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2.1.1共价键—高二化学人教版（2019）选修二课前导学
1．共价键的形成
(1)概念：原子间通过__________所形成的相互作用，叫做共价键。
(2)成键的粒子：一般为_________原子(相同或不相同)或金属原子与非金属原子。
(3)本质：原子间通过____________(即原子轨道重叠)产生的强烈作用。
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____________，便可和几个____________电子配对成键，这就是共价键的饱和性。
(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______，电子在核间出现的______越大，所形成的共价键就越______，因此共价键将尽可能沿着__________________的方向形成，所以共价键具有方向性。如图所示。
3．σ键
形成 由两个原子的s轨道或p轨道“____________”重叠形成
类型 s-s型
s-p型
p-p型
特征 以形成化学键的两原子核的______为轴做旋转操作，共价键电子云的图形______，这种特征称为____________；σ键的强度______
4.π键
形成 由两个原子的p轨道“____________”重叠形成
p-p π键
特征 π键的电子云具有____________性，即每个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______；π键______旋转；不如σ键______，较易______
5.判断σ键、π键的一般规律
共价单键为____键；共价双键中有一个____键、一个____键；共价三键由一个____键和两个____键组成。
【答案】
1.（1）共用电子对 （2）非金属 （3）共用电子对
2.（1）未成对电子 自旋状态相反的 （2）越多 概率 牢固 电子出现概率最大
3.头碰头 连线 不变 轴对称 较大
4.肩并肩 镜面对称 镜像 不能 牢固 断裂
5.σ σ π σ π
(1)形成共价键后体系的能量降低，趋于稳定(　　)
(2)共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的(　　)
(3)共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系(　　)
(4)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的(　　)
(5)原子轨道在空间都具有方向性(　　)
(6)σ键和π键都只存在于共价分子中(　　)
(7)两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键(　　)
(8)H原子只能形成π键，N原子可以形成σ键和π键(　　)
【答案】(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)× (6)×　(7)√　(8)×
1.观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，他们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？
【答案】乙烷分子由7个σ键构成；乙烯分子由5个σ键和1个π键构成；乙炔分子由3个σ键和2个π键构成。
2.解释乙烯分子中π键是如何形成的，预测乙炔分子中π键是如何形成的？
【答案】①乙烯分子的碳原子采取sp2轨道杂化，2个碳原子各以2个sp2杂化轨道与氢原子形成2个碳氢σ键，而2个碳原子之间又各以1个sp2杂化轨道形成1个碳碳σ键，除此之外，2个碳原子中未参加杂化的p轨道形成了1个π键，因此，乙烯的双键中有1个σ键和1个π键。
②乙炔分子的碳原子采取sp轨道杂化，2个碳原子各以1个sp杂化轨道与氢原子形成1个碳氢σ键，同时又各以其另一个sp杂化轨道形成1个碳碳σ键，除此之外，每个碳原子通过2个未参加杂化的p轨道形成了2个π键。
1.下列关于σ键和π键的说法正确的是(　　)
A.σ键是以“头碰头”的方式形成的共价键，π键是以“肩并肩”的方式形成的共价键
B.描述的是π键的形成过程
C.烯烃中碳原子轨道以“头碰头”的方式重叠比以“肩并肩”的方式重叠的程度小，所以σ键比π键活泼
D.可以表示N2中σ键和π键存在的情况
2.下列说法中不正确的是(　　)
A.σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强 B.两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键
C.气体单质分子中，一定有σ键，可能有π键 D.HClO分子中有s－p σ键和p－p σ键
3.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
4.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
5.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)：
6.下列说法正确的是(　　)
A.若把H2S写成H3S，则违背了共价键的饱和性
B.H3O＋的存在说明共价键不应有饱和性
C.原子轨道在空间都具有方向性
D.两个原子轨道发生重叠后，两核中的电子不仅存在于两核之间，还会绕两核运动
7.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.K和Cl B.H和F C.K和F D.Ca和O
8.下列有关σ键和π键的说法错误的是(　　)
A.H只能形成σ键，O可以形成σ键和π键
B.两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成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
9.下列物质的分子中既有σ键又有π键，并含有非极性键的是(　　)
①NH3　 ②N2　 ③H2O 　④HCl 　⑤C2H4　 ⑥C2H2
A.②⑤⑥ B.①②⑤⑥ C.②③④ D.②④⑥
10.(2022·成都高二期中)某有机物的结构简式为HC≡CCH2CH==CH2，则该有机物分子中含有的σ键和π键的数目分别为(　　)
A.11、3 B.10、3 C.11、4 D.10、4
11.化合物X是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式如图，设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是(　　)
A.X分子中只有极性键，没有非极性键
B.1个X分子中的共用电子对数目为11
C.1 mol X分子中所含的σ键数目为10NA
D.X是共价化合物
12.据报道，大气中存在一种潜在的温室气体SF5—CF3(结构如图)，虽然其数量有限，但它是已知气体中吸热最高的。关于SF5—CF3的说法正确的是(　　)
A.分子中有σ键也有π键 B.C—F是s-p σ键
C.分子中不是所有原子都满足8电子稳定结构 D.0.1 mol SF5—CF3分子中电子数为8 mol
答案以及解析
1.答案：A
解析：以“头碰头”的方式重叠，形成的是σ键，“肩并肩”的方式形成的是π键，A项正确；B项描述的是“头碰头”形成σ键的过程，B项错误；烯烃中碳原子间形成σ键时电子云的重叠程度大于“肩并肩”形成π键时电子云的重叠程度，故σ比π键活泼性差，C项错误；N2分子中两个N原子“头碰头”形成1个σ键，两个相互垂直的p轨道“肩并肩”形成2个π键，D项错误。
2.答案：C
解析：气体单质分子中，可能有σ键，如Cl2，可能有π键，如N2，也可能没有化学键，如稀有气体。H—O—Cl分子中，H—O键是s－p σ键，O—Cl键是p－p σ键。
3.答案：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。
4.答案：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。
5.答案：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。
6.答案：A
解析:硫原子有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，形成的氢化物为H2S，A项正确；两个原子轨道发生重叠后，只有共用电子对在两核之间绕两个原子核运动，D项错误。
7.答案：B
解析:一般电负性相差不大的非金属元素原子之间容易形成共价键。
8.答案：D
解析: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。
9.答案：A
解析:①NH3中存在H—N，只有σ键，故错误；②N2的结构式为N≡N，含有σ键和π键，N与N之间为非极性键，故正确；③H2O中只存在H—O，即只有σ键，故错误；④HCl的结构式为H—Cl，只存在σ键，故错误；⑤C2H4中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价双键，含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确；⑥C2H2中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价三键，所以含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确。
10.答案：B
解析:单键全部为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，故该有机物分子中的C—H σ键有6个，C—C σ键有4个，因此σ键总数为10个，π键总数为3个，故B正确。
11.答案：D
解析:N—N是非极性键，A项不正确；1个X分子中存在12个共用电子对，11个σ键，B、C项均不正确；X分子中只有共价键，故X是共价化合物，D项正确。
12.答案：C
解析:该分子中只有共价单键，则分子中只有σ键，没有π键，故A错误；C—F是p-p σ键，故B错误；一个SF5—CF3分子中有94个电子，则0.1 mol SF5—CF3分子中电子数为9.4 mol，故D错误。2.1.2键参数—高二化学人教版（2019）选修二课前导学
1．键能的概念
气态分子中________化学键解离成气态原子所________的能量。它通常是298.15 K、100 kPa条件下的标准值，单位是________。
2．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________，释放能量________，所形成的共价键键能越大，共价键越________。
(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________。
(3)利用键能计算反应热
ΔH＝________总键能－________总键能
3．键长
(1)概念：构成化学键的两个原子的________，因此________决定共价键的键长，________越小，共价键的键长越短。
(2)应用：共价键的键长越短，往往键能越________，表明共价键越________，反之亦然。
4．键角
(1)概念：在多原子分子中，________________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________性，因此键角影响着共价分子的________。
(3)试根据空间结构填写下列分子的键角
分子的空间结构 键角 实例
正四面体形 ________ CH4、CCl4
平面形 ________ 苯、乙烯、BF3等
三角锥形 ________ NH3
V形(角形) ________ H2O
直线形 ________ CO2、CS2、CH≡CH
(4)部分键角图解
(5)键长与分子空间结构的关系：键长是影响分子空间结构的因素之一。如CH4分子的空间结构是正四面体，而CH3Cl只是四面体而不是正四面体，原因是C—H和C—Cl的键长不相等。
(6)定性判断键长的方法
①根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。
②根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子形成双键或者三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长＞双键键长＞三键键长。
【答案】
1.1 mol 吸收 kJ·mol－1
2.（1）越大 越多 稳定 （2）稳定 （3）反应物 生成物
3.（1）核间距 原子半径 原子半径 （2）大 稳定
4.（1）两个相邻共价键 （2）方向 空间结构 （3）109°28′ 120° 107° 105° 180°
(1)共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定(　　)
(2)N—H键能是很多分子中的N—H键能的平均值(　　)
(3)O—H键能是指在298.15 K、100 kPa下，1 mol气态分子中1 mol O—H键解离成气态原子所吸收的能量(　　)
(4)C==C键能等于C—C键能的2倍(　　)
(5)分子中通常键能越大，键长越短，分子越稳定(　　)
(6)键角是描述分子空间结构的重要参数(　　)
(7)键长H—I＞H—Br＞H—Cl；C—C＞C==C＞C≡C(　　)
【答案】(1)√　(2)√　(3)√　(4)× (5)√　(6)√　(7)√
1．根据价键理论分析氮气分子中的成键情况，并解释N2通常很稳定的原因。
【答案】两个氮原子各自用三个p轨道分别形成一个σ键和两个π键。N2分子中存在N≡N，键能大，破坏它需要消耗较高的能量，因而N2通常很稳定。
2．N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强，从键能的角度如何理解这一化学事实。(利用课本表2－1的相应数据分析)
【答案】从表2－1的数据可知，N—H、O—H与H—F的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定。所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。
3．为什么F—F键长比Cl—Cl键长短，但键能却比Cl—Cl键能小？
【答案】氟原子的半径很小，因而F—F键长比Cl—Cl键长短，但也是由于F—F键长短，两个氟原子在形成共价键时，原子核之间的距离就小，排斥力大，因此键能比Cl—Cl键能小。
4．如图白磷和甲烷均为正四面体结构
它们的键角是否相同，为什么？
【答案】不同，白磷分子的键角是指P—P之间的夹角，为60°；而甲烷分子的键角是指C—H的夹角，为109°28′。
1.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
2.下列说法正确的是(　　)
A.在分子中，两个原子间的距离叫键长
B.非极性键的键能大于极性键的键能
C.键能越大，表示该分子越容易受热分解
D.H—Cl的键能为431 kJ·mol－1，H—I的键能为297 kJ·mol－1，这可说明HCl分子比HI分子稳定
3.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的核间距
C.键能：H—I＞H—Br＞H—Cl D.键角的大小与键长、键能的大小无关
4.H2和I2在一定条件下能发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，如图所示(a、b、c均大于零)，下列说法正确的是(　　)
A.H2、I2和HI分子中的化学键都是非极性共价键
B.断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ
C.相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)的总能量小于2 mol HI (g)的总能量
D.向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量为2a kJ
5.下列性质能用共价键的键能大小解释的是(　　)
A.稳定性：HCl>HI B.密度：HI>HCl C.沸点：HI>HCl D.还原性：HI>HCl
6.下列分子中键角由大到小的排列顺序是(　　)
①SO2　 ②NH3　 ③H2O　 ④CH4　 ⑤CO2
A.⑤④①②③ B.⑤①④②③ C.④①②⑤③ D.③②④①⑤
7.三氯化磷分子的空间结构不是平面正三角形，其理由叙述正确的是(　　)
A.PCl3分子中3个共价键的键角均相等 B.PCl3分子中P—Cl属于极性共价键
C.PCl3分子中3个共价键的键长均相等 D.PCl3分子中P—Cl的3个键角都是100.1°
8.意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的气态N4分子，其分子结构如图所示。已知断裂1 mol N—N吸收167 kJ热量，生成1 mol N≡N放出942 kJ热量，根据以上信息和数据，判断下列说法正确的是(　　)
A.N4属于一种新型的化合物 B.N4分子中存在非极性键
C.N4分子中N—N的键角为109°28′ D.1 mol N4转变成N2将吸收882 kJ热量
9.对比以下几个反应式：Cl＋Cl―→Cl2　ΔH1＝－247 kJ·mol－1；O＋O―→O2　ΔH2＝－493 kJ·mol－1；
N＋N―→N2　ΔH3＝－946 kJ·mol－1。可以得出的结论是(　　)
A.在常温下氮气比氧气和氯气稳定 B.氮、氧和氯的单质常温下为气体
C.氮、氧和氯都是双原子分子 D.氮气、氧气和氯气的密度不同
10.如图为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是 (　　)
A.W、R元素单质分子内都存在非极性键
B.X、Z元素都能形成双原子分子
C.第一电离能：X>Y>W
D.键长：X—H答案以及解析
1.答案：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的键能，所以二者相比较，更容易生成HF。
2.答案：D
解析：形成共价键的两个原子的核间距为键长，A项不正确；键能的大小取决于成键原子的电负性，与键的极性无必然联系，B项不正确；键能越大，分子越稳定，C项不正确、D项正确。
3.答案：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的核间距，B正确；键角的大小取决于成键原子轨道的夹角，D正确。
4.答案：B
解析：HI分子中共价键是由不同种非金属元素形成的，属于极性共价键，A错误；反应热等于断键吸收的能量与成键放出的能量的差值，则－a＝b＋c－2x，解得x＝，所以断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ，B正确；该反应是放热反应，则相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)的总能量大于2 mol HI (g)的总能量，C错误；该反应是可逆反应，则向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量小于2a kJ，D错误。
5.答案：A
解析：HCl与HI都是共价化合物，H—Cl的键能大于H—I，因此HCl的稳定性大于HI，A正确；物质的密度和沸点与化学键的键能大小无关，B、C错误；元素非金属性越强，对应的简单气态氢化物的还原性越弱，与化学键的键能大小无关，D错误。
6.答案：B
解析：①SO2分子为V形结构，键角为120°；②NH3为三角锥形结构，键角为107°；③H2O为V形结构，键角为105°；④CH4为正四面体结构，键角为109°28′；⑤CO2为直线形结构，键角为180°。所以键角的大小顺序为CO2>SO2>CH4>NH3>H2O，所以B正确。
7.答案：D
解析：PCl3分子若是平面正三角形，键角应为120°。
8.答案：B
解析：N4是由氮元素组成的一种单质，不是新型的化合物，A错误；N4分子中氮原子与氮原子之间形成的是非极性键，B正确；N4分子是正四面体结构，键角是60°，C错误；已知断裂1 mol N—N吸收167 kJ热量，生成1 mol N≡N放出942 kJ热量，则N4(g)===2N2(g)　ΔH＝6×167 kJ·mol－1－2×942 kJ·mol－1＝－882 kJ·mol－1，即该反应是放热反应，因此1 mol N4转变成N2将放出882 kJ热量，D错误。
9.答案：A
解析：成键释放出能量时，ΔH3最小，常温下氮气最稳定，A正确；常温下三种物质均为气体，与上述反应式无关，B错误；气体的密度与上述反应式无关，D错误。
10.答案：B
解析：由元素在周期表中的位置可知，X为N、W为P、Y为S、R为Ar、Z为Br。白磷单质中存在非极性键，但稀有气体分子为单原子分子，分子中没有化学键，A错误；氮气、溴单质都是双原子分子，B正确；第一电离能应是N>P>S，C错误；原子半径：W>X，故键长：W—H>X—H，键长越短，键能越大，故键能：W—H

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