資源簡介

3.3共價鍵 共價晶體(第1課時)
一、核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)
1.能結(jié)合實例描述共價鍵的成鍵特征及其本質(zhì)，能分析不同類型的共價鍵對物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的影響；
2.能舉例說明共價鍵的極性及其應(yīng)用。
二、教學(xué)重點及難點
重點 不同類型的共價鍵對物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的影響
難點 不同類型的共價鍵
三、教學(xué)方法
講授法、討論法
四、教學(xué)工具
PPT、視頻
五、教學(xué)過程
【導(dǎo)入】在人類所利用的物質(zhì)中，無論是自然界存在的，還是化學(xué)家合成的，大多數(shù)是含有共價鍵的物質(zhì)。生命活動不可缺少的物質(zhì)（如氧氣、水、糖類、蛋白質(zhì)、維生素等），各種性能優(yōu)異的有機高分子材料以及治療疾病的藥物中，一般都含有共價鍵。共價鍵是一種重要的化學(xué)鍵，對研究物質(zhì)的性質(zhì)及其反應(yīng)意義重大。
一、共價鍵的形成
【展示】氫氣的形成微觀動畫
【講述】通常情況下，吸引電子能力相近的原子之間通過共用電子對形成共價鍵。
【問】兩個成鍵原子為什么能通過共用電子對結(jié)合在一起呢？
【展示】兩個氫原子靠近形成共價鍵的動畫。
【生】當(dāng)兩個氫原子相互接近時，若兩個氫原子核外電子的自旋方向相反，它們接近到一定距離時，兩個1s軌道發(fā)生重疊，電子在兩原子核間出現(xiàn)的機會較大。
【講述】原子軌道在兩個原子核間重疊，意味著電子出現(xiàn)在核間的概率增大，因此可以說，核間電子好比在核間架起一座帶負(fù)電的橋梁，把帶正電的兩個原子核“黏結(jié)”在一起了。
【展示】氫分子的能量與核間距的關(guān)系
【講述】隨著核間距的減小，核間電子出現(xiàn)的機會增大，體系的能量逐漸下降，達(dá)到能量最低狀態(tài)。
核間距進(jìn)一步減小時，兩原子間的斥力使體系的能量迅速上升，這種排斥作用又將氫原子推回到平衡位置。
氫分子的形成過程中能量（主要指勢能）隨核間距的變化如圖曲線a所示。
若兩個氫原子核外電子的自旋方向相同，當(dāng)它們相互接近時，原子間總是排斥作用占主導(dǎo)地位（如圖曲線b所示）。
所以兩個帶有自旋方向相同的電子的氫原子不可能形成氫分子。
共價鍵形成的本質(zhì)：當(dāng)成鍵原子相互接近時，原子軌道發(fā)生重疊，自旋方向相反的未成對電子形成共用電子對，兩原子核間的電子云密度增加，體系的能量降低。
【問】為什么N、O、F原子與氫原子形成的簡單化合物分別為NH3、H2O和HF？
【生】寫出N、O、F的電子排布式和軌道表示式，N 2p軌道有三個未成對電子，所以能結(jié)合三個氫原子，成為氨氣。
O 2p軌道有兩個未成對電子，F(xiàn) 2p軌道有一個未成對電子。
【講述】形成共價鍵時，只有成鍵原子中自旋方向相反的未成對電子才能形成共用電子對。成鍵過程中，每種元素的原子有幾個未成對電子，通常就只能和幾個自旋方向相反的電子形成共價鍵。
所以在共價分子中，每個原子形成共價鍵的數(shù)目是一定的。
【問】說明共價鍵具有什么特征？
【生】共價鍵具有飽和性，
【講述】決定各種原子形成分子時相互結(jié)合的數(shù)量關(guān)系。
【展示】s軌道和p軌道形成穩(wěn)定共價鍵的幾種重疊方式。
【講述】形成共價鍵時，兩個參與成鍵的原子軌道總是盡可能沿著電子出現(xiàn)機會最大的方向重疊成鍵，而且原子軌道重疊越多，電子在兩核間出現(xiàn)的機會越多，體系的能量下降也就越多，形成的共價鍵越牢固。
因此，一個原子與周圍原子形成的共價鍵就表現(xiàn)出方向性（s軌道與s軌道重疊形成的共價鍵無方向性）。
【問】說明共價鍵具有什么特征？
【生】共價鍵具有方向性。
【講述】決定分子的空間結(jié)構(gòu)。
二、共價鍵的類型
【展示】氫原子形成氫分子的過程動畫
【講述】氫原子的核外電子排布式為1s1，有一個未成對電子，當(dāng)兩個氫原子結(jié)合成氫氣分子時，兩個氫原子的s軌道沿x軸方向以“頭碰頭”的方式發(fā)生重疊。
原子軌道沿核間連線方向以“頭碰頭”的方式重疊形成的共價鍵叫做σ鍵。
H2中的σ鍵是由兩個s軌道重疊形成的，可稱為s-s σ鍵。
【展示】H-Cl的形成動畫
【講述】HCl中的共價鍵是由氫原子提供的未成對電子的1s原子軌道和氯原子提供的未成對電子的3p原子軌道重疊形成的。s — p σ鍵
H－Cl的 s-p σ鍵的形成（一個s軌道與一個p軌道重疊）。
【展示】Cl-Cl的形成動畫
【講述】Cl2中的共價鍵是由2個氯原子各提供1個未成對電子的3p原子軌道重疊形成的。
p—p σ鍵
Cl－Cl的 p-p σ鍵的形成（兩個p軌道重疊）
【講述】σ鍵的特征
(1)以形成化學(xué)鍵的兩原子核的連線為軸作旋轉(zhuǎn)操作，共價鍵電子云的圖形不變，這種特征稱為軸對稱。
(2)形成σ鍵的原子軌道重疊程度較大，故σ鍵有較強穩(wěn)定性。
(3)以形成σ鍵的兩原子核的連線為軸，任何一個原子均可以旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時并不破壞σ鍵的結(jié)構(gòu)。
【問】簡要總結(jié)σ鍵的特征
【生】頭碰頭；軸對稱；形成σ鍵的原子軌道重疊程度較大，故σ鍵有較強的穩(wěn)定性。
【展示】兩個P軌道形成π鍵的過程動畫。
【講述】概念：形成共價鍵的未成對電子的原子軌道，采取“肩并肩”的方式重疊，這種共價鍵叫π鍵，主要類型為p－p π鍵。
【講述】π鍵的特征
(1)電子云為鏡面對稱：每個π鍵的電子云由兩塊組成，分別位于由兩原子核構(gòu)成平面的兩側(cè)，如果以它們之間包含原子核的平面為鏡面，它們互為鏡像。
(2)不穩(wěn)定性：形成π鍵時電子云重疊程度比σ鍵小，π鍵不如σ鍵牢固。
(3)以形成π鍵的兩個原子核的連線為軸，任意一個原子并不能單獨旋轉(zhuǎn)，若單獨旋轉(zhuǎn)則會破壞π鍵，如以py－py π鍵為例，若旋轉(zhuǎn)其中一個成鍵原子，則兩原子的py軌道不再平行，也就無法“肩并肩”地靠近形成π鍵。
【展示】N2中共價三鍵的形成過程動畫。
N2中共價三鍵的形成過程動畫
【講述】氮氣分子中含有一個σ鍵和兩個π鍵，氮氣分子的結(jié)構(gòu)可用結(jié)構(gòu)式N≡N表示。
判斷σ鍵、π鍵的一般規(guī)律
【講述】①s-s電子、s-p電子只形成σ鍵；p-p電子既形成σ鍵，又形成π鍵；且 p-p電子先形成σ鍵，后形成π鍵。
②共價單鍵是σ鍵；共價雙鍵中一個σ鍵,另一個π鍵；共價三鍵中一個σ鍵,另兩個π鍵。σ鍵可以獨立存在,π鍵不能單獨存在。
【展示】乙烯分子中σ鍵和π鍵的形成過程、乙炔分子中σ鍵和π鍵的形成過程動畫。
【問】觀察乙烷、乙烯和乙炔的分子結(jié)構(gòu)，它們的分子中的共價鍵分別由幾個σ鍵和幾個π鍵構(gòu)成？
【生】乙烷分子中由7個σ鍵組成；
乙烯分子中由5個σ鍵和1個π鍵組成；
乙炔分子中由3個σ鍵和2個π鍵組成。
【問】乙烯和乙炔的化學(xué)性質(zhì)為什么比乙烷活潑
【生】乙烯分子中的碳碳雙鍵和乙炔分子中的碳碳三鍵中分別含有1個和2個π鍵,π鍵原子軌道重疊程度較小,不穩(wěn)定,容易斷裂。
而乙烷分子中沒有π鍵,σ鍵原子軌道重疊程度大,比較穩(wěn)定,不易斷裂。
【講述】苯分子中的共價鍵
苯分子中的6個碳原子都以σ鍵與氫原子結(jié)合，每個碳原子以兩個σ鍵與其他碳原子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，同時，每個碳原子各有一個垂直于分子平面的p軌道，形成了一個以6個碳原子為中心的π鍵。苯的這種結(jié)構(gòu)，使任意兩個相鄰碳原子間形成的共價鍵的鍵能和核間距離完全相同。
【展示】氫氣、HF的電子云
【講述】由同種原子形成的共價鍵，兩個成鍵原子吸引電子的能力相同，電子對不發(fā)生偏移，非極性共價鍵，簡稱非極性鍵。
由不同種原子形成的共價鍵，兩個成鍵原子吸引電子的能力不同，電子對發(fā)生偏移，F(xiàn)原子一端相對地顯負(fù)電性，H原子一端相對地顯正電性，極性共價鍵，簡稱極性鍵。
在極性共價鍵中，成鍵原子吸引電子能力的差別越大，共用電子對的偏移程度越大，共價鍵的極性越強。
通?？梢愿鶕?jù)元素的電負(fù)性差值來判斷鍵的極性。
一般情況下，兩種成鍵元素間的電負(fù)性差值越大，它們形成的共價鍵的極性就越強。
【問】判斷以下鍵的極性強弱C—H、N—H、O—H、F—H？
【生】根據(jù)元素電負(fù)性差值大小，下列鍵的極性由強到弱的順序排列為：
F—H ＞ O—H ＞ N—H ＞C—H
【問】到用微波爐加熱之后，食物要比盛放食物的容器熱得多？閱讀教材回答。
【生】微波爐對食物進(jìn)行加熱時，其中的磁控管以 2450 MHz 的頻率發(fā)射出微波，對食物中的極性分子產(chǎn)生作用。在高達(dá)1010數(shù)量級的微波頻段下，振蕩的電磁場會與極性分子中帶正、負(fù)電的兩極發(fā)生作用，造成這些分子發(fā)生振動。常見的食物中含有大量極性很強的水分子，食物吸收微波后，水分子以每秒 24.5億千次的變化頻率進(jìn)行振動。分子運動的加快意味著分子動能的增加，而動能又與溫度直接相關(guān)。這樣，水的溫度便迅速升高，熱量從水分子轉(zhuǎn)移到食物的其他部分。
而盛放食物的容器往往不含極性分子，且傳熱性差，因此溫度往往較低。
【展示】氨氣電子式
當(dāng)氨分子遇到氫離子時，氨分子中的氮原子提供孤電子對與氫離子形成共價鍵，即氨分子中氮原子上的孤電子對所占據(jù)的軌道與氫離子的1s空軌道發(fā)生重疊形成共價鍵，從而形成銨根離子。
【展示】銨根離子形成過程
配位鍵：由一個原子提供一對電子與另一個接受電子的原子形成共價鍵。
在表示分子或離子的結(jié)構(gòu)式時，常用“→ ”表示配位鍵，其箭頭指向接受孤電子對的原子。
【課堂小結(jié)】師生一起回顧和總結(jié)。
【課堂練習(xí)】
1. 下列分子中，含有σ鍵而不含有π鍵的是（ ）
A. CH3CH3 B. N2 C. C2H2 D. Cl2
答案：D
2、2. 下列說法不正確的是（ ）
A. 雙鍵、三鍵都含有π鍵
B. 成鍵原子間原子軌道重疊得越多，共價鍵越牢固
C. 因每個原子未成對電子數(shù)是一定的，故與之成鍵的原子個數(shù)也一定
D. 所有原子軌道在空間都有自己的方向性
答案：D
3.下列說法不正確的是(　　)
A.σ鍵一般比π鍵原子軌道重疊程度大,形成的共價鍵強
B.兩個原子之間形成共價鍵時,最多有1個σ鍵
C.氣體單質(zhì)中,一定有σ鍵,可能有π鍵
D.一個N2分子中有1個σ鍵,2個π鍵
答案：C
4.有以下物質(zhì):①HF?、贑l2?、跦2O?、躈2?、軨2H4?、轈2H6?、逪2?、郒2O2?、酘CN(H—C≡N)。其中,只含有極性鍵的是　　　;只含有非極性鍵的是　　　;既有極性鍵,又有非極性鍵的是　　　;只有σ鍵的是　　　;既有σ鍵又有π鍵的是　　　;含有由兩個原子的s軌道重疊形成的σ鍵的是　　　;含有由一個原子的p軌道與另一個原子的p軌道重疊形成π鍵的是　　　。
答案：①③⑨ ②④⑦ ⑤⑥⑧ ①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ ⑦ ④⑤⑨

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