2019-2020学年高中化学 专题3 微粒间作用力与物质性质 第三单元 共价键 原子晶体学案 苏教

第三单元共价键原子晶体1．认识共价键的本质和特性，了解共价键的饱和性与方向性。2．知道共价键的主要类型σ键和π键形成的原理及强度相对大小。3．知道共价键的键能、键长等的含义。4．认识影响共价键键能的主要因素，分析化学键的极性强弱，把握键能与化学反应热之间的内在联系。5．深化对原子晶体的认识。6．树立正确的能量观。共价键的形成和类型一、共价键的形成1．概念通常情况下，吸引电子能力相近的原子之间通过共用电子对形成共价键。2．成键本质当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子密度增加，体系的能量降低。3．共价键的特点(1)共价键有饱和性成键过程中，每种元素的原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键。故在共价分子中，每个原子形成共价键的数目是一定的。(2)共价键有方向性成键时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越多，体系的能量下降就越多，形成的共价键就越牢固。(但s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性)二、共价键的类型1．σ键和π键(1)σ键：原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”的方式重叠而形成的共价键叫σ键。按形成σ键的原子轨道类型的不同，σ键可分为s­sσ键、s­pσ键、p­pσ键。图示如下：(2)π键：原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键叫π键，其形成过程表示如下：2．非极性键、极性键和配位键(1)非极性键两个成键原子吸引电子的能力相同，共用电子对不发生偏移。(2)极性键两个成键原子吸引电子的能力不同，共用电子对发生偏移。在极性键中，成键原子吸引电子的能力差别越大，共用电子对发生偏移的程度越大，共价键的极性越强。(3)配位键由一个原子提供空轨道，另一个原子提供孤电子对形成的共价键。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)原子轨道在空间都具有方向性。()(2)一般来说，σ键比π键强度大，更稳定。()(3)N2分子中σ键与π键的个数比是2∶1。()(4)形成Cl2分子时，p轨道的重叠方式为。()(5)σ键和π键都只存在于共价分子中。()(6)形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。()(7)配位键是一种特殊的共价键。()(8)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。()(9)共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子。()答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√(7)√(8)√(9)×2．下列说法正确的是()A．有共价键的化合物一定是共价化合物B．分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物C．由共价键形成的分子一定是共价化合物D．只有非金属原子间才能形成共价键解析：选B。NaOH含有离子键和共价键，是离子化合物，A错误；由共价键形成的分子可以是单质分子，不一定是共价化合物，C错误；某些金属元素与非金属元素原子间也能形成共价键，如AlCl3等，D错误。3．下列说法正确的是()A．π键是由两个p电子“头碰头”重叠形成的B．σ键是镜面对称，而π键是轴对称C．乙烷分子中的键全为σ键，乙烯分子中含σ键和π键D．H2分子中含σ键，Cl2分子中含π键解析：选C。原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键。σ键是轴对称，而π键是镜面对称。分子中所有的单键都是σ键，双键中有一个σ键和一个π键。4．H2O分子中每个O原子结合2个H原子的根本原因是()A．共价键的方向性B．共价键的饱和性C．共价键的键角D．共价键的键长解析：选B。O原子最外层有2个未成对电子，分别与H原子的核外电子形成共用电子对，O原子即达到8电子稳定结构，故1个O原子只能结合2个H原子，符合共价键的饱和性。1．σ键和π键的比较共价键类型σ键π键电子云重叠方式沿键轴方向相对重叠沿键轴方向平行重叠电子云重叠部位两原子核之间，在键轴处键轴上方和下方，键轴处为零电子云重叠程度大小示意图键的强度较大较小化学活泼性不活泼活泼成键规律共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键，一个是π键；共价叁键中一个是σ键，两个是π键2．共价键分类小结(1)按原子轨道的重叠方式可划分为两种键型，即σ键和π键。(2)按共用电子对是否发生偏移可划分为非极性键和极性键。(3)按两原子之间共用电子对的数目，可划分为共价单键、共价双键和共价叁键。(4)按提供共用电子对的方式可划分为普通共价键和配位键。3．配位键与共价键的关系(1)形成过程不同：配位键实质上是一种特殊的共价键，在配位键中一方提供孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。(2)配位键与普通共价键的实质相同。它们都被成键原子双方共用，如在NH＋4中有三个普通共价键、一个配位键，但四者是完全相同的。(3)同普通共价键一样，配位键可以存在于分子中[如Ni(CO)4]，也可以存在于离子中(如NH＋4)。下列物质中，只含有极性键的分子是________，既含离子键又含共价键的化合物是________；只存在σ键的分子是________，同时存在σ键和π键的分子是________。A．CO2B．CH2Cl2C．C2H6D．CaCl2E．NH4Cl[解析]A～E的结构式或电子式分别为A、B、C是由分子构成的，D、E是由阴、阳离子构成的。由不同元素原子间形成的共价键为极性键，故A、B分子只含有极性键。共价单键均为σ键，共价双键或叁键中各含1个σ键，其他为π键，故B、C分子中只存在σ键，A分子中同时存在σ键和π键。D中只含离子键，E中NH＋4与Cl－之间为离子键，NH＋4中N—H键为共价键。[答案]ABEBCA下列有八种物质：①CH4②CH3CH2OH③N2④HCl⑤O2⑥CH3CH3⑦C2H4⑧C2H2。请按要求回答下列问题(填写编号)：(1)只有σ键的有__________，既有σ键又有π键的有__________。(2)只含有极性键的化合物有__________，既含有极性键又含有非极性键的化合物有__________。(3)含有双键的有________，含有叁键的有________。解析：本题关键是考查八种物质的结构及共价键的类型。八种物质的结构式分别为、。利用共价键的特点，容易得出正确答案。答案：(1)①②④⑥③⑤⑦⑧(2)①④②⑥⑦⑧(3)⑤⑦③⑧共价键的形成与类型判断1．下列不属于共价键成键因素的是()A．共用电子对在两原子核之间高频率出现B．共用电子对必须在两原子中间C．成键后的体系能量降低，趋于稳定D．两原子核体积大小要适中解析：选D。两原子形成共价键时电子云发生重叠，即电子在两核之间出现的机会更多；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子核体积的大小与能否形成共价键无必然联系。2．下列说法中正确的是()A．乙烷分子中，既有σ键，又有π键B．Cl2和N2的共价键类型相同C．由分子构成的物质中一定含有σ键D．HCl分子中含一个s­pσ键解析：选D。A中，乙烷分子的结构式为，只有σ键，无π键；B中，Cl2分子是p­pσ键，N2分子中除有p­pσ键外，还有p­pπ键；C中，某些单原子分子(如He、Ne等稀有气体)中不含有化学键。共价键的特征3．硫化氢(H2S)分子中两个共价键的夹角接近90°，其原因是()①共价键的饱和性②S原子的电子排布③共价键的方向性④S原子中p轨道的形状A．①②B．①③C．②③D．③④解析：选D。S原子的价电子排布式是3s23p4，有2个未成对电子，并且分布在相互垂直的两个p轨道中，当与两个H原子配对成键时，形成的两个共价键间夹角接近90°，这体现了共价键的方向性，是由p轨道的伸展方向决定的。4．下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是()A．H2O2：H—O===O—HB．CH3COOOH：C．CH4S：D．SiHCl3：解析：选A。由共价键的饱和性可知：C、Si均形成4个共价键，H形成1个共价键，O、S均形成2个共价键。A项中O原子之间不可能形成双键，B项是过氧乙酸，含有过氧键“O—O”，C项相当于S取代了CH3OH中的氧原子，D项中Si原子形成4个共价键。配位键的形成与判断5．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是()A．X、Y只能均是分子B．X、Y只能均是离子C．若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对D．若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y解析：选C。形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必须是一种微粒提供空轨道、一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确；配位键中箭头应指向提供空轨道的X，D项错误。6．下列不能形成配位键的组合是()A．Ag＋、NH3B．BF3、NH3C．Co3＋、COD．Ag＋、H＋解析：选D。形成配位键的条件：一方有孤电子对，另一方有空轨道，D选项中，Ag＋和H＋中都只有空轨道而没有孤电子对。共价键的键能与化学反应的反应热1．键能：原子之间形成的共价键的强度。2．键长：两原子核间的平均间距。3．当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠，重叠程度越大，共价键的键能越大，键长越短。4．化学反应过程中的能量变化是由反应物和生成物中化学键的强弱决定的。反应物中旧化学键断裂时所吸收的总能量(即反应物中的键能总和)与生成物中新化学键形成时所放出的总能量(即生成物中的键能总和)的差就是此反应的反应热。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)键长是成键两原子半径的和。()(2)C===C键的键能等于C—C键的键能的2倍。()(3)键长短，键能就一定大，分子就一定稳定。()(4)因为O—H键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力依次减弱。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×2．实验测得四种结构相似的单质分子的键长、键能的数据如下：A—AB—BC—CD—D键长/10－10ma0．74c1．98键能/kJ·mol－1193b151d已知D2分子的稳定性大于A2，则a________(填“”或“”，下同)1．98，d________193；a________c，b________d。解析：结构相似的单质分子中，键长越短，键能越大，分子越稳定。答案：＜＞3．在30gSiO2晶体中，含有Si—O键的物质的量为()A．1molB．1．5molC．2molD．2．5mol解析：选C。1molSiO2中含4molSi—O键，30gSiO2是0．5mol，含有Si—O键的物质的量为2mol。4．已知某些共价键的键能(kJ·mol－1)如下表所示：键H—HBr—BrI—ICl—ClH—ClH—IH—Br键能436193151243431298366(1)1molH2在2molCl2中燃烧，放出能量________kJ。(2)在一定条件下，1molH2与足量的Cl2、Br2、I2(g)分别反应，放出热量由多到少的顺序是________(填字母)。A．Cl2Br2I2B．I2Br2Cl2预测1molH2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热________(填“多”或“少”)。解析：由题中数据和由键能求反应热公式可知：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)ΔH＝436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1－2×431kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1，H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g)ΔH＝436kJ·mol－1＋193kJ·mol－1－2×366kJ·mol－1＝－103kJ·mol－1，H2(g)＋I2(g)===2HI(g)ΔH＝436kJ·mol－1＋151kJ·mol－1－2×298kJ·mol－1＝－9kJ·mol－1。答案：(1)183(2)A多1．对物质性质的影响2．共价键强弱的判断(1)由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的原子半径越小，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。如原子半径：F＜Cl＜Br＜I，则共价键的牢固程度：H—F＞H—