化学必修2学案专题一第二单元第2课时共价键分子间作用力

第2课时共价键分子间作用力一、共价键1．形成过程(以Cl2形成为例)用电子式表示：eq\a\vs4\al(\o\al(·,·)\o(Cl,\s\up16(··),\s\do14(··))·＋\o\al(·,·)\o(Cl,\s\up16(··),\s\do14(··))·→\o\al(·,·)\o(Cl,\s\up16(··),\s\do14(··))\o\al(·,·)\o(Cl,\s\up16(··),\s\do14(··))\o\al(·,·))。2．定义：原子间通过共用电子对所形成的相互作用。3．成键粒子：原子。4．成键元素：同种或不同种非金属元素化合时能形成共价键。5．存在(1)非金属元素的多原子单质，如H2、Cl2、N2、O2等。(2)共价化合物，如HCl、H2O、CO2、NH3等。(3)某些离子化合物，如NaOH、Na2O2、NH4Cl等。6．分类(1)非极性键①概念：共用电子对不偏向任何一方的共价键。②形成条件：同种元素的原子间。(2)极性键①概念：共用电子对偏向于某一原子的共价键。②形成条件：不同种元素的原子间。7．共价化合物：以共价键形成分子的化合物。二、含有共价键分子的表示方法1．用电子式表示含共价键的粒子(1)单质分子H2：Heq\o\al(·,·)H、N2：eq\o\al(·,·)N⋮⋮Neq\o\al(·,·)。(2)化合物分子2．用电子式表示分子的形成过程N2：2·eq\o(N,\s\up16(··),\s\do14(·))·→eq\o\al(·,·)N⋮⋮Neq\o\al(·,·)。CO2：·eq\o(C,\s\up16(·),\s\do14(·))·＋2·eq\o(O,\s\up16(··),\s\do14(··))·→eq\o\al(·,·)eq\o(O,\s\up16(··))·eq\o\al(·,·)·C·eq\o\al(·,·)·eq\o(O,\s\up16(··))eq\o\al(·,·)。3．用结构式表示形成共价键的每一对共用电子对用短线表示而略去未成键电子的式子。4．含碳化合物种类和数目繁多的原因含碳化合物种类和数目繁多，是因为碳原子形成共价键的能力较强，成键形式多样：①可以形成碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键；②碳原子之间可以连接形成链状，也可以连接形成环状。③有机物的同分异构体(第三单元学习)很多。三、化学键1．概念：使原子或离子相结合的作用力。2．形成类别(1)原子间价电子的转移——离子键。(2)原子间价电子的共用——共价键。3．化学反应的本质一个化学反应的过程，本质上就是旧键断裂与新键形成的过程。四、分子间作用力1．分子间作用力(1)概念：分子间存在着将分子聚集在一起的作用力，这种作用力称为分子间作用力。(2)分子间作用力的特征①分子间作用力比化学键弱。②存在于分子之间，且分子充分接近时才有相互间的作用力。③分子间作用力主要影响物质的熔沸点和溶解性等物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。如水从液态转化为气态只需要克服分子间作用力，不需要破坏化学键。(3)分子间作用力的存在一般存在于大多数共价化合物和非金属单质的分子间，如H2O、N2、He等分子之间；也可以存在于混合物的不同分子间，如空气中的N2和O2分子之间也存在分子间作用力。2．氢键水分子间的氢键，是一个水分子中的H原子与另一个水分子中的O原子间所形成的较强的静电作用。水分子间的氢键使水分子间作用力增强，因此水有较高的沸点。在冰晶体中，水分子间形成的氢键比液态水中形成的氢键更多，水分子间所形成的氢键使冰的微观结构里存在较大的空隙，因此，相同温度下冰的密度比水小。2.离子化合物与共价化合物的比较从元素原子结构特点来看，离子键和共价键形成的条件是什么？即什么样的元素原子之间容易形成离子键，什么样的元素原子之间可以形成共价键？提示：从元素原子结构特点分析，元素原子的半径越小，最外层电子数越多，则原子越容易通过得到电子的方式而达到稳定结构；元素原子的半径越大，最外层电子数越少，则原子越容易通过失去电子的方式而达到稳定结构；前者一般是非金属元素原子，后者一般是金属元素原子。一般情况下，活泼金属元素原子与活泼非金属元素原子之间容易形成离子键，而非金属元素原子之间形成的是共价键。需要注意的是这里说的是一般情况，也就是说还可能有特殊情况存在。【例1】下列叙述中，不正确的是()A．含有共价键的物质一定是共价化合物B．H2O2中既含有极性键又含有非极性键C．CaO和NaCl晶体熔化时均要破坏离子键D．H2SO4熔融态不导电【思路分析】要注意概念的本质特征，防止非本质因素的干扰，另外还可利用反例法进行判断。【解析】部分非金属单质如O2、N2中含有共价键，但不属于化合物；某些离子化合物如NaOH中既含有离子键又含有共价键。【答案】A关于共价键的说法正确的是(B)A．金属原子在化学反应中只能失去电子，因而不能形成共价键B．由共价键形成的分子可以是单质分子，也可以是化合物分子C．离子化合物中不可能含有共价键D．共价键只能在不同种原子之间形成解析：A不正确，金属原子在化学反应中可以形成共价键；B正确；C不正确，离子化合物中一定有离子键，可能有共价键；D错误，共价键在不同种原子和同种原子之间均可以形成。探究点二判断离子化合物、共价化合物的方法1．根据化合元素的性质判断一般来说，活泼的金属元素跟活泼的非金属元素化合时形成的化合物是离子化合物，其他的元素化合时形成的化合物是共价化合物。常见的活泼金属元素是元素周期表中第ⅠA族的金属元素和第ⅡA族中除铍以外的金属元素；常见的活泼非金属元素是元素周期表中第ⅦA族元素，还有氮、氧、硫等元素。如NaCl、CaO、K2S、Mg3N2等化合物都是典型的离子化合物。2．根据组成化合物的粒子类型判断化合物中，由阴、阳离子组成的化合物是离子化合物，其他的是共价化合物。常见的阳离子有K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋、Ba2＋、Ag＋、NHeq\o\al(＋,4)等，常见的阴离子有F－、Cl－、Br－、I－、O2－、Oeq\o\al(2－,2)、S2－、ClOeq\o\al(－,3)、ClO－、SOeq\o\al(2－,4)、SOeq\o\al(2－,3)、HSOeq\o\al(－,3)、NOeq\o\al(－,3)、POeq\o\al(3－,4)、HPOeq\o\al(2－,4)、H2POeq\o\al(－,4)、COeq\o\al(2－,3)、HCOeq\o\al(－,3)、SiOeq\o\al(2－,3)、MnOeq\o\al(－,4)等。3．根据化合物的基本类型判断①常见的盐中绝大多数是离子化合物，少数盐是共价化合物。如AlCl3、Pb(CH3COO)2是共价化合物。②常见的强碱都是离子化合物，弱碱是共价化合物。如NaOH、KOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2等强碱是离子化合物，NH3·H2O、Al(OH)3等弱碱是共价化合物。③多数金属的氧化物、过氧化物是离子化合物，非金属氧化物一般是共价化合物。如MgO、CaO、Na2O、K2O、Na2O2等是离子化合物，SO2、SO3、NO2、CO2、CO、SiO2、P2O5、H2O、H2O2等是共价化合物。④活泼金属的氢化物是离子化合物，非金属的氢化物是共价化合物。如NaH、CaH2是离子化合物，HF、HCl、HBr、HI、H2O、H2S、NH3、PH3、CH4是共价化合物。⑤CH3CH2OH(酒精或叫做乙醇)、蔗糖、甲烷等常见的有机化合物都是共价化合物。4．根据化合物的导电性判断在熔融状态下能导电的化合物是离子化合物，其他的化合物是共价化合物。5．根据化合物的熔点、沸点判断熔点、沸点比较高的化合物可能是离子化合物，熔点、沸点较低的化合物可能是共价化合物。化学键类型与化合物类别的关系如何？提示：①存在离子键的化合物一定是离子化合物。②离子化合物中一定存在离子键，可能存在共价键，如NaOH、Na2O2、(NH4)2SO4等。③全部由非金属元素组成的化合物中也可能存在离子键，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐，铵根离子和酸根离子之间以离子键相结合。④共价化合物中只有共价键，一定没有离子键。⑤含有共价键的化合物不一定是共价化合物，如NH4Cl、NaOH、Na2O2等是离子化合物。【例2】下列物质按只含离子键、只含共价键、既含离子键又含共价键的顺序排列的是()A．氯气二氧化碳氢氧化钠B．氯化钠过氧化钠氯化铵C．氯化钠过氧化氢氯化铵D．氯化钠氦气氢氧化钠【思路分析】首先分析物质的类别，根据物质的类别判断所含的化学键类型，再看组成微粒的某些原子间是否存在共价键。【解析】氯气和二氧化碳分子中都只含共价键，NaOH中含有离子键和共价键，A不符合；NaCl中只含离子键，过氧化钠和氯化铵中含有离子键和共价键，B不符合；NaCl中只含离子键，H2O2中只含共价键，NH4Cl中含有离子键和共价键，C符合；NaCl中只含离子键，He中不含化学键，D不符合。【答案】C下列每组物质中含有的化学键类型相同的是(C)A．NaCl、HCl、H2O、NaOH B．Cl2、Na2S、HCl、SO2C．HBr、CO2、H2O、CS2 D．Na2O2、H2O2、H2O、O3解析：解此类题目的关键在于弄清各类化学键的形成本质。离子键是由阴、阳离子相互作用形成的，非极性键是由同种元素原子形成的共价键，极性键是由不同种元素原子形成的共价键。A项中NaCl与NaOH中含有离子键，而HCl和H2O中只有共价键，NaOH中也含有共价键；B项Cl2、HCl、SO2中只含共价键，而Na2S中只含离子键；而C项中均只含有共价键；D项中Na2O2含离子键、共价键，H2O2、H2O、O3中只含共价键，故C项正确。探究点三物质的变化过程中化学键的变化1．化学反应过程(1)化学反应过程中反应物一定有化学键被破坏，如H2＋F2=2HF，H—H键、F—F键均被破坏。(2)化学反应时，并不是反应物中所有的化学键都被破坏，如(NH4)2SO4＋BaCl2=BaSO4↓＋2NH4Cl，只破坏反应物中的离子键，而共价键未被破坏。2．离子化合物的溶解或熔化过程对于离子化合物，溶于水或熔化后均电离成为自由的阴、阳离子，离子键被破坏。3．共价化合物的溶解或熔化过程(1)溶解过程①有些共价化合物溶于水后，能与水反应，其分子内共价键被破坏。例如：CO2、SO3等。②有些共价化合物溶于水后，与水分子作用形成水合离子，从而发生电离，形成阴、阳离子，其分子内的共价键被破坏。例如：HCl、H2SO4等强酸。③某些共价化合物溶于水后，其分子内的化学键不被破坏。例如：蔗糖(C12H22O11)、酒精(C2H5OH)等。(2)熔化过程①由分子构成的共价化合物，熔化时只破坏分子间作用力，而不破坏化学键。②由原子构成的共价化合物，如SiO2，熔化时破坏共价键。4．单质的熔化或溶解过程(1)由分子构成的固体单质，如I2的升华、P4的熔化只破坏分子间作用力，而不破坏化学键。(2)由原子构成的单质，如金刚石、晶体硅，熔化时破坏共价键。(3)对于某些活泼的非金属单质，溶于水后，能与水反应，其分子内共价键被破坏，如Cl2、F2等。有化学键断裂的过程一定是化学变化吗？提示：不一定。化学反应不仅要有旧化学键的断裂，还要有新化学键的形成。只有旧化学键断裂的变化不一定是化学变化，如NaCl受热熔化，断裂离子键，HCl溶于水，断裂共价键，但都不是化学变化。【例3】CO2气体在一定条件下可与金属镁反应，干冰在一定条件下也可以形成CO2气体，这两个变化过程中需要克服的作用力分别是()A．分子间作用力、离子键B．化学键、分子间作用力C．化学键、化学键D．分子间作用力、分子间作用力【思路分析】首先搞清楚构成物质的粒子之间的作用力，然后根据发生的变化作出判断。【解析】CO2气体在一定条件下可以与金属镁反应生成氧化镁和碳，破坏了二氧化碳分子内碳和氧原子间的作用力，即化学键；干冰形成CO2气体，克服的是分子间作用力。【答案】B下列反应过程中，同时有离子键、极性共价键和非极性共价键的断裂和形成的反应是(D)A．NH4Cleq\o(=,\s\up17(△))NH3↑＋HCl↑B．NH3＋CO2＋H2O=NH4HCO3C．2NaOH＋Cl2=NaCl＋NaClO＋H2OD．2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2解析：A、B中无非极性键的断裂和形成，C中有非极性键(Cl—Cl)的断裂但无非极性键的形成，故选D。D中Na2O2既有离子键又有非极性共价键，CO2中有极性共价键，O2中有非极性共价键。探究点四分子间作用力和氢键1．范德华力物质的分子间普遍存在着作用力，这种分子间作用力也叫做范德华力。分子间作用力的实质是电性引力，结构相似的物质，其相对分子质量越大，分子间作用力就越大，其熔点、沸点也就越高。(1)分子间作用力的主要特征①广泛存在于分子之间；②只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力，如固体和液体物质中；③分子间作用力远远小于化学键；④由分子构成的物质，其熔点、沸点、溶解度等物理性质主要由分子间作用力大小决定。(2)影响分子间作用力大小的因素①组成与结构相似的物质。相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高，如：I2>Br2>Cl2>F2；HI>HBr>HCl；Ar>Ne>He。②分子的空间构型。一般来说，分子的空间构型越对称，分子间的作用力越小。2．氢键氢原子和吸引电子能力较强的X原子形成共价键之后，又与另外一个吸引电子能力较强的Y(F、O、N等)原子产生较弱的静电引力，这种作用力叫氢键。可以表示为X—H…Y。氢键比化学键弱得多，但比分子间作用力稍强。通常我们也可把氢键看作是一种比较强的分子间作用力。根据元素周期律，卤素氢化物的水溶液均应为强酸性，但HF表现为弱酸的性质，其原因为分子间存在氢键F—H…F。(如图)与吸电子能力强的元素相结合的氢原子，由于键的极性太强，使共用电子对极大地偏向这些原子。而H原子几乎成了不带电子、半径极小的带正电的核，它会受到相邻分子中吸电子能力强、半径较小的这些原子中孤对电子的强烈吸引，而在分子间表现出较强的作用力，这种作用力就是氢键。氢键的形成对化合物的物理和化学性质具有重要的影响。如化合物的熔、沸点主要取决于分子间作用力。以氧族元素为例，H2Te、H2Se、H2S随相对分子质量的减小，分子间作用力依次减弱，因而熔、沸点依次降低。然而H2O由于分子间氢键O—H…O的形成，分子间作用力骤然增强，从而改变了Te→S氢化物熔、沸点降低的趋势而猛然升高，卤族元素中的HF和氮族中的NH3也有类似情况。又如，绝大多数物质的密度总是固态大于液态的，但H2O在0℃附近的密度却是液态大于固态的，这是因为固态H2O(冰)分子间存在O—H…化学键、分子间作用力、氢键有什么区别？提示：【例4】下列关于氢键的说法不正确的是()A．HF的沸点比HCl的沸点高，是由于HF分子间存在氢键B．水在结冰时体积膨胀，是由于水分子之间存在氢键C．NH3的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键D．在氨水中水分子和氨分子之间也存在着氢键【思路分析】氢键是一种较强的分子间作用力，它主要影响物质的物理性质，而物质的稳定性属于化学性质。【解析】氢键是某些氢化物(如NH3、H2O、HF等)分子间存在的比分子间作用力稍强的作用力，它的存在使氢化物的熔、沸点相对较高，因此HF的沸点高是由于分子间形成氢键所致，A项正确；水在结冰时体积膨胀是由于水分子间以氢键结合排列成规整的晶体，从而使冰的结构中有许多空隙，造成体积膨胀，B项正确；NH3的稳定性取决于N—H键的强弱，而不是氢键，C项错误；氨分子和水分子之间主要是以氢键结合的，D项正确。【答案】CA、B、C、D四种短周期元素，它们的原子序数依次增大，其中A与C、B与D分别是同主族元素；已知B、D两元素可形成DB2和DB3两种化合物，二者的相对分子质量相差16；又A、C两元素原子序数之和是B、D两元素原子序数之和的eq\f(1,2)。请回答下列问题：(1)写出由B、C两种元素形成的原子个数之比为11的化合物的电子式eq\a\vs4\al(Na＋[\o(O,\s\up16(··),\s\do14(··))\o(O,\s\up16(··),\s\do14(··))]2－Na＋)，该化合物中所含化学键的类型是离子键、共价键。(2)沸点：A2B高于(填“高于”或“低于”)A2D，其原因是H2O分子之间能形成氢键，使其沸点比H2S的高。(3)由A、B、C、D四种元素形成的物质X，能与盐酸反应生成具有刺激性气味的气体，写出X与盐酸反应的离子方程式eq\a\vs4\al(HSO\o\al(－,3)＋H＋=SO2↑＋H2O)。解析：解答本题需要注意两点：(1)分子间作用力及氢键影响物质的物理性质；(2)化学键影响物质的化学性质。已知B、D两种元素可形成DB2和DB3两种化合物，且二者的相对分子质量相差16，可推出B的相对原子质量为16，所以B为O；又B、D为同主族的短周期元素，且D的原子序数大于B的，所以D为S；B、D两种元素的原子序数之和的eq\f(1,2)是12，又A、C同主族，所以A为H，C为Na。B、C形成的原子个数之比为11的化合物为Na2O2，既含有离子键，又含有共价键。水分子之间易形成氢键，使其沸点比H2S的高。1．下列非金属元素形成的简单氢化物中沸点最高的是(A)A．氧B．氟C．氮D．硫解析：A.氧元素形成的简单氢化物是水，其常温下是液体，因为水分子之间可以形成氢键，所以水的沸点较高；B.氟元素形成的气态简单氢化物是HF，常温下是气体；C.氮元素形成的简单气态氢化物是氨气，常温下是气体；D.硫形成的简单气态氢化物是硫化氢，常温下是气体。综上所述，以上非金属元素形成的简单氢化物中沸点最高的是水，故选A。2．下列有关化学键的说法正确的是(B)A．化学键是相邻原子间的相互作用，它存在于分子、原子团、晶体中B．离子键是阴、阳离子通过静电作用形成的化学键C．共价键只存在于共价化合物中D．非金属元素的原子之间不可能形成离子键解析：化学键定义中有两个关键词：一是“相邻”，二是“强烈”，A项叙述不完全；B项是对离子键形成原因的本质的概括；C项忽视了共价单质分子或离子化合物中的原子团中也存在共价键；D项只考虑了一般情况而忽略了特殊情况，如NH4Cl等铵盐，则是全部由非金属元素形成的离子化合物，即存在离子键。3．水电解生成H2和O2，水受热汽化成水蒸气。下列说法正确的是(C)A．前者属化学变化，只破坏分子间作用力B．后者属物理变化，破坏了化学键C．H2O比H2S的沸点高是因为水分子间存在氢键D．分子间作用力比化学键强，比氢键弱解析：前者属化学变化，破坏了化学键，同时也有新化学键形成，A错误；后者属物理变化，只破坏了分子间作用力，B错误；水中含氢键，使其沸点较高，C正确；分子间作用力弱于氢键，氢键弱于化学键，D错误。4．下列物质的电子式书写正确的是(C)解析：先判断化合物的类型，再检查是否满足稳定结构，各选项电子式的正确书写为：5．现有如下说法：①在水中氢、氧原子间均以化学键相结合②金属和非金属化合形成离子键③离子键是阳离子、阴离子的相互吸引④根据电离方程式：HCl=H＋＋Cl－，可判断HCl分子里存在离子键⑤H2和Cl2的反应过程是H2、Cl2分子里共价键发生断裂生成H、Cl，而后H、Cl形成离子键上述各种说法正确的是(B)A．①②⑤正确 B．都不正确C．④正确，其他不正确 D．仅①不正确解析：水中存在分子内的H、O原子之间的相互作用，但也存在分子间的H、O原子间的相互作用，而化学键只指分子内相邻原子间强烈的相互作用，故①叙述不正确。离子键不是存在于任何金属和非金属微粒间，只是活泼金属和活泼非金属化合时，才可形成离子键，故②叙述不正确。在离子化合物中，阴、阳离子间存在相互作用，但不单指吸引力，还有相互排斥力，故③叙述不正确。HCl分子中不存在离子，它属于共价化合物，分子中没有离子键，故④叙述不正确。化学反应的本质是旧键断裂、新键形成的过程，但HCl中存在的是共价键而非离子键，故⑤不正确。6．下面是同学们熟悉的物质：①O2②金刚石③NaBr④H2SO4⑤Na2CO3⑥NH4Cl⑦NaHSO4⑧Ne⑨Na2O2⑩NaOH(1)这些物质中，只含有共价键的是①②④(填序号，下同)；只含有离子键的是③；既含有共价键又含有离子键的是⑤⑥⑦⑨⑩；不存在化学键的是⑧。(2)属于共价化合物的是④；属于离子化合物的是③⑤⑥⑦⑨⑩。(3)将NaHSO4溶于水，破坏了NaHSO4中的离子键和共价键，写出其电离方程式：NaHSO4=Na＋＋H＋＋SOeq\o\al(2－,4)；NaHSO4在熔融状态下电离，破坏了离子键，写出其电离方程式：NaHSO4=Na＋＋HSOeq\o\al(－,4)。解析：O2、金刚石中只含有共价键；H2SO4只含有共价键，是共价化合物；NaBr中只含有离子键，是离子化合物；Na