2.1.1 共价键-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （鲁科版2019，京粤闽皖豫宁陕）

第1节　共价键模型 第1课时　共价键 [核心素养发展目标]　1.熟知共价键的概念与形成，知道共价键的特征——具有饱和性和方向性。2.能够从不同的角度对共价键分类，会分析σ键和π键的形成及特点。3.会判断极性共价键和非极性共价键。 一、共价键的形成与特征 1．共价键的形成及本质 (1)概念：原子间通过共用电子形成的化学键。 (2)形成(以H2为例) 随着两个氢原子逐渐接近，它们的原子轨道会相互重叠，使电子在核间区域出现的概率增大，原子核对两个电子都产生吸引作用，使体系的能量逐渐降低，形成共价键。 (3)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。 (4)形成元素 通常是电负性相同或差值小的非金属元素原子之间。 (5)表示方法 用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键，如H—H、H—Cl；“===”表示原子间共用两对电子所形成的共价键(共价双键)；“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键(共价三键)。 2．共价键的特征 特征 概念 作用 饱和性 每个原子所能形成共价键的总数或以共价键连接的原子数目是一定的 决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系 方向性 在形成共价键时，原子轨道重叠得多，电子在核间出现的概率大，所形成的共价键就牢固。共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，这就是共价键的方向性 决定了分子的空间结构 1．正误判断 (1)水的非直线结构是由共价键的饱和性决定的(　　) (2)氢原子和氯原子只能形成HCl分子，不能形成H2Cl，是由共价键的饱和性决定的(　　) (3)金属元素与非金属元素之间不能形成共价键(　　) (4)共价键是一种电性吸引(　　) (5)CO2 分子内共价键可表示为O==C==O(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√ 2．下列不属于共价键成键因素的是(　　) A．共用电子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．两原子核体积大小要适中 答案　D 解析　成键原子之间以共用电子结合，形成稳定的共价键后体系能量降低，共用电子在两原子核之间高概率出现是共价键的成键因素，A、B、C正确；成键原子的原子核体积的大小对共价键的形成没有影响，D错误。 3．下列说法正确的是(　　) A．Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的方向性决定的 B．H2O与H2S的空间结构一样是由共价键的饱和性决定的 C．并非所有的共价键都有方向性 D．两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率减小 答案　C 解析　Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的饱和性决定的，A不正确；氢气中的共价键没有方向性，C正确；两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率增大，D不正确。 (1)共价键的饱和性决定了分子的组成，共价键的方向性决定了分子的空间结构。所有的共价键都具有饱和性，但并不是所有的共价键都具有方向性，如两个s轨道重叠形成的共价键就没有方向性。 (2)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、Cl2 等。 ②非金属元素形成的化合物中，如HClO、HCl、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AlCl3 、BeCl2等。 ④某些离子化合物中，如NaOH、NaClO等。 二、共价键的类型 1．σ键与π键 (1)分类标准：原子轨道的重叠方式。 (2)σ键 ①定义 原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键。 ②类型 形成 由两个原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠形成 类型 s-s型 s-p型 p-p型 (3)π键 ①定义 原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键。 ②p-p π键的形成 (4)σ键与π键的比较 共价键类型 σ键 π键 原子轨道重叠方式 沿键轴方向(“头碰头”)重叠，可沿键轴自由旋转 沿键轴方向平行(“肩并肩”)重叠，不能旋转 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 较活泼 成键规律判断 σ键可单独存在，π键不能单独存在。共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键，另一个是π键；共价三键中一个是σ键，另两个是π键 实例 CH4、OH－ 只含有σ键，N≡N中既含有σ键又含有π键 2.极性键和非极性键 (1)分类标准：共用电子是否偏移。 (2)比较 类型 形成元素 共用电子偏移 原子电性 非极性键 同种元素 两原子电负性相同，共用电子不偏移 两原子都不显电性 极性键 不同种元素 共用电子偏向电负性较大的原子 电负性较大的原子显负电性，电负性较小的原子显正电性 (3)共价键极性强弱判断 成键原子所属元素电负性差值越大，键的极性就越强。 (4)应用键的极性可以用来解释和预测物质性质，判断反应活性部位和反应产物。 观察如图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构，并回答下列问题。 (1)它们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？ 提示　乙烷：7个σ键；乙烯：5个σ键和1个π键；乙炔：3个σ键和2个π键。 (2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼？ 提示　乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含1个和2个π键，π键原子轨道重叠程度小，不牢固，容易断裂；而乙烷中没有π键，σ键牢固，不易断裂。 (3)在气体单质分子中，一定含有σ键，可能含有π键吗？ 提示　不一定。稀有气体的单质分子中不含化学键；多原子分子中一定含有σ键，可能含有π键。 1．正误判断 (1)Cl2分子内存在非极性键，HCl分子内存在极性键(　　) (2)分子内若存在共价键，则一定存在σ键(　　) (3)1 mol乙烯中含有σ键的数目为4NA(　　) (4)氢原子和氟原子、氯原子均可以以σ键相结合，其成键轨道完全相同(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)× 2．下列说法对σ键和π键的认识不正确的是(　　) A．σ键比π键重叠程度大，形成共价键的强度大 B．s-s σ键、p-p σ键与s-p σ键都是轴对称的 C．p-p σ键和p-p π键的重叠方式是相同的 D．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者 答案　C 解析　因s-s σ键、p-p σ键与s-p σ键均为“头碰头”重叠，则均为轴对称，故B正确；p-p σ键和p-p π键的重叠方式是不相同的，p-p σ键是“头碰头”重叠而p-p π键是“肩并肩”重叠，故C错误；π键不稳定，易断裂，则含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者，故D正确。 3．(1)1 mol丙酮()分子中含有σ键的数目为9×6.02×1023(或9NA)。 (2)1个N2分子中含有1个σ键和2个π键。 (3)1个丁烯二酸(HOOCCH==CHCOOH)分子中含有11个σ键和3个π键。 (4)在N2F2分子中，所有原子均满足8电子稳定结构，则该分子中两个N原子间的成键类型是1个σ键和1个π键。 4．下列物质中，只有极性键的是________(填序号，下同)，只有非极性键的是________，既含有极性键，又含有非极性键的是________。 ①H2　②HCl　③NH3　④H2O2　⑤CO2　⑥CCl4　⑦C2H6 答案　②③⑤⑥　①　④⑦ 解析　同种元素的原子间形成非极性键，不同种元素的原子间形成极性键，H2O2的2个氧原子间存在非极性键，C2H6分子中碳原子间存在非极性键。 通常情况下，σ键比π键牢固，π键容易断裂，如乙烯、乙炔的化学性质比乙烷活泼，但N2中的π键由于原子轨道重叠程度大，π键牢固，故N2中的π键不易断裂，不易发生加成反应和氧化反应。 题组一　共价键的形成与特征 1．从电负性的角度来判断下列元素的原子之间易形成共价键的是(　　) A．K和Cl B．H和F C．K和F D．Ca和O 答案　B 2．下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是(　　) A．H2O2(过氧化氢)：H—O==O—H B．N2H4(肼)： C．C2H5SH(乙硫醇)： D．SiHCl3(三氯氢硅)： 答案　A 3．下列有关共价键的叙述不正确的是(　　) A．某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数一定等于该元素原子的价电子数 B．水分子内氧原子结合的电子数已经达到饱和，不能再结合其他氢原子 C．非金属元素原子之间形成的化合物也可能是离子化合物 D．所有简单离子的核电荷数与其核外电子数一定不相等 答案　A 解析　非金属元素的原子形成的共价键数目取决于该原子最外层的未成对电子数，如氨气分子中氮原子价电子数为5，与氢原子形成3个氮氢共价键，故A不正确；化学键具有饱和性，故B正确；非金属元素原子之间形成的化合物也可能是离子化合物，如NH4Cl等铵盐，故C正确；不管是阴离子还是阳离子，核内质子数与核外电子数一定不相等，故D正确。 题组二　极性键与非极性键 4．下列物质的分子中既含有极性键，又含有非极性键的是(　　) A．CO2 B．H2O C．N2H4 D．H2 答案　C 解析　判断极性键和非极性键的标准是成键原子是否为同种元素的原子。CO2(O==C==O)、H2O(H—O—H)分子中只有极性键；H2分子中只有非极性键；N2H4分子的结构式为，既有极性键，又有非极性键。 5．下列各组分子中，按共价键极性由强到弱排序正确的是(　　) A．HF　H2O　NH3　CH4 B．CH4　NH3　H2O　HF C．H2O　HF　CH4　NH3 D．HF　H2O　CH4　NH3 答案　A 解析　共价键极性的强弱取决于形成共价键的两原子的电负性差值，其电负性相差越大，形成的共价键极性越强。 6．下列说法正确的是(　　) A．双原子分子中的共价键，一定是非极性键 B．任何原子的原子核都是由质子和中子构成的 C．非极性键也可能存在于离子化合物中 D．质子数相同的微粒，它们的化学性质基本相同 答案　C 解析　双原子分子中的共价键可能是非极性键也可能是极性键，故A错误；H原子核中只有质子而没有中子，故B错误；离子化合物中一定含有离子键，可能含有非极性键，如Na2O2中存在O—O非极性键，故C正确；具有相同质子数的原子一定属于同种元素，但微粒可能为原子、分子、离子，化学性质可能不同，故D错误。 题组三　σ键与π键 7．(2022·四川雅安中学校考)下列说法不正确的是(　　) A．σ键是轴对称的，π键是镜像对称的 B．在气体单质中，一定有σ键，可能有π键 C．两个原子间形成共价键时，最多有一个σ键 D．BF3分子中原子的最外层电子数不全是8 答案　B 解析　σ键是轴对称的，π键是镜像对称的，A正确；在稀有气体单质中没有化学键，B错误；两个原子间形成共价键时，最多有一个σ键，C正确；BF3分子中B原子的最外层电子数为6，D正确。 8．下列分子中的σ键是由两个原子的s轨道以“头碰头”方式重叠而形成的是(　　) A．H2 B．I2 C．Cl2 D．F2 答案　A 9．在下列化学反应所断裂的共价键中，仅断裂σ键的是(　　) A．N2＋3H22NH3 B．2C2H2＋5O22H2O＋4CO2 C．Cl2＋H22HCl D．C2H4＋H2C2H6 答案　C 解析　氮气中π键断裂，故A不选；乙炔中π键断裂，故B不选；乙烯中π键断裂，故D不选。 10．下列物质的分子中既有σ键又有π键，并含有非极性键的是(　　) ①NH3　②N2　③H2O　④HCl　⑤C2H4　⑥C2H2 A．②⑤⑥ B．①②⑤⑥ C．②③④ D．②④⑥ 答案　A 解析　①NH3中只存在H—N键，只有σ键，故错误；②N2的结构式为N≡N，含有σ键和π键，N与N之间为非极性键，故正确；③H2O中只存在H—O键，即只有σ键，故错误；④HCl的结构式为H—Cl，只存在σ键，故错误；⑤C2H4中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价双键，含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确；⑥C2H2中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价三键，所以含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确。 11．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，·表示对应原子提供的电子。下列说法错误的是(　　) A．N2分子与CO分子中都含σ键和π键 B．N2分子与CO分子中的π键不完全相同 C．电负性：C<O D．N2分子中含有2个π键，CO分子中含有1个π键 答案　D 解析　从题图可以看出，N2分子与CO分子中均含有1个σ键和2个π键，A项正确、D项错误；N2分子中的π键是由每个氮原子各提供一个p电子以“肩并肩”的方式形成的，而CO分子中的一个π键是由O原子单方面提供电子形成的，B项正确；同一周期主族元素从左到右，电负性逐渐增大，故电负性：C<O，C项正确。 12．硝基胍的结构简式如图所示(“→”是一种特殊的共价单键，属于σ键)。下列说法正确的是(　　) A．硝基胍分子中只含极性键，不含非极性键 B．N原子间只能形成σ键 C．硝基胍分子中σ键与π键的个数比是5∶1 D．10.4 g硝基胍中含有11×6.02×1023个原子 答案　C 解析　分子中N—N键为非极性键，A项错误；N原子间可以形成σ键和π键，B项错误；分子中含有4个N—H键、1个C==N键、1个N==O键、2个C—N键、1个N—N键和1个N→O键，σ键与π键的个数比是5∶1，C项正确；硝基胍的分子式为CN4H4O2，相对分子质量为104,10.4 g该物质的物质的量为0.1 mol，含有1.1×6.02×1023个原子，D项错误。 13．由前10号元素组成的物质T和X，有如图所示的转化关系。X不稳定，易分解。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列有关说法正确的是(　　) A．为使该转化成功进行，Y可以是酸性KMnO4溶液 B．等物质的量的T、X分子中含有π键的数目均为NA C．X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍 D．T分子中只含有极性键，X分子中既含有极性键又含有非极性键 答案　A 解析　由题图可知，T为HCHO，X不稳定，易分解，则X为H2CO3，Y为氧化剂，可以选择酸性KMnO4溶液，A项正确；等物质的量并不一定是1 mol，B项错误；1个X分子中含有的σ键个数为5,1个T分子中含有的σ键个数为3，C项错误；T、X分子中均只含有极性键，无非极性键，D项错误。 14．甲、乙、丙、丁四种有机物的结构如下： 甲：CH2==CH—C≡CH 乙： 丙： 丁：CH2==CHCN (1)甲分子中有________个σ键，________个π键。 (2)乙分子中有________个σ键，________个π键，________(填“有”或“没有”)非极性键。 (3)丙分子中碳原子形成________个σ键，________个π键。 (4)丁分子中σ键与π键的数目之比为________。 答案　(1)7　3　(2)8　2　有　(3)3　1　(4)2∶1 解析　(1)甲分子中5个单键全是σ键，双键中1个是σ键，另1个是π键，三键中1个是σ键，另2个是π键。故该有机物分子中σ键总数为7，π键总数为3。 (3)丙分子中C与O之间形成1个σ键和1个π键，C与2个Cl之间分别形成1个σ键。 (4)丁分子中含有1个碳碳双键和1个C≡N键，3个C—H键和1个C—C键，故丁分子中共有6个σ键和3个π键。 15．下面是A～G七种元素的电子排布： 元素 电子排布 电子层 A B C D E F G K 1 2 2 2 2 2 2 L 4 5 6 8 8 8 M 1 3 7 试根据由上述元素构成的物质的化学式回答下列问题。 (1)写出一种常见的由非极性键形成的双原子分子：________________。 (2)写出一种由极性键形成的双原子分子：________。 (3)写出一种由极性键形成的三原子分子：________。 (4)写出一种由三种元素形成的既含离子键又含共价键的化合物：________，其电子式为________________。 (5)写出一种既含离子键又含非极性键的化合物：______，其电子式为________。 答案　(1)H2(合理即可，下同)　(2)HCl　(3)HCN (4)NaOH　 (5)Na2O2　 解析　根据各原子的电子排布可推知：A为H、B为C、C为N、D为O、E为Na、F为Al、G为Cl。(1)由同种非金属元素形成的双原子分子中含有非极性键，有H2、N2、O2、Cl2。(2)由极性键形成的双原子分子有HCl、CO、NO。(3)由极性键构成的三原子分子有HCN、CO2、N2O、H2O等。(4)由三种元素形成的既含离子键又含共价键的化合物可以是NaOH，其电子式为。(5)既含离子键又含非极性键的化合物可以是Na2O2，其电子式为。 学科网（北京）股份有限公司 $$