人教版高中化学必修第一册第四章物质结构元素周期律课时学案

第二课时　共价键

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学习任务1　认识共价键和共价化合物

NO.1　自主学习·夯实基础

1.共价键

(1)共价键

(2)形成过程

以HCl形成为例:H×+·。

(3)共价键的分类

2.共价化合物

3.共价分子结构的表示方法

结构式:化学上,常用“—”表示1对共用电子对,如氯分子可表示为“Cl—Cl”,这种图示叫做结构式。

通过现代实验手段(如X射线衍射法)可以测定某些分子的结构。如以下是几种常见的以共价键形成的分子及其结构:

微思考1:由分子组成的物质中一定存在共价键吗?

提示:不一定,如稀有气体分子中没有共价键。

微思考2:共价键只存在于共价化合物中吗?

提示:不是,非金属单质或离子化合物中也可能存在共价键。

NO.2　互动探究·提升能力

探究　共价键的实质和表示方法

对于物质的组成与结构这一问题,化学家们一直没停下探索的脚步,经过了一百多年的努力,终于建立了原子结构理论。同时化学家们也一直在思考,组成物质的原子之间是通过什么形式的作用结合在一起的?就产生了化学键的概念,然后又根据作用形式的不同具体分为离子键、共价键、金属键等,这样对于化学变化的实质描述就有了进一步的认识。其中共价键是最广泛存在的一种化学键,其形成过程可用漫画表达如下,在此基础上思考共价键的相关问题,提高并加深对共价键概念的理解。

问题1:为什么1个氢原子和1个氯原子结合成氯化氢分子,而不是其他个数比结合呢?二氧化碳用电子式：表示可以吗?

提示:氢元素和氯元素都是非金属元素,氢原子最外层有1个电子,氯原子最外层有7个电子,它们各得到1个电子能达到稳定结构,两者反应时,各提供1个电子形成共用电子对恰好满足稳定结构,因此其个数比为1∶1;不可以。

问题2:根据氢原子和氧原子的核外电子排布,你能尝试分析并写出H2O2的电子式和结构式吗?其中含有哪种共价键?

提示:H,H—O—O—H,极性共价键和非极性共价键。

问题3:写出下列微粒或物质的电子式。

(1)OH-　(2)NaOH　(3)N　(4)NH4Cl　(5)Na2O2

提示:(1)H]-　(2)Na+H]-  (3)[ ]+　(4)[ ]+]-  (5)Na+]2-Na+

[凝练素养]通过用电子式表示共价键的形成过程的探讨,培养证据推理与利用模型解决问题的能力。

NO.3　应用体验·形成素养

题点一　共价键和共价化合物的判断

1.下列化合物中只有共价键的是(　D　)

A.NaCl      B.NaOH

C.(NH4)2SO4　   D.H2SO4

解析:Na是活泼金属,与活泼非金属Cl形成的NaCl是离子化合物,钠、氯间的化学键是离子键;NaOH中,Na+与OH-间以离子键结合,OH-中O原子与H原子间以共价键结合;(NH4)2SO4中N与S间以离子键结合,N中N与H间,S中S与O间以共价键结合;H2SO4中,H和O之间、S和O之间都以共价键结合。

2.下列说法错误的是(　A　)

A.含有共价键的化合物一定是共价化合物

B.在共价化合物中一定含有共价键

C.构成单质分子的微粒不一定含有共价键

D.双原子单质分子中的共价键一定是非极性键

解析:含有共价键的化合物不一定是共价化合物,如氢氧化钠中含有共价键,A项错误;必须全部由共价键构成的化合物才是共价化合物,共价化合物中一定含有共价键,不存在离子键,B项正确;稀有气体单质中不含任何化学键,C项正确;双原子单质分子中两原子对共用电子对作用力相同,形成非极性键,D项正确。

3.下列电子式书写正确的是(　B　)

A.二氧化碳 B.氯化氢:

C.水:H+H]- D.次氯酸:

解析:二氧化碳是共价化合物,分子内每个碳原子与氧原子之间存在两对共用电子对,电子式为,故A错误;氯化氢是共价化合物,其电子式为,故B正确;水是共价化合物,其电子式为H,故C错误;次氯酸是共价化合物,氧原子分别与氢原子、氯原子各形成一对共用电子对,其电子式为,故D错误。

②含共价键的化合物不一定是共价化合物,也可能是离子化合物,如NaOH中含有O—H共价键,Na2O2中含有O—O共价键,NH4Cl中含有N—H共价键,但它们都是离子化合物。

题点二　简单分子8电子稳定结构的判断

4.下列分子中原子的最外层电子数均满足8电子稳定结构的是(　B　)

A.NH3 B.CCl4 C.BF3 D.PCl5

解析:可以用化合价绝对值(成键数)加原子最外层电子数的方法判断。A项,H不满足;C项B原子最外层电子数为3,3+3=6,不满足8电子稳定结构;D项,P为5+5>8。

5.下列分子中所有原子最外层都满足8电子结构的是　　　　(填序号)。 

①BeCl2　②HClO　③SF6　④CS2　⑤CH4　⑥SiO2

答案:④⑥

若该原子达到所需成键数目,则为8电子结构,若未达到或超过所需成键数目则不为8电子结构,如PCl5中的P,BeCl2中的Be。

学习任务2　探究化学键和化学反应的实质

NO.1　自主学习·夯实基础

1.化学键

(1)化学键

(2)化学反应的本质

2.分子间作用力

(1)分子间存在一种把分子聚集在一起的作用力,叫做分子间作用力,最初称为范德华力。

(2)由分子构成的物质,其熔点、沸点等物理性质主要由分子间作用力大小决定。

3.氢键

(1)氢键不是化学键,通常把氢键看作是一种较强的分子间作用力。氢键比化学键弱,比范德华力强。

(2)分子间形成的氢键会使物质的熔点和沸点升高,水分子间的氢键可使其密度在固态时小于液态时的密度。

微思考1:化学键既可存在于分子内的原子间,又可存在于分子之间吗?

提示:不对,分子之间不存在化学键。

微思考2:任何物质中都存在化学键吗?

提示:不是,稀有气体中不存在化学键。

NO.2　互动探究·提升能力

探究　离子化合物和共价化合物的区别

下表中列出了部分物质物理数据

问题1:除C(金刚石)外,这些物质哪些含有离子键,哪些含有共价键?哪些属于离子化合物,哪些属于共价化合物?

提示:含有离子键:NaCl、Na2O、Na2SO4;含有共价键:H2、Cl2、CO2、HCl、SiO2、H2O、Na2SO4。

离子化合物:NaCl、Na2O、Na2SO4;共价化合物:CO2、HCl、SiO2、H2O。

问题2:从以上表格中数据分析,尝试给有些“异常”的数据做出解释:(1)SiO2与CO2是否都是由共价键构成的分子?(2)你认为C(金刚石)中是否含有化学键,如果含有,应是哪种类型的化学键?你判断的依据是什么?(3)H2O与H2、Cl2、CO2等类型相同但熔、沸点却高很多,原因可能是什么?

提示:(1)不是,因为它们熔、沸点差异非常大,说明存在的作用不相同。(2)C(金刚石)中含有非极性共价键;熔、沸点高,熔融时不导电。(3)H2O中有氢键。

问题3:NaCl在熔融时能导电,由此判断熔融时其化学键发生了怎样的变化?此过程是否属于化学变化?HCl属于电解质,HCl溶于水时化学键发生了怎样的变化?

提示:NaCl在熔融时离子键断裂,但没有新化学键生成,因此不属于化学变化。HCl溶于水时氢氯共价键断裂。

离子化合物与共价化合物的比较

[凝练素养]通过化合物类型的辨析及从化学键的角度理解化学反应的实质,促进“宏观辨识与微观探析”化学核心素养的发展。

NO.3　应用体验·形成素养

题点一　化学键及化合物类型的判断

1.某元素的原子最外层只有一个电子,它与卤素结合时,所形成的化学键(　C　)

A.一定是离子键

B.一定是共价键

C.可能是离子键,也可能是共价键

D.以上说法都不正确

解析:最外层只有一个电子的元素位于第ⅠA族,若该元素为H,则与卤素结合时形成共价键,若该元素为碱金属元素,则与卤素结合时形成离子键。

2.下列关于化学键的叙述中正确的是(　D　)

A.化学键存在于原子之间,也存在于分子之间

B.两个原子之间的相互作用叫做化学键

C.离子键是阴、阳离子之间的相互吸引力

D.化学键通常是指直接相邻的原子或离子之间强烈的相互作用

解析:化学键存在于相邻的原子之间,不存在于分子之间,A项错误;化学键通常指的是相邻的两个或多个原子之间的强烈的相互作用,B项错误;阴、阳离子之间的相互作用是离子键,包括相互吸引和相互排斥,C项错误;化学键通常指的是相邻的两个或多个原子之间的强烈的相互作用,这种相互作用既包括吸引力也包括排斥力,D项正确。

3.依据物质的下列性质能确定该物质为离子化合物的是(　C　)

A.水溶液能导电的化合物

B.由金属元素和非金属元素组成的化合物

C.在熔融状态下能导电的化合物

D.熔点高的物质

解析:A项,共价化合物在水溶液中也可能导电,如HCl;B项,一般由活泼金属元素和活泼非金属元素组成的化合物为离子化合物,而某些金属性较弱的金属元素与非金属元素形成的化合物可能为共价化合物,如AlCl3;C项,共价键在熔融状态下不断裂,在熔融状态下能导电的化合物一定是离子化合物;D项,熔点高的物质可能不是化合物,如石墨,也可能是共价化合物,如SiO2。

题点二　对化学反应实质的理解

4.根据你对化学反应中物质变化的实质的理解,你认为下列变化属于化学变化的是(　B　)

A.氯化氢气体溶于水

B.白磷在一定条件下转化为红磷

C.碘在加热条件下升华

D.氯化钠熔化

解析:抓住“旧键断、新键成”是化学反应中物质变化的实质这一信息分析,A、D项均无“新键成”,C项既无“旧键断”,也无“新键成”,所以只有B项符合题意。

5.下面是中学化学实验中经常进行的操作,请将对应序号填在横线上。

①碘的升华　②加热熔化氢氧化钠　③食盐溶解于水　④氯化氢溶解于水　⑤氧气溶解于水　⑥过氧化钠溶解于水

其中没有发生化学键断裂的是　　　　;只发生离子键断裂的是　　　　;只发生共价键断裂的是　　　　;既发生离子键断裂,又发生共价键断裂的是　　　　。 

解析:①升华是物理变化,碘的升华中未破坏化学键;②加热熔化氢氧化钠只破坏离子键;③食盐溶解于水只破坏离子键;④氯化氢溶解于水破坏了共价键;⑤氧气溶解于水没有化学键的断裂;⑥过氧化钠溶解于水中发生了化学反应,既有离子键的断裂,又有共价键的断裂。

答案:①⑤　②③　④　⑥

③若发生反应根据反应物与生成物中元素的组合状况对比做出判断。

1.误以为只含有非金属元素的物质原子间只能形成共价键。其实不然,如NH4Cl。

2.误以为共价化合物中也可以有离子键。其实不然,共价化合物中只含有共价键。

3.误以为非金属单质中都存在非极性共价键。其实不然,稀有气体中不含化学键。

4.误以为形成化学键的原子最外层都达到了8电子稳定结构。其实不然,如H。

5.误以为非极性共价键只存在于非金属单质中。其实不然,如H2O2、Na2O2等物质中也含有非极性键。

6.误以为有化学键断裂就发生了化学反应。其实不然,电解质电离、离子化合物熔化等有化学键断裂但是物理变化。

　　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　

背景材料

　　为保持城市街道整洁、湿润,在路面或广场上喷洒含化学式为XY2的溶液作保湿剂。X原子的结构示意图为,X的阳离子与Y的阴离子的电子层结构相同。元素Z、W均为短周期元素,它们原子的最外层电子数均是其电子层数的2倍,Z与Y相邻且Z、W能形成一种WZ2型分子。

(1)m=　　　　,该保湿剂的化学式为　　　　。 

(2)Z、W元素的名称分别为　　　　、　　　　。 

(3)下列说法正确的是　　　　(填字母,下同)。 

A.XY2和WZ2都为离子化合物　B.XY2中仅含离子键,WZ2中仅含极性共价键

C.H2Z比HY的稳定性强 D.X的阳离子比Y的阴离子半径大

(4)下列化学用语表达正确的是　　　　。 

A.XY2的电子式:X2+]2-

B.WZ2的结构式:ZWZ

C.Y元素的单质与H2Z水溶液反应的离子方程式:Y2+Z2-2Y-+Z↓

D.用电子式表示XY2的形成过程:

解析:(1)由X原子的结构示意图为不难推知其为,该元素为Ca,根据CaY2可知Y为-1价,又因Y-与Ca2+的电子层结构相同,则Y为Cl。

(2)Z、W原子的最外层电子数是其电子层数的2倍,且Z、W能形成一种WZ2型分子,则Z、W是C或S。Z与Y相邻,则Z是S,W是C。(3)CaCl2是仅含离子键的离子化合物,CS2是仅含极性键的共价化合物,A错误、B正确;S的非金属性弱于Cl,则H2S的稳定性比HCl弱,C错误;Ca2+、Cl-具有相同的电子层结构,且Ca的核电荷数大,因而半径小,D错误。(4)XY2为CaCl2,其电子式为]-Ca2+]-,H2S为弱酸,应写成分子式,即Cl2+H2S2H++2Cl-+S↓,A、C错误。

答案:(1)20　CaCl2　(2)硫　碳　(3)B　(4)BD

课时作业巩固

选题表

合格考题组

1.下列化学用语中,正确的是(　A　)

A.次氯酸的结构式:H—O—Cl

B.氮气的电子式

C.CO2分子的电子式:OCO

D.用电子式表示溴化氢分子的形成过程:H·+·H+]-

解析:Cl只能形成一对共用电子对,次氯酸的结构式为H—O—Cl,故A正确;氮气中存在氮氮三键,氮气的电子式为N︙︙,故B错误;二氧化碳属于共价化合物,分子中存在两个碳氧双键,二氧化碳的电子式为,故C错误;溴化氢是共价化合物,不存在离子键,氢原子与溴原子之间形成1对共用电子对,溴原子最外层有7个电子,溴化氢分子的形成过程:H·+·,故D错误。

2.下列关于化学键和化合物的说法中正确的是(　D　)

A.化学键的形成一定伴随着电子的得失

B.金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物

C.非金属元素组成的化合物一定是共价化合物

D.含有阴离子的化合物中一定含有阳离子

解析:离子键的形成一定有电子的得失,共价键的形成没有,A项错误;金属元素和非金属元素形成的化合物不一定是离子化合物,有可能是共价化合物,如AlCl3,B项错误;非金属元素组成的化合物不一定是共价化合物,也可能是离子化合物,如NH4Cl,C项错误。

3.在下列变化过程中,既破坏离子键又破坏共价键的是(　A　)

A.加热分解KClO3 B.NaOH溶于水

C.加热分解HClO   D.Na2CO3受热熔化

解析:加热分解KClO3生成KCl和氧气,反应破坏共价键和离子键,故A符合题意;NaOH溶于水,电离出钠离子和氢氧根离子,破坏离子键,故B不符合题意;加热分解HClO破坏共价键,故C不符合题意;Na2CO3受热熔化,破坏离子键,故D不符合题意。

4.下列物质中含有共价键的离子化合物是(　A　)

①MgF2　②Na2O2　③KOH　④CO2　⑤NaClO　⑥H2SO4　⑦NH3·H2O

A.②③⑤    B.②③④⑤

C.①②③⑤ D.①③⑤⑥

解析:MgF2中只含离子键,故①不符合题意;Na2O2中含离子键和共价键,为离子化合物,故②符合题意;KOH中含离子键和共价键,为离子化合物,故③符合题意;④CO2中只含共价键,故④不符合题意;NaClO中含离子键和共价键,为离子化合物,故⑤符合题意;H2SO4中只含共价键,故⑥不符合题意;NH3·H2O中只含共价键,故⑦不符合题意;故A正确。

5.从下列物质中选择合适的序号填空:①O2　②金刚石　③NaBr　④H2SO4　⑤Na2CO3　⑥NH4Cl　⑦NaHSO4　⑧Ne　⑨Na2O2　⑩NaOH

(1)这些物质中,只含共价键的是　　　　;只含离子键的是　　　　;既含共价键又含离子键的是　                 ; 

不存在化学键的是　　　　。 

(2)属于共价化合物的是　　　　;属于离子化合物的是　　　　。 

(3)将NaHSO4溶于水,破坏了NaHSO4中的　　　　　　　　,写出其电离方程式:　    　　　　　　　　　;NaHSO4熔融状态下电离,破坏了　　　　,写出其电离方程式:　              。 

解析:O2、金刚石是只含共价键的单质;H2SO4是只含共价键的共价化合物;NaBr是只含离子键的离子化合物;Na2CO3、NH4Cl、NaHSO4、Na2O2、NaOH都是既含离子键又含共价键的离子化合物;稀有气体Ne是单原子分子,不含任何化学键。NaHSO4溶于水电离时,Na+与HS之间的离子键被破坏,HS中的共价键也被破坏;而NaHSO4在熔融状态电离时只断裂离子键。

答案:(1)①②④　③　⑤⑥⑦⑨⑩　⑧

(2)④　③⑤⑥⑦⑨⑩

(3)离子键、共价键　NaHSO4Na++H++S　离子键　NaHSO4Na++HS

等级考题组

6.关于化学键的下列叙述中,不正确的是(　B　)

A.离子化合物可能含共价键

B.全部由非金属元素形成的化合物一定只含共价键

C.Na在Cl2中燃烧的生成物含离子键

D.水分子中氢、氧原子之间的化学键是极性键

解析:离子化合物可能含共价键,如过氧化钠,A正确;全部由非金属元素形成的化合物不一定只含共价键,如氯化铵中含有离子键和共价键,B错误;Na在Cl2中燃烧生成物为NaCl,含有离子键,C正确;氢、氧原子对共用电子对的作用力不同,故两原子之间的化学键是极性键,D正确。

7.下列过程没有发生化学键变化的是(　C　)

A.生石灰投入水中 B.氯化氢气体通入水中

C.冰融化成水 D.高锰酸钾固体受热分解

解析:生石灰投入水中生成氢氧化钙,有化学键的断裂和形成,A项错误;氯化氢气体通入水中电离出氢离子和氯离子,共价键断裂,B项错误;冰融化成水是状态的变化,化学键不变,C项正确;高锰酸钾固体受热分解有化学键的断裂和形成,D项错误。

8.下表物质与其所含化学键类型、所属化合物类型完全正确的一组是(　B　)

解析:A项,MgCl2仅含离子键;C项,HCl含有共价键,是共价化合物;D项,NaOH含有离子键、共价键,是离子化合物。

9.短周期元素X、Y、Z所在周期数依次增大,它们的原子序数之和为20,且Y2-与Z+核外电子层的结构相同。 下列化合物中同时存在极性和非极性共价键的是(　B　)

A.Z2Y B.X2Y2 C.Z2Y2 D.ZYX

解析:短周期只有前三个周期,X、Y、Z所在周期数依次增大,Y2-与Z+核外电子层结构相同,则Y为第二周期氧元素,Z是第三周期钠元素,由原子序数之和可求出X的原子序数为1,是氢元素。则所给4个选项中物质分别为Na2O、H2O2、Na2O2、NaOH,同时存在极性和非极性共价键的是H2O2。

10.下列分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是(　C　)

①光气(COCl2)　②六氟化硫　③二氟化氙　④三氟化硼　⑤BeCl2　⑥PCl3　⑦PCl5　⑧OF2

A.①③⑥⑧ B.③④⑤⑦

C.①⑥⑧   D.②④⑤

解析:根据碳原子的成键特征可推断光气(COCl2)的结构式是,电子式是;PCl3分子中原子的成键数与最外层电子数之和为8,OF2的结构式为F—O—F,电子式为,这3种分子符合题意。SF6、XeF2、PCl5中的S、Xe、P原子的最外层电子数超过8个;BF3和BeCl2中的B、Be原子的最外层电子数少于8个(分别为6个和4个)。

11.氮化钠(Na3N)是用科学方法制备的一种重要化合物,它与水作用产生NH3。请回答下列问题:

(1)Na3N的电子式是　　　　　　　　。该化合物由　　　    　键形成。 

(2)Na3N与盐酸反应生成　　　　种盐,其电子式分别为　    。 

(3)Na3N与水的反应属于　　　　　(填基本反应类型)反应。 

(4)比较Na3N中两种粒子的半径:r(Na+)　　　  　(填“>”“=”或“<”)r(N3-)。 

答案:(1)　离子

(2)2　Na+]-、[]+]-

(3)复分解

(4)<

12.现有A、B、C、D 4种元素,前3种元素的离子都和氖原子具有相同的核外电子排布。A元素没有正化合价;B的氢化物分子式为H2B,

0.2 mol的C单质能从酸中置换出2.24 L H2(标准状况)。D的原子核中没有中子。

(1)根据以上条件,推断A、B、C、D的元素名称:

A　　　　,B　　　　,C　　　　,D　　　　。 

(2)用电子式表示C与A、C与B、B与D相互结合成的化合物,指出其化合物的类型及化学键类型:

(3)写出C与B所形成的化合物和D与B所形成的化合物反应的离子方程式:             　。 

解析:题给信息中A、B、C的离子结构与氖原子的结构相同,说明A、B、C是第二周期的非金属元素或第三周期的金属元素;B的氢化物的分子式为H2B,说明一定是氧元素;A是没有正化合价的元素,说明A很活泼且只能得电子,为活泼的非金属元素氟;C与酸反应能产生H2,说明C为金属元素且在第三周期,再由0.2 mol C可产生0.1 mol H2,说明此元素显+1价,即为钠元素;D的原子核中没有中子,说明D为氢元素。

答案:(1)氟　氧　钠　氢　(2)(从左到右,从上到下)

Na+]-　离子化合物　离子键

Na+]2-Na+　离子化合物

离子键(或Na+]2-Na+　离子化合物　离子键和共价键)　H　共价化合物　共价键(或H　共价化合物　共价键)　(3)Na2O+H2O2Na++2OH-(或2Na2O2+2H2O4Na++4OH-+O2↑)

 命题解密与解题指导

情境解读:本题以城市环卫中使用的保湿剂为素材,综合考查了元素推断、化学键类型判断及表示、化合物类型判断及表示等内容。

素养立意:通过从微观层面认识物质,并从宏微结合的视角解决实际问题,促进宏观辨识与微观探析核心素养的发展,通过运用模型解决问题,培养证据推理与模型认知核心素养,同时本题选择日常生活中常见却很少注意的路面保湿剂为素材,对化学现象做出正确的价值判断,感受和认同化学所做出的贡献。

思路点拨: