2020高中化学 第二章 分子结构与性质 第一节 共价键教案 新人教版选修3

-1-EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.第一节共价键[明确学习目标]1.知道共价键的主要类型，了解σ键和π键的形成特点及其本质。2.能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。学生自主学习一、共价键1．共价键的本质和特征(1)本质：原子之间形成□01共用电子对。(2)特征：□02饱和性——决定分子的组成；□03方向性——决定分子的立体构型。2．共价键类型(按成键原子轨道的重叠方式分类)(1)σ键(2)π键-2-二、键参数——键能、键长与键角1．概念和特点2．对物质性质的影响-3-三、等电子原理1．等电子原理：□01原子总数相同、□02价电子总数相同的分子具有相似的□03化学键特征，它们的许多性质是相近的。2．等电子体：满足等电子原理的□04分子称为等电子体。如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，它们的许多性质□05相似。1．所有σ键都有方向性吗？提示：不是，如s­sσ键就没有方向性。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？提示：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。3．从键能的角度出发，推测N2、O2、F2跟H2反应能力的强弱顺序。提示：由教材中表2－1中键能的数值可知：H—FH—OH—N，而键长：H—FH—OH—N，说明分子稳定性：HFH2ONH3，所以N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。课堂互动探究一、共价键1．正确认识σ键和π键(1)σ键与π键的实质相同，都是由共用电子对而形成的化学键。(2)σ键与π键由于原子轨道的重叠程度不同从而导致了两者的稳定性不同。(3)由于s轨道没有方向性，所以两个s轨道只能形成σ键，不能形成π键。(4)两个原子之间可以只形成σ键，但不能只形成π键。2．分子中σ键和π键的判断方法(1)成键原子如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对，则先形成一个σ键，另外的原子轨道形成π键。(2)一般规律：共价单键是σ键；共价双键中有一个σ键，另一个是π键；共价三键中有一个σ键，另两个是π键。[即时练]1．下列有关σ键和π键的说法错误的是()A．含有π键的分子在反应时，π键易断裂B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键-4-C．有些原子在与其他原子形成分子时，只能形成σ键，不能形成π键D．在分子中，化学键可能只有π键而没有σ键答案D解析由于π键的键能小于σ键的键能，所以反应时易断裂，A项正确；在分子形成时为了使其能量最低，必然首先形成σ键，根据形成的原子的核外电子排布来判断是否形成π键，所以B项正确，D项错误；H原子跟其他原子只能形成σ键，故C项正确。2．(双选)下列有关化学键类型的判断中正确的是()A．全部由非金属元素组成的化合物中肯定不存在离子键B．物质中有σ键不一定有π键，有π键一定有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键和3个π键D．乙烷分子中只存在σ键，即C—H键和C—C键均为σ键答案BD解析NH4Cl、(NH4)2SO4均是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项错误；H、Cl等只有一个未成对电子，因而只能形成σ键，即有σ键不一定有π键；若形成π键一定是原子间已形成σ键，即有π键一定有σ键，B项正确；共价双键中有一个为σ键，另一个为π键，共价三键中有一个为σ键，另两个为π键，故乙炔(H—C≡C—H)分子中有3个σ键，2个π键，C项错误；共价单键为σ键，乙烷分子的结构式为，其所含的6个C—H键和1个C—C键均为σ键，D项正确。规律方法(1)大多数铵盐是只含非金属元素的化合物，少数铵盐含有金属元素，如(NH4)2Cr2O7。(2)稀有气体不存在化学键。(3)共价单键是σ键，双键和三键中存在π键，中学化学里常见的双键，除C===C键以外，还有C===O键，三键除C≡C键以外，还有N≡N键、C≡N键等。二、键参数——键能、键长与键角1．一般地，形成共价键的共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。2．形成共价键的原子半径越小，键长越短，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同(1对)，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，故共价键牢固程度H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，因此，稳定性HF＞HCl＞HBr＞HI。-5-3．键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的立体构型就确定了。如氨分子的H—N—H键角是107°，N—H键的键长是101pm，就可以断定氨分子是三角锥形分子，如图。[即时练]3．键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是()A．键角是描述分子空间构型的重要参数B．因为H—O键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱C．水分子可表示为H—O—H，分子中的键角为180°D．H—O键的键能为463kJ·mol－1，即18gH2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2×463kJ答案A解析H—O键、H—F键的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定，O2、F2与H2反应的能力逐渐增强，B项错误；水分子呈V形，键角为105°，C项错误；H—O键的键能为463kJ·mol－1，指的是断开1molH—O键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为463kJ,18gH2O即1molH2O中含2molH—O键，断开时需吸收2×463kJ的能量形成气态氢原子和气态氧原子，再进一步形成H2和O2时，还会因形成化学键而释放出一部分能量，D项错误。4．最近意大利罗马大学的FulvioCacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子。N4分子结构如图所示，已知断裂1molN—N键吸收167kJ热量，生成1molN≡N键放出942kJ热量，根据以上信息和数据，下列说法正确的是()A．N4属于一种新型的化合物B．N4与N2互为同素异形体C．N4沸点比P4(白磷)高D．1molN4气体转变为N2将吸收882kJ热量答案B-6-解析N4属于一种新型的单质，与N2互为同素异形体，其结构与白磷结构类似，白磷的相对分子质量大于N4，所以白磷沸点高。1molN4中含6molN—N，断键时需吸收1002kJ热量，生成1molN2时放出942kJ热量，所以1molN4气体转变为2molN2将放出882kJ热量。规律方法键参数的应用(1)由键能可推断物质的稳定性，键能越大，物质的稳定性越强。(2)由键能数据可判断反应放热或吸热。因为化学反应过程是断旧键成新键的过程，根据断键过程吸收的总能量和成键过程放出的总能量的差值即可判断。(3)由键长和键角判断分子的构型。三、等电子原理1．常见的等电子体2．等电子原理的应用(1)利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。如NH3和H3O＋，原子和价-7-电子总数都相等，其立体构型相似(三角锥形)；SiCl4、SO2－4、SiO4－4、PO3－4等的原子数目和价电子总数都相等，互为等电子体，都呈四面体构型。(2)应用于制造新材料。等电子体不仅有相似的立体构型，而且有相似的性质。如晶体硅、锗是良好的半导体材料，它们的等电子体AlP、GaAs也都是良好的半导体材料。[即时练]5．以下各组粒子不能互称为等电子体的是()A．CO和N2B．CO2－3和SO3C．CO2和N2OD．N2H4和C2H4答案D解析CO和N2的原子个数都为2，价电子数都为10，原子数和价电子数都相等，互为等电子体，故A不符合题意；CO2－3和SO3的原子个数都为4，价电子数都为24，原子数和价电子数都相等，互为等电子体，故B不符合题意；CO2和N2O的原子个数都为3，价电子数都为16，原子数和价电子数都相等，互为等电子体，故C不符合题意；N2H4和C2H4的原子个数都为6，价电子数前者为14，后者为12，原子数相等，但价电子数不相等，不能互为等电子体，故D符合题意。6．科学家常用等电子体来预测不同物质的结构与性质，例如NH＋4与CH4有相同的价电子总数和空间构型。依此原理在下面的空格中填写相应的化学式或离子式。答案解析由NH＋4与CH4互为等电子体可得其组成特点：C原子与N原子互换后改变了微粒的价电子总数，若要保持价电子总数不变，只需调整微粒所带电荷数即可，据此可写出相应的等电子体。规律方法等电子体的寻找方法(1)将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n＝1,2等)的原子，如N2与CO、N－3和CNO－均互为等电子体。(2)将粒子中一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素的带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N2O和N－3互为等电子体。-8-本课归纳总结1.共价键本质：原子之间形成共用电子对(或电子云重叠)特征：具有方向性和饱和性键参数：键长、键能可用来判断共价键的稳定性，键角可用于判断分子的立体构型。2．等电子原理等电子体原子总数相同，价电子总数相同，但组成原子的核外电子总数不一定相同。学习效果检测1．π键在有机化合物中广泛存在。下列说法正确的是()A．烯烃比烷烃的化学性质活泼是由于烷烃中只含σ键，而烯烃中只含π键B．乙醇分子中既含σ键也含π键，但π键数少于σ键数C．结构式为的有机物中只含共价键，且σ键与π键个数之比为7∶3D．乙烯分子和乙炔分子中含有的π键数目不同，但含有的σ键和π键总数相同答案C解析烯烃中也含有σ键，A错误；乙醇中只含σ键，不含π键，B错误；选项C给出的结构式中含有4个碳氢σ键，3个碳碳σ键，1个碳碳双键(1个π键)，1个碳碳三键(2个π键)，C正确；乙烯分子中含有5个σ键，1个π键，乙炔中含有3个σ键，2个π键，D错误。2．下列说法正确的是()A．双原子分子中化学键键能越大，分子越牢固B．双原子分子中化学键键长越长，分子越牢固C．双原子分子中化学键键角越大，分子越牢固-9-D．在同一分子中，σ键与π键的原子轨道重叠程度相同，只是重叠的方式不同答案A解析分子的稳定程度主要由键能决定，键长越短键能越大；一般情况下σ键要比π键的原子轨道重叠程度大，重叠方式前者为“头碰头”、后者为“肩并肩”。3．下表是一些键能数据/(kJ·mol－1)：由上表中数据能否得出这样的结论：(1)半径越小的原子形成的共价键越牢固(即键能越大)。________(填“能”或“不能”)。(2)非金属性越强的原子形成的共价键越牢固。________(填“能”或“不能”)。(3)能否从数据中找出一些规律，请写出一条：__________________________。(4)试预测C—Br键的键能范围：________C—Br键键能________。答案(1)不能(2)不能(3)能，同主族元素与相同原子结合形成共价键时，原子半径越小，共价键越强(4)218kJ·mol－1330kJ·mol－1解析根据表中的有关数据及元素周期律知识分析可知氯原子的原子半径小于硫原子的原子半径，且硫元素的非金属性较氯元素的非金属性弱，但硫硫键的键能大于氯氯键的键能，因此不能说半径越小的原子形成的共价键越牢固，也不能说非金属性越强的原子形成的共价键越牢固。根据表中数据分析可以得出如下规律：同主族元素与相同原子结合形成共价键时，原子半径越小，共价键越强；根据此规律可知C—Br键的键能介于C—Cl键的键能和C—I键的键能之间，即218～330kJ·mol－1。4．等电子体是指两个或两个以上的分子(或离子)，它们的原子数相同、分子(或离子)中价电子数也相同。(1)SiO2－3、SO3、NO－3三种粒子________(填“是”或“不是”)等电子体，其中Si、S、N三种基态原子的第一电离能的大小关系为______________。(2)C2O2－4和________是等电子体，C2O2－4具有较强的还原性，它能使酸性KMnO4