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第二章 分子结构与性质
第一节 共价键
（1）共价键的定义
原子间通过_____________（电子云的重叠）所形成的相互作用。
（2）本质：高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用，包括引力和斥力，当引力和斥力达到平衡时即形成了稳定的共价键。
（3）特征
①饱和性：一个原子有几个未成对电子，就会和几个自旋方向相反的未成对电子成键，这就是共价键的饱和性。共价键的饱和性决定了分子内部原子间的数量关系。
用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下：
由以上分析可知，F原子与H原子间只能形成______个共价键，所形成的简单化合物为HF。同理，O原子与______个H原子形成______个共用电子对，2个N原子间形成______个共用电子对。
②方向性：共价键形成时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，这样原子轨道重叠越多，形成的键就越牢固，这就是共价键的方向性。共价键的方向性决定了_____________。
（4）共价键的分类
分类标准
类型
共用电子对数
单键、_________、三键
共用电子对的偏移程度
极性键、______________
原子轨道重叠方式
σ键、π键
（5）键参数
①键能：气态基态原子形成___________化学键释放的最低能量。键能越大，化学键越稳定。
②键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。键长越短，往往键能越_____，共价键越________。
③键角：在多原子分子中，两个共价键之间的夹角。它是描述分子立体结构的重要参数。
（6）等电子原理
①等电子体：原子总数相同、_________________的粒子互称为等电子体。如N2与CO、O3与SO2是等电子体，但N2与C2H2不是等电子体。
②等电子原理：等电子体具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近，此原理称为等电子原理，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。
③常见的等电子体：N2与CO，CO2与N2O，O3、与SO2，、与SO3，、与，与B3N3H6（硼氮苯）等。
【答案】（1）共用电子对 （3）1　2　2　3 分子的立体构型
（4）双键 非极性键
（5）1 mol 大 稳定 （6）价电子总数相同
一、σ键和π键的对比
σ键
π键
定义
未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠形成的共价键
未成对电子的原子轨道采取“肩并肩”的方式重叠形成的共价键
类型
s?s σ键、s?p σ键、p?p σ键
p?p π键
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，互为镜像对称
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
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
实例
CH4中只有σ键
CH2=CH2中既含有σ键，又含有π键
示意图
要注意以下问题：
（1）s轨道与s轨道重叠形成σ键时，电子不是只在两核间运动，而是在两核间出现的概率较大。
（2）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。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。
有以下物质：①HF ②Cl2 ③H2O ④N2 ⑤C2H4 ⑥C2H6 ⑦H2 ⑧H2O2
⑨HCN()。
（1）只含有极性键的是______________。
（2）只含有非极性键的是______________。
（3）既有极性键，又有非极性键的是______________。
（4）只有σ键的是______________。
（5）既有σ键，又有π键的是______________。
【答案】（1）①③⑨ （2）②④⑦ （3）⑤⑥⑧
（4）①②③⑥⑦⑧ （5）④⑤⑨
二、共价键的一些规律
1．共价键的存在范围
（1）非金属单质分子中(稀有气体除外)。如O2、F2、H2、C60等。
（2）非金属元素形成的化合物中。如H2SO4、CO2、H2O2、有机物分子等。
（3）某些金属与非金属元素形成的化合物中。如BeCl2、HgCl2、AlCl3等。
2．共价键强弱的判断方法
（1）由原子半径和共用电子对数判断：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。如原子半径：FH—Cl>H—Br>H—I，稳定性：HF>HCl>HBr>HI。
（2）由键能判断：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。
（3）由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。
3．典型有机物的化学键类型
（1）乙烷的化学键
乙烷的结构简式是CH3—CH3，在乙烷分子中，每个碳原子与3个氢原子形成3个σ键，2个碳原子之间形成1个σ键，所以乙烷分子中共有7个σ键。
（2）乙烯的化学键
乙烯的结构简式是CH2=CH2，在乙烯分子中，每个碳原子与2个氢原子形成2个σ键，2个碳原子之间形成1个σ键和1个π键，所以乙烯分子中共有5个σ键和1个π键。
（3）乙炔的化学键
乙炔的结构简式是，在乙炔分子中，每个碳原子与1个氢原子形成1个σ键，2个碳原子之间形成1个σ键和2个π键，所以乙炔分子中共有3个σ键和2个π键。
（4）苯的化学键
苯的结构简式是或。苯分子中的6个碳原子都以σ键与氢原子结合，每个碳原子以两个σ键与其他碳原子形成环状结构，同时，每个碳原子各有一个垂直于分子平面的p轨道，形成了一个以6个碳原子为中心的π键(称为“大π键”)。苯的这种结构，使任意两个相邻碳原子间形成的共价键的键能和核间距完全相同。
下列说法正确的是
A．离子化合物中不可能存在共价键
B．干冰溶于水时有共价键生成
C．σ键和π键都只能存在于共价分子中
D．除H2、X2(X为F、Cl、Br、I)和稀有气体外，其他非金属单质中都存在π键
【答案】B
【易错诊断】对离子化合物中也可能存在σ键和π键，原子间成键时首先形成σ键，稀有气体中不存在化学键，P4等非金属单质中不存在π键等知识认识不清楚，不能正确认识σ键、π键的形成和存在导致出错。
三、键参数对分子结构和性质的影响
1．掌握键参数对键的强弱影响：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多；共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多，分子越稳定。2．键角是判断分子立体构型的重要因素之一，如CO2为直线形；CH4、CCl4、SiH4等为正四面体形；NH3、NCl3为三角锥形；H2O、H2S为V形。3．键长和键能是衡量共价键强弱的物理量，分子被破坏时，断键的部位与键的强度有关。
下列说法正确的是
A．分子的结构是由键角决定的
B．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
C．CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X(X=F、Cl、Br、I)键的键长、键角均相等
D．H2O分子中两个O—H键的键角为180°
【解析】分子的结构是由键参数——键角、键长决定的，故A项错误；由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X键的键长不相等，C项错误；H2O的分子结构为V形，键角不为180°，D项错误。
【答案】B
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．共价键是具有饱和性和方向性的，下列关于共价键这两个特征的叙述中，不正确的是
A．共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的
B．共价键的方向性是由成键原子的轨道的方向性决定的
C．共价键的方向性决定了分子的立体构型
D．共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
3．下列说法正确的是
A．若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性
B．H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性
C．所有共价键都有方向性
D．两个原子轨道发生重叠后，电子仅存在于两核之间
4．已知乙醇的结构式为，则可判断乙醇分子内不存在的是
A．离子键 B．极性键 C．非极性键 D．分子间作用力
5．已知某些共价键的键能、键长数据如表所示：
共价键
Cl—Cl
Br—Br
I—I
H—F
H—Cl
H—Br
H—I
H—O
键能(kJ·mol?1)
242.7
193.7
152.7
568
431.8
366
298.7
462.8
键长(pm)
198
228
267
96
共价键
C—C
C=C
C—H
N—H
N=O
O—O
O=O
键能(kJ·mol?1)
347.7
615
812
413.4
390.8
607
142
497.3
键长(pm)
154
133
120
109
101
（1）下列推断正确的是____________(填字母，下同)。
A．稳定性：HF>HCl>HBr>HI
B．氧化性：I2>Br2>Cl2
C．沸点：H2O>NH3
D．还原性：HI>HBr>HCl>HF
（2）在HX(X=F、Cl、Br、I)分子中，键长最短的是____________，最长的是____________；O—O键的键长____________ (填“大于”“小于”或“等于”)O=O键的键长。
6．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
7．下列分子中键角最大的是
A．CH4 B．NH3 C．H2O D．CO2
8．下列有关化学键类型的判断正确的是
A．全部由非金属元素组成的化合物中肯定不存在离子键
B．所有物质中都存在化学键
C．已知乙炔的结构式为H—C≡C—H，则乙炔分子中存在2个σ键（C—H）和3个π键（C≡C）
D．乙烷分子中只存在σ键，即6个C—H键和1个C—C键都为σ键，不存在π键
9．有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN（H—C≡N）。
（1）含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是______；
（2）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______；
（3）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______。
10．碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：
化学键
C—C
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O

356
413
336
226
318
452
回答下列问题：
(1)通常条件下，比较CH4和SiH4的稳定性强弱：_____________________________。
(2)硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是______________________________________________________________。
(3)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是________________________________________。
1．【答案】D
2．【答案】D
【解析】一般地，原子的未成对电子一旦配对成键，就不再与其他原子的未成对电子配对成键了，故原子的未成对电子数目决定了该原子形成的共价键具有饱和性，这一饱和性也就决定了该原子成键时最多连接的原子数，故A项正确；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大越好，为了达到原子轨道的最大重叠程度，成键的方向与原子轨道的伸展方向就存在着必然的联系，这种成键的方向性也就决定了所形成分子的立体构型，故B、C项正确；D项错误。
3．【答案】A
【解析】S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项对；H2O能结合1个H＋形成H3O＋，不能说明共价键不具有饱和性，B项错；H2分子中，H原子的s轨道成键时，因为s轨道为球形，所以H2分子中的H—H键没有方向性，C项错；两个原子轨道发生重叠后，电子只是在两核之间出现的概率大，D项错。
4．【答案】AD
【解析】乙醇是共价化合物，分子中含有C—C非极性共价键和C—H、C—O、O—H极性共价键；分子内不存在分子间作用力，A、D项符合题意。
【点评】两个同种非金属元素的原子之间形成的共价键是非极性共价键，如C—C、O—O键；两个不同种非金属元素的原子之间形成的共价键是极性共价键，如H—Cl、H—C、C—O键；活泼金属元素与活泼非金属元素原子之间一般形成离子键，如NaCl。
5．【答案】（1）ACD （2）HF HI 大于
（2）根据表中数据可以得出结论。
6．【答案】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。
7．【答案】D
【解析】CH4是正四面体结构，键角为109°28′、NH3是三角锥形，键角约为107°，H2O是Ｖ形分子，两个H—O键的键角为105°，CO2是直线形分子，键角为180°。
8．【答案】D
【解析】NH4Cl全部是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项错；稀有气体元素原子本身达到稳定结构，稀有气体分子中不存在化学键，B项错；单键都为σ键，乙烷分子的结构式为，分子中的6个C—H键和1个C—C键都为σ键，D项正确；共价双键中有一个为σ键，另一个为π键，共价三键中有一个为σ键，另外两个为π键，故乙炔（H—C≡C—H）分子中有2个C—Hσ键，C≡C键中有1个σ键、2个π键，C项错。
9．【答案】（1）⑦ （2）①③⑤⑥⑧⑨
（3）②④⑤⑥⑧⑨
（3）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共价键的原子中一定没有H原子，故正确答案为：②、④、⑤、⑥、⑧、⑨。
10．【答案】(1) CH4比SiH4稳定
(2)C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成
(3)C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定，而Si—H的键能却小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键
【解析】(1)因为C—H键的键能大于Si—H键的键能，所以CH4比SiH4稳定。
(2)C—C键和C—H键的键能比Si—H键和Si—Si键都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。
(3)C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定，而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。
为何不用纯酒精消毒
酒精能够渗入细菌体内，使组成细菌的蛋白质凝固。所以酒精在医疗卫生上常用作消毒杀菌剂。消毒的时候，是不是使用的酒精越浓越好呢？事实上消毒时使用的是70%~75%的酒精而不是纯酒精。这是因为酒精浓度越高，使蛋白质凝固的作用越强。当高浓度的酒精与细菌接触时，就会使菌体表面迅速凝固，形成一层薄膜，阻止酒精继续向菌体内部渗透,细菌内部的细胞不能被彻底杀死。待到适当时机，薄膜内的细胞可能将薄膜冲破而重新复活。

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