高中人教版化学选修3课件：第2章第1节　共价键 33页

第一节　共价键 学习目标 1. 知道共价键的主要类型 σ 键和 π 键。 2. 能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。 3. 结合实例说明 “ 等电子原理 ” 的应用。 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 第一节　共价键 课前自主学案 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 (1)σ 键 形成 成键原子的 s 轨道或 p 轨道 “ __________ ” 重叠而形成 类型 ss 型 sp 型 pp 型 头碰头 特征 以形成化学键的两原子核的 _______ 为轴作旋转操作，共价键电子云的图形 __________ ，这种特征称为 __________ ； σ 键的强度 _______ 连线 不变 轴对称 较大 (2)π 键 形成 由两个原子的 p 轨道 “ ___________ ” 重叠形成 pp π 键 特征 π 键的电子云具有 ____________ 性，即每个 π 键的电子云由两块组成，分别位于由 _____________ 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 ___________ ； π 键 _________ 旋转；不如 σ 键牢固，较易 _________ 肩并肩 镜像对称 两原子核 镜像 不能 断裂 思考感悟 1. 所有的共价键都有方向性吗？ 【 提示 】 　并不是所有的共价键都有方向性，如 ss σ 键就没有方向性。 二、键参数 —— 键能、键长与键角 概念 作用 键能 ___________ 原子形成 1 mol 化学键 ________ 的最低能量 键能越大，键越 _______ ，越不易 __________ 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 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 被打断 核间距 共价键 越大 稳定 方向性 立体构型 思考感悟 2 ．试从键长和键能的角度分析卤素氢化物稳定性逐渐减弱的原因。 【 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 ．等电子原理及等电子体 等电子原理： ___________ 相同、 ____________ 相同的分子具有相似的 ________________ ，它们的许多性质是相近的。 满足等电子原理的分子称为等电子体。 原子总数 价电子总数 化学键特征 2 ．等电子体实例 CO 和 N 2 具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，其性质对比如下： 分子 熔点 / ℃ 沸点 / ℃ 在水中的溶解度 ( 室温 ) 分子解离能 /kJ·mol － 1 分子的价电子总数 CO － 205.05 － 191.49 2.3 mL 1075 10 N 2 － 210.00 － 195.81 1.6 mL 946 10 思考感悟 3. 根据所学知识和等电子原理，试举出几种等电子体。 【 提示 】 　 H 2 O 和 H 2 S ， SO 2 和 O 3 ， CO 2 和 CS 2 ，卤素的氢化物。 课堂互动讲练 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配对成键了，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特点。在形成共价键时，原子轨道重叠的愈多，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 ．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 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，键轴处为零 原子轨道重叠程度 大 小 键的强度 较大 较小 特别提醒： (1)s 轨道与 s 轨道重叠形成 σ 键时，电子不是只在两核间运动，而是电子在两核间出现的概率增大。 (2) 因 s 轨道是球形的，故 s 轨道和 s 轨道形成 σ 键时，无方向性。两个 s 轨道只能形成 σ 键，不能形成 π 键。 (3) 两个原子间可以只形成 σ 键，但不能只形成 π 键。 例 1 【 解析 】 　 A 项 S 原子的价电子构型是 3s 2 3p 4 ，有 2 个未成对电子，并且分布在相互垂直的 3p x 和 3p y 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 N 2 分子中有三个化学键，其中有一个 σ 键、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 】 　 D 【 规律方法 】 　 σ 、 π 键存在的规律 (1) 共价单键全部是 σ 键。 (2) 共价双键中，一个是 σ 键，一个是 π 键。 (3) 共价三键中，一个是 σ 键，两个是 π 键。 变式训练 1 　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： 选 C 。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。 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。 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 。 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 101 pm ，就可以断定氨分子是三角锥形分子，如图： 4 ． F—F 键键长短，键能小的解释 氟原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两氟原子形成共价键时，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能不大， F 2 的稳定性差，很容易与其他物质反应。 特别提醒： (1) 通过键长、键角可以判断分子的立体构型。 (2) 键长不是成键两原子半径的和，而是小于其半径的和。 5 ．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，吸热反应使反应体系的能量增加，故规定反应的热量变化 Δ H 为 “ ＋ ” 。 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，放热反应使反应体系的能量降低，故规定反应的热量变化 Δ H 为 “ － ” 。 (2) 利用键能计算反应的热量变化 (Δ H ) Δ H ＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。 例 2 从实验测得不同物质中氧 — 氧键之间的键长和键能数据如下表，其中 X 、 Y 的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能的大小顺序为 W ＞ Z ＞ Y ＞ X 。该规律是 ( 　　 ) A ．成键时电子数越多，键能越大 B ．键长越长，键能越小 C ．成键所用的电子数越少，键能越大 D ．成键时电子对越偏移，键能越大 【 思路点拨 】 　解答本题要注意以下两点： (1) 键长越长键能越小。 (2) 共价键的本质：自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对时，原子轨道发生重叠。 【 答案 】 　 B 【 误区警示 】 　 (1) 键能与键长反映键的强弱程度，键长与键角用来描述分子的立体构型。 (2) 对键能的概念把握不准，容易忽略键能概念中的前提条件 —— 气态基态原子。 变式训练 2 　 (2011 年黄冈高二检测 ) 能够用键能的大小作为主要依据来解释的是 ( 　　 ) A ．常温常压下氯气呈气态而溴单质呈液态 B ．硝酸是挥发性酸，而硫酸、磷酸是不挥发性酸 C ．稀有气体一般难发生化学反应 D ．空气中氮气的化学性质比氧气稳定 解析： 选 D 。共价分子构成物质的状态与分子内共价键的键能无关；物质的挥发性与分子内键能的大小无关；稀有气体是单原子分子，无化学键，难发生化学反应的原因是它们的价电子已形成稳定结构；氮气比氧气稳定是由于 N 2 分子中形成共价键的键能 (946 kJ/mol) 比 O 2 分子中共价键键能 (497.3 kJ/mol) 大，在化学反应中更难于断裂。