师:今天我们学习高一化学第四章第三节。通过今天的学习,希望同学们达到以下目标:以典型物质为例,认识共价键的形成,进一步建立化学键的概念;能用电子式对共价键进行表征;能描述和表示化学键理论模型,并指出模型含义;能从化学键角度对物质进行分类,知道分子存在一定的空间结构;认识化学键的断裂和形成是化学反应中物质变化的实质及能量变化的主要原因。
这是一瓶氯化氢气体,请问氯化氢气体是由什么微粒构成?
生:是由氯化氢分子构成。
师:没错,这是氯化氢分子的模型,每一个氯化氢分子都是由一个氢原子和一个氯原子构成。我们将氯化氢气体加热到1200度,氯化氢分子就分解成氢原子和氯原子。从这里可以看出,氢原子和氯原子之间存在很强的相互作用。那么,氢原子和氯原子依靠什么相互作用结合成稳定的氯化氢分子呢?这是氢原子和氯原子的电子式,氢原子、氯原子都是非金属原子,都倾向于得电子。那么氢原子和氯原子如何结合才能使最外层都达到稳定结构呢?我们现在来看一个表示氯化氢形成的动画。
(播放动画)
师:从动画中可以看出,氢原子拿出最外层一个电子,氯原子拿出最外层一个电子,组成一个电子对,然后将这个电子对放在两个原子之间共用,我们把这个电子对叫共用电子对。通过共用电子对,氢原子和氯原子均达到了稳定结构,也是通过共用电子对,氢原子和氯原子产生了强烈的相互作用,生成了稳定的氯化氢分子。我们也能用电子式来表示这个形成过程。
在反应物当中,氢原子和氯原子并没有电子转移,产物生成的是氯化氢分子,而不是氢离子与氯离子。我们对比一下氯化钠的形成过程,反应物钠原子将电子给了氯原子,产物形成了钠离子与氯离子。我们再来看一下氯气的形成过程,两个氯原子也是通过共用电子对结合生成了氯气分子。那我们把原子间通过共用电子对形成的强烈相互作用就称作共价键。根据定义,共价键的成键微粒是原子,共价键的成键元素通常是非金属元素。为什么呢?因为非金属元素的原子倾向于得电子,因此它们通常通过共用电子对的方式结合在一起。
但有一个例外大家要注意,那就是氯化铝,铝是活泼的金属,氯是活泼的非金属,但是科学家发现铝和氯是通过共用电子对的形式结合在一起生成了氯化铝分子,并不存在铝离子与氯离子。这是氯化氢的电子式,请问氯化氢分子中的共用电子对是否恰好处于氢原子和氯原子的正中间呢?
生:当然不可能。
师:为什么呢?
生:因为氢原子和氯原子对共用电子对的吸引能力不一样,共用电子对一定会偏向对它吸引能力强的原子那边。
师:没错,我们可以用一个动画来看共用电子对是如何发生偏移的。
(播放动画)
师:从动画中我们可以看到共用电子对偏向了氯原子,因为氯原子对共用电子对的吸引能力更强。这是氯气的电子式,请问两个氯原子之间的共用电子对是否恰好处于正中间呢?
生:是的,因为两个氯原子对共用电子对的吸引能力肯定是一样的。
师:按照共用电子对是否有偏移,我们可以把共价键分成非极性键和极性键。非极性键就是共用电子对不偏移的共价键,极性键就是共用电子对偏向一边的共价键。由刚才的分析我们可以知道,同种元素的原子形成共用电子对的时候,由于原子对共用电子对的吸引能力相同,共用电子对不会发生偏移,我们可以用A—A来表示。当不同种元素的原子形成共价键的时候,由于不同种元素的原子对共用电子对的吸引能力有差别,因此共用电子对一定会偏向一边,我们用A—B来表示这种情况。我们把以共用电子对形成分子的化合物称作共价化合物,常见的例子有氯化氢、二氧化碳、水、甲烷。我们回顾一个老问题,盐酸的水溶液为何能导电?
生:氯化氢气体溶于水就形成了盐酸,氯化氢是共价化合物,它是由中性的氯化氢分子构成,不可能导电。当氯化氢溶于水之后,在水分子的作用下,氢原子和氯原子之间的共价键断裂,生成了自由移动的氢离子和氯离子,因此盐酸的水溶液能导电。
师:很好,我们再回顾一下另外一个问题,液态氯化氢为何不能导电?
生:氯化氢在常温是气态,它降温才能生成液态氯化氢,那么在降温的过程当中,氢原子和氯原子之间的共价键不可能断裂,氯化氢还是以中性分子的形式存在,因此不会导电。
师:接下来我们学习一下如何用电子式、结构式、分子结构模型来表示分子。首先我们学习一下如何书写分子的电子式,最关键就是要确定原子之间存在几个共用电子对。首先我们来思考这样一个问题,形成一个共用电子对,成键原子最外层增加几个电子?
生:形成一个共用电子对之后,氢原子和氯原子最外层均增加了一个电子。
师:按照这个思路,我们可以推知一个原子的最外层电子离8电子稳定结构还差几个,它就要形成几个共用电子对。当然有一个元素是例外,那就是氢,因为氢的稳定结构是两电子结构。那我们按照这个思路去分析氯化氢需要形成几个共用电子对。
