2019-2020学年高中化学 第二章 分子结构与性质 第一节 共价键课件 新人教版选修3

第一节共价键课程目标素养目标1.了解共价键的主要特征和类型。2．能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。3．了解等电子原理，会判断简单的等电子体。1.宏观辨识与微观探析：在分子水平上进一步形成有关物质结构的基本观念，能从物质结构决定性质的视角解释分子的某些性质，并预测物质的有关性质。2．证据推理与模型认知：能运用多种模型来描述共价键中σ键和π键的区别，推断这两种键的特点及含有σ键和π键的分子的性质。通过对等电子体概念的探究，能从内、外因等方面分析物质的化学变化，掌握等电子体某些性质相同的原因。01基础自主落实02要点系统认知03检测课堂达标04演练效果检测一、共价键1．概念：原子间通过形成的化学键。共用电子对3．类型(按成键原子的原子轨道重叠方式分类)(1)σ键形成成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成s­s型s­p型类型p­p型特征以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称；σ键的强度较大(2)π键形成由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成p­pπ键特征π键的电子云具有镜面对称性，即每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像；π键不能旋转；不如σ键牢固，较易断裂[微思考]所有共价键都有方向性和饱和性吗？[提示]所有的共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如s­sσ键就没有方向性。二、键参数——键能、键长与键角1．概念和特点概念特点键能原子形成1mol化学键的最低能量键能越大，键越键长形成共价键的两个原子之间的键长越短，键能，键越键角分子内两个之间的夹角表明共价键有，决定分子的气态基态释放稳定核间距越大稳定共价键方向性空间构型2.对物质性质的影响[微思考]试从键长和键能的角度分析卤化氢稳定性递变的原因。[提示]卤素原子从F到I原子半径逐渐增大，分别与H原子形成共价键时，按H—F、H—Cl、H—Br、H—I，键长逐渐增长，键能逐渐减小，故分子的稳定性逐渐减弱。三、等电子原理1．等电子原理：相同、相同的分子具有相似的化学键特征，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，它们的许多性质相似。原子总数价电子总数■多维思考·自主预习1．下列关于共价键的说法正确的是()A．共价键只存在于共价化合物中B．金属元素和非金属元素间一定不能形成共价键C．非极性键只存在于单质分子中D．离子化合物中既可能含有极性键也可能含有非极性键答案：D2.下列分子中，只有σ键而没有π键的是()A．CH4B．CH3CH===CH2C．CH2===CH2D．CH≡CH答案：A3．对比以下几个反应式：Cl＋Cl―→Cl2ΔH1＝－247kJ·mol－1；O＋O―→O2ΔH2＝－493kJ·mol－1；N＋N―→N2ΔH3＝－946kJ·mol－1。可以得出的结论是()A．在常温下氮气比氧气和氯气稳定B．氮、氧和氯的单质常温下为气体C．氮、氧和氯的单质都一定是双原子分子D．氮气、氧气和氯气的密度不同答案：A4．下列说法正确的是()A．双原子分子中化学键键能越大，分子越稳定B．双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定C．双原子分子中化学键键角越大，分子越稳定D．在双键中，σ键的键能要小于π键的键能答案：A5．下列几组微粒互为等电子体的是()①N2和CO②NO和O＋2③CO2和CS2④N2O和CO2⑤NO－2和O3⑥BF3和SO3A．①②③B．④⑤⑥C．①③④⑥D．①②③④⑤⑥解析：等电子体具有两个显著特点：一是原子总数相同，二是价电子总数相同。这是判断等电子体的根本依据。从原子总数上看①～⑥都符合条件，关键是看它们之间的价电子总数。①N2和CO价电子总数均为10；②NO和O＋2价电子总数均为11；③④中价电子总数均为16；⑤NO－2和O3价电子总数均为18；⑥BF3和SO3价电子总数均为24。故全部符合题意。答案：D要点一共价键的特征和类型1．共价键的特征(1)饱和性：因为每个原子所能提供的未成对电子的数目是一定的，因此在共价键的形成过程中，一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个未成对电子配对成键后，一般来说就不能再与其他原子的未成对电子成键了，即每个原子所能形成共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的，所以共价键具有饱和性。(2)方向性：除s轨道是球形对称的外，其他的原子轨道在空间都具有一定的分布形状和方向。在形成共价键时，原子轨道重叠的越多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键就越牢固，因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，所以共价键具有方向性。2．共价键的类型分类标准类型共用电子对数单键、双键、三键共用电子对的偏移程度极性键、非极性键原子轨道重叠方式σ键、π键3.σ键与π键的比较键类型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”重叠原子轨道重叠部位两原子核之间，在键轴处键轴上方和下方原子轨道重叠程度大小键的强度较大较小[题组训练]1．下列关于共价键的说法不正确的是()A．H2S分子中两个共价键的键角接近90°的原因是共价键有方向性B．N2分子中有1个σ键，2个π键C．两个原子形成共价键时至少有1个σ键D．在双键中，σ键的键能小于π键的键能解析：A项，S原子的价电子构型是3s23p4，有2个未成对电子，并且分布在相互垂直的3px和3py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，是由轨道的伸展方向决定的；B项，N2分子中有共价三键，其中有一个σ键和两个π键；C项，两个原子形成的共价键，首先有一个σ键，其余为π键；D项，σ键的重叠程度比π键大，故键能σ键大于π键。答案：D2．关于乙醇分子的说法正确的是()A．分子中共含有8个极性键B．分子中不含非极性键C．分子中只含σ键D．分子中含有1个π键解析：乙醇的结构式为共含有8个共价键，其中C—H、C—O、O—H键为极性键，共7个，C—C键为非极性键。由于全为单键，故无π键。答案：C3．下列说法正确的是()A．π键是由两个p轨道“头碰头”重叠形成的B．σ键就是单键，π键就是双键C．乙烷分子中的键全为σ键，而乙烯分子中含σ键和π键D．H2分子中含σ键，而Cl2分子中含π键解析：A.π键为p电子“肩并肩”重叠形成，错误。B.单键是σ键，双键是由一个σ键和一个π键形成，错误。D.H2和Cl2中均为共价单键，只含σ键，不含π键，错误。答案：C练后反思：1s轨道与s轨道形成σ键时，电子并不是只在两核间运动，只是电子在两核间出现的概率大。2共价分子中不一定含有σ键，如稀有气体分子中不含有化学键。3共价分子中不一定含有π键，只有分子中含有双键或三键时，才含有π键。,4并不是所有的原子轨道都能形成π键，只有p能级的原子轨道才能形成π键。要点二键参数与分子性质1．一般来讲，形成共价键的两原子半径之和越小，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。2．键长越短，往往键能越大，共价键越稳定。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结构的参数。一般来说，如果知道分子中的键角，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°就可以断定氨分子是三角锥形分子，如图所示。4．键能与化学反应的能量变化关系(1)化学反应过程中，旧键断裂吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量，则反应为吸热反应。化学反应过程中，旧键断裂所吸收的总能量小于新键形成放出的总能量，则反应为放热反应。(2)利用键能计算反应的热量变化：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。[题组训练]1．下列说法正确的是()A．键能越大，键长越长，则分子越稳定B．元素周期表中ⅠA族(除H外)和ⅦA族元素的原子间可能形成共价键C．水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°D．H—O键键能为463kJ·mol－1，即18gH2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×463kJ解析：键能越大，键长越短，分子越稳定，A项错误；两元素电负性差小于1.7时可形成共价键，如I和Li两元素的电负性差为1.5，B项正确；水分子的键角是105°，C项错误；H—O键键能为463kJ·mol－1，指的是气态基态氢原子和氧原子形成1molH—O键时释放的最低能量，则拆开1molH—O键形成气态基态氢原子和氧原子所需吸收的能量也为463kJ,18g(即1mol)H2O中含2molH—O键，断开时需吸收2×463kJ的能量形成气态基态氢原子和氧原子，再进一步形成H2和O2时，还会释放出一部分能量，D项错误。答案：B2．下列说法正确的是()A．在分子中，两个原子间的距离叫键长B．非极性键的键能大于极性键的键能C．键能越大，表示该分子越容易受热分解D．H—Cl的键能为431.8kJ·mol－1，H—I的键能为298.7kJ·mol－1，这可说明HCl分子比HI分子稳定解析：形成共价键的两个原子核间的距离为键长，A错误；键能的大小取决于成键原子的电负性，与键的极性无必然联系，B错误；键能越大，越难断裂化学键，分子越稳定，C错误、D正确。答案：D3．下列事实不能用键能的大小来解释的是()A．氮元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定B．稀有气体一般很难发生反应C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱D．F2比O2更容易与H2反应解析：本题主要考查键参数的应用。由于N2分子中存在三键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定。稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键。卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱。由于H－F键的键能大于H—O键的键能，所以F2比O2更容易与H2反应。答案：B练后反思：键参数的几个认识误区1键长和键角共同决定分子的空间结构。2键长不是成键两原子的原子半径之和，而是小于其半径之和。3键能越大，一般键长越短，分子越稳定。要点三等电子体的判断及应用1．常见等电子体类型实例空间构型双原子10电子N2、CO、NO＋、C2－2、CN－直线形三原子16电子CO2、CS2、N2O、NCO－、NO＋2、N－3、NCS－、BeCl2(g)直线形三原子18电子NO－2、O3、SO2V形四原子24电子NO－3、CO2－3、BO3－3、BF3、SO3(g)平面三角形五原子32电子SiF4、CCl4、BF－4、SO2－4、PO3－4四个σ键，正四面体形七原子48电子SF6、PF－6、SiF2－6、AlF3－6六个σ键，正八面体形2.等电子原理的应用(1)判断一些简单分子或离子的空间构型。(2)利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。(3)利用等电子原理针对某物质找等电子体。3．等电子体的换算方法(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－互为等电子体。(2)将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带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。(3)同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中的元素原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。[题组训练]1．根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间构型不相似的是()A．NH＋4和CH4B．H3O＋和NH3C．NO－3和CO2－3D．CO2和H2O解析：根据等电子原理，CO2和H2O二者原子总数相等，但价电子总数不等，不是等电子体，则它们的空间构型不相似。答案：D2．Langmuir提出等电子体的概念后，等电子体的概念又得到发展，由短周期元素组成的粒子，只要其原子总数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，空间结构相似的是()A．SO2与O3B．CO2与NO2C．CS2与NO2D．PCl3与BF3解析：由题中信息可知，只要算出分子中