共价键学生满分版.docx

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共价键学生满分版

共价键

知识点一、共价键的形成与特征

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）本质：

原子间通过共用电子对（即电子云重叠）产生的强烈作用。

（4）形成条件：

非金属元素的原子之间形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属原子之间形成共价键。

2.共价键的特征

（1）饱和性

①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”。

②用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下：

③由以上分析可知，F原子与H原子间只能形成1个共价键，所形成的简单化合物为HF。

同理，O原子与2个H原子形成2个共用电子对，2个N原子间形成3个共用电子对。

（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。

共价键的特征及应用

（1）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）共价键的方向性决定了分子的立体构型，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。

例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

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的形成与判断

答案　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。

例2

　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

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的特征

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。

知识点二、共价键的类型

1.σ键

（1）概念：

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叫σ键。

（2）类型：

根据成键电子原子轨道的不同，σ键可分为s-sσ键、s-pσ键、p-pσ键。

①s-sσ键：

两个成键原子均提供s轨道形成的共价键。

②s-pσ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-pσ键：

两个成键原子均提供p轨道形成的共价键。

（3）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

（1）概念：

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叫π键。

（2）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）π键的存在：

π键通常存在于双键或三键中。

（1）共价键的分类

（2）σ键和π键的比较

键的类型

σ键

π键

原子轨道重叠方式

两个原子的成键轨道沿着键轴的方向以“头碰头”的方式重叠

两个原子的成键轨道以“肩并肩”的方式重叠

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

示意图

例3

　s-pσ键与p-pσ键的区别在于（　　）

A.前者是电子云的重叠，后者没有电子云的重叠

B.前者有K层电子云成键，后者肯定无K层电子云成键

C.前者是电子云“头碰头”重叠，后者是电子云“肩并肩”重叠

D.前者是电子云“肩并肩”重叠，后者是电子云“头碰头”重叠

【考点】共价键的类型

【题点】σ键与π键的比较

答案　B

解析　凡是σ键，都是电子云“头碰头”的重叠。

s-pσ键是由s能级的电子云（“球形”）与p能级的电子云（“哑铃形”）以“头碰头”重叠而成键的。

由于K层不存在p能级，故p-pσ键不可能有K层电子云成键。

例4

　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

【考点】共价键的类型

【题点】共价键类型的综合

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。

知识点三、共价键参数

1.键能

（1）概念：

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。

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）应用：

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863.6kJ的能量。

②表中共价键最难断裂的是H—F，最易断裂的是H—I。

③由表中键能大小数据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，即最稳定的是HF，最不稳定的是HI。

2.键长

（1）概念：

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）应用：

共价键的键长越短，往往键能越大，这表明共价键越稳定，反之亦然。

3.键角

（1）概念：

在多原子分子中，两个共价键之间的夹角。

（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，因此键角决定着共价分子的立体构型。

（3）试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等

三角锥形

107°

NH3

V形（角形）

105°

H2O

直线形

180°

CO2、CS2、CH≡CH

例5

　N—H键键能的含义是（　　）

A.由N和H形成1molNH3所放出的能量

B.把1molNH3中的共价键全部拆开所吸收的热量

C.拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的热量

D.形成1个N—H键所放出的热量

【考点】共价键的键参数

【题点】键能、键长和键角的概念

答案　C

解析　N—H键的键能是指形成1molN—H键放出的能量或拆开1molN—H键所吸收的能量，不是指形成1个N—H键释放的能量。

1molNH3中含有3molN—H键，拆开1molNH3或形成1molNH3吸收或放出的能量应是1molN—H键键能的3倍。

例6

　下列分子中的键角最大的是（　　）

A.CO2B.NH3　C.H2OD.CH2==CH2

【考点】共价键的键参数

【题点】键角与分子的立体构型

答案　A

解析　CO2为直线形分子，键角为180°；NH3为三角锥形结构，键角为107°；H2O分子立体构型为V形，键角为105°；CH2==CH2为平面结构，键角为120°，故键角最大的是CO2，A正确。

例7

　实验测得四种结构相似的单质分子的键能、键长的数据如下：

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>______；d>________；比较a、c的大小__________；比较b、d的大小__________。

【考点】共价键的键参数

【题点】键长、键能与分子稳定性的关系

答案　1.98　193　ad

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。

知识点四、等电子原理

1.比较N2和CO的结构、性质，填写下表空格：

分子

N2

CO

结构

原子数

2

2

电子数

14

14

价电子数

10

10

立体构型

直线形

直线形

性质

沸点/℃

－195.81

－191.49

熔点/℃

－210.00

－205.05

液体密度/g·cm－3

0.796

0.793

2.分析比较N2和CO的结构和性质，得出的结论是CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，其性质相近。

3.等电子原理是指原子总数相同、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（主要是物理性质）是相近的。

满足等电子原理的分子互称为等电子体。

常见的等电子体

类型

实例

立体构型

双原子10电子的等电子体

N2、CO、NO＋、C

、CN－

直线形

三原子16电子的等电子体

CO2、CS2、N2O、NO

、N

、BeCl2（g）

直线形

三原子18电子的等电子体

NO

、O3、SO2

V形

四原子24电子的等电子体

NO

、CO

、BO

、CS

、BF3、SO3（g）

平面三角形

五原子32电子的等电子体

SiF4、CCl4、BF

、SO

、PO

正四面体形

例8

　1919年，Langmuir提出等电子原理：

原子总数相同、电子总数相同的分子，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________、________。

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电子总数均为14，CO2与N2O电子总数均为22。

（2）依题意，只要原子总数相同，价电子总数也相同，即可互称为等电子体，NO

为三原子，其价电子总数为（5＋6×2＋1）＝18，SO2、O3也为三原子，价电子总数均为6×3＝18。

学习小结：

1.共价键的三个键参数，键长、键能可用来判断共价键的稳定性，键角可用于判断分子的立体构型。

2.等电子体原子总数相同，价电子总数相同，但组成原子的核外电子总数不一定相同。

随堂练习：

1.下列分子中既不存在s-pσ键，也不存在p-pπ键的是（　　）

A.HClB.HFC.CO2D.SCl2

2.下列物质中σ键和π键数目比为1∶2的是（　　）

A.O2B.HCNC.CO2D.N2

3.指出下图所示共价键的名称，并列举含有该共价键的一种物质，写出其分子式。

　　　共价键名称　　　　　　　　　　　　　　　举例

（1）__________________，___________________________________________________。

（2）__________________，___________________________________________________。

（3）__________________，___________________________________________________。

（4）__________________，___________________________________________________。

4.等电子体之间结构相似，物理性质也相近。

根据等电子原理可知，由短周期元素组成的粒子，只要其原子总数和价电子总数相同，均可互称为等电子体。

下列各组粒子不能互称为等电子体的是（　　）

A.CO

和NO

B.O3和SO2

C.CO2和NO

D.SCN－和N

5.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463kJ·mol－1，即18gH2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2×463J

6.等电子体是指两个或两个以上的分子（或离子），它们的原子总数相同、分子（或离子）中价电子总数也相同。

（1）SiO

、SO3、NO

三种粒子________（填“是”或“不是”）等电子体，其中Si、S、N三种基态原子的第一电离能的大小关系为____________________。

（2）C2O

和________是等电子体，C2O

具有较强的还原性，它能使酸性KMnO4溶液褪色，Mn原子在元素周期表中的位置是__________，价电子排布式为______________。

课后作业：

一、选择题

1．下列说法中，不正确的是（　　）

A．σ键比π键的重叠程度大，形成的共价键强度大

B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键

C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键

D．N2分子中有一个σ键、2个π键

2．下列说法，不正确的是（　　）

A．双键、三键中都含有π键

B．成键原子间原子轨道重叠愈多，共价键愈牢固

C．因每个原子未成对的电子数是一定的，故与其配对的原子个数也一定

D．所有原子轨道在空间中都有自己的方向性

3.下列分子的电子式书写正确的是（　　）

A.氮气:

∶N︙︙N∶B.过氧化氢:

H+[∶∶]2-H+

C.氨气:

H∶∶HD.二硫化碳:

∶∶

4.下列说法正确的是（　　）

A.σ键强度小,容易断裂,而π键强度较大,不易断裂

B.共价键都具有方向性

C.π键是由两个原子的p轨道“头碰头”重叠形成的

D.两个原子之间形成共价键时,最多有一个σ键

5.化合物A是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式为

下列说法中正确的是（　　）

A.A分子中只有极性键没有非极性键B.A分子中的共用电子对数为11

C.1molA分子中所含的σ键数目为10NAD.A是共价化合物

6.某原子的原子核外最外层电子排布为ns2np4,按照共用电子对理论,该原子一般可形成共用电子对的数目是（　　）

A.1对B.2对C.3对D.4对

7.关于乙醇分子的说法正确的是（　　）

A.分子中共含有8个极性键B.分子中不含非极性键

C.分子中只含σ键D.分子中含有1个π键

8.在下列变化过程中，既有离子键被破坏又有共价键被破坏的是（　　）

A．将SO2通入水中B．火碱溶于水

C．将HCl通入水中D．硫酸氢钠溶于水

9．X、Y、Z、W均为短周期元素，在周期表中位置如图，Y原子的最外层电子数是其次外层电子数的3倍。

下列说法正确的是（　　）

A．X、Y、Z的原子半径大小：

X＞Y＞Z

B．Y、Z的气态氢化物中，前者更稳定

C．Z、W的最高价氧化物对应水化物的酸性，前者更强

D．X、W的气态氢化物相互反应，生成物中只含离子键不含共价键

10．据新浪科技网报道：

美国科学家发现，普通盐水在无线电波的照射下可以燃烧，这很可能是21世纪人类最伟大的发现之一，将有望解决未来人类的能源危机。

无线电频率可以降低盐水中所含元素之间的结合力，释放出氢原子，一旦点火，氢原子就会在这种频率下持续燃烧。

上述“结合力”的实质是（　　）

A．离子键　　　　　　　B．共价键

C．一种静电引力D．一种静电斥力

11．关于离子键、共价键的各种叙述，下列说法中正确的是（　　）

A．在离子化合物里，只存在离子键，没有共价键

B．非极性键只存在于双原子的单质分子（如Cl2）中

C．在共价化合物分子内，一定不存在离子键

D．由多种元素组成的多原子分子里，一定只存在极性键

12．短周期元素X、Y可以形成化合物XY2。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．若XY2是共价化合物，则X与Y的原子序数不相差1

B．若XY2是离子化合物，则X与Y的原子序数可能相差8

C．若X与Y的原子序数相差5，则离子化合物XY2不溶于水

D．若X与Y的原子序数相差6，则共价化合物XY2可溶于强碱溶液

二、填空题

13.在下列分子中:

①HF　②Br2　③H2O　④N2　⑤CO2⑥H2　⑦H2O2　⑧HCN。

分子中只有σ键的是　　　　,分子中含有π键的是　　　　　　　　　　,分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是　　　　,分子中含有由两个原子的s轨道重叠形成σ键的是　　　　,分子中含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是　　　　,分子中含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是　　　　。

14.a、b、c、d为四种由短周期元素组成的物质,它们都有14个电子,且四种物质中均只含共价键。

回答下列问题:

（1）a是单质,可用作半导体材料,a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　　　　,1个d分子内所含共价键有　　　　个σ键,　　　　π键,σ键和π键的强度大小关系为σ键　　　　π键（填“>”“<”或“=”）,原因是　。

15.原子序数由小到大排列的四种短周期元素X、Y、Z、W，其中X、Z、W与氢元素可组成XH3、H2Z和HW共价化合物；Y与氧元素可组成Y2O和Y2O2离子化合物。

（1）写出Y2O2的电子式：

__________________________________________，

其中含有的化学键是______________。

（2）用电子式表示Y2O的形成过程___________________________________。

（3）X、Z、W三种元素的最高价氧化物对应的水化物中，稀溶液氧化性最强的是________（填化学式）。

（4）XH3、H2Z和HW三种化合物，其中一种与另外两种都能反应的是______________（填

化学式）。

（5）由X、W组成的化合物分子中，X、W原子的最外层均达到8电子稳定结构，该化合物遇水可生成一种具有漂白性的化合物，试写出反应的化学方程式____________________。

16．短周期主族元素A、B、C、D、E、F的原子序数依次增大，它们的原子核外电子层数之和为13。

B的化合物种类繁多，数目庞大；C、D是空气中含量最多的两种元素，D、E两种元素的单质反应可以生成两种不同的离子化合物；F为同周期半径最小的元素。

试回答以下问题：

（1）写出D与E以1∶1的原子个数比形成的化合物的电子式：

________。

F的原子结构示意图为：

________。

（2）B、D形成的化合物BD2中存在的化学键为________键（填“离子”或“共价”，下同）。

A、C、F三种元素形成的化合物CA4F为________化合物。

（3）化合物甲、乙由A、B、D、E中的三种或四种组成，且甲、乙的水溶液均呈碱性。

则甲、乙反应的离子方程式为：

_______________________________________。

（4）A、C、D、E的原子半径由大到小的顺序是________（用元素符号表示）。

（5）元素B和F的非金属性强弱，B的非金属性________于F（填“强”或“弱”），并用化学方程式证明上述结论______________________________________________________。