第二章第一节 共价键.docx

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第二章第一节共价键

第一节　共价键

　1.了解共价键的主要类型σ键和π键，知道σ键和π键的明显差别和一般规律。

　2.理解键能、键长、键角等键参数的概念。

3．能应用键参数——键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。

　4.了解等电子原理，结合实例说明等电子原理的应用。

　共价键[学生用书P16]

1．共价键的概念和特征

原子间通过共用电子对形成的化学键为共价键。

2．共价键的类型（按成键原子的原子轨道重叠方式分类）

（1）σ键

形成

由成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠形成

类型

ss型

H—H的ssσ键的形成

sp型

H—Cl的spσ键的形成

pp型

Cl—Cl的ppσ键的形成

特征

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；σ键的强度较大

（2）π键

形成

由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成

ppπ键

ppπ键的形成

特征

π键的电子云具有镜面对称性，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，它们互为镜像；π键不能旋转；不如σ键牢固，较易断裂

（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、一个π键；共价三键由一个σ键和两个π键组成。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）原子轨道在空间都具有方向性。

（　　）

（2）一般来说，σ键比π键强度大，更稳定。

（　　）

（3）N2分子中σ键与π键的个数比是2∶1。

（　　）

（4）形成Cl2分子时，p轨道的重叠方式为

。

（　　）

（5）σ键和π键都只存在于共价分子中。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×

2．关于σ键和π键的比较，下列说法不正确的是（　　）

A．σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强

B．σ键是“头碰头”式重叠，π键是“肩并肩”式重叠

C．σ键不能断裂，π键容易断裂

D．H原子只能形成σ键，O原子可以形成σ键和π键

答案：

C

3．下列物质的分子中既有σ键又有π键的是（　　）

①HCl　②H2O　③N2　④H2O2　⑤C2H4　⑥C2H2

A．①②③　　　　　　　　B．③④⑤⑥

C．①③⑥D．③⑤⑥

答案：

D

1．σ键与π键的比较

共价键类型

σ键

π键

电子云

重叠方式

沿键轴方向

相对重叠

沿键轴方向

平行重叠

续　表

共价键类型

σ键

π键

电子云

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

电子云

重叠程度

大

小

示意图

键的强度

较大

较小

化学活泼性

不活泼

活泼

成键规律

共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键，一个是π键；共价三键中一个是σ键，两个是π键

2.对于σ键和π键应特别注意的问题

（1）s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。

　下列说法正确的是（　　）

A．π键是由两个p原子轨道“头碰头”重叠形成的

B．σ键呈镜面对称，而π键呈轴对称

C．乙烷分子中的化学键全为σ键，而乙烯分子中含有σ键和π键

D．H2分子中含σ键，而Cl2分子中除σ键外还含有π键

[解析]　本题考查了σ键和π键的形成方式和特征。

原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键；σ键呈轴对称，而π键呈镜面对称；分子中所有的共价单键都是σ键，共价双键及共价三键中均含σ键和π键。

[答案]　C

　请指出上述例题C项中1mol乙烷分子中σ键的个数为________；乙烯分子中σ键与π键数目之比为________。

答案：

7NA　5∶1

　共价键的形成与类型判断

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频率出现

B．共用电子对必须在两原子中间

C．成键后的体系能量降低，趋于稳定

D．两原子核体积大小要适中

解析：

选D。

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机会更多；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子核体积的大小与能否形成共价键无必然联系。

2．（2017·鞍山一中期中）下列说法中正确的是（　　）

A．乙烷分子中，既有σ键，又有π键

B．Cl2和N2的共价键类型相同

C．由分子构成的物质中一定含有σ键

D．HCl分子中含一个spσ键

解析：

选D。

A中，乙烷分子的结构式为

，只有σ键，无π键；B中，Cl2分子是ppσ键，N2分子中除有ppσ键外，还有ppπ键；C中，某些单原子分子（如He、Ne等稀有气体）中不含有化学键。

　共价键的特征

3．硫化氢（H2S）分子中两个共价键的夹角接近90°，其原因是（　　）

①共价键的饱和性　②S原子的电子排布　③共价键的方向性　④S原子中p轨道的形状

A．①②B．①③

C．②③D．③④

解析：

选D。

S原子的价电子排布式是3s23p4，有2个未成对电子，并且分布在相互垂直的两个p轨道中，当与两个H原子配对成键时，形成的两个共价键间夹角接近90°，这体现了共价键的方向性，是由p轨道的伸展方向决定的。

4．下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是（　　）

解析：

选A。

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，O、S均形成2个共价键。

A项中O原子之间不可能形成双键，B项是过氧乙酸，含有过氧键“O—O”，C项相当于S取代了CH3OH中的氧原子，D项中Si原子形成4个共价键。

　键参数[学生用书P17]

1．键能

（1）键能是气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量。

键能的单位是kJ·mol－1。

例如：

形成1molH—H键释放的最低能量为436.0kJ，即H—H键的键能为436.0kJ·mol—1。

（2）下表中是H—X键的键能数据

共价键

H—F

H—Cl

H—Br

H—I

键能/kJ·mol－1

568

431.8

366

298.7

①若使2molH—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收863.6__kJ的能量。

②表中共价键最难断裂的是H—F键，最易断裂的是H—I键。

③由表中键能数据大小说明键能与分子稳定性的关系：

HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小，说明四种分子的稳定性依次减弱，即HF分子很稳定，最难分解，HI分子最不稳定，最易分解。

2．键长

（1）键长是指形成共价键的两个原子之间的核间距，因此原子半径决定化学键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。

（2）键长与共价键的稳定性之间的关系：

共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。

（3）下列三种分子中：

①H2、②Cl2、③Br2，共价键的键长最长的是③，键能最大的是①。

3．键角

（1）键角是指在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角。

在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性。

键角是描述分子立体结构的重要参数。

（2）根据立体构型填写下列分子的键角：

分子立体构型

键角

实例

正四面体形

109°28′

CH4、CCl4

平面形

120°

苯、乙烯、BF3

三角锥形

107°

NH3

V形（或角形）

105°

H2O

直线形

180°

CO2、CS2、CH≡CH

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）键角是描述分子立体结构的重要参数。

（　　）

（2）键长是成键两原子半径的和。

（　　）

（3）C===C键的键能等于C—C键的键能的2倍。

（　　）

（4）键长短，键能就一定大，分子就一定稳定。

（　　）

（5）因为O—H键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力依次减弱。

（　　）

答案：

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×

2．实验测得四种结构相似的单质分子的键长、键能的数据如下：

A—A

B—B

C—C

D—D

键长/10－10m

a

0.74

c

1.98

键能/kJ·mol－1

193

b

151

d

已知D2分子的稳定性大于A2，则a________（填“>”或“<”，下同）1.98，d________193；a________c，b________d。

解析：

结构相似的单质分子中，键长越短，键能越大，分子越稳定。

答案：

>　>　＜　＞

键参数的应用

1．对物质性质的影响

2．共价键强弱的判断

（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：

F＜Cl＜Br＜I，则共价键的牢固程度：

H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，稳定性：

HF＞HCl＞HBr＞HI。

如共用电子对数：

N≡N＞Cl—Cl，则共价键的牢固程度：

N≡N＞Cl—Cl。

（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．共价键的键能与化学反应热

（1）化学反应的实质：

化学反应的实质就是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。

（2）化学反应过程有能量变化：

反应物和生成物中化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。

（3）放热反应和吸热反应

①放热反应：

旧键断裂吸收的总能量小于新键形成放出的总能量。

②吸热反应：

旧键断裂吸收的总能量大于新键形成放出的总能量。

（4）反应热（ΔH）与键能的关系

ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。

注意：

ΔH＜0时，为放热反应；ΔH＞0时，为吸热反应。

　由实验测得不同物质中O—O键的键长和键能数据如下表。

其中X、Y的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为W>Z>Y>X。

该规律性是（　　）

　　　O—O键

数据　　　

O

O

O2

O

键长/10－12m

149

128

121

112

键能/kJ·mol－1

X

Y

Z＝494

W＝628

A.电子数越多，键能越大

B．键长越长，键能越小

C．成键所用的电子数越少，键能越大

D．成键时电子对越偏移，键能越大

[解析]　电子数由多到少的顺序为O

＞O

＞O2＞O

，而键能由大到小顺序为W＞Z＞Y＞X，A错误；对于这些微粒在成键时所用的电子数情况，题中无信息，C错误；这些微粒都是O原子成键，无偏移，D错误。

[答案]　B

白磷与氧气可发生反应P4＋5O2===P4O10。

已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—PakJ·mol－1、P—ObkJ·mol－1、P===OckJ·mol－1、O===OdkJ·mol－1。

根据如图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是（　　）

A．（6a＋5d－4c－12b）kJ·mol－1

B．（4c＋12b－6a－5d）kJ·mol－1

C．（4c＋12b－4a－5d）kJ·mol－1

D．（4a＋5d－4c－12b）kJ·mol－1

解析：

选A。

根据ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和计算。

从图中可以看出1个白磷分子中有6个P—P键，所以1molP4中共价键断裂要吸收6akJ的能量，1mol氧气分子中共价键断裂要吸收dkJ的能量；1个P4O10中有4个P===O键和12个P—O键，所以生成1molP4O10需放出（4c＋12b）kJ的能量，所以该化学反应的反应热为（6a＋5d－4c－12b）kJ·mol－1。

　键参数及其应用

1．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：

选B。

分子的结构是由键角、键长共同决定的，A项错误；由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X（X===F、Cl、Br、I）键的键长不相等，C项错误；H2O分子中两个O—H键的键角为105°，D项错误。

2．下列事实不能用键能的大小来解释的是（　　）

A．氮元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定

B．稀有气体一般难发生反应

C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱

D．HF比H2O稳定

解析：

选B。

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，没有化学键；卤族元素从F到I，原子半径逐渐增大，其氢化物中化学键的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性：

HF＞HCl＞HBr＞HI；由于H—F键的键能大于H—O键，所以稳定性：

HF＞H2O。

3．（2017·鄂南高中检测）

（1）关于键长、键能和键角，下列说法中不正确的是________。

A．化学键的键能通常为正值

B．键长的长短与成键原子的半径和成键数目有关

C．键能越大，键长越长，共价化合物越稳定

D．键角的大小与键长的长短、键能的大小无关

（2）N≡N键的键能是946kJ/mol，N—N键的键能为193kJ/mol，经过计算后可知N2中________键比________键稳定。

（填“σ”或“π”）

解析：

（1）键能是气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量，通常取正值，A正确；键长的长短与成键原子的半径有关，如Cl原子半径小于I原子半径，故Cl—Cl键的键长小于I—I键的键长，此外，键长还和成键数目有关，如乙烯分子中C===C键的键长比乙炔分子中C≡C键的键长要长，B正确；键能越大，键长越短，共价键越强，共价化合物越稳定，C错误；键角的大小取决于成键原子轨道间的夹角，D正确。

（2）N≡N键中含有1个σ键和2个π键，π键的键能E＝

＝376.5kJ/mol。

因为N≡N键中π键的键能比σ键的键能大，所以N2中π键比σ键稳定。

答案：

（1）C　

（2）π　σ

　等电子原理[学生用书P19]

1．等电子原理

原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。

2．等电子体

满足等电子原理的分子称为等电子体。

如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）只有原子总数和价电子总数都相同的分子（或离子）才是等电子体。

（　　）

（2）互为等电子体的物质，物理性质、化学性质都相似。

（　　）

（3）CH4、H2O、NH3、HF均含10个质子和10个电子，故为等电子体。

（　　）

（4）H2O、H2S、H2Se互为等电子体。

（　　）

答案：

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√

2．已知原子总数相同、价电子总数相同的微粒称为等电子体，等电子体的结构和性质相似。

据此回答下列问题：

（1）SCN－、NO

的价电子总数都是16，因此它们的结构与第二周期中的两种元素组成的________分子的结构相同，该分子呈________形。

（2）CO

、NO

等微粒具有相同的通式AX3，且价电子总数都是________，因此它们的结构与由ⅥA族的两种元素组成的________分子的结构相同，呈________形。

解析：

根据等电子体的概念及常见等电子体即可回答问题。

答案：

（1）CO2（或N2O）　直线　

（2）24　SO3　平面三角

1．常见的等电子体

类型

实例

三原子、16个价电子的等电子体

CO2、CS2、N2O、NO

、N

、BeCl2（g）

两原子、10个价电子的等电子体

N2、CO、NO＋、C

、CN－

三原子、18个价电子的等电子体

NO

、O3、SO2

四原子、24个价电子的等电子体

NO

、CO

、BF3、SO3（g）

五原子、32个价电子的等电子体

SiF4、CCl4、BF

、SO

、PO

2.应用：

等电子体的许多性质是相近的，立体构型是相同的。

（1）利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。

如NH3和H3O＋，原子总数和价电子总数都相等，其立体构型相同（三角锥形）；SiCl4、SO

、SiO

、PO

等的原子数目和价电子总数都相等，互为等电子体，都呈正四面体形。

（2）应用于制造新材料。

等电子体不仅有相似的立体构型，而且有相似的性质。

如晶体硅、锗是良好的半导体材料，它们的等电子体AlP、GaAs也都是良好的半导体材料。

（3）利用等电子原理针对某物质找等电子体。

等电子体的价电子总数相同，而组成原子的核外电子总数不一定相同，如CO2和CS2。

（1）根据等电子原理判断，下列说法中错误的是________。

A．B3N3H6分子中所有原子均在同一平面上

B．B3N3H6分子中存在双键，可发生加成反应

C．H3O＋和NH3互为等电子体，均为三角锥形结构

D．CH4和NH

互为等电子体，均为正四面体结构

（2）下列微粒组是等电子体的是________。

A．N2O4和NO2　　　　　B．Na＋和Cl－

C．SO

和PO

D．NO和O2

[解析]　

（1）等电子原理是指具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相似的结构特征。

苯是B3N3H6的等电子体，因此，它们的结构相似。

苯分子中所有的原子均在同一平面上，苯分子中不存在双键，存在大π键，B错误。

H3O＋和NH3互为等电子体，NH3为三角锥形结构，则H3O＋也是三角锥形结构。

CH4和NH

互为等电子体，CH4是正四面体结构，所以NH

也是正四面体结构。

（2）N2O4的原子总数和价电子总数都是NO2的2倍；NO的价电子总数是11，O2的价电子总数是12，故A、D不正确。

[答案]　

（1）B　

（2）C

上述例题第

（1）小题中B3N3H6能否发生取代反应？

能否使酸性KMnO4溶液褪色？

说明理由。

答案：

B3N3H6与苯是等电子体，苯能发生取代反应，不能使酸性KMnO4溶液褪色，B3N3H6具有与之相似的性质，故能发生取代反应，不能使酸性KMnO4溶液褪色。

　等电子原理、等电子体

1．下列各对粒子中，空间结构相似的是（　　）

A．CS2与NO2　　　　　　B．CO2与N2O

C．SO2与O2D．PCl3与BF3

解析：

选B。

A选项中CS2的价电子总数为16，NO2的价电子总数为17，故二者不属于等电子体；B选项中CO2和N2O的价电子总数均为16，且均为三原子分子，二者互为等电子体，因此具有相似的空间结构；C选项中SO2和O2原子数目不同，价电子总数也不同，故二者不属于等电子体；D选项中PCl3的价电子总数为26，BF3的价电子总数为24，故二者不属于等电子体。

2．1919年，Langmuir提出等电子原理：

原子总数相同、电子总数相同的粒子，互称为等电子体。

等电子体的结构相似、物理性质相近。

（1）根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是________和________；________和________。

（2）此后，等电子原理又有所发展。

例如：

由短周期元素组成的微粒，只要其原子总数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。

在短周期元素组成的物质中，与NO

互为等电子体的分子有________、________。

解析：

（1）第二周期元素中，只有B、C、N、O、F可形成共价型分子，同素异形体间显然不能形成等电子体，若为含两个原子的等电子体，则可能是某元素的单质与其相邻元素间的化合物，如N2与CO，在此基础上增加同种元素的原子可得其他的等电子体，如N2O和CO2。

（2）NO

的最外层电子数为5＋6×2＋1＝18，平均每个原子的最外层电子数为6，则与其互为等电子体的为SO2和O3。

答案：

（1）N2　CO　CO2　N2O　

（2）SO2　O3

重难易错提炼

1.σ键的特征是轴对称，键的强度较大；π键的特征为镜面对称，不如σ键牢固，比较容易断裂。

2.键长越短，键能越大，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定；键角是描述分子立体结构的重要参数，共价键具有方向性。

3.原子总数相同、价电子总数相同的分子（或离子）互为等电子体，具有相似的化学键特征和相近的化学性质。

课后达标检测[学生用书P64（单独成册）]

[基础巩固]

1．下列分子中的σ键是由一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是（　　）

A．H2　　　　　　　　　B．HCl

C．Cl2D．N2

解析：

选B。

H2中的σ键是ssσ键，Cl2、N2中的σ键都是ppσ键。

2．（2017·浙江六校联考）下列物质的分子中，既有σ键又有π键的是（　　）

A．C2H6B．HClO

C．CH4D．CO2

解析：

选D。

C2H6、HClO、CH4中均只含单键，即全部是σ键，A、B、C错误；CO2中含两个碳氧双键，所以含有两个σ键和两个π键，D正确。

3．对σ键的认识不正确的是（　　）

A．σ键不属于共价键，是另一种化学键

B．ssσ键与spσ键的对称性相同

C．若分子中含有共价键，则至少含有一个σ键

D．含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同

解析：

选A。

A项，σ键属于共价键；B项，ssσ键与spσ键都属于σ键，对称性相同；D项，π键容易断裂，而σ键不易断裂，所以含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同。

4．下列说法中正确的是（　　）

A．双原子分子中化学键键能越大，分子越稳定

B．双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定

C．双原子分子中化学键键角越大，分子越稳定

D．在双键中，σ键的键能要小于π键

解析：

选A。

共价键键能越大、键长越短，分子越稳定，A正确，B错误；在双原子分子中没有键角，且分子稳定性与键角无关，C错误；一般σ键的重叠程度大于π键，σ键的键能大于π键，D错误。

5．有关CH2===CH—C≡N分子中所含化学键数目的说法正确的是（　　）

A．3个σ键，3个π键B．4个σ键，3个π键

C．6个σ键，2个π键D．6个σ键，3个π键

解析：

选D。

共价单键为σ键，双键中含1个σ键和1个π键，三键中含1个σ键和2个π键，故CH2===CH—C≡N分子中含6个σ键和3个π键。

6．下列微粒属于等电子体的是（　　）

A．12CO2和14COB．H2O和NH3

C．N2和13COD．NO和CO

解析：

选C。

N2和13CO分子中均含有2个原子、10个价电子，二者互为等电子体。

7．根据下表中所列的键能数据，判断下列分子中最不稳定的是（　　）

化学键

H—H

H—Cl

H—Br

Br—Br

键能/kJ·mol－1

436.0

431.8

366

193.7

A.HCl　　　　　　　　　B．HBr

C．H2D．Br2

解析：

选D。

键能越小，键长越长，共价键越不牢固，分子越不稳定。

8．下列说法正确的