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共价键高考总复习
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 a
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
【考点】共价键的类型
【题点】σ键与π键的判断
答案 D
解析 A项和B项,HCl和HF分子中都含有H原子,能提供s电子云与p电子云形成s-pσ键;C项,CO2分子中含有C==O键,有π键存在;D项,SCl2分子中只存在2个p-pσ键(
)。
2.下列物质中σ键和π键数目比为1∶2的是( )
A.O2B.HCNC.CO2D.N2
【考点】共价键的类型
【题点】分子中σ键和π键的存在及个数的判断
答案 D
解析 O2的结构式是O==O,分子中两个氧原子形成共价双键,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。
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)__________________,___________________________________________________。
【考点】有关共价键的综合考查
【题点】有关共价键的综合考查
答案
(1)s-sσ键 H2
(2)s-pσ键 HCl
(3)p-pσ键 Cl2 (4)p-pπ键 N2
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
【考点】等电子原理
【题点】等电子体的书写和判断
答案 C
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
【考点】共价键的键参数
【题点】共价键参数的综合
答案 B
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______________。
【考点】等电子原理
【题点】等电子原理的应用
答案
(1)是 N>S>Si
(2)N2O4 第四周期ⅦB族 3d54s2
解析
(1)三种粒子均为四原子24价电子微粒,属于等电子体。
(2)寻找C2O
的等电子体,首先想到将C替换为N,然后凑足价电子总数,此微粒可以是N2O4。
课后作业:
一、选择题
1.下列说法中,不正确的是( C )
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( D )
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 )
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( D )
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
【解析】:
形成σ键原子轨道的重叠程度比π键大,稳定性更好,不易断裂,A项错误;s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性,B项错误;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,C项错误;两个原子之间形成共价键时,单键为σ键,双键和三键中只有一个σ键,D项正确。
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( D )
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( B )
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( C )
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( D )
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( B )
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( B )
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( C )
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( D )
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
【解析】 NO2是共价化合物,N与O原子序数相差1,A不正确;XY2是离子化合物有MgCl2、MgF2、BeCl2、BeF2。
原子序数差值都不是8,B不正确;X与Y原子序数相差5,如MgCl2是离子化合物但溶于水,C不正确;X与Y原子序数相差6时,XY2为SiO2是共价化合物,可溶于强碱溶液,故D正确。
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 。
【答案】:
①②③⑥⑦ ④⑤⑧ ②④⑤ ⑥ ①③⑦⑧ ②④⑤⑦⑧
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 。
【解析】:
由题意知,a是单质,含14个电子,是Si,Si可作半导体材料;b是两个原子的化合物,根据其物理性质:
无色无味气体,推断b为CO,CO一旦进入肺里,会与血液中的血红蛋白结合而使血红蛋白丧失输送氧气的能力,使人中毒;c是双原子单质,每个原子有7个电子,故c为N2,N2分子的结构式为
为非极性键;d是四核化合物,即4个原子共有14个电子,只能是烃,故d为C2H2,C2H2的结构式为
有2个H—Cσ键,1个C—Cσ键,2个π键。
【答案】:
(1)1s22s22p63s23p2
(2)CO CO一旦被吸入肺里后,会与血液中的血红蛋白结合,使血红蛋白丧失输送氧气的能力
(3)∶N︙︙N∶ 非极性键
(4)
3 2 >
形成σ键的原子轨道的重叠程度比π键的重叠程度大,形成的共价键键能大
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____________________。
【解析】 根据短周期元素Y可形成Y2O和Y2O2两种离子化合物可判断Y为Na,由分子式XH3、H2Z和HW可知X、Z、W分别属于ⅤA、ⅥA、ⅦA三个主族,再由原子序数的关系不难判断:
X、Z、W分别为N、S、Cl。
【答案】
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