資源簡介

第2課時 共價鍵
教學目標
1. 理解共價鍵的概念，掌握用電子式和結構式表示共價分子的微觀結構的基本方法；
2. 知道共價鍵形成和破壞過程中的能量變化和化學反應的本質；
3. 認識共價分子的球棍模型、比例模型，了解一些簡單共價分子的空間結構。
4. 認識分子間作用力，認識物質性質與微粒間作用力的關系；簡單了解氫鍵。
教學重點
用電子式和結構式表示共價分子的微觀結構，了解分子的空間結構。物質性質與微粒間作用力的關系。
教學難點
用電子式和結構式表示共價分子的微觀結構，了解分子的空間結構。物質性質與微粒間作用力的關系。
課前準備
Cl2、HCl、H2O、NH3、CH4、N2和CO2等的球棍模型和比例模型。
教學過程
知識回顧
物質中直接相鄰的原子或離子之間存在的強烈的相互作用叫做化學鍵。其中直接相鄰的原子與原子之間的強烈的相互作用是共價鍵，而直接相鄰的離子與離子之間的強烈的相互作用是離子鍵。含離子鍵的化合物是離子化合物。
另外我們學習了如何用電子式表示原子、離子、離子化合物。注意正確理解電子式中“·”或“×”的含義是表示微粒的最外層的電子。注意表示離子、離子化合物時對陰、陽離子的表示是不同的，陽離子寫符號，陰離子達到穩定結構，用“[ ]”將電子括起來，標出陰離子的電荷數，而離子化合物用陰、陽離子的電子式表示，陰陽離子相間寫，相同離子不合并，避免出現錯誤。
導入新課
[分析]我們已經知道離子化合物由陰、陽離子構成。陰、陽離子之間是通過靜電作用形成離子鍵，進而形成了離子化合物。而像Cl2、HCl等都是由分子構成的物質，分子又是由原子構成。那么原子和原子之間是通過什么作用形成穩定的分子呢？
推進新課
[分析]兩種非金屬元素的原子化合時，原子間并不是一方失去電子轉變成陽離子，一方得到電子轉變為陰離子來形成化學鍵的，而是原子間共用最外層上的電子，形成了共用電子對以使原子雙方均達到穩定的電子層結構。共用電子對同時受到兩個原子核的吸引，從而將兩個原子緊密地聯系在一起，如同雙面膠把兩個小球粘在一起。
[板書]一. 共價鍵、共價化合物
[分析]下面我們以HCl為例，用電子式來表示、學習原子之間如何通過共價鍵形成共價化合物的。
[分析]1.像這樣的原子間通過共用電子對所形成的強烈的相互作用稱為共價鍵。而像HCl這樣的分子間相鄰的原子均通過共價鍵相結合形成的化合物屬于共價化合物。
2.原子通過共價鍵形成分子的過程要放出能量，反之，要使氣態分子中彼此結合的原子分開，使原子間的共價鍵斷裂，則要吸收能量。
3.氯化氫的形成可以看作是氫氣分子和氯氣分子先斷開舊的化學鍵產生氫原子和氯原子，接著氫原子和氯原子再形成新的化學鍵得到氯化氫。
[練習]請同學思考H2、Cl2、H2O分子中的共價鍵，并用電子式表示它們分子的微觀結構。
[答案]H∶H、、
【提問】寫出NaCl和HCl，Na2O和H2O的電子式，思考共價鍵的成鍵微粒、成鍵原理是什么？與離子鍵相比有何不同？
[回答]
NaCl HCl
電子式
Na2O H2O
電子式
離子鍵和共價鍵的比較：
離子鍵 共價鍵
成鍵微粒 陰、陽離子 原子
成鍵原理 靜電作用 共用電子對
代表物質 NaCl HCl
電子式
[點評]離子化合物的電子式由陰、陽離子的電子式共同組成。
共價化合物的電子式中不包含離子，而是原子的電子共用后形成共用電子對，沒有陰、陽離子的符號。
[板書]二. 電子式、結構式、空間構型
[練習]接下來我們繼續思考練習幾個化合物的電子式的書寫：
HF、NaBr、H2S、K2S、NH3、CH4、CCl4
[點評]注意避免的錯誤：、、、 等類似錯誤。
[分析]為了更清楚明了地表示共價分子中共價鍵的種類和數目，我們可以用結構式來表示共價分子。在結構式中，原子間的一對共用電子對用一根短線來表示，兩對共用電子對則用兩根短線表示，以此類推。對于不參與形成共價鍵的其他電子省略不寫。
以HCl、H2O為例說明如下：
HCl H2O
電子式
結構式 H—Cl H—O—H
[練習]請寫出上述練習中所有共價分子的結構式。
[答案]
H2 Cl2 HF H2S NH3 CH4 CCl4
電子式 H:H
結構式 H—H Cl—Cl H—F H—S—H
[設問]這些分子的空間的結構是否就像我們所寫的結構式這樣呢？我們來看看具體的模型。
[展示]球棍模型、比例模型若干。
[分析]球棍模型、比例模型可以表示共價分子的空間結構。球棍模型中小球表示原子，短棍代表共價鍵，球棍模型表示分子里各原子的相對位置。比例模型大體上表示各種原子的體積比。
[分析]如下圖所示，我們可以知道：
（1）H2、Cl2、HCl等雙原子分子是直線型分子；
（2）H2O分子三個原子在同一平面內，兩個氧氫鍵（H—O）成“V”形夾角，為V型分子；
（3）NH3的空間構型是三角錐形，氮原子位于三角錐形的錐頂；
（4）CH4的空間構型是正四面體，碳原子位于正四面體的中心，4個氫原子位于正四面體的四個頂點。
注：因為水分子的V型結構，所以水分子的電子式和結構式也可以表達為：，。
電子式
結構式 H—Cl Cl—Cl H—O—H
球棍模型
比例模型
[板書]三. 單鍵、雙鍵、叁鍵
[分析]以上的各個共價分子中兩個原子之間都只形成一對共用電子對，然而也有些分子的兩個原子之間能形成兩對甚至三對共用電子對的情況。
[思考]CO2、N2分子中如何安排電子共用才能使三個原子各自形成8電子穩定結構？
[回答]
[分析]（1）碳原子最外層4個電子，還需要4電子達到穩定結構；氧原子最外層6個電子，還需要2個電子達到穩定結構。如果每個氧原子分別與碳原子共用兩個電子，則碳原子將共用兩個氧原子提供的4個電子使得三個原子均達到穩定結構，所以二氧化碳的電子式為∶或者，總結為相間四個點，兩邊各四點。
注意避免的錯誤有：等。
（2）氮原子最外層5電子，各需要3電子達到8電子穩定結構，那么如果每個氮原子均提供3個電子形成三對共用電子對，那么兩個氮原子就都達到了8電子穩定結構。也就說氮氣分子中含有一個氮氮叁鍵，電子式為∶或者。總結為相間三對點，兩邊各兩點。
注意避免的錯誤：等。
[展示]CO2、N2的球棍模型或者比例模型。
【提問】請觀察模型填寫下表。
Cl2 CO2 N2
電子式
結構式
共價鍵類型
空間構型
[回答]
Cl2 CO2 N2
電子式
結構式 Cl—Cl O==C==O N≡N
共價鍵類型 單鍵 雙鍵 叁鍵
空間構型 直線形 直線形 直線形
[板書]四. 有機物中碳的成鍵特點
觀察教材圖中幾種含碳化合物的結構式，分析：
（1）各化合物分子中每個碳原子能形成共價鍵的種類和數目，有什么特點？
（2）有幾種碳原子之間的連接方式？
[回答]碳原子最外層有四個電子，一個碳原子可以形成4個共價鍵。碳原子之間可以分別構成碳碳單鍵（C—C），碳碳雙鍵（C==C）或碳碳叁鍵（C≡C）。
觀察乙烷和環己烷，發現碳原子的連接方式可以以共價鍵連接形成碳鏈，也可以形成碳環。
[小結]有機物是指大多數含碳的化合物。碳原子均以四個共價鍵連接其他原子，因為碳原子成鍵的方式和連接方式的多樣性，所以有機物的種類非常豐富。
[分析]乙烷可以簡寫為CH3—CH3或者CH3CH3（碳鏈中的碳碳單鍵也可以省略，但是雙鍵和叁鍵不能省略，否則不能與單鍵區分）。這種將結構式簡寫后得到的式子就是結構簡式。
[練習]寫出上述有機物的結構簡式。
[答案]乙烯：CH2==CH2（不能是CH2CH2）
乙炔：CH≡CH（不能是CHCH）
丁烷：CH3—CH2—CH2—CH3或者CH3CH2CH2CH3
環己烷：
[板書]五. 分子間作用力
【設問】①分子之間有沒有相互作用呢？②這種作用是否也相當強烈呢？③這種作用會影響到物質的什么性質呢？下面的學習就來解決這三個問題。
[思考1]我們知道物質有三態變化。固態、液態、氣態。固態：具有一定的體積和形狀，沒有流動性。液態：具有一定的體積，沒有一定的形狀，有流動性。氣態：沒有一定的體積和形狀，有流動性。一般來說，液態變為固態時，體積變小；液態變為氣態時，體積會顯著增大。
乙醇的三態分別是固體乙醇（固態）、乙醇（液態）、乙醇蒸氣（氣態）。乙醇的三態變化是物理變化，即乙醇分子沒有發生改變或破壞，那么是什么發生了改變呢？在變化的過程中為什么又會伴有能量的變化呢？
固體乙醇（固態）乙醇（液態）乙醇蒸氣（氣態）
［回答］乙醇由固態變化為液態繼而變化為氣態，乙醇分子間距不斷增大，而增大分子間距需要吸收能量，說明了分子間存在著一種作用力。
解析：固體、液體、氣體分子之間距離比較示意圖
固體 液態 氣體
通過上圖可以了解到物質的三態變化是物理變化。三態變化過程中，分子中的化學鍵沒有被破壞，主要是分子間的距離發生了改變。改變分子間距存在著能量的變化，說明了分子間存在著作用力。
[總結1]分子間存在著將分子聚集在一起的作用力，這種作用力稱為分子間作用力。改變分子間距，需要破壞分子間作用力。
[思考2]在通常情況下，將水加熱到100 ℃時，水便會沸騰；而要使水分解成氫氣和氧氣，卻需要將水加熱至1 000 ℃這樣的高溫，才會有水部分分解；如果通電，水則會大量的分解為氫氣和氧氣。從上述實驗事實中能夠得出什么結論？
[結論]水分解需要破壞共價鍵，使水沸騰，需要克服分子間作用力，它們所需能量的差異，說明了分子間作用力比化學鍵微弱。
[總結2]化學鍵是一種強烈的相互作用，而分子間作用力比化學鍵弱得多。由分子構成的物質，分子間作用力是影響物質熔、沸點和溶解性的重要因素之一。
[練習]共價鍵、離子鍵和分子間作用力是構成物質的微粒間的不同作用方式，下列物質中，只含有上述一種作用的是（ ）
A.干冰 B.氯化鈉 C.氫氧化鈉 D.碘
解析：干冰與碘都是由分子構成的物質，分子間存在著分子間作用力，分子內存在共價鍵。氯化鈉的離子化合物，晶體中只存在離子鍵。氫氧化鈉是離子化合物，它不僅存在離子鍵，其氫氧根中還存在共價鍵。
[答案]B
[思考3]判斷下列變化是克服了什么作用力？并思考提出的問題。
①氯化鈉熔化；氯化鈉溶于水
②氯化氫溶于水形成鹽酸
③干冰受熱升華轉化為二氧化碳氣體
問題1.為什么氯化鈉在熔化狀態或者水溶液中具有導電性，而液態氯化氫卻不具有導電性？
問題2.為什么干冰受熱升華為二氧化碳氣體，而二氧化碳在加熱條件下卻不易被分解？
[回答]①氯化鈉是離子化合物，它只含有離子鍵，熔化或溶于水，離子鍵被破壞，離子可以自由移動。
②氯化氫是共價化合物，分子內存在共價鍵，分子間存在分子間作用力。氯化氫溶于水分子電離產生離子，共價鍵被破壞。
③干冰（CO2）也是共價化合物，升華過程中，二氧化碳分子沒有變化，只是分子間距增大，所以克服了分子間作用力。
[板書]六. 氫鍵
[設問]我們已經知道一般來說物質由液態轉變為固態，分子間距縮小，體積減小，但是我們熟悉的水轉變成冰時，體積增大，密度減小，所以冰能浮在水面上。這是為什么呢？
液態水、冰晶體中水分子間的氫鍵（以虛線表示）示意圖
[分析]水具有這樣的特殊性質是由于水分子間存在一種被稱為氫鍵的特殊的分子間作用力。水分子間的氫鍵，是一個水分子中的氫原子與另一個水分子中的氧原子間所形成的分子間作用力，它比一般的分子間作用力強，但遠比化學鍵弱。在冰晶體中，水分子間所形成的氫鍵使冰的微觀結構里存在較大的間隙，因此，同質量的水和冰，冰的體積大，相同溫度下冰的密度比水小。另外由于水分子間的氫鍵使水分子間作用力增加，因此水有較高的沸點。
[小結]①氫鍵是一種分子間作用力，作用比一般的分子間作用力強，但比化學鍵弱得多。②水等物質因為具有氫鍵所以具有一些特殊的性質。
課堂小結
本節課著重學習了共價鍵、非金屬單質分子、共價化合物，以及這些物質的電子式、結構式和空間構型，初步了解了在有機物中碳的成鍵特點和有機物的結構簡式，初步感受到有機物種類繁多的原因。學習了分子間作用力，能夠辨析物質變化過程中作用力的改變情況，并簡單地了解了氫鍵是一種特殊的分子間作用力，使物質具有一些特殊的性質。
布置作業
1.關于化學鍵的下列敘述中，正確的是（ ）
A.兩個非金屬原子間不可能形成離子鍵 B.非金屬原子間不可能形成離子化合物
C.離子化合物中可能有共價鍵 D.共價化合物中可能有離子鍵
2.下列化合物中既有離子鍵又有共價鍵的是（ ）
A.Na2O2 B.NaOH C.BaCl2 D.HNO3
3.共價鍵、離子鍵和分子間作用力是構成物質的微粒間的不同作用方式。下列物質中，通過分子間作用力形成晶體的是（ ）
A.干冰 B.氯化鈉 C.氫氧化鈉 D.碘
[答案]1.AC 2. AB 3.AD
板書設計
共價鍵 分子間作用力
一. 共價鍵、共價化合物
化學反應的微觀本質：舊鍵斷裂（吸收能量），新鍵形成（放出能量）
二. 電子式、結構式、空間構型
常見含單鍵的共價分子的電子式、結構式、空間構型
H2 Cl2 HCl H2O NH3 CH4 CCl4
電子式 H∶H
結構式 H—H Cl—Cl H—Cl
空間構型 直線型 直線型 直線型 V型 三角錐形 正四面體 正四面體
三. 含雙鍵或叁鍵的共價分子的電子式、結構式、空間構型
CO2 N2
電子式
結構式 O==C==O N≡N
共價鍵類型 雙鍵 叁鍵
空間構型 直線型 直線型
四. 有機物中碳的成鍵特點
碳原子一般形成4個共價鍵
成鍵方式：碳碳單鍵（C—C）、碳碳雙鍵（C==C）、碳碳叁鍵（C≡C）
連接方式：碳鏈、碳環
五. 分子間作用力
分子間存在著將分子聚集在一起的作用力，這種作用力稱為分子間作用力。
分子間作用力比化學鍵弱得多。由分子構成的物質，分子間作用力是影響物質熔沸點和溶解性的重要因素之一。
六. 氫鍵
氫鍵是一種特殊的分子間作用力

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