最新高中化学第二章分子结构与性质第一节共价键课时作业Word文档下载推荐.docx

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乙烯分子中由5个σ键和1个π键组成；

乙炔分子中由3个σ键和2个π键组成。

二、键参数——键能、键长与键角

1．概念和特点

概　念

特　点

键能

气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量

键能越大，键越稳定

键长

形成共价键的两个原子之间的核间距

键长越短，键能越大，键越稳定

键角

分子内两个共价键之间的夹角

表明共价键有方向性，决定分子的立体结构

2.对物质性质的影响

2．N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强，从键能的角度应如何理解这一化学事实？

答案　由教材表21中键能的数值可知：

H—F>

H—O>

H—N，而键长：

H—F<

H—O<

H—N，说明分子的稳定性：

HF>

H2O>

NH3，所以N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。

三、等电子体

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结构特征，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，它们的许多性质相似。

3．写出常见的18电子微粒，讨论电子数相同的微粒与等电子体是否相同？

答案　电子数相同的微粒是指微粒中所有的电子数之和相同，但微粒中原子的数目不一定相同，如18电子的微粒有S2－、HS－、Cl－、Ar、K＋、Ca2＋、H2S、H2O2、N2H4、C2H6、CH3OH等。

等电子体是指原子总数相等、价电子总数相同的微粒，其电子总数不一定相同。

如N2O与CO2，其原子数、价电子数、电子总数相等；

SO2和O3其原子数相同、价电子数相同，但电子总数SO2为32，O3电子总数为24，显然电子总数不同。

一、共价键的类型——σ键和π键

【例1】　下列有关化学键类型的判断不正确的是（　　）

A．s—sσ键与s—pσ键的对称性不同

B．分子中含有共价键，则至少含有一个σ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

答案　C

解析　s—sσ键无方向性，s—pσ键轴对称，A项对；

在含有共价键的分子中一定有σ键，可能有π键，如HCl、N2等，B项对。

单键都为σ键，乙烷分子结构式为，其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。

规律总结

1．共价键

2．σ键和π键的比较

键类型

σ键

π键

原子轨道重叠方式

沿键轴方向相对重叠

沿键轴方向平行重叠

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

键的强度

较大

较小

化学活泼性

不活泼

活泼

变式训练1　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1个σ键

C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键

D．N2分子中有1个σ键，2个π键

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。

【例2】　关于键长、键能和键角，下列说法中不正确的是（　　）

A．键角是描述分子立体结构的重要参数

B．键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关

C．C===C键等于C—C键键能的2倍

D．因为O—H键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐增强

解析　键角是描述分子立体结构的重要参数，如H2O中两个H—O键的键角为105°

，故H2O为V形分子，A项正确；

键长的大小与成键原子的半径有关，如Cl的原子半径小于I的原子半径，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键的键长要大，B项正确；

C===C键的键能为615kJ·

mol－1，C—C键的键能为347.7kJ·

mol－1，二者不是2倍的关系，C项错误；

O—H键的键能为462.8kJ·

mol－1，H—F键的键能为568kJ·

mol－1，O—H键与H—F键的键能依次增大，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，O2、F2跟H2反应的能力依次增强，D项正确。

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。

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。

4．由电负性判断：

元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力越大，形成的共价键越稳定。

变式训练2　下列说法中正确的是（　　）

A．分子中键能越大，键长越长，则分子越稳定

B．元素周期表中的第ⅠA族（除H外）和第ⅦA族元素的原子间可能形成共价键

C．水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°

D．H—O键的键能为467kJ·

mol－1，即18gH2O分解成H2和O2时，消耗能量为934kJ

答案　B

解析　D项中，H—O键键能为467kJ·

mol－1，指的是气态基态氢原子和氧原子形成1molH—O键时释放的最低能量，则拆开1molH—O键形成气态氢原子和氧原子所需吸收的能量也为467kJ，18gH2O即1molH2O中含2molH—O键，断开时需吸收934kJ的能量形成气态氢原子和氧原子，再进一步形成H2和O2时，还需释放出一部分能量，故需知H—H键和O===O键的键能，D项错误；

查表知Li的电负性为1.0，I的电负性为2.5，其差值为1.5<

1.7，所以LiI中存在共价键，B项正确。

三、等电子体的判断和应用

【例3】　

（1）根据等电子原理，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）根据等电子原理，由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称等电子体，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NO2－互为等电子体的分子有：

________。

答案　

（1）N2　CO　CO2　N2O　

（2）SO2、O3

解析　

（1）仅由第二周期元素组成的共价分子中，即C、N、O、F组成的共价分子，如N2与CO价电子总数均为10，CO2与N2O价电子总数均为16个电子。

（2）依题意，只要原子数相同，各原子最外层电子数之和也相同，即可互称等电子体，NO2－为三原子，各原子最外层电子数之和为（5＋6×

2＋1），SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和为6×

3＝18。

1．判断方法

原子总数相同，价电子总数相同的分子。

2．应用

等电子体的许多性质是相近的，空间构型是相同的。

利用等电子体可以：

（1）判断一些简单分子或离子的立体构型；

（2）利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；

（3）利用等电子原理针对某物质找等电子体。

3．一些常见的等电子体

二原子10电子的等电子体：

N2、CO、CN－、C22－

二原子11电子的等电子体：

NO、O2＋

三原子16电子的等电子体：

CO2、CS2、N2O、CNO－、N3－

三原子18电子的等电子体：

NO2－、O3、SO2

四原子24电子的等电子体：

NO3－、CO32－、BF3、SO3（g）

4．等电子体的快速找法

（1）将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n（n＝1，2等）的原子，如N2与CO、N3－和CNO－互为等电子体。

（2）将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加（或减少）n的元素带n个单位电荷的阳离子（或阴离子），如N2O和N3－互为等电子体。

（3）同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中的元素原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。

变式训练3　1991年，Langmuir提出：

“凡原子数与价电子总数均相等的物质，其结构相同，物理性质相近”，称为等电子原理。

相应的物质互称为等电子体。

化学科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构与性质。

例如，CH4与NH4＋有相同的价电子数及空间构型。

请你根据等电子原理在下表空格处填上相应的化学式：

CH4

CO32－

C2O42－

NH4＋

N2H62＋

NO2＋

答案　见下表：

C2H6

CO2

NO3－

N2O4

解析　本题考查等电子原理的应用。

等电子体的要求是必须具有相同的原子总数和价电子总数，分子与离子也可以是等电子体。

N2H62＋是含有8个原子和14个价电子的微粒，比NH4＋多3个原子和6个价电子，NH4＋与CH4互为等电子体，而比CH4多3个原子和6个价电子的微粒为C2H6，同理可得其他几组答案。

1．下列关于共价键的说法不正确的是（　　）

A．H2S分子中两个共价键的键角接近90°

的原因是共价键有方向性

B．N2分子中有一个σ键，两个π键

C．两个原子形成共价键时至少有1个σ键

D．在双键中，σ键不如π键稳定

答案　D

2．与NO3－互为等电子体的是（　　）

A．SO2B．BF3C．CH4D．NO2

解析　等电子体是原子总数和价电子总数均相同的粒子，NO3－的原子数是4，价电子数是24，与其相同的是BF3。

3．下列分子中最难断裂成原子的是（　　）

A．HFB．HClC．HBrD．HI

答案　A

解析　因为原子半径I>

Br>

Cl>

F，电负性F>

I，所以它们与H原子形成的氢化物分子的键能EH－F>

EH－Cl>

EH－Br>

EH－1。

键能越大，化合物越难断裂成原子。

4．下列说法中能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面的是（　　）

A．任意两个B—F键间的夹角相等

B．3个B—F键键能相等

C．3个B—F键键长相等

D．任间两个B—F键间的夹角为120°

解析　键参数中，键能和键长是用于判断共价键稳定性的依据，而键角是判断分子立体构型的依据。

3个B—F键间的夹角均为120°

时，正好构成一个以B原子为中心的平面结构，因此4个原子共平面。

5．下面物质的分子中既有σ键，又有π键的是（　　）

①HCl　②H2O　③N2　④H2O2　⑤C2H4　⑥C2H2

A．①②③B．③④⑤⑥C．①③⑥D．③⑤⑥

解析　当两个原子间能形成多对共用电子对时，要先形

成一个σ键，另外的原子轨道只能形成π键，N2分子中有三个共价键：

一个σ键，两个π键，C2H4分子中两个碳原子之间有两个共价键；

一个σ键，一个π键；

C2H2分子中碳碳原子之间有三个共价键：

一个σ键，两个π键。

6．某些共价键的键能数据如下表（单位：

kJ·

mol－1）

共价键

H—H

436

Cl—Cl

243

Br—Br

193

H—Cl

432

H—I

298

I—I

151

N≡N

946

H—O

463

H—N

393

（1）把1molCl2分解为气态原子时，需要________（填“吸收”或“放出”）________kJ能量。

（2）由表中所列化学键形成的单质分子中，最稳定的是________，最不稳定的是________；

形成的化合物分子中最稳定的是________，最不稳定的是________。

（3）试通过键能数据估算下列反应的反应热：

H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝________。

答案　

（1）吸收　243　

（2）N2　I2　H2O　HI

（3）－185kJ·

mol－1

解析　本题主要考查键能的定义以及键能与化学键稳定性的关系。

（1）键能是指气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量，新键形成释放能量，则旧键断裂必然吸收能量，根据能量守恒定律断开1molCl—Cl键吸收的能量等于形成1molCl—Cl键释放的能量。

（2）键能越大，化学键越稳定，越不容易断裂，化学性质越稳定，因此最稳定的单质为N2，最不稳定的单质是I2，最稳定的化合物是H2O，最不稳定的化合物是HI。

（3）ΔH＝E（反应物键能之和）－E（生成物键能之和）＝（436＋243－2×

432）kJ·

mol－1＝－185kJ·

mol－1。

[经典基础题]

1．下列说法中正确的是（　　）

A．p轨道之间以“肩并肩”重叠可形成σ键

B．p轨道之间以“头对头”重叠可形成π键

C．s和p轨道以“头对头”重叠可形成σ键

D．共价键是两个原子轨道以“头对头”方式重叠形成的

解析　A项p轨道之间以“肩并肩”重叠形成的是π键；

B项p轨道之间以“头对头”重叠可形成σ键；

D项形成共价键还可能是两个原子轨道以“肩并肩”重叠形成。

2．下列有关σ键的说法错误的是（　　）

A．如果电子云图像是由两个s电子重叠形成的，即形成s—sσ键

B．s电子与p电子形成s—pσ键

C．p电子与p电子不能形成σ键

D．HCl分子里含一个s—pσ键

解析　p电子与p电子若“头碰头”重叠即形成p—pσ键。

3．下列分子中存在的共价键类型完全相同的是（　　）

A．CH4与NH3B．C2H6与C2H4

C．H2与Cl2D．Cl2与N2

解析　A项中全是s—pσ键；

B项中C2H6只存在σ键，而C2H4存在σ键和π键；

C项中H2中的键为s—sσ键，Cl2中的键为p—pσ键；

D项与B项类似。

4．参考下表化学键的键能数据，判断下列分子中受热最稳定的是（　　）

化学键

H—F

H—Br

键能/kJ·

568

431

366

A.H2B．HFC．HClD．HBr

解析　共价键的键能越大，越不容易被破坏，意味着化学键越稳定，分子也越稳定。

5．下列说法正确的是（　　）

A．键角决定了分子的结构

B．共价键的键能越大，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定

C．CH4、CCl4中键长相等，键角不同

D．C===C中的键能是C—C中的键能的两倍

解析　分子结构是由键角和键长共同决定的，A项错。

CH4、CCl4分子均为正四面体型，它们的键角相同，键长不等，C错。

C===C中的双键由一条σ键和一条π键构成，通常而言σ键键能大于π键键能，故C===C中的键能应小于C—C键键能的两倍，D错。

6．N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，下列说法中不正确的是（　　）

A．N2分子与CO分子中都含有三键

B．CO分子与N2分子中的π键并不完全相同

C．N2与CO互为等电子体

D．N2与CO的化学性质相同

解析　从题图可以看出，N2分子与CO分子中均含有一个σ键和两个π键，所以二者都含有三键，A项正确；

N2分子中的π键是由每个氮原子各提供两个p电子以“肩并肩”方式形成的，而CO分子中的一个π键是由氧原子单方面提供电子对形成的，B项正确；

N2与CO的原子总数和价电子总数均相同，互为等电子体，二者化学性质相似，但并不完全相同，C项正确，D项错误。

7．下列说法中正确的是（　　）

A．在气体单质分子中，一定含有σ键，可能含有π键

B．烯烃比烷烃的化学性质活泼是由于烷烃中只含σ键而烯烃含有π键

C．等电子体结构相似，化学性质相同

D．共价键的方向性决定了原子在形成分子时相互结合的数量关系

解析　在单质分子中，可能存在σ键（如H2、Cl2）、π键（如N2分子中存在σ键、π键），而稀有气体为单原子分子，不存在化学键，A项错误；

烯烃中含有碳碳双键，其中一个是π键，因π键易断裂，故化学性质较活泼，B项正确；

等电子体结构相似，但化学性质不同，C项错误；

共价键的方向性决定分子的立体构型，饱和性决定分子中各原子的数量关系，D项错误。

8．能够用键能的大小作为主要依据来解释的是（　　）

A．常温常压下氯气呈气态而溴单质呈液态

B．硝酸是挥发性酸，而硫酸、磷酸是难挥发性酸

C．稀有气体一般难发生化学反应

D．空气中氮气的化学性质比氧气稳定

解析　共价分子构成物质的状态与分子内共价键的键能无关；

物质的挥发性与分子内键能的大小无关；

稀有气体是单原子分子，无化学键，难发生化学反应的原因是它们的价电子已达稳定结构；

氮气比氧气稳定是由于N2分子中共价键的键能（946kJ·

mol－1）比O2分子中共价键的键能（497.3kJ·

mol－1）大，在化学反应中更难断裂。

9．有以下物质：

①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2O2，⑧HCN（H—C≡N）。

（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）①③⑧　

（2）②④　（3）⑤⑥⑦　（4）①②③⑥⑦

（5）④⑤⑧

解析　根据同种原子形成的共价键是非极性键，不同种原子形成的共价键是极性键，共价单键是σ键，双键中一个是σ键、另一个是π键，共价三键由一个σ键、两个π键组成，进行分析、判断。

[能力提升题]

10．现有四种短周期元素A、B、C、D，已知：

①C、D在同一周期，A、B在同一主族；

②它们可以组成化合物A2C、B2C2、DC2、D2A4等；

③B的阳离子与C的阴离子的核外电子排布相同；

④B2C2同A2C或DC2反应都生成气体C2，B与A2C反应生成气体A2，A2与气体C2按体积比2∶1混合后点燃发生爆炸，其产物是一种常温下常见的无色无味的液体。

请回答：

（1）写出元素符号：

A________、B________、C________、D________。

（2）在A2C、B2C2、DC2和D2A4中，同时含有离子键和非极性共价键的化合物的电子式为________；

按原子轨道重叠方式，其非极性键的类型是________。

化合物DC2的结构式________。

（3）A2C分子的电子式________，按原子轨道重叠方式，其共价键的类型是________。

D2A4是平面形分子，其分子中含有________个σ键，________个π键。

（4）写出化学方程式或离子方程式：

B2C2与A2C反应的化学方程式______________________________________；

B2C2与DC2反应的化学方程式______________________________________；

B与A2C反应的离子方程式__________________________________________。

答案　

（1）H　Na　O　C

（2）Na＋[·

×

O·

·

·

]2－Na＋　p—pσ键　O===C===O

（3）H·

H　s—pσ键　5　1

（4）2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑

2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2

2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑

解析　由A2与气体C2按体积比2∶1混合后点燃能发生爆炸，其产物是一种常温下常见的无色无味的液体，可知该液体是H2O，A是H元素，C是O元素；

由B与A2C反应生成气体A2知，B是Na元素；

由B2C2同A2C或DC2反应都生成气体C2知，D是碳元素。

11．已知下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的最低能量（kJ）。

物质

能量（kJ）

Cl2

Br2

I2

H2

HF

565

HCl

HBr

363

HI

297

根据表中数据回答问题：

（1）下列物质本身具有的能量最低的是________。

A．H2B．Cl2C．Br2D．I2

（2）下列氢化物中，最稳定的是________。

A．HFB．HClC．HBrD．HI

（3）X2＋H2===2HX（X代表F、Cl、Br、I）的反应是吸热反应还是放热反应？

（4）相同条件下，X2分别与H2反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是________。

2molCl2在一定条件下与等物质的量的H2反应，放出或吸收的热量是________kJ。

（5）若无上表中的数据，你能正确回答出问题（4）的第一问吗？

________；

你的理由是__________________________________________________________。

答案　

（1）A　

（2）A　（3）放热反应　（4）F2　366　（5）能　生成物越稳定，放出的热量就越多，在HX中，HF最稳定

解析　能量越低越稳定，破坏其中的化学键需要的能量就越多，形成其中的键时放出的能量也越多。

12．下列粒子：

N2、CO2、NH3、N2O、O2、NO2、NO和CO。

（1）互为等电子体的粒子有