2.1.1共价键 讲义 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

Chemistry 不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海 共价键 ( 钠及其化合物 ) 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。 (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(即原子轨道重叠)产生的强烈作用。 (4)键的形成条件：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的金属原子与非金属原子之间形成共价键。 (5)表示方法： ①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； ②“=”表示原子间共用两对电子所形成的共价键(共价双键)； ③“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键(共价叁键)。 2．共价键的特征 饱和性 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。 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，原子轨道重叠的越多，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。 【思考交流1】 NH3分子中为什么N原子是1个，而H原子为3个？ 【课堂小练1】 1．正误判断 (1)共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的(　　) (2)共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系(　　) (3)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的(　　) 2.下列说法正确的是( ) A．含有共价键的化合物一定是共价化合物 B．分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物 C．由共价键形成的分子一定是共价化合物 D．只有非金属原子间才能形成共价键 3.下列各组物质中，所有化学键都是共价键的是( ) A．H2S和Na2O2 B．H2O2和CaF2 C．NH3和N2 D．HNO3和NaCl 【特别提醒】 对于共价键的错误认识 (1)共价键不仅存在于共价化合物中，也可以存在于离子化合物中，如NaOH、NH4Cl中都含有共价键，还可以存在于非金属单质中，如H2、O3等。 (2)非金属元素之间并不是只形成共价键，也可以形成离子键，如NH4NO3只由非金属元素组成，但是含有离子键。 (3)活泼的金属元素和非金属元素之间也可以形成共价键，如AlCl3中只有共价键。 (4)所有共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如s-s σ键就没有方向性。 二、σ键和π键 1．共价键分类标准 分类依据 类型 形成共价键的原子轨道重叠方式 σ键 电子云“头碰头”重叠 π键 电子云“肩并肩”重叠 形成共价键的电子对是否偏移 极性键 共用电子对发生偏移 非极性键 共用电子对不发生偏移 原子间共用电子对的数目 单键 原子间有一对共用电子对 2．σ键和π键： 共价键 σ键 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。 π键 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。 3．σ键与π键的类型 (1)σ键的常见类型。 类型 形成过程 s­s型 H－H的s­s σ键的形成 s­p型 H－Cl的s­p σ键的形成 p­p型 Cl－Cl的p­p σ键的形成 (2)π键的常见类型——p­p π键。 p­p π键的形成 4．判断σ键和π键的一般规律 (1)共价单键都是σ键； (2)共价双键和共价三键中有一个键是σ键，其他的都是π键。 【归纳总结】 σ键 π键 原子轨道 重叠方式 “头碰头”重叠 “肩并肩”重叠 对称类型 轴对称，因此，通过σ键连接的原子绕键轴旋转而不会破坏化学键。 镜面对称，因此，以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键 原子轨道重叠程度 大 小 键的强度 轨道重叠程度大，键的强度较大，键越牢固 轨道重叠程度较小，键比较容易断裂，不如σ键牢固 活泼性 不活泼 活泼 成键规律 共价单键都是σ键；共价双键中一个键是σ键，另一个键是π键；共价三键中一个键是σ键，另外两个键是π键 旋转情况 以形成σ键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子可以绕轴旋转，并不破坏σ键的结构 以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子并不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键的结构 存在情况 能单独存在，可存在于任何含共价键的分子或离子中 不能单独存在，必须与σ键共存，可存在于共价双键和共价三键中 联系 只有在形成σ键后，余下的p轨道才能形成π键 实例 CH4、OH- N≡N中既含有σ键，又含有π键 【思考交流2】 画出氮原子的轨道表示式，并说明氮分子中的N≡N是由哪些类型的共价键构成的？ 【课堂小练2】 1.下列说法中不正确的是(　　) A．一般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.下列关于σ 键和π键的说法不正确的是 A．σ 键能单独形成，π键不能单独形成 B．σ 键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转 C．双键中一定有一个σ 键，一个π键，三键中一定有一个σ 键，两个π键 D．CH3-CH3、CH2=CH2、CH≡CH中的σ 键都是C-C键，所以键能都相同 3．有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。 (1)只有σ键的是________________(填序号，下同)；既有σ键又有π键的是__________。 (2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是 ________。 (3)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______________。 (4)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__________。 【课时对点练习】 题组一　共价键的形成与特征 1.已知：X、Y、Z、W四种元素原子的电负性数值。 元素 X Y Z W 电负性 2.5 3.5 1.2 2.4 你认为上述四种元素中，最容易形成共价键的是( ) A．X与Y B．X与W C．Y与Z D．Y与W 2.下列说法正确的是( ) A．所有的原子轨道都具有一定的伸展方向，因此所有的共价键都具有方向性 B．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 C．基态C原子有两个未成对电子，所以最多只能形成2个共价键 D．1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子，是由共价键的饱和性决定的 3．H2S分子中两个共价键的夹角接近90°，其原因是(　　) A．共价键的饱和性 B．硫原子的电子排布 C．共价键的方向性 D．硫原子中p轨道的形状 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．H2O2 D．H2 5．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 题组二　共价键的类型及判断 6．下列关于σ键和π键说法正确的是 A．σ键是由两个p电子“肩并肩”重叠形成的 B．σ键和π键都是共价键，σ键比π键更稳定 C．乙烯分子和乙炔分子中π键数目相同 D．H2分子中含有σ键，HCl分子中含有π键 7．下列分子中既含σ键，又含π键的是 (　　) A B C D 水 乙醇 氨 乙醛 8．下列关于乙醇分子的说法正确的是(　　) A．分子中共含有8个极性共价键 B．分子中不含有非极性共价键 C．分子中只含有σ键 D．分子中含有1个π键 9．(2023·辽宁营口高二期末)NA代表阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是(　　) A．标况下，22.4 L HF中含有的极性键数目为NA B．常温下，1 L pH＝2的甲酸溶液中，含有氢离子数为0.01NA C．密闭容器中，1 mol N2和3 mol H2催化反应后分子总数为2NA D．1 mol甲醛(HCHO)中所含σ键总数为4NA 10．据报道，大气中存在一种潜在的温室气体SF5—CF3(结构如图)，虽然其数量有限，但它是已知气体中吸热最高的。下列关于SF5—CF3的说法正确的是(　　) A．分子中有σ键也有π键 B．C—F是s-p σ键 C．分子中不是所有原子都满足8电子稳定结构 D．0.1 mol SF5—CF3分子中含8 mol电子 11.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 12．有三种物质AC2、B2C2、AD4，在常温下分别为气体、固体和液体。元素A的最高正价和最低负价的绝对值相等；元素B的单质能在C的气态单质中剧烈燃烧，火焰呈黄色，并生成淡黄色固体B2C2；元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同。则： (1)A、B、C、D的元素名称分别为________、________、________、________。 (2)AD4分子中含有的σ键类型为____________(填“s-s”“s-p”或“p-p”)键。 (3)D的负一价阴离子的电子排布式为____________________，B2C2属________(填“离子”或“共价”)化合物。 13.分析下列化学式中画有横线的元素，选出符合要求的物质并填空。 A．NH3 B．H2O C．HCl D．CH4 E．C2H6 F．N2 (1)所有的价电子都参与形成共价键的是______。 (2)只有一个价电子参与形成共价键的是______。 (3)最外层有未参与成键的电子对的是______。 (4)既有σ键，又有π键的是______。 (5)某有机物的结构式如下所示： 则分子中有________个σ键，________个π键。 【参考答案】 【思考交流1】 提示　N和H原子的电子式分别为和，N原子最外层有3个未成对电子，H原子有1个未成对电子，形成共价键时每个N原子只需与3个H原子分别形成3个共用电子对即可达到稳定状态，共价键达到饱和，从而决定了分子中H原子个数。 【课堂小练1】 1.答案　(1)√　(2)√　(3)√ 2.【答案】B 【解析】含有共价键的化合物中还可能含有离子键，若含有离子键则该化合物为离子化合物，A项错误；化合物分子中若不含离子键，则为共价化合物，B项正确；分子可为单质，也可为化合物，C项错误；通常情况下非金属元素原子间形成共价键，但有些金属与非金属元素原子间也可形成共价键，如AlCl3属于共价化合物，D项错误。 3.【答案】C 【解析】Na2O2中既有离子键又有O—O共价键，A项错误；B项，CaF2中只有离子键，B项错误；NaCl属于离子化合物，没有共价键，D项错误。 【思考交流2】 提示　，在2p能级上有三个未成对电子，分别占据2px、2py、2pz三个原子轨道，当两个氮原子结合成氮分子时，两个氮原子的2px轨道沿x轴方向以“头碰头”的方式发生重叠，形成一个σ键；同时2py-2py和2pz-2pz轨道只能以相互平行的“肩并肩”的方式发生重叠，形成两个π键。 【课堂小练2】 1.【答案】C 【解析】气体单质中不一定含σ键，如稀有气体分子均为单原子分子，分子内无化学键。 2.【答案】D 【解析】A项，分子中可只含σ键，但含π键时一定含σ键，则σ键一般能单独形成，而π键一般不能单独形成，A正确；B项，σ键为球对称，π键为镜面对称，则σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转，B正确；C项，双键、三键中均只含1个σ键，其余为π键，则碳碳双键中有一个σ键，一个π键，碳碳三键中有一个σ键，两个π键，C正确；D项，三种分子中分别含C-C、C=C、C≡C键和C-H键，所以σ键也包含C-H键，且碳原子与碳原子之间的键长、键能均不相同，D错误；故选D。 3.答案　(1)①②③⑥⑦⑧　④⑤⑨ (2)⑦ (3)①③⑤⑥⑧⑨ (4)②④⑤⑥⑧⑨ 解析　(1)单键只有σ键，双键或三键才含有π键，故只有σ键的是①②③⑥⑦⑧；既有σ键又有π键的是④⑤⑨。 (2)H原子只有s轨道，题给物质中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的只有H2。 【课时对点练习】 1.【答案】B 【解析】当两种元素原子的电负性相差很大时，形成的将是离子键；当两种元素原子的电负性相差不大时，形成的将是共价键。 2.【答案】D 【解析】只有2个s原子轨道重叠形成的共价键没有方向性，其他原子轨道重叠形成的共价键都有方向性，A项错误；非金属元素的原子形成的共价键数目一般等于该原子最外层的未成对电子数，不能说一定等于该元素原子的价电子数，B项错误；在形成CH4分子的过程中，碳原子2s轨道中的1个电子激发到2p空轨道，这样形成了4个未成对电子，C项错误；N原子最外层2p轨道上共有3个未成对电子，1个N原子可以与3个H原子结合形成NH3，此时共价键饱和，D项正确。 3.【答案】C 【解析】共价键的方向性决定了分子的空间构型。 4.【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；而H2O2分子的结构式为H—O—O—H，既有极性键，又有非极性键。 5.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。 6.【答案】B 【解析】A项，σ键是由s或p电子“头碰头”重叠形成的，A错误；B项，σ键是“头碰头”重叠形成的，σ键 “肩并肩”重叠形成的，σ键通常比π键的重叠程度更大，故更稳定，B正确；C项，单键均为σ键，双键中含有1个σ键1个π键，故乙烯分子和乙炔分子中π键数目不相同，C错误；D项，H2分子中含有σ键，HCl分子中也含有σ键，D错误；故选B。 7.【答案】D 【解析】水分子中只有单键，全部是σ键，A不符合题意；乙醇分子中只有单键，全部是σ键，B不符合题意；氨气分子中只有单键，全部是σ键，C不符合题意；乙醛分子中含有单键和碳氧双键，既含σ键，又含π键，D符合题意。 8.【答案】C 【解析】据乙醇分子的结构式，可知乙醇分子中含7个极性键，1个非极性键；含8个σ键，不含π键。 9.答案　B 解析　标准状况下，HF为液态，不能用气体摩尔体积计算22.4 L HF的物质的量，A错误；N＝0.01NA，B正确；合成氨的反应是可逆反应，催化反应后分子总数大于2NA，C错误；共价单键是σ键，共价双键中有一个是σ键，故一个甲醛分子有3个σ键，1 mol甲醛(HCHO)中所含σ键总数为3NA，D错误。 10.答案　C 解析　SF5—CF3分子中只有共价单键，即只有σ键，没有π键，故A错误；C—F是p-p σ键，故B错误；一个SF5—CF3分子中有94个电子，则0.1 mol SF5—CF3分子中含9.4 mol电子，故D错误。 11.【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。 12.答案　(1)碳　钠　氧　氯　(2)p-p (3)1s22s22p63s23p6　离子 解析　(1)焰色呈黄色，说明有钠元素，则淡黄色固体为Na2O2，所以B为Na元素，C为O元素；由元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同可知D为Cl元素；由元素A的最高正价和最低负价的绝对值相等可知A为第ⅣA族元素或H，又由于AC2在常温下是气体，所以AC2是二氧化碳，即A是C元素。(2)CCl4中只有σ键，且其类型为p-p σ键。 13.【答案】(1)DE (2)C (3)ABCF (4)F (5)7 3 【解析】NH3中N原子与3个H原子形成3个σ键，还有一对不成键电子；H2O中O原子与2个H原子形成2个σ键，还有两对不成键电子；HCl中Cl原子与1个H原子形成1个σ键，还有三对不成键电子；CH4中C原子与4个H原子形成4个σ键，所有价电子都参与成键，其分子构型为正四面体形；C2H6中C原子分别与3个H原子及另1个C原子形成4个σ键，所有价电子都参与成键，C—H为极性键，C—C为非极性键；N2中N原子与另1个N原子形成1个σ键，2个π键，还有一对不成键电子。除共价单键全部为σ键外，双键中有一个为σ键，另一个为π键；三键中有一个为σ键，另两个为π键，故该有机物分子中σ键总数为7，π键总数为3。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$