8 第2章 第1节 共价键模型-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019 双选）

第1节　共价键模型 [素养发展目标]　1.了解共价键的形成、本质和特征。　2.了解共价键的主要类型σ键和π键，会判断共价键的极性。　3.能利用键长、键能、键角等说明简单分子的某些性质。 一、共价键的形成与特征 1．共价键的形成 概念 原子间通过共用电子形成的化学键 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 形成元素 通常电负性相同或差值小的非金属元素原子之间形成共价键 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 ②用“===”表示原子间共用两对电子所形成的共价键，如C===C ③用“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键，如C≡C 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 共价键的饱和性决定着原子形成分子时互相结合的数量关系 方 向 性 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。在形成共价键时，原子轨道重叠得愈多，电子在核间出现的概率愈大，所形成的共价键就愈牢固 共价键的方向性决定分子的空间结构 并不是只有非金属元素之间才能存在共价键，金属元素与非金属元素之间也可以形成共价键，如AlCl3。也不是所有物质中的原子间都存在化学键，如稀有气体的原子间没有化学键。　　 二、共价键的类型 1．σ键与π键：(按原子轨道重叠方式分类) 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 2．极性键和非极性键：(按共用电子对是否偏移分类) 类型 形成元素 共用电子对偏移 原子电性 非极性键 同种元素 两原子电负性相同，共用电子对不偏移 两原子都不显电性 极性键 不同种元素 共用电子对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 学生用书↓第24页 三、键参数 1．概念和应用 概念 意义 键长 两个成键原子的原子核间的距离(简称核间距) 键长愈短，键就愈牢固 键角 在多原子分子中，两个化学键的夹角 常用于描述多原子分子的空间结构 键能 在1×105 Pa、298 K条件下，断开1 mol AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量 表示共价键的强弱，键能越大，键越牢固 2．对物质性质的影响 3．分子光谱 (1)概念：分子从一种能级改变到另一种能级时吸收或发射的光谱。 (2)影响因素：键长、键角和电荷分布等。 (3)应用：测定和鉴别分子结构。 1．下列有关共价键的形成说法错误的是(　　) A．原子间形成共价键，体系的能量降低 B．原子间形成共价键后，若原子核间距离更近时，体系的能量会更低 C．原子间形成共价键时，电子云在空间部分重叠 D．共用电子在形成共价键的原子核之间区域出现的概率较大 B　[原子间形成共价键后，体系的能量降低，若形成共价键后，原子核间的距离更近，体系能量又增大，故A正确、B错误；原子间形成共价键时，电子云在空间部分重叠，且共用电子对在原子核间区域出现的机会更大，故C正确；共用电子对在形成共价键的原子核之间区域出现的概率更大，故D正确；故选B。] 2．下列有关σ键和π键的说法错误的是(　　) A．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者 B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键 C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键 D．在分子中，化学键可能只有π键而没有σ键 D　[共价键形成时，原子轨道首先以“头碰头”的方式重叠形成σ键，然后才可能以“肩并肩”的方式重叠形成π键，B、C正确，D错误；从原子轨道重叠程度看，π键的重叠程度比σ键的重叠程度小，故π键的稳定性比σ键小，易被破坏，是化学反应的积极参与者，A正确。] 3．下列有关共价键的键参数的说法不正确的是(　　) A．CH4、C2H4、CO2分子中的键角依次增大 B．HF、HCl、HBr分子中的键长依次增长 C．H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小 D．分子中共价键的键能越大，分子的熔、沸点越高 D　[三者的键角分别为109°28′、约为120°、180°，依次增大，A选项正确；因为F、Cl、Br的原子半径依次增大，故与H原子形成共价键的键长依次增长，B选项正确；O、S、Se的原子半径依次增大，故与H原子形成共价键的键长依次增长，键能依次减小，C选项正确；分子的熔、沸点与共价键的键能无关，D选项错误。] 探究一　共价键的类型 1．σ键和π键的区别是什么？ 提示：σ键是原子轨道以“头碰头”方式重叠成键，π键是原子轨道以“肩并肩”方式重叠成键。 2．极性键和非极性键的区别是什么？ 提示：前者成键的共用电子发生偏移，后者成键的共用电子不发生偏移。 3．C2H4比C2H6的化学性质活泼的原因是什么？ 提示：乙烯中C==C键中有一个键是π键，原子轨道重叠程度小，共价键不稳定，容易断裂，而乙烷中C与C以C—C σ键结合，原子轨道重叠程度大，共价键稳定，不容易断裂。 学生用书↓第25页 1．共价键的分类归纳 分类标准 类型 共用电子对数 单键、双键、三键 共用电子是否偏移 极性键、非极性键 原子轨道重叠方式 σ键、π键 2．σ键和π键的比较 σ键 π键 原子轨道重叠方式 沿键轴方向“头碰头”重叠，特征为轴对称 沿键轴方向“肩并肩”重叠，特征为镜面对称 原子轨道重叠程度 大 小 键的强度 较大 较小 活泼性 不活泼 活泼 类型 s­s、s­p、p­p p­p 键的存在 共价单键为σ键，共价双键、三键中有一个σ键 共价双键、三键分别有一个、两个π键 3．σ键的常见类型 类型 形成过程 s­s型 s­p型 p­p型 1．(双选)化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式为NHHNHCONNHHH，下列说法中正确的是(　　) A．A分子中既有极性键又有非极性键 B．A分子中的共用电子对数为11 C．1 mol A分子中所含的σ键数目为10NA D．A是共价化合物 AD　[A项，N—N键是非极性键，N—H键、C==O键等为极性键，A项正确；A分子中存在11个共价键，其中有一个碳氧双键，故有12个共用电子对、11个σ键，B、C项均错误；A分子中只有共价键，故A是共价化合物，D项正确。] 探究二　共价键的键参数 1．如何判断键能大小？ 提示：一般地说，键长愈短，键能愈大，即成键原子间的核间距愈短，即成键原子的原子半径愈小，键能愈大。 2．分子的空间结构与哪些键参数有关？ 提示：键长和键角。 3．根据F、Cl、Br原子半径分析：H—F键、H—Cl键、H—Br键的键能大小顺序，HF、HCl、HBr三种分子中哪一种最稳定？ 提示：同一主族元素从上至下原子半径逐渐增大，所以EH—F>EH—Cl>EH—Br，因此HF键能最大，其分子最稳定。 1．键参数 (1)键能 ①键能单位为kJ·mol－1； ②形成化学键时通常放出能量，键能通常取正值； 学生用书↓第26页 ③键能愈大，即断开化学键时需要的能量愈多，意味着这个化学键愈稳定，愈不容易断开。 (2)键长：键长愈短，往往键能愈大，共价键愈稳定。 (3)键角：键角常用于描述多原子分子的空间结构。 2．键能与反应热 (1)化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，化学反应的热效应本质上来源于旧化学键的断裂和新化学键的形成时键能的变化。因此，键能是与化学反应中能量变化有关的物理量。 (2)当旧化学键断裂所吸收的能量大于新化学键形成所放出的能量时，该反应为吸热反应，反之则为放热反应。 (3)ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。ΔH<0为放热反应，ΔH>0为吸热反应。 2．用“>”或“<”填空。 (1)比较键能大小： ①C—H________N—H________H—O； ②H—F________H—Cl。 (2)比较键长大小： ①C—H________N—H________H—O； ②H—F________H—Cl。 (3)比较键角大小： ①CO2________NH3；②H2O________NH3。 答案：　(1)①<　<　②>　(2)①>　>　②<　(3)①>　②< 1．下列说法正确的是(　　) A．σ键比π键重叠程度大，所以C2H4中σ键强于π键 B．两个原子间能形成共价键，多个原子间不能形成共价键 C．气体单质分子中，一定有σ键，可能有π键 D．HClO分子中有s-p σ键和p-p π键 A　[σ键的原子轨道采用“头碰头”方式重叠成键，π键的原子轨道采用“肩并肩”方式重叠成键，前者比后者重叠程度大，所以C2H4中σ键强于π键，A选项正确；苯分子中的六个碳原子间形成大π键，是共价键，B选项错误；稀有气体单质是单原子分子，没有σ键也没有π键，C选项错误；HClO分子的结构为H—O—Cl，H—O间为s-p σ键，O-Cl间为p-p σ键，D选项错误。] 2．下列化学键中，键的极性最强的是(　　) A．C—F　　　　　　　 B．C—O C．C—N D．C—C A　[电负性：F>O>N>C，成键两原子电负性差值越大，形成共价键的极性越强。] 3．下列说法正确的是(　　) A．键能越小，表示化学键越牢固，难以断裂 B．两原子核越近，键长越长，化学键越牢固，性质越稳定 C．破坏化学键时，消耗能量，而形成新的化学键时，则释放能量 D．键能、键长只能定性地分析化学键的特征 C　[键能越大，表示化学键越牢固，难以断裂，故A错误；两原子核越近，键长越短，随两原子核的接近，化学键的稳定性先增大后减小，故B错误；破坏化学键时，消耗能量，而形成新的化学键时，则释放能量，故C正确；键能、键长能定量分析化学键的特性，故D错误。] 4．在下列物质中： ①HCl　②N2　③NH3　④Na2O2　⑤H2O2 ⑥NH4Cl　⑦NaOH　⑧Ar　⑨CO2　⑩C2H4 (1)只存在非极性键的分子是______(填序号，下同)；既存在非极性键又存在极性键的分子是__________；只存在极性键的分子是________。 (2)只存在单键的分子是________；存在三键的分子是________；只存在双键的分子是________；既存在单键又存在双键的分子是________。 (3)只存在σ键的分子是________，既存在σ键又存在π键的分子是________。 (4)不存在化学键的是________。 解析：　(1)氮气是由两个氮原子形成的分子，只存在非极性键；H2O2中O—H键是极性键，O—O键是非极性键，C2H4中C==C键是非极性键，C—H键是极性键，则既存在非极性键又存在极性键的分子是⑤⑩；HCl、NH3和CO2中只存在极性键。 (2)HCl、NH3、H2O2的结构式分别为H—Cl、、H—O—O—H，所以只存在单键的分子是①③⑤；氮气的结构式为N≡N，则存在三键的分子是②；CO2中氧原子的最外层有6个电子，能形成两对共用电子对，所以只存在双键的分子是⑨；乙烯的结构式为，既存在单键又存在双键。(3)只存在σ键，即只存在单键，根据上述分析，只存在σ键的分子是①③⑤，含有双键、三键的分子中既存在σ键又存在π键，所以根据上述分析，既存在σ键又存在π键的分子是②⑨⑩。(4)稀有气体是单原子分子，没有化学键，所以不存在化学键的分子是⑧。 答案：　(1)②　⑤⑩　①③⑨　(2)①③⑤　②　⑨　⑩　(3)①③⑤　②⑨⑩　(4)⑧ 课时作业(七)　共价键模型 (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、选择题(本小题共8小题，每小题只有一个选项符合题意) 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 D　[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。] 2．下列有关σ键的说法错误的是(　　) A．如果电子云图是由两个s电子重叠形成的，即形成s-s σ键 B．s电子与p电子形成s-p σ键 C．p电子与p电子不能形成σ键 D．HCl分子里含一个s-p σ键 C　[s轨道与s轨道、s轨道与p轨道只能形成σ键，p轨道与p轨道“头碰头”形成σ键，“肩并肩”形成π键；HCl分子中的σ键是由H的s轨道和Cl的p轨道形成的sp σ键。] 3．下列分子含有的电子数目与HF相同，且只有两个极性共价键的是(　　) A．CO2　　　　　　　　　 B．N2O C．H2O D．CH4 C　[HF含有10个电子，CO2含有22个电子，N2O含有22个电子，H2O含有10个电子，2个O—H极性键，CH4含有10个电子，4个C—H极性键。] 4．下列分子中的σ键是由两个原子的s轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是(　　) A．H2 B．CCl4 C．Cl2 D．F2 A　[各分子中的σ键轨道重叠为最外层未成对电子所在轨道进行重叠，情况如下：H2：1s1­1s1，CCl4：2p1­3p1，Cl2：3p1­3p1，F2：2p1­2p1。] 5．下列事实不能用键能的大小来解释的是(　　) A．N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定 B．稀有气体一般难发生反应 C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱 D．F2比O2更容易与H2反应 B　[由于N2分子中存在N≡N键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱；由于H—F键的键能大于H—O键，所以更容易生成HF。] 6．下列有关乙烷、乙烯、乙炔、苯分子结构的比较错误的是(　　) A．乙烷、乙烯、乙炔、苯中各原子均处于同一平面上 B．碳碳键键长：乙烷>苯>乙烯>乙炔 C．碳碳键键能：乙炔>乙烯>苯>乙烷 D．键角：乙炔>乙烯＝苯>乙烷 A　[乙炔是直线形结构，乙烯和苯是平面形结构，乙烯、乙炔、苯中各原子均处于同一平面上，而乙烷分子为空间立体结构，故A错误；苯中的碳碳键是介于单键和双键之间的特殊的键，碳碳键键长：乙烷>苯>乙烯>乙炔，故B正确；键长越短的键能越大，碳碳键键能：乙炔>乙烯>苯>乙烷，故C正确；乙炔中键角为180 ℃，乙烯中键角等于苯中键角约为120 ℃，乙烷中键角约为109 ℃，故D正确。] 7．根据氢原子和氟原子的核外电子排布，对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是(　　) A．两者都为s­s σ键 B．两者都为p­p σ键 C．前者为p­p σ键，后者为s­p σ键 D．前者为s­s σ键，后者为s­p σ键 C　[H原子的1个电子排布在1s轨道，F原子的最外层7个电子排布在2s、2p轨道，F2单质中共价键是p­p σ键，而HF分子中是H原子的1s轨道与F原子的2p轨道“头碰头”重叠，形成s­p σ键。] 8．下列关于σ键和π键的说法，不正确的是(　　) A．σ键和π键不能同时存在于同一个分子中 B．σ键由原子轨道“头碰头”重叠而成，π键由原子轨道“肩并肩”重叠而成 C．乙烯分子中含有5个σ键和1个π键 D．氢分子中存在σ键，氮分子中存在σ键和π键 A　[CO2分子中既存在σ键，又存在π键。] 二、选择题(本题包括4小题，每小题只有一个或两个选项符合题意) 9．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“头碰头”重叠可形成σ键 C．s和p轨道以“头碰头”重叠可形成σ键 D．共价键是两个原子轨道以“头碰头”重叠形成的 BC　[轨道之间以“肩并肩”重叠形成π键，“头碰头”重叠形成σ键，共价键可分为σ键和π键。] 10．下列说法正确的是(　　) A．分子中键能越大，键长越短，则分子越稳定 B．元素周期表中的ⅠA族(除H外)和ⅦA族元素间不能形成共价键 C．水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180° D．H—O键键能为463 kJ·mol－1，即18 g H2O分解成H2和O2时，放出能量为2×463 kJ AB　[键能与键长都是描述分子稳定性的重要参数，且键能越大，键长越短，分子越稳定；B项中元素周期表中的Ⅰ A族(除H外)和ⅦA族元素间形成离子键；水分子中键角为104.5°；D项H2O分解生成H2和O2时应吸收能量。] 11．在下列化学反应中，所断裂的共价键中，仅仅断裂σ键的是(　　) A．N2＋3H22NH3 B．2C2H2＋5O22H2O＋4CO2 C．Cl2＋H22HCl D．C2H4＋H2C2H6 C　[A项，N2：N≡N，分子中含1个σ键和2个π键；B项，C2H2：CH≡CH，分子中含1个σ键和2个π键；D项，C2H4：CH2==CH2，分子中含1个σ键和1个π键，C项，Cl2与H2都仅含1个σ键。] 12．下面是从实验中测得的不同物质中氧氧键的键长和键能的数据： 氧氧键 数据　　　　 O O O2 O 键长/10－12m 149 128 121 112 键能/(kJ·mol－1) x y z＝494 w＝628 其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导出键能的大小顺序为w>z>y>x。则该规律是(　　) A．成键所用的电子数愈多，键能愈大 B．键长愈长，键能愈小 C．成键所用的电子数愈少，键能愈大 D．成键时共用电子愈偏移，键能愈大 B　[观察表中数据发现，O2与O的键能较大者，键长短，O中O—O键的键长比O中的长，所以键能小。按键长由短到长的顺序为O<O2<O<O，则键能大小顺序应为w>z>y>x。] 三、非选择题(本题包括3小题) 13．下表中的数据是破坏1 mol化学键所消耗的能量。 物质 Cl2 Br2 I2 H2 HF HCl HBr HI 能量/kJ 243 193 151 436 565 431 363 297 (1)下列物质本身具有的能量最低的是________(填字母)。 A．H2 B．Cl2 C．Br2 D．I2 (2)下列氢化物中，最稳定的是________(填字母)。 A．HF B．HCl C．HBr D．HI (3)X2＋H2===2HX(X代表F、Cl、Br、I)的反应是________(填“吸热反应”或“放热反应”)。 (4)相同条件下，X2(X代表F、Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是________________。 解析：　物质能量越低越稳定，破坏其中的化学键需要的能量越多，形成该键时放出的能量也越多。 答案：　(1)A　(2)A　(3)放热反应　(4)F2 14．根据氢分子的形成过程示意图回答问题。 (1)H—H键的键长为________，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是________________。 (2)下列说法中正确的是________(填字母)。 A．氢分子中含有一个π键 B．由①到④，电子在核间出现的概率增大 C．由④到⑤，必须消耗外界的能量 D．氢分子中含有一个极性共价键 (3)已知几种常见化学键的键能如下表： 化学键 Si—O H—O O==O Si—Si Si—C 键能/ (kJ·mol－1) 368 467 498 226 x ①比较Si—Si键与Si—C键的键能大小：x______226 kJ·mol-1(填“>”、“<”或“＝”)。 ②H2被喻为21世纪人类最理想的燃料，而更有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。已知1 mol单质硅含有2 mol Si—Si键，1 mol SiO2含4 mol Si—O键，试计算：每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为________；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为________。 解析：　(1)可以直接从图上有关数据读出，H—H键的键长为0.074 nm；体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。(2)氢分子中只含有一个σ键，A错误；共价键的本质就是高概率的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，B正确；⑤比④能量高，由④到⑤必须消耗外界能量，C正确；氢分子中只含有一个非极性共价键，D错误。(3)①Si—Si键的键长比Si—C键的键长长，则Si—Si的键能小。②从图上读出，H—H键的键能为436 kJ·mol－1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为1 000 g÷2 g·mol－1×(467 kJ·mol－1×2－436 kJ·mol－1×1－498 kJ·mol－1×)＝124 500 kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为368 kJ·mol－1×4－498 kJ·mol－1×1－226 kJ·mol－1×2＝522 kJ。 答案：　(1)0.074 nm　①⑤②③④　(2)BC (3)①>　②124 500 kJ　522 kJ 15．A、B、C、D、E五种元素原子序数依次增大，A元素原子的价电子排布为ns2np2，B元素的最外层电子数是其电子层数的3倍，E元素原子的价电子排布为3d64s2。C、D的电离能数据如下(kJ·mol－1)： I1 I2 I3 I4 C 738 1 451 7 733 10 540 D 577 1 817 2 745 11 578 (1)化合价是元素的一种性质。由C、D的电离能数据判断，C通常显________价，D显________价。 (2)某气态单质甲与化合物AB分子中电子总数相等，则甲分子中包含1个______键，2个______键。 (3)AB的总键能大于甲的总键能，但AB比甲容易参加化学反应。根据下表数据，说明AB比甲活泼的原因是____________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 单键 双键 三键 AB键能/(kJ·mol－1) 357.7 798.9 1 071.9 甲键能/(kJ·mol－1) 154.8 418.4 941.7 解析：　(1)由“B元素的最外层电子数是其电子层数的3倍”可推知B为氧；因原子序数：B>A，可知A的价电子排布为2s22p2 ，A为碳；C元素的I3≫I2，故C最外层有2个电子；D元素的I4≫I3，故D元素的最外层有3个电子，由于原子序数依次增大，且E的价电子排布为3d64s2，为铁元素，故C、D分别为镁和铝元素。(2)AB分子为CO，共14个电子，与之电子数相等的气态单质应为N2，含1个σ键和2个π键。(3)CO与N2相比较，CO性质活泼，容易参加化学反应，应是其化学键易断裂的原因。 答案：　(1)＋2　＋3　(2)σ　π (3)断裂C≡O中的1 mol π键消耗的能量是1 071.9 kJ －798.9 kJ＝273 kJ，而断裂N≡N中的1 mol π键消耗的能量是941.7 kJ－418.4 kJ＝523.3 kJ，断裂1 mol π键CO比N2更容易，所以CO更活泼 学生用书↓第27页 学科网（北京）股份有限公司 $$