵、2個π鍵，C項錯誤；兩個非金屬元素原子間不行能得失電子形成離子鍵，只能通過共用電子對形成共價鍵，D項正確。]鍵參數(shù)(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識與微觀探析)1．鍵長、鍵角、鍵能對分子有什么影響？提示：①鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，分子的化學性質(zhì)就越穩(wěn)定。②鍵長和鍵角共同確定分子的空間結構。2．H—F鍵的鍵能：565kJ·mol－1，H—Cl鍵的鍵能：431kJ·mol－1，H—I鍵的鍵能：297kJ·mol－1；從上述數(shù)據(jù)分析三種分子中哪一種最穩(wěn)定？提示：H—F鍵的鍵能最大，HF最穩(wěn)定。1．鍵參數(shù)鍵參數(shù)概念對分子的影響鍵能在1×105Pa、298K條件下，斷開1molAB(g)分子中的化學鍵，使其分別生成氣態(tài)A原子和氣態(tài)B原子所汲取的能量稱為A—B鍵的鍵能(單位：kJ·mol－1)鍵能越大，鍵越堅固，含該鍵的分子越穩(wěn)定鍵長兩個成鍵原子的原子核間的距離(單位：nm)鍵長越短，鍵能越大，鍵越堅固鍵角分子中相鄰鍵之間的夾角(單位：度)與分子的空間結構有親密聯(lián)系2.共價鍵的鍵能與化學反應熱(1)化學反應的實質(zhì)：化學反應的實質(zhì)就是反應物分子內(nèi)舊化學鍵的斷裂和生成物中新化學鍵的形成。(2)化學反應過程有能量改變：反應物和生成物中化學鍵的強弱確定著化學反應過程中的能量改變。(3)放熱反應和吸熱反應①放熱反應：舊鍵斷裂消耗的總能量小于新鍵形成放出的總能量。②吸熱反應：舊鍵斷裂消耗的總能量大于新鍵形成放出的總能量。(4)反應熱(ΔH)與鍵能的關系ΔH＝反應物的鍵能總和－生成物的鍵能總和。留意：ΔH<0時，為放熱反應；ΔH>0時，為吸熱反應?！纠?】從試驗測得不同物質(zhì)中氧氧鍵的鍵長和鍵能的數(shù)據(jù)：氧氧鍵數(shù)據(jù)Oeq\o\al(2－,2)Oeq\o\al(－,2)O2Oeq\o\al(＋,2)鍵長/10－12149128121112鍵能/(kJ·mol－1)xyz＝494w＝628其中x、y的鍵能數(shù)據(jù)尚未測定，但可依據(jù)規(guī)律性推導鍵能的大小依次為w>z>y>x。該規(guī)律性是()A．成鍵的電子數(shù)越多，鍵能越大B．鍵長越長，鍵能越小C．成鍵所用的電子數(shù)越少，鍵能越大D．成鍵時電子對越偏移，鍵能越大B[視察表中數(shù)據(jù)發(fā)覺，O2與Oeq\o\al(＋,2)的鍵能大者鍵長短，Oeq\o\al(2－,2)中O—O鍵鍵長比Oeq\o\al(－,2)中的長，所以鍵能要小。按鍵長(O—O)由短而長的依次為Oeq\o\al(＋,2)<O2<Oeq\o\al(－,2)<Oeq\o\al(2－,2)，鍵能則應為w>z>y>x。]1．下列說法能說明BF3分子中的4個原子位于同一平面上的是()A．隨意兩個B—F鍵間的夾角都相等B．3個B—F鍵鍵能相等C．3個B—F鍵鍵長相等D．隨意兩個B—F鍵間的夾角都是120°D[鍵參數(shù)中，鍵能和鍵長是用于推斷共價鍵穩(wěn)定性的依據(jù)，而鍵角是推斷分子立體構型的依據(jù)。3個B—F鍵間的夾角均為120°時，正好構成一個以B原子為中心的平面結構，因此BF3中4個原子共平面。]2．化學反應可視為舊鍵的斷裂和新鍵的形成過程?；瘜W鍵的鍵能是形成化學鍵時釋放的能量。已知白磷和P4O6的分子結構如圖所示，現(xiàn)供應以下化學鍵的鍵能(kJ·mol－1)：P—P：198；P—O：360；O=O：498。反應P4(白磷)＋3O2=P4O6的反應熱ΔH為()A．－1638kJ·mol－1 B．＋1638kJ·mol－1C．－126kJ·mol－1 D．＋126kJ·mol－1A[反應中的鍵能包括：斷裂1molP4和3molO2分子中共價鍵汲取的能量和形成1molP4O6中共價鍵放出的能量。由各物質(zhì)的分子結構知1molP4含6molP—P鍵，3molO2含3molO=O鍵，1molP4O6含12molP—O鍵，化學反應的反應熱ΔH＝反應物的總鍵能－生成物的總鍵能。故ΔH＝(198kJ·mol－1×6＋498kJ·mol－1×3)－360kJ·mol－1×12＝－1638kJ·mol－1。]1．共價鍵是有飽和性和方向性的，下列關于共價鍵這兩個特征的敘述中不正確的是()A．共價鍵的飽和性是由成鍵原子的未成對電子數(shù)確定的B．共價鍵的方向性是由成鍵原子的軌道的方向性確定的C．共價鍵的方向性確定了分子的空間結構D．共價鍵的方向性與原子軌道的重疊程度有關D[共價鍵的方向性與原子軌道的伸展方向有關。]2．依據(jù)氫原子和氟原子的核外電子排布，下列對F2和HF分子中形成的共價鍵描述正確的是()A．兩者都為s-sσ鍵B．兩者都為p-pσ鍵C．前者為p-pσ鍵，后者為s-pσ鍵D．前者為s-sσ鍵，后者為s-pσ鍵C[H原子的核外電子排布式為1s1，F(xiàn)原子的核外電子排布式為1s22s22p5，形成共價鍵時，F(xiàn)為2p電子參加成鍵，H為1s電子參加成鍵，則F2分子中形成的共價鍵為p-pσ鍵，HF分子中形成的共價鍵為s-pσ鍵，C正確。]3．鍵長、鍵角和鍵能是描述共價鍵的三個重要參數(shù)，下列敘述正確的是()A．鍵角是描述分子空間結構的重要參數(shù)B．因為H—O鍵的鍵能小于H—F鍵的鍵能，所以O2、F2與H2反應的實力漸漸減弱C．水分子可表示為H—O—H，分子中的鍵角為180°D．H—O鍵的鍵能為467kJ·mol－1，即18gH2O分解成H2和O2時，消耗的能量為2×467kJA[H—O鍵、H—F鍵的鍵能依次增大，意味著形成這些鍵時放出的能量依次增大，化學鍵越來越穩(wěn)定，O2、F2與H2反應的實力漸漸增加，B項錯誤；水分子呈角形，鍵角為104.5°，C項錯誤；H—O鍵的鍵能為467kJ·mol－1，指的是斷開1molH—O鍵形成氣態(tài)氫原子和氣態(tài)氧原子所需汲取的能量為467kJ,18gH2O即1molH2O中含2molH—O鍵，斷開時需汲取2×467kJ的能量形成氣態(tài)氫原子和氣態(tài)氧原子，再進一步形成H2和O2時，還會釋放出一部分能量，D項錯誤。]4．斷開1mol化學鍵形成氣態(tài)原子所須要的能量用E表示。結合表中信息推斷下列說法不正確的是()共價鍵H—HF—FH—FH—ClH—IE/(kJ·mol－1)436157568432298A．432kJ·mol－1>E(H—Br)>298kJ·mol－1B．表中最穩(wěn)定的共價鍵是H—F鍵C．鍵的極性：H—F>H—Cl>H—ID．H2(g)＋F2(g)=2HF(g)ΔH＝＋25kJ·mol－1D[鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，鍵長可以通過原子半徑進行比較，同主族元素從上到下原子半徑漸漸增大，則H—Br鍵的鍵能在H—Cl鍵和H—I鍵之間，A正確；鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，表中H—F鍵的鍵能最大，因此H—F鍵最穩(wěn)定，B正確；元素非金屬性越強，得電子實力越強，電子對越偏向此元素，形成共價鍵的極性越強，即極性：H—F>H—Cl>H—I，C正確；依據(jù)反應熱和鍵能的關系，ΔH＝(436＋157－2×568)kJ·mol－1＝－543kJ·mol－1，D錯誤。]5．A、B、C、D、E、F為6種短周期主族元素，它們的核電荷數(shù)依次遞增。已知B原子核外最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的兩倍，電子總數(shù)