2.1.1共价键 选择性必修2 第二章 分子结构与性质(含答案)

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2.1.1共价键 选择性必修2 第二章 分子结构与性质(含答案)

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2.1.1共价键
【核心素养发展目标】
1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键,知道共价键具有饱和性和方向性
2.知道根据原子轨道的重叠方式,共价键可分为σ键和π键等类型,熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数
3.知道键能、键长、键角等键参数的概念,能用键参数说明简单分子的某些性质
【主干知识梳理】
一、共价键
1.共价键的形成
(1)概念:原子间通过共用电子对所形成的相互作用叫做共价键
(2)成键的粒子:一般为非金属原子(相同或不相同)或金属原子与非金属原子
(3)成键的实质:原子间通过共用电子对(即原子轨道重叠)产生的强烈作用
(4)成键条件:非金属元素的原子最外层未达到饱和状态(即8电子稳定结构),相互间通过共用电子对形成共价键
①同种或不同种非金属元素的原子的结合,如:H2、O2、CO2、H2O
②部分金属元素的原子和非金属原子结合,如:AlCl3、BeCl2
(5)存在范围
①非金属单质分子(稀有气体除外),如:H2、O2、N2、Cl2
②非金属形成的化合物中,如:CO2、H2O、H2SO4、NH3、CH4
③部分离子化合物中,如:NaOH、Na2SO4、NH4NO3
④某些金属和非金属形成的化合物中,如:AlCl3、BeCl2
(6)共价键表示方法
①用电子式表示:用小黑点(或×)表示最外层电子,如:
②用结构式表示:用一根短线来表示一对共用电子对,如:H-H
(7)共价键的形成过程
①用电子式表示H2的形成过程:
②用原子轨道描述氢原子形成氢分子的过程
原子轨道在两个原子核间重叠,意味着电子出现在核间的概率增大,电子带负电,因而可以形象的说,核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁,把带正电的两个原子核“黏结”在一起了
2.共价键的特征
(1)饱和性:按照共价键的共用电子对理论,一个原子有几个未成对电子,便可和几个自旋状态相反的电子配对成键,这就是共价键的饱和性,如:H 原子、Cl原子都只有一个未成对电子,因而只能形成H2、HCl、Cl2分子,不能形成H3、H2Cl、Cl3等分子,水的分子式是H2O而不能是OH或H3O或HO2等
①用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下:
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②氢、卤原子只有一个未成对电子,只形成1个价键:-H、-X
③氧、硫原子有2个未成对电子,总是形成两个价键:=O或-O-
④氮原子有3个未成对电子,与C、H等电负性比氮小的元素的原子成键时总是形成三个价键
⑤共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系
(2)方向性:除s轨道是球形对称外,其他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,如图所示:
①共价键的方向性决定了分子的立体构型
②并不是所有共价键都具有方向性,如两个s电子形成共价键时就没有方向性
3.共价键的分类
【对点训练1】
1.从电负性的角度来判断下列元素的原子之间易形成共价键的是(  )
A.Na和Cl B.H和F C.K和F D.Ca和O
2.下列表示原子间形成共价键的化学用语正确的是(  )
A. B.
C. D.
3.原子间形成分子时,决定各原子相互结合的数量关系的是(  )
A.共价键的方向性 B.共价键的饱和性
C.共价键原子的大小 D.共价键的稳定性
4.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是(  )
A.H2O2(过氧化氢):H—O===O—H B.N2H4(肼):
C.C2H5SH(乙硫醇): D.SiHCl3(三氯氢硅):
5.下列物质的化学式和结构式中,从成键情况看不合理的是(  )
A.CH3N: B.CH4S:
C.CH2SeO: D.CH4Si:
6.对三硫化四磷分子的结构研究表明,该分子中没有不饱和键,且各原子的最外层均已达到了8个电子的稳定结构。则一个三硫化四磷分子中含有的共价键个数是(  )
A.7个 B.9个 C.19个 D.不能确定
二、共价键类型——σ键和π键(按成键原子的原子轨道的重叠方式分类)
1.σ键
(1)σ键的形成:沿键轴(两原子核的连线)方向以“头碰头”的方式发生原子轨道重叠,轨道重叠部分呈圆柱形对称沿着键轴分布,具有轴对称特征的共价键称为σ键
(2)σ键的类型:根据成键电子原子轨道的不同,σ键可分为s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键
①s-s σ键:两个成键原子均提供s轨道形成的共价键
②s-p σ键:两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键
③p-p σ键:两个成键原子均提供p轨道形成的共价键
(3)σ键的特征
①以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作,共价键电子云的图形不变,这种特征称为轴对称
②形成σ键的原子轨道重叠程度较大,故σ键有较强的稳定性
(4)σ键的存在:共价单键为σ键;共价双键和共价三键中存在一个σ键
2.π键
氮分子形成示意图
氮分子的2个px单电子沿着x- x轴方向形成p- p σ键后,由于py、pz原子轨道垂直于px所在的平面,py、pz的单电子不可能再沿着(y,z)轴的方向以“头碰头”形成σ键,而只能是以“肩并肩”的方式重叠,我们把这种以“肩并肩”的方式重叠的共价键叫π键
(1)π键的形成:由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成,重叠形成的电子云由两块形成,分别位于两原子核构成的平面两侧,互为镜像而具有镜像对称特征的共价键称为π键,形成π键的电子称为π电子,p轨道和p轨道形成π键的过程如图所示
(2)π键的特征
①每个π键的电子云由两块组成,分别位于由两原子核构成平面的两侧,如果以它们之间包含原子核的平面为镜面,它们互为镜像,这种特征称为镜面对称
②形成π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时小,π键没有σ键牢固
③以形成π键的两个原子核的连线为轴,任意一个原子并不能单独旋转,π键不能旋转,若旋转则会破坏π键
(3)π键的存在:π键通常存在于双键或三键中
【微点拨】
①s轨道与s轨道形成σ键时,电子并不是只在两核间运动,只是电子在两核间出现的概率大
②因s轨道是球形的,故s轨道与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
④σ键和π键总称价键轨道,但分子形成共价键时,先形成σ键后才形成π键
3.判断σ键、π键的一般规律
共价单键为σ键;共价双键中有一个σ键,另一个是π键;共价三键由一个σ键和两个π键构成
观察下图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构回答
(1)乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成? 乙烷分子由7个σ键组成;乙烯分子由5个σ键和1个π键组成;乙炔分子由3个σ键和2个π键组成
(2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼呢? 乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度小,不稳定,容易断裂。而乙烷中没有π键,σ键稳定,不易断裂
4.σ键与π键的比较
键的类型比较项目 σ键 π键
概念 形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠 形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“肩并肩”的方式重叠
原子轨道重叠方式 头碰头 肩并肩
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
特征(电子云形状) 原子轨道重叠部分沿键轴呈轴对称 原子轨道重叠部分分别位于两原子核构成平面的两侧,呈镜面对称
类型 s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键 p-p π键
键的性质 σ键可沿键轴自由旋转,不易断裂 π键不能旋转,易断裂
键的强度 较大 较小
化学活泼性 不活泼 活泼
示意图 INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\W44.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\W44.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\W45.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\W45.TIF" \* MERGEFORMATINET
存在的情况 能单独存在,可存在于任何含共价键的分子中 不能单独存在,必须与σ键共存,可存在于双键和三键中
【对点训练2】
1.下列有关σ键和π键的说法错误的是(  )
A.含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者
B.当原子形成分子时,首先形成σ键,可能形成π键
C.有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键,不能形成π键
D.在分子中,化学键可能只有π键而没有σ键
2.在N2F2分子中,所有原子均符合8电子稳定结构,则该分子中两个氮原子之间的键型构成是(  )
A.仅有一个σ键 B.仅有一个π键 C.一个σ键,一个π键 D.一个σ键,两个π键
3.下列分子中的σ键是由两个原子的s轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是(  )
A.H2 B.CCl4 C.Cl2 D.F2
4.根据氢原子和氟原子的核外电子排布,对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是(  )
A.两者都为s-s σ键 B.两者都为p-p σ键
C.前者为p-p σ键,后者为s-p σ键 D.前者为s-s σ键,后者为s-p σ键
三、键参数——键能、键长与键角
1.键能
(1)概念:气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。键能通常是298.15 K、100 kPa条件下的标准值,单位是kJ·mol-1
(2)意义:共价键的键能越大,共价键就越不容易断裂,成键原子间的结合就越牢固。结构相似的分子,键能越大,分子越稳定
(3)共价键强弱的判断:成键原子的原子半径越小,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
(4)键能的应用
①判断共价键的稳定性:原子间形成共价键时,原子轨道重叠程度越大,释放能量越多,所形成的共价键键能越大,共价键越稳定
②判断分子的稳定性:一般来说,结构相似的分子,共价键的键能越大,分子越稳定
③计算化学反应的反应热:在化学反应中,旧化学键的断裂吸收能量,新化学键的形成释放能量,因此反应焓变与键能的关系为ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和
ΔH<0时,为放热反应;ΔH>0时,为吸热反应
2.键长
(1)概念:构成化学键的两个原子的核间距,因此原子半径决定共价键的键长,原子半径越小,共价键的键长越短
(2)键长的应用:一般共价键的键长越短,往往键能越大,表明共价键越稳定,分子越稳定
(3)键长的比较方法
①根据原子半径比较,同类型的共价键,成键原子的原子半径越小,键长越短
②根据共用电子对数比较,相同的两个原子间形成共价键时,单键键长>双键键长>三键键长
3.键角
(1)概念:在多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角
(2)应用:在多原子分子中键角是一定的,这表明共价键具有方向性,因此键角影响着共价分子的空间结构
(3)常见分子的键角与分子空间结构
化学式 键角图解 键角 空间结构
CO2 180° 直线形
NH3 107°18′ 三角锥形
H2O 104.5° V形
BF3 120° 平面三角形
CH4 109°28′ 正四面体形
【微点拨】
①并不是所有共价键都存在三个键参数,如双原子分子中不存在键角
②由分子构成的物质,其熔沸点与共价键的键长和键能无关
③并非所有的共价键都满足“键长越小,键能越大”
如卤素单质分子中的键长:F—F<Cl—Cl,但键能F—F<Cl—Cl
④键长和键角的数值可以通过晶体的X射线衍射实验获得
【对点训练3】
1.人们常用HX表示卤化氢(X代表F、Cl、Br、I),下列说法中,正确的是(  )
A.形成共价键的两个原子之间的核间距叫做键长 B.H-F的键长是H-X中最长的
C.H-F是p-p σ键 D.H-F的键能是H-X中最小的
2.从键长的角度来判断下列共价键中最稳定的是(  )
A.H-F B.N-H C.C-H D.S-H
3.能说明BF3分子中四个原子在同一平面的理由是(  )
A.任意两个键的夹角为120° B.B—F是非极性共价键
C.三个B—F的键能相同 D.三个B—F的键长相等
4.下列事实不能用键能的大小来解释的是(  )
A.N元素的电负性较大,但N2的化学性质很稳定 B.稀有气体一般难发生化学反应
C.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱 D.F2比O2更容易与H2反应
5.已知N2+O2===2NO为吸热反应,ΔH=+180 kJ·mol-1,其中N≡N、O==O的键能分别为946 kJ·mol-1、498
kJ·mol-1,则N—O的键能为(  )
A.1 264 kJ·mol-1 B.632 kJ·mol-1 C.316 kJ·mol-1 D.1 624 kJ·mol-1
【课时跟踪检测】
1.下列不属于共价键成键因素的是(  )
A.共用电子对在两原子核之间高概率出现 B.共用的电子必须配对
C.成键后体系能量降低,趋于稳定 D.两原子体积大小要适中
2.下列说法正确的是(  )
A.含有共价键的化合物一定是共价化合物 B.由共价键形成的分子一定是共价化合物
C.分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物 D.只有非金属原子间才能形成共价键
3.下列各组物质中,所有化学键都是共价键的是(  )
A.H2S和Na2O2 B.H2O2和CaF2
C.NH3和N2 D.HNO3和NaCl
4.下列电子式书写错误的是(  )
A.甲烷  B.氟化钠 
C.过氧化氢  D.BF3 
5.下图表示氢原子的电子云重叠示意图。以下各种说法中错误的是(  )
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A.图中电子云重叠意味着电子在核间出现的机会多
B.氢原子的核外的s轨道重叠形成共价键
C.氢原子的核外电子呈云雾状,在两核间分布得密一些,将两核吸引
D.氢原子之间形成σ键,s-s σ键没有方向性
6.下列说法正确的是(  )
A.Cl2是双原子分子,H2S是三原子分子,这是由共价键的方向性决定的
B.H2O与H2S的空间结构一样是由共价键的饱和性决定的
C.并非所有的共价键都有方向性
D.两原子轨道发生重叠后,电子在两核间出现的概率减小
7.下列对于乙烯中化学键的分析中正确的是(  )
A.在乙烯分子中有一个σ键、一个π键
B.乙烯在发生加成反应时,断裂的是碳原子间的σ键
C.乙烯可以在一定条件下制得氯乙烯,在该过程断裂的是C—H σ键
D.乙烯分子中的σ键关于镜面对称
8.下列说法正确的是(  )
A.π键是由两个原子的p轨道“头碰头”重叠形成的
B.σ键是镜面对称,而π键是轴对称
C.乙烷分子中的共价键全为σ键,而乙烯分子中含σ键和π键
D.H2分子中只含σ键,而Cl2分子中还含π键
9.关于σ键和π键的形成过程,下列说法不正确的是(  )
A.HCl分子中的σ键为两个s轨道“头碰头”重叠形成
B.N2分子中的π键为p-p π键,π键不能绕键轴旋转
C.CH4中的碳原子为sp3杂化,4个sp3杂化轨道分别与氢原子s轨道形成σ键
D.乙烯(CH2==CH2)中的碳碳之间形成了1个σ键和1个π键
10.下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是(  )
A.CH4与NH3 B.C2H6与C2H4 C.H2与Cl2 D.Cl2与N2
11.具有下列电子排布式的原子中,不能形成π键的是(  )
A.1s22s22p63s23p4 B.1s22s22p3 C.1s22s22p63s1 D.1s22s22p2
12.下列分子既不存在s-p σ键,也不存在p-p π键的是(  )
A.HCl B.HF C.SO2 D.SCl2
13.下列分子中既含有σ键又含有π键的是(  )
A.CH4 B.NH3 C.CO2 D.F2
14.下列物质中σ键和π键数目比为1∶2的是(  )
A.O2 B.HCN C.CO2 D.N2
15.P元素的价电子排布为3s23p3,P与Cl形成的化合物有PCl3、PCl5,对此判断正确的是(  )
A.磷原子最外层有三个未成对电子,故只能结合三个氯原子形成PCl3
B.PCl3分子中的P—Cl键含有π键
C.PCl5分子中的P—Cl键都是π键
D.磷原子最外层有三个未成对电子,但是能形成PCl5,说明传统的价键理论存在缺陷
16.丁烯二酸(HOOCCH===CHCOOH)分子结构中含有σ键、π键的个数分别是(  )
A.4个σ键,1个π键 B.11个σ键、3个π键
C.4个σ键、3个π键 D.9个σ键、5个π键
17.关于键长、键能和键角,下列说法错误的是(  )
A.键角是描述分子空间结构的重要参数
B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关
C.C==C键能等于C—C键能的2倍
D.因为O—H的键能小于H—F的键能,所以O2、F2与H2反应的能力逐渐增强
18.氰气的化学式为(CN)2,结构式为N≡C—C≡N,性质与卤素相似,下列叙述正确的是(  )
A.不和氢氧化钠溶液发生反应 B.分子中N≡C的键长大于C≡C的键长
C.分子中既有极性键,又有非极性键 D.分子中含有2个σ键和4个π键
19.关于键长、键能和键角,下列说法错误的是(  )
A.键角是描述分子空间结构的重要参数 B.键长是形成共价键的两原子间的核间距
C.键能越大,键长越长,共价化合物越稳定 D.键角的大小与键长、键能的大小无关
20.下列有关化学键类型的叙述正确的是(  )
A.化合物NH5所有原子最外层均满足2个或8个电子的稳定结构,则1 mol NH5中含有5NA个N—H σ键(NA表示阿伏加德罗常数的值)
B.乙烯酮的结构简式为CH2==C==O,其分子中含有极性共价键和非极性共价键,且σ键与π键数目之比为1∶1
C.已知乙炔的结构式为H—C≡C—H,则乙炔中存在2个σ键(C—H)和3个π键(C≡C)
D.乙烷分子中只存在σ键,不存在π键
21.回答下列问题。
(1)1 mol CO2中含有的σ键数目为________
(2)HCN的结构式为H—C≡N,则该分子中σ键与π键数目之比为________
(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料,燃烧时发生的反应为N2O4(l)+2N2H4(l)===3N2(g)+4H2O(g),若该反应中有4 mol N—H键断裂,则形成的π键有________ mol
(4)C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子,该分子中σ键与π键的个数比为________
(5)1 mol乙醛分子中含σ键的数目为________,1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为________
(6)如下图所示的分子中,有________个σ键,________个π键
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(7)X、Y、Z是元素周期表中的短周期元素,其中X、Y同周期,Y、Z同主族,Y原子最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数,X原子最外层的p能级中只有一个轨道填充了2个电子,而且这三种元素可以形成化合物YX2、ZX2。根据上述信息回答下列问题:
①写出下列元素符号:X________,Y________,Z________
②YX2分子中含________个σ键,含________个π键
22.a、b、c、d为四种由短周期元素组成的中性粒子,它们都有14个电子,且b、c、d都是共价型分子。回答下列问题:
(1)a单质可由原子直接构成,a单质可用作半导体材料,其原子核外电子排布式为________
(2)b是双核化合物,常温下为无色无味气体,b的化学式为__________,人一旦吸入b气体后,就易引起中毒,是因为________________________________________________________________而中毒
(3)c是双核单质,写出其电子式_________,c分子中所含共价键的类型为_______(填“极性键”或“非极性键”)
(4)d是四核化合物,其结构式为____________________;d分子内所含σ键的数目是_____,π键的数目是______,σ键的强度比π键的强度________,原因是________________________________________________
23.有三种物质AC2、B2C2、AD4,元素A在自然界中形成的物质种类最多;元素B的单质能在C的气态单质中剧烈燃烧,火焰呈黄色,并生成淡黄色固体B2C2;元素D的负一价阴离子的电子层结构与氩原子相同,则:
(1)A、B、C、D的元素名称分别是________、________、________、________
(2)AD4分子中含有的共价键类型为________(填“σ键”或“π键”)
(3)D的负一价阴离子的电子排布式为________,B2C2的电子式为________,属于________(填“离子化合物”或“共价化合物”)
24.有以下物质:①HF,②Cl2,③H2O,④N2,⑤C2H4,⑥C2H6,⑦H2,⑧H2O2,⑨HCN(H—C≡N)。
(1)只有σ键的是________________(填序号,下同);既有σ键又有π键的是__________
(2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是______________________________
(3)含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是______________
(4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是__________
【共价键】答案
【对点训练1】
1.B。解析:一般电负性相差不大的原子之间容易形成共价键,H和F都是非金属元素的原子,形成的是共价键。
2.D。解析:H2O2为共价化合物,电子式不应带“[]”,不为阴、阳离子,选项A错误;HF为共价化合物,电子式不应带“[]”,不为阴、阳离子,选项B错误;NH3为共价化合物,结构式中未共用的孤电子对不用画出,选项C错误;H2O为共价化合物,氢氧原子各形成一对共用电子对,选项D正确。
3.B。解析:原子间形成分子时,形成了共价键,共价键具有饱和性和方向性,方向性决定分子的空间结构,饱和性则决定原子形成分子时相互结合的数量关系,B正确。
4.A。解析:由共价键的饱和性可知:C、Si均形成4个共价键,H形成1个共价键,N形成3个共价键,O、S均形成2个共价键。A项中O原子间是双键,且每个氧原子与1个氢原子再形成1个单键,即每个氧原子形成3个共价键,与其饱和性不相符。
5.D。解析:根据价键理论,C、Si需要形成四个价键,N、P形成三个价键,O、Se形成两个价键,H、Cl、F、Br形成一个价键。
6.B。解析:三硫化四磷分子中没有不饱和键,且各原子的最外层均已达到了8电子的稳定结构,P元素可形成3个共价键,S元素可形成2个共价键,因此一个三硫化四磷分子中含有的共价键个数为=9个。
【对点训练2】
1.D。解析:π键不稳定,易断裂,则含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者,故A正确;原子形成分子,优先头碰头重叠,则先形成σ键,可能形成π键,故B正确;单键为σ键,而双键、三键中有σ键和π键,则有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键,不能形成π键,如HCl,故C正确;共价键中一定含σ键,则在分子中,化学键可能只有σ键,而没有π键,故D错误。
2.C。解析:由题给条件所有原子均符合8电子稳定结构可知,其结构式应为F—N==N—F,则两个氮原子之间为氮氮双键,含有一个σ键,一个π键。
3.A。解析:A项中H2是由两个1s轨道形成σ键;B项中Cl的3p轨道与C的2s轨道或2p轨道形成σ键;C项是由两个3p轨道形成σ键;D项中是由两个2p轨道形成σ键。
4.C。解析:H原子的1个电子排布在1s轨道,F原子的最外层7个电子排布在2s、2p轨道,F2分子中共价键是p-p σ键,而HF分子中是H原子的1s轨道与F原子的2p轨道“头碰头”重叠,形成s-p σ键。
【对点训练3】
1.A。解析:A.形成共价键的两个原子之间的核间距叫做键长,A正确;B.F、Cl、Br、I中F原子半径最小,H—F的键长是H—X中最短的,B错误;C.H—F是H的1s轨道与F的2p轨道“头碰头”成键,是s-p σ键,C错误;D.键长越短键能越大,H—F的键长是H—X中最短的,键能是H—X中最大的,D错误。
2.A。解析:几种非氢元素的原子半径越小,与氢原子结合形成的共价键键长越小,键能越大,共价键越稳定。选项中4种非氢原子中,F的原子半径最小,H—F键键长最小,键能最大,故H—F键最稳定,A项正确。
3.A。解析:当键角为120°时,BF3的空间结构为平面三角形,故分子中四个原子共面。
4.B。解析:由于N2分子中存在三键,键能很大,破坏共价键需要很大的能量,所以N2的化学性质很稳定;稀有气体都为单原子分子,分子内部没有化学键;卤族元素从F到I原子半径逐渐增大,其氢化物中的化学键键长逐渐变长,键能逐渐变小,所以热稳定性逐渐减弱;由于H—F的键能大于H—O,所以二者相比较,更容易生成HF。
5.B。解析:反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值,即946 kJ·mol-1+
498 kJ·mol-1-2x=180 kJ·mol-1,解得x=632 kJ·mol-1。
【课时跟踪检测】
1.D。解析:两原子形成共价键时,电子云发生重叠,即电子在两核之间出现的概率更大;两原子电子云重叠越多,键越牢固,体系的能量也越低;原子的体积大小与能否形成共价键无必然联系。
2.C。解析:在离子化合物中也有共价键,如NaOH;由不同元素的原子形成的共价键分子是共价化合物,由相同元素的原子形成的共价键分子是单质,如H2、Cl2等;对于D项,也存在金属元素的原子与非金属元素的原子间形成共价键的化合物,如AlCl3等。
3.C。解析:A项,Na2O2中既有离子键又有O—O共价键,不正确;B项,CaF2中只有离子键,不正确;D项,NaCl属于离子化合物,没有共价键。
4.D。解析:甲烷为共价化合物,碳原子与氢原子之间形成1对电子对,A正确;氟化钠为离子化合物,钠原子失去1个电子变为钠离子,而氟原子得到1个电子最外层变为8电子,带有1个单位的负电荷,B正确;过氧化氢为共价化合物,两个氧原子成键形成1对电子对,氧原子与氢原子形成1对电子对,C正确;三氟化硼是共价化合物,没有电子的得失,D错误。
5.C。解析:电子云是对核外电子运动状态的一种形象描述,并不是指电子呈云雾状,图中“小黑点”的疏密只表示电子出现概率的大小,A正确;氢原子的核外的s轨道重叠形成共价键,B正确;根据A中分析可知C错误;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,即s-s σ键没有方向性,D正确。
6.C。解析:Cl2是双原子分子,H2S是三原子分子,这是由共价键的饱和性决定的,A不正确;H2O与H2S的空间结构一样是由中心原子含有的孤电子对决定的,与共价键的饱和性无关系,B不正确;例如氢气中的共价键没有方向性,C正确;两原子轨道发生重叠后,电子在两核间出现的概率增大,D不正确。
7.C。解析:在乙烯分子中存在4个C—H σ键和1个C—C σ键,同时还含有1个C—C π键,A错误;由于σ键要比π键稳定,故乙烯在发生加成反应时断裂的是C—C π键,B错误;由乙烯制得氯乙烯可看作是乙烯中的一个氢原子被氯原子取代,故断裂的是C—H σ键,C正确;σ键是轴对称,D错误。
8.C。解析:π键是由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成的,故A错误;σ键是轴对称,而π键是镜面对称,故B错误;乙烷分子的结构简式为CH3CH3,分子中全为σ键,而乙烯分子的结构简式为CH2===CH2,分子中含σ键和π键,故C正确;H2分子、Cl2分子中的共价键都为单键,分子中只含σ键,故D错误。
9.A。解析:HCl分子中的σ键由氢原子提供的未成对电子的1s原子轨道和氯原子提供的未成对电子的3p原子轨道“头碰头”重叠形成,故A错误;N2分子中p轨道与p轨道通过“肩并肩”重叠形成p-p π键,π键为镜面对称,不能绕键轴旋转,故B正确;CH4中的碳原子为sp3杂化,碳原子的4个sp3杂化轨道分别与氢原子s轨道重叠,形成C—H σ键,故C正确;CH2==CH2中的碳碳之间形成双键,双键中有1个σ键和1个π键,故D正确。
10.A。解析:分子中全是s-p σ键,A正确;C2H6只存在σ键,而C2H4存在σ键和π键,B错误;H2为s-s σ键,Cl2为p-p σ键,C错误;Cl2中只存在σ键,而N2中存在σ键和π键,D错误。
11.C。解析:根据电子排布式可知四种原子分别是S、N、Na、C,其中Na是活泼金属,在化学反应中易失去一个电子,形成的是离子键,而π键是共价键中的一种,S、N、C均能形成π键。
12.D。解析:共价键是两个原子轨道以“头碰头”或“肩并肩”重叠形成的,s和p轨道以“头碰头”重叠可形成s-p σ键,p轨道之间以“头碰头”重叠可形成p-p σ键,p轨道之间以“肩并肩”重叠可形成p-p π键。HCl分子中存在s-p σ键,故A错误;HF分子中存在s-p σ键,故B错误;SO2分子中存在p-p σ键和p-p π键,故C错误;SCl2分子中只存在p-p σ键,故D正确。
13.C。解析:CO2分子中含有碳氧双键,双键中既含有σ键又含有π键,而CH4、NH3、F2中只含有σ键。
14.D。解析:O2的结构式是O===O,分子中σ键和π键数目比为1∶1,A错误;HCN的结构式是H—C≡N,分子中σ键和π键数目比为1∶1,B错误;CO2的结构式是O===C===O,分子中σ键和π键数目比为1∶1,C错误;N2的结构式是N≡N,分子中σ键和π键数目比为1∶2,D正确。
15.D。解析:PCl3的电子式为,P—Cl键都是σ键。PCl5分子中有5个P—Cl σ键,这违背了传统价键理论饱和性原则,说明传统价键理论不能解释PCl5的结构,即传统价键理论存在缺陷。
16.B。解析:分子中含有1个C===C、2个C===O、2个C—H、2个C—O、2个C—C和2个O—H键,其中C===C、C===O含有1个σ键和1个π键,则分子中含有11个σ键和3个π键。
17.C。解析:C==C由一个σ键和一个π键构成,C—C为σ键,二者键能不是2倍的关系,C项错误;原子半径:O>F,键长:O—H>H—F,键能:H—O<H—F,形成化学键时放出的能量:H—O<H—F,化学键H—F更稳定,O2、F2跟H2反应的能力F2更强,D项正确。
18.C。解析:氰气性质与卤素相似,能和氢氧化钠溶液发生反应,故A错误;同一周期元素中,原子半径随着原子序数的增大而减小,原子半径越大其键长越长,碳原子半径大于氮原子,所以氰分子中C≡N的键长小于C≡C的键长,故B错误;该分子的结构式为N≡C—C≡N,该分子中含有3个σ键、4个π键,故D错误。
19.C。解析:键角是描述分子空间结构的重要参数,如CO2中的2个C==O的键角为180°,故分子为直线形分子,A正确;键长是形成共价键的两个原子间的核间距,B正确;键能越大,键长越短,共价键越强,共价化合物越稳定,故C错误;键角的大小取决于成键原子轨道的夹角,D正确。
20.D
21.(1)2NA(或1.204×1024) 
(2)1∶1 
(3)3 
(4)5∶1 
(5)6NA(或3.612×1024) 7
(6)10 3 
(7)①O C Si ②2 2
解析:(1)CO2的结构式为O===C===O,则1 mol CO2中含有的σ键数目为2NA。(2)HCN的结构式为H—C≡N,分子中含2个σ键和2个π键,则HCN分子中σ键与π键数目之比为1∶1。(3)该反应中有4 mol N—H键断裂,则有1 mol N2H4(l)发生反应,同时生成1.5 mol N2(g)和2 mol H2O(g),1个N2(g)分子中含有2个π键,H2O(g)分子中不含π键,故形成的π键为3 mol。(4)1个H原子含有1个电子,1个C原子含有6个电子,若C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子,则该分子为C2H4,其结构简式为CH2===CH2,故该分子中σ键与π键的个数比为5∶1。(5)乙醛的结构简式为CH3CHO,则1 mol乙醛分子中含6 mol σ键,即6NA个;CO(NH2)2的结构简式为,故1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。
(6)该分子中有6个C—H、2个C—C、1个C==C、1个C≡C,单键全是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,三键中有1个σ键和2个π键,故该分子中共有10个σ键和3个π键,故选C。(7)①X、Y、Z元素的符号分别是O、C、Si。②CO2分子的结构式为O==C==O,故其中含2个σ键,含2个π键。
22.(1)1s22s22p63s23p2
(2)CO CO一旦被吸入肺里后,会与血液中的血红蛋白结合,使血红蛋白丧失输送氧气的能力
(3) 非极性键
(4)H—C≡C—H 3 2 大 形成σ键的原子轨道的重叠程度比π键的重叠程度大,形成的共价键强
解析:(1)a单质可由原子直接构成,a单质可用作半导体材料,因此是单质硅。(2)b是双核化合物,常温下为无色无味气体,则b是一氧化碳,化学式为CO。(3)c是双核单质,因此c是氮气。(4)d是四核化合物,有14个电子,d是乙炔,其结构式为H—C≡C—H。
23.(1)碳 钠 氧 氯 
(2)σ键 
(3)1s22s22p63s23p6  离子化合物
解析:A在自然界中形成的物质种类最多,是碳元素;淡黄色固体B2C2是Na2O2,即B为Na,C为氧;元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同,D为Cl,据此回答问题。
24.(1)①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨
(2)⑦
(3)①③⑤⑥⑧⑨
(4)②④⑤⑥⑧⑨
解析:(1)单键只有σ键,双键或三键才含有π键,故只有σ键的是①②③⑥⑦⑧;既有σ键又有π键的是④⑤⑨。
(2)H原子只有s轨道,题给物质中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的只有H2。
(3)含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的有①③⑤⑥⑧⑨。
(4)含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键,说明构成这种σ键的原子中一定没有H原子,故正确答案为②④⑤⑥⑧⑨。
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