高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第1节 共价键模型学案

这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第1节 共价键模型学案，共11页。

1．认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键。
2．了解共价键具有饱和性和方向性。
3．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。
4．知道共价键可分为极性和非极性共价键。
5．了解共价键的键能、键长和键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。
学法指导
1.通过H2、N2、HCl等的形成过程，认识共价键的形成、本质和分类，了解共价键的特征。
2．结合教材中的图示，探讨利用电负性判断共价键的极性。
3．通过对简单分子结构和性质的分析，明确键长、键角、键能的含义。
必备知识·自主学习——新知全解一遍过
知识点一共价键的形成与特征
1.共价键的形成
2.共价键的特征
微点拨
并不是只有非金属元素之间才能存在共价键，金属元素与非金属元素之间也可以形成共价键，如AlCl3。也不是所有物质中的原子间都存在化学键，如稀有气体的原子间没有化学键。
学思用
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)金属元素与非金属元素之间能形成共价键。( )
(2)共价键是一种电性吸引。( )
(3)只有非金属元素之间才能存在共价键。( )
(4)所有物质中的原子间都存在化学键。( )
(5)原子轨道在空间都具有方向性。( )
2．下列不属于共价键成键因素的是( )
A．共用电子
B．成键原子的原子轨道发生重叠
C．形成化学键，体系能量降低，趋于稳定
D．两原子体积大小要适中
知识点二共价键的类型
1.σ键与π键：(按原子轨道重叠方式分类)
2.极性键和非极性键：(按共用电子对是否偏移分类)
微点拨
(1)σ键和π键的判断方法
化学式—结构式—
(2)极性键和非极性键的判断方法
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。
学思用
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)s轨道只能形成σ键，而p轨道只能形成π键。( )
(2)原子轨道重叠越多，共价键越牢固。( )
(3)NH3分子中N原子为1个，氢原子可能为2也可能为3。( )
(4)共价键的方向性与原子轨道的重叠程度有关。( )
(5)若成键后两原子的原子核距离更近些，体系的能量会更低。( )
2．下列分子中既含有σ键又含有π键的是( )
A．CH4 B．NH3
C．CO2 D．F2
知识点三键参数
1.概念和应用
2.对物质性质的影响
3．分子光谱
(1)概念：分子从一种能级改变到另一种能级时________或________的光谱。
(2)影响因素：________、________和电荷分布等。
(3)应用：测定和鉴别________结构。
学思用
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)键长越短，键能一定越大。( )
(2)键长是成键两原子半径的和。( )
(3)破坏化学键时，消耗能量，而形成新的化学键时，则释放能量。( )
(4)碳碳双键键能是碳碳单键键能的两倍。( )
(5)共价键的键能和键长反映了共价键的强弱程度。( )
2．用“＞”或“＜”填空。
(1)比较键能大小：
①C—H________N—H________H—O；
②H—F________H—Cl。
(2)比较键长大小。
①C—H________N—H________H—O；
②H—F________H—Cl。
(3)比较键角大小：
①CO2________NH3；②H2O________NH3。
关键能力·课堂探究——学科素养全通关
提升点一共价键的类型和特点
1.共价键的类型
2．σ键与π键的区别
3.σ键与π键常见的类型
(1)σ键的常见类型。
(2)π键的常见类型——p—p π键。
互动探究
问题1 美国物理化学家路易斯提出了共价学说，建立了经典的共价键理论。此理论的核心是原子间通过共用电子对形成最外层8电子的稳定结构(ns2np6)(氢除外)，故路易斯价键理论又称八隅体理论。据此思考：
①共价键形成的本质是什么？
②共价键有哪些特点？主要有哪些分类？
问题2 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？
典例示范
[典例1] 下列有关化学键类型的判断不正确的是( )
A．s—s σ键与s—p 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
素养训练
[训练1] 下列说法正确的是( )
A．C2H4分子中C===C键中的σ键强于π键
B．两个原子形成共价键时，至少有1个π键
C．气体单质分子中，一定含有σ键，可能含有π键
D．HClO分子中有s—p σ键和p—p π键
提升点二共价键的键参数
1.共价键键参数与分子性质的关系
键能越大，键长越短，分子越稳定。
2．共价键强弱的判断
(1)由原子半径和共用电子数判断：成键原子的原子半径越小，共用电子数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。
(2)由键能判断：共价键的键能越大，共价键越牢固。
(3)由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固。
(4)由电负性判断：元素的电负性差别越大，该元素的原子对共用电子的吸引力越大，形成的共价键越稳定。
互动探究
碳和硅的有关化学键键能如下表所示，简要分析和解释下列有关事实：
回答下列问题：
问题1 通常条件下，比较CH4和SiH4的稳定性谁强谁弱？
问题2 硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是什么？
问题3 SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是什么？
典例示范
[典例2] 根据氢分子的形成过程示意图回答问题。
(1)H—H键的键长为________，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是________。
(2)下列说法中正确的是________。
A．氢分子中含有一个π键
B．由①到④，电子在核间出现的概率增大
C．由④到⑤，必须消耗外界的能量
D．氢分子中含有一个极性共价键
(3)已知几种常见化学键的键能如下表：
①比较Si—Si键与Si—C键的键能大小(填“>”“<”或“＝”)：x________226 kJ·ml－1。
②H2被喻为21世纪人类最理想的燃料，而更有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”的观点。已知1 ml单质硅含有2 ml Si—Si键，1 ml SiO2含4 ml Si—O键，试计算：每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为________；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为________。
素养训练
[训练2] KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJ·ml－1)如表：
从能量角度看，氮以N2、而白磷以P4(结构式可表示为)形式存在的原因是________________。
课 堂 总 结
[知识导图]
[误区警示]
1．由于分子中的原子始终处于不断振动之中，故键长只是振动着的原子处于平衡位置时的核间距，这个距离增大或减小，分子的稳定性都将减小。
2．F—F键的键长比Cl—Cl键的键长短，而键能却比Cl—Cl键的键能小的原因：F原子的半径很小，F—F键的键长短，两个F原子成键时，原子核之间的距离很小，排斥力很大，因此F—F键的键能比Cl—Cl键的键能小。因为F—F键的键能小，所以F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。
3．共价键断裂的难易程度与共价键的键能有关，共价分子(如非金属氢化物)的稳定性的差异可用分子中共价键键能的大小来解释，而它们的熔、沸点的高低则与键能无关，因为熔化或升华只需增大分子间的距离而不破坏共价键，这是物理变化。
随堂检测·强化落实——基础知能练到位
1．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
2．(双选)氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，性质与卤素相似。下列关于氰气的叙述正确的是( )
A．不与氢氧化钠溶液发生反应
B．分子中原子的最外层均达到8电子稳定结构
C．分子中含有2个σ键和4个π键
D．分子中既有极性键，又有非极性键
3．下列说法正确的是( )
A．分子中化学键键能越大，键长越长，分子越稳定
B．元素周期表中第ⅠA族和第ⅦA族元素原子间可能形成共价键
C．水分子的结构式为H—O—H，分子中的键角为180°
D．H—O键的键能为463 kJ·ml－1，即18 g H2O分解成H2和O2时吸收的能量为2×463 kJ
4．根据如表所列键能数据，可推出下列分子中最不稳定的是( )
A.HCl B．HBrC.H2 D．Br2
5．在下列物质中：
①HCl ②N2 ③NH3 ④Na2O2 ⑤H2O2
⑥NH4Cl ⑦NaOH ⑧Ar ⑨CO2 ⑩C2H4
(1)只存在非极性键的分子是________(填序号，下同)；既存在非极性键又存在极性键的分子是________；只存在极性键的分子是________。
(2)只存在单键的分子是________；存在三键的分子是________；只存在双键的分子是________；既存在单键又存在双键的分子是________。
(3)只存在σ键的分子是________，既存在σ键又存在π键的分子是________。
(4)不存在化学键的是________。
第1节 共价键模型
必 备 知 识·自 主 学 习
[知识点一]
1．共用电子 非金属元素原子 一对共用电子 两对电子 三对电子
2．总数 原子数目 数量 电子出现概率最大 愈多 愈牢固 空间结构
[学思用]
1．答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
2．解析：共价键是原子间通过共用电子形成的化学键。两原子形成共价键时原子轨道发生重叠，使电子在核间区域出现的概率增大，原子核对两个电子都产生吸引作用，使体系的能量逐渐下降，但对成键原子体积的大小没有要求。综上所述，D项符合题意。
答案：D
[知识点二]
1．头碰头 增大 肩并肩 增大
2．同种 不偏移 不同种 较大 负 正
[学思用]
1．答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)×
2．解析：CO2分子中含有碳氧双键，一个双键中含有一个σ键和一个π键，而CH4、NH3、F2中均只含有σ键。
答案：C
[知识点三]
1．原子核 夹角 气态A原子和气态B原子
3．(1)吸收 发射 (2)键长 键角 (3)分子
[学思用]
1．答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√
2．答案：(1)①＜ ＜ ②＞ (2)①＞ ＞ ②＜ (3)①＞②＜
关 键 能 力·课 堂 探 究
提升点一
[互动探究]
提示1：①共价键的本质是原子间形成共用电子对。
②共价键具有方向性和饱和性，主要有两种分类方式，分别是按照电子云的重叠方式分为σ键和π键；按照共用电子对是否偏移，分成极性键和非极性键。
提示2：乙烷分子中的共价键由7个σ键组成；乙烯分子中的共价键由5个σ键和1个π键组成；乙炔分子中的共价键由3个σ键和2个π键组成。
[典例1] 解析：s—s σ键无方向性，s—p 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；共价三键中一个为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。
答案：C
[训练1] 解析：σ键一般比π键重叠程度大，所以C2H4分子中C===C键中的σ键强于π键，A项正确；两个原子形成的共价单键为σ键，B项错误；稀有气体单质是单原子分子，没有σ键也没有π键，C项错误；HClO分子的结构式为H—O—Cl，H—O键为s—p σ键，O—Cl键为p—p σ键，D项错误。
答案：A
提升点二
[互动探究]
提示1：因为C—H键的键能大于Si—H键的键能，所以CH4比SiH4稳定。
提示2：C—C键和C—H键的键能比Si—H键和Si—Si键的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。
提示3：C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定，而Si—H的键能却小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。
[典例2] 解析：
(1)可以直接从图上有关数据读出，H—H键的键长为0.074 nm；体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。
(2)氢分子中只含有一个σ键，A错误；共价键的本质就是高概率的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，B正确；⑤比④能量高，由④到⑤必须消耗外界能量，C正确；氢分子中只含有一个非极性共价键，D错误。
(3)①Si—Si键的键长比Si—C键的键长长，键能小。②从图上读出，H—H键的键能为436 kJ·ml－1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为
×)＝124500 kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为×2＝522 kJ。
答案：(1)0.074 nm ①⑤②③④ (2)BC
(3)①＞ ②124 500 kJ 522 kJ
[训练2] 解析：根据表中的相关共价键的键能可知，若4 ml N形成类似白磷分子结构的N4分子，可以释放出的能量为193 kJ×6＝1 158 kJ；若4 ml N形成N2分子，则可释放的能量为946 kJ×2＝1 892 kJ，则形成N2分子放出的能量更多，故在N数目相同的条件下，N2具有更低的能量，能量越低越稳定。同理，若4 ml P形成P4分子，可以释放出的能量为197 kJ×6＝1 182 kJ；若4 ml P形成P2分子，则可释放的能量为489 kJ×2＝978 kJ，显然，形成P4分子放出的能量更多，故在P数目相同的条件下，P4具有更低的能量，能量越低越稳定。
答案：在原子数目相同的条件下，N2比N4具有更低的能量，而P4比P2具有更低的能量，能量越低越稳定。
随 堂 检 测·强 化 落 实
1．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；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：F＞O＞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。
答案：C
2．解析：氯气能与NaOH反应，氰气与氯气的性质相似，则氰气能与氢氧化钠溶液发生反应，A项错误；由氰气的结构式N≡C—C≡N可知，碳原子和氮原子的最外层均达到8电子稳定结构，B项正确；氰气分子中含有3个σ键和4个π键，C项错误；氰气分子中C—C键为非极性键，N≡C键为极性键，D项正确。
答案：BD
3．解析：分子中化学键键长越短，键能越大，分子越稳定，A项错误；元素周期表中第ⅠA族元素有金属元素和非金属元素，第ⅦA族元素是非金属元素，非金属元素原子与非金属元素原子间能形成共价键，B项正确；水分子的空间结构呈V形，键角为105°，C项错误；ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，由于未给出H—H键和O===O键的键能，无法求出该反应吸收的能量，D项错误。
答案：B
4．解析：由表中数据可知，键能：E(H—H)＞E(H—Cl)＞E(H—Br)＞E(Cl—Cl)＞E(Br—Br)，键能越大物质越稳定，故Br2分子最不稳定，D项符合题意。
答案：D
5．解析：(1)氮气是由两个氮原子形成的分子，只存在非极性键；H2O2中O—H键是极性键，O—O键是非极性键，C2H4中C===C键是非极性键，C—H键是极性键，则既存在非极性键又存在极性键的分子是⑤⑩；HCl、NH3和CO2中只存在极性键。
(2)HCl、NH3、H2O2的结构式分别为H—Cl、、H—O—O—H，所以只存在单键的分子是①③⑤；氮气的结构式为N≡N，则存在三键的分子是②；CO2中氧原子的最外层有6个电子，能形成两对共用电子对，所以只存在双键的分子是⑨；乙烯的结构式为，既存在单键又存在双键。
(3)只存在σ键，即只存在单键，根据上述分析，只存在σ键的分子是①③⑤，含有双键、三键的分子中既存在σ键又存在π键，所以根据上述分析，即存在σ键又存在π键的分子是②⑨⑩。
(4)稀有气体是单原子分子，没有化学键，所以不存在化学键的分子是⑧。
答案：(1)② ⑤⑩ ①③⑨ (2)①③⑤ ② ⑨ ⑩ (3)①③⑤ ②⑨⑩ (4)⑧
概念
原子间通过________形成的化学键
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
形成
元素
通常电负性相同或差值小的____________之间形成的化学键为共价键
表示
方法
①用一条短线表示由____________所形成的共价键，如H—H
②用“===”表示原子间共用________所形成的共价键，如C===C
③用“≡”表示原子间共用________所形成的共价键，如C≡C
特征
概念
作用
饱和性
每个原子所能形成共价键的________或以共价键连接的________是一定的
共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的________关系
方向性
共价键将尽可能沿着________________的方向形成，这就是共价键的方向性。在形成共价键时，原子轨道重叠得________，电子在核间出现的概率愈大，所形成的共价键就________
共价键的方向性决定分子的________
σ键
原子轨道以“________”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率________而形成的共价键
π键
原子轨道以“________”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率________而形成的共价键
类型
形成元素
共用电子对偏移
原子电性
非极
性键
____元素
两原子电负性相同，共用电子对________
两原子都不显电性
极性
键
______元素
共用电子对偏向电负性____的原子
电负性较大的原子显____电性，电负性较小的原子显____电性
概念
意义
键长
两个成键原子的________间的距离
键长愈短，化学键愈强，键就愈牢固
键角
在多原子分子中，两个化学键的____
常用于描述多原子分子的空间结构
键能
在1×105Pa、298 K条件下，断开1 ml AB(g)分子中的化学键，使其分别生成________________所吸收的能量
表示化学键的强弱，键能愈大，键愈牢固
键类型
σ键
π键
原子轨道重叠方式
沿键轴方向“头碰头”重叠
沿键轴方向“肩并肩”重叠
类型
s－s σ键、s－p σ键、p－p σ键
p－p π键
原子轨道重叠部分
两原子核之间，在键轴处
键轴上方和下方，键轴处为零
原子轨道重叠程度
大
小
键的强度
较大
较小
化学活泼性
不活泼
活泼
键的存在
共价单键为σ键，共价双键、三键中含有一个σ键
共价双键、三键分别含有1个、2个π键，两原子间最多能形成2个π键
类型
形成过程
s—s型
s—p型
p—p型
化学键
C—C
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O
键能/(kJ·ml－1)
347
413
358
226
323
368
化学键
Si—O
H—O
O===O
Si—Si
Si—C
键能/(kJ·ml－1)
368
467
498
226
x
N—N
N≡N
P—P
P≡P
193
946
197
489
化学键
H—H
H—Cl
H—Br
Cl—Cl
Br—Br
键能/(kJ·ml－1)
436.0
431.8
366.0
242.7
193.7