2.1 共价键模型（同步讲义）化学鲁科版选择性必修2

本讲义聚焦共价键模型核心知识点，系统梳理共价键的形成与特征（饱和性、方向性）、类型（σ键与π键、极性键与非极性键）及键参数（键长、键角、键能），构建“概念理解-分类辨析-参数应用”的学习支架，帮助学生层层递进掌握微粒间相互作用规律。 资料通过对比表格（如σ键与π键特征比较）、即学即练及分层测评（基础达标、拓展培优），培养科学思维中的证据推理与模型建构能力，结合键参数分析分子性质体现“结构决定性质”的化学观念，课中辅助教师突破重难点，课后助力学生查漏补缺，提升知识应用能力。

教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第2章 微粒间相互作用与物质性质 第1节 共价键模型 教习目标 1.理解共价键的概念与形成。 2.能够从不同的角度对共价键分类，掌握 σ 键、π 键的形成原理与特征。 3.会判断极性共价键和非极性共价键。 4.理解键长、键角、键能等键参数的概念，能用键参数说明简单分子的某些性质。 重点和难点 重点:键长、键角、键能等键参数的概念，σ 键、π 键的形成原理与特征。 难点:利用键参数说明简单分子的某些性质。 ◆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 形成的化学键称为共价键。 （2）共价键形成的本质（以H2为例） 两个氢原子逐渐接近，原子轨道相互 ，电子在核间区域出现的 ，原子核对两个电子都产生 作用，使体系的能量逐渐 ，当两个氢原子的核间距为0.074 nm时，体系能量 。两个氢原子各提供一个电子以 的方式相互配对形成氢分子。 （3）形成共价键的元素 通常是电负性相同或差值小的 元素原子之间。 （4）共价键的表示方法 用一条短线表示由 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 或以共价键连接的原 是一定的 决定了各种原子形成分子时相互结合的 关系 方 向 性 在形成共价键时，原子轨道重叠得 ，电子在核间出现的概率 ，所形成的共价键就 。共价键将尽可能沿着 的方向形成，即共价键具有方向性 决定了分子的 即学即练 1.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 2.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 ◆知识点二 共价键的类型 1.σ键与π键 （1）分类标准：原子轨道的 。 （2）σ键 ①定义 原子轨道以“ ”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“ ”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“ ”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 氮分子的N≡N 中有一个 σ 键、两个 π 键，如图所示。 （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 键的强度 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 元素 两原子电负性相同，共用电子 两原子都不显电性 极性键 元素 共用电子偏向电负性 的原子 电负性较大的原子显 电性，电负性较小的原子显 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。 即学即练 1.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 2.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 ◆知识点三 键参数 1.键长 （1）概念：两个成键原子的 间的距离（简称 ）叫作该化学键的键长。 （2）影响因素 ①成键原子半径。一般原子半径越小，键长越短。 ②化学键的数目。成键原子相同时，键数越多，键长越短。 （3）意义 ①一般而言，化学键的键长愈短，化学键就愈强，键就愈 。 ②键长是影响分子 的因素之一。 （4）键长的数值的获得：可以通过 进行测定，也可以通过理论计算求得。 2.键角 （1）概念：在多原子分子中，两个 的夹角。 （2）测定：可通过 测定。 （3）意义：常用于描述多原子分子的 。 （4）几种常见分子的空间结构和键角 分子空间结构 键角 实例 正四面体形 CH4、CCl4 白磷（P4） 平面形 苯、乙烯、BF3 三角锥形 NH3 角形 H2O 直线形 CO2、CS2、CH≡CH 部分分子键角如图： 3.键能 （1）概念：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 和 所吸收的能量称为A—B键的键能。 （2）表示方法：常用EA—B表示。 （3）单位： 。 （4）应用 ①定量地表示化学键的 。键能愈大，断开时需要的能量就愈 ，化学键就愈 。 ②判断分子的稳定性 一般而言，组成和结构相似的分子，化学键键能越大，分子稳定性越 。 ③判断物质在化学反应过程中的能量变化 在化学反应中，旧化学键的断裂 能量，新化学键的形成 能量，因此反应焓变与键能的关系为ΔH= 。 4.键参数对分子性质的影响 即学即练 1.表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量： 物质 Cl2 Br2 I2 H2 能量/ （kJ·mol-1） 243 193 151 436 下列物质本身具有的能量最低的是 （　　） A.H2 B.Cl2 C.Br2 D.I2 2.下列说法正确的是 （　　） 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ⅠA族（除H外）和ⅦA族元素的原子间不能形成共价键 C.水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180° D.H—O键的键能为467 kJ·mol-1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×467 kJ 3.下列有关说法不正确的是 （　　） A.CH4、NH3、CO2分子中的键角依次增大 B.HCl、HBr、HI分子中的键长依次增大 C.H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小 D.H2O、PH3、SiH4分子的稳定性依次减弱 一、共价键特征 （1）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如H—H就没有方向性。 （2）共价键特征 特征 概念 作用 存在情况 饱和性 每个原子所能形成的共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的 饱和性决定了分子的组成 所有的共价键都具有饱和性 方向性 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 方向性决定了分子的空间结构 并不是所有共价键都具有方向性 （3）共价键的存在 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。 （4）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。 实践应用 1.下列有关化学键的比较错误的是 （　　） A.键能：C—N<CN<C≡N B.键长：I—I>Br—Br>Cl—Cl C.键角：H2O>CO2 D.乙烯分子中碳碳键的键能：σ键>π键 2.如图为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述正确的是 （　　） A.W、R元素单质分子内都存在非极性键 B.X、Z元素都能形成双原子分子 C.键长：W—H键<Y—H键，键的极性：Y—H键>W—H键 D.键长：X—H键<W—H键，键能：X—H键<W—H键 二、共价键的类型 分类依据 具体类型 核心特征 典型示例 成键原子轨道重叠方式 σ 键 沿键轴方向 “头碰头” 重叠，重叠程度大，键能高，可自由旋转 H₂（s-s）、HCl（s-pₓ）、C-C π 键 垂直键轴方向 “肩并肩” 重叠，重叠程度小，键能低，不可自由旋转 C=C（1 个 σ+1 个 π）、 C≡C（1 个 σ+2 个 π） 成键原子电负性差异 极性共价键 原子电负性不同，电子对偏向电负性大的原子，键有极性 HCl、H₂O、NH₃ 非极性共价键 原子电负性相同（或差异极小），电子对不偏移，键无极性 H₂、O₂、N₂、C-C 成键电子对来源 普通共价键 成键原子各提供 1 个电子形成共用电子对 H₂O、CO₂ 配位共价键 1 个原子提供孤电子对，另 1 个原子提供空轨道，电子对由单方提供 NH₄⁺（N→H⁺）、[Cu(NH₃)₄]²⁺ 成键电子对数目 单键 1 对共用电子对，仅含 σ 键 H-Cl、CH₃-CH₃ 双键 2 对共用电子对，含 1 个 σ 键 和1 个 π 键 C=C、O=C=O 三键 3 对共用电子对，含 1 个 σ 键 和2 个 π 键 C≡C、N≡N 实践应用 1.下列关于共价键的理解不正确的是 (　　) A.由图可知氢分子中两个氢原子的核间距为0.074 nm B.H2O2分子中既有极性键又有非极性键 C.氢分子中共价键没有方向性 D.形成共价键后共用电子只在两个原子核之间出现 2.下列说法正确的是 (　　) A.若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的方向性 B.s轨道和p轨道重叠可以形成π键 C.共价键都具有方向性 D.C2H4与Cl2的加成反应中C2H4只涉及π键断裂 3.下列关于共价键的饱和性和方向性的叙述中，不正确的是 (　　) A.成键原子一定的未成对电子数决定了共价键具有饱和性 B.共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的 C.分子的空间结构与共价键的方向性密切相关 D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关 三、 键参数的应用 1.键能的应用 （1）表示共价键的强弱 键能越大，断开化学键需要吸收的能量越多，化学键越稳定。 （2）判断分子的稳定性 结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。 （3）判断化学反应中的能量变化 在化学反应中，断裂旧化学键吸收能量，形成新化学键释放能量，因此反应焓变与键能的关系为ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和。当ΔH＜0时，为放热反应；当ΔH＞0时，为吸热反应。 2.键长的应用 （1）键长越短，一般键能越大，共价键越稳定，含该共价键的分子越稳定。 （2）键长的比较方法 ①根据成键原子的原子半径比较。同类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短。 ②根据共用电子对数比较，相同的两个原子间形成共价键时，单键键长>双键键长>三键键长。 3.键角的应用 （1）键长和键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的几何构型就确定了。 （2）常见分子中的键角 分子空间结构 键角 实例 正四面体形 109°28′ CH4、CCl4 60° 白磷(P4) 平面三角形 120° 苯、乙烯、SO3、BF3 三角锥形 107.3° NH3 角形 104.5° H2O 直线形 180° CO2、CS2、CH≡CH 实践应用 1.下列有关化学键的比较错误的是 (　　) A.键能：C—N＜C===N＜C≡N B.键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl C.键角：H2O＞CO2 D.乙烯分子中碳碳键的键能：σ键＞π键 2.键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是 (　　) A.键角是描述分子空间结构的重要参数 B.因为H—O的键能小于H—F的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱 C.H—F的键长是H—X中最长的 D.碳碳三键和碳碳双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍 考点一 共价键的类型 【例1】在N2F2分子中，所有原子均符合8电子稳定结构，则该分子中两个氮原子之间的键型构成是 (　　) A.仅有一个σ键 B.仅有一个π键 C.一个σ键，一个π键 D.一个σ键，两个π键 【变式1-1】下列说法中不正确的是 (　　) A.共价键的方向性是由成键原子的轨道的方向性决定的 B.成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固 C.因每个原子未成对电子数是一定的，故配对原子个数也一定 D.所有原子轨道在空间都有自己的方向性 【变式1-2】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 【变式1-3】下列说法正确的是 (　　) A.p轨道之间以“肩并肩”的方式重叠可形成σ键 B.氮气分子中氮氮三键易断裂 C.共价键是两个原子轨道以“头碰头”的方式重叠而成的 D.CO2分子中有两个σ键和两个π键，且均是通过p轨道相互重叠而成的 【变式1-4】从σ键、π键的形成方式角度分析，下列分子中存在的共价键类型完全相同的是 (　　) A.CH4与NH3 B.C2H6与C2H4 C.H2与Cl2 D.Cl2与N2 考点二 σ键和π键的比较与判断 【例2】下列关于化学键的说法不正确的是 (　　) A.乙烯分子中含有5个σ键，1个π键 B.σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转 C.在气体单质中，一定有σ键，可能有π键 D.s－pσ键和p－pσ键电子云都是轴对称 【变式2-1】下列说法正确的是 (　　) ①σ键比π键重叠程度大，所以C2H4中σ键强于π键 ②两个原子形成共价键时，形成的σ键数只能为1 ③气体单质分子中，一定有σ键，可能有π键 ④HClO分子中有s­p σ键和p­p π键 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 【变式2-2】回答下列问题。 （1）已知CO和CN－与N2结构相似，CO分子内σ键与π键数目之比为_______。HCN分子中σ键与π键数目之比为________。 （2）乙烯分子中σ键与π键的数目之比为_________。 考点三 键参数的应用 【例3】下列有关化学键的比较错误的是 (　　) A.键能：C—N＜C===N＜C≡N B.键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl C.键角：H2O＞CO2 D.乙烯分子中碳碳键的键能：σ键＞π键 【变式3-1】键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是 (　　) A.键角是描述分子空间结构的重要参数 B.因为H—O的键能小于H—F的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱 C.H—F的键长是H—X中最长的 D.碳碳三键和碳碳双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍 【变式3-2】（1）CO2与CH4经催化重整，制得合成气，CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) 已知上述反应中相关化学键的键能数据如下： 化学键 C—H C===O H—H C≡O(CO) 键能/kJ·mol－1 413 745 436 1 075 则反应的ΔH＝____________________________________________________。 （2）F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)＋3F2(g)===2ClF3(g)ΔH＝－313 kJ·mol－1，F—F键的键能为159 kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为242 kJ·mol－1，则ClF3中Cl—F键的平均键能为________kJ·mol－1。 基础达标 1.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 2.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 3.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 4.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.非极性分子只能是双原子单质分子 C.非极性键也可能存在于离子化合物中 D.极性分子中不可能含有非极性键 5.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 6.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 C 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。 7.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 8. 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 9.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 10.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 综合应用 11.如图所示，ΔH1=-393.5 kJ·mol-1，ΔH2=-395.4 kJ·mol-1，下列说法或表示式正确的是 （　　） A.石墨和金刚石的转化是物理变化 B.C（s，石墨）===C（s，金刚石）　ΔH=+1.9 kJ·mol-1 C.金刚石的稳定性强于石墨 D.1 mol石墨的总键能比1 mol金刚石的总键能小1.9 kJ 12.H2和I2在一定条件下能发生反应：H2（g）+I2（g）2HI（g）　ΔH=-a kJ·mol-1，下列说法正确的是 （　　） 已知：（a、b、c均大于零） A.H2、I2和HI分子中的化学键都是非极性共价键 B.断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为（c+b+a） kJ C.相同条件下，1 mol H2（g）和1 mol I2（g）的总能量小于2 mol HI （g）的总能量 D.向密闭容器中加入2 mol H2（g）和2 mol I2（g），充分反应后放出的热量为2a kJ 13.甲、乙、丙、丁四种有机物的结构如下： 甲：CH2CH—C≡CH 乙： 丙： 丁： （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　　　　。  14.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　　　　。  15.某些化学键的键能（kJ·mol-1）如表所示： 化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I 键能 436 242.7 193.7 152.7 431.8 366 298.7 （1）1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量　　　 kJ。  （2）在一定条件下，1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应，放出热量由多到少的顺序是　　　　（填字母）。  a.Cl2>Br2>I2 b.I2>Br2>Cl2 c.Br2>I2>Cl2 预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热　　　　（填“多”或“少”）。16.碳和硅的有关化学键的键能如表所示，简要分析和解释下列有关事实： 化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O 键能/ （kJ·mol-1） 347 413 358 226 323 368 （1）通常条件下，比较CH4和SiH4的稳定性强弱：　　　。  （2）硅与碳同族，硅也有一系列氢化物，但硅的氢化物在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是　　　　。  （3）Si更易生成氧化物，原因是　　　　　。 拓展培优 17.根据氢气分子的形成过程示意图回答下列问题： （1）H—H键的键长为　　　　，①~⑤中，体系能量由高到低的顺序是　　　　。  （2）下列说法正确的是　　　　（填字母）。  A.氢气分子中含有一个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.氢气分子中含有一个极性共价键 （3）几种常见化学键的键能如下表： 化学键 Si—O H—O OO Si—Si Si—C 键能/（kJ·mol-1） 460 464 498 176 x ①比较Si—Si键与Si—C键的键能大小：x　　　（填“>”“<”或“=”）176。  ②H2被称为21世纪人类最理想的燃料。试计算：每千克H2燃烧（生成水蒸气）放出的热量约为　　　　。  学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第2章 微粒间相互作用与物质性质 第1节 共价键模型 教习目标 1.理解共价键的概念与形成。 2.能够从不同的角度对共价键分类，掌握 σ 键、π 键的形成原理与特征。 3.会判断极性共价键和非极性共价键。 4.理解键长、键角、键能等键参数的概念，能用键参数说明简单分子的某些性质。 重点和难点 重点:键长、键角、键能等键参数的概念，σ 键、π 键的形成原理与特征。 难点:利用键参数说明简单分子的某些性质。 ◆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形成的化学键称为共价键。 （2）共价键形成的本质（以H2为例） 两个氢原子逐渐接近，原子轨道相互重叠，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，使体系的能量逐渐下降，当两个氢原子的核间距为0.074 nm时，体系能量最低。两个氢原子各提供一个电子以自旋状态不同的方式相互配对形成氢分子。 （3）形成共价键的元素 通常是电负性相同或差值小的非金属元素原子之间。 （4）共价键的表示方法 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，即共价键具有方向性 决定了分子的空间结构 即学即练 1.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。 2.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。 ◆知识点二 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 氮分子的N≡N 中有一个 σ 键、两个 π 键，如图所示。 （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。 即学即练 1.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。 2.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。 ◆知识点三 键参数 1.键长 （1）概念：两个成键原子的原子核间的距离（简称核间距）叫作该化学键的键长。 （2）影响因素 ①成键原子半径。一般原子半径越小，键长越短。 ②化学键的数目。成键原子相同时，键数越多，键长越短。 （3）意义 ①一般而言，化学键的键长愈短，化学键就愈强，键就愈牢固。 ②键长是影响分子空间结构的因素之一。 （4）键长的数值的获得：可以通过晶体X射线衍射实验进行测定，也可以通过理论计算求得。 2.键角 （1）概念：在多原子分子中，两个化学键的夹角。 （2）测定：可通过晶体X射线衍射实验测定。 （3）意义：常用于描述多原子分子的空间结构。 （4）几种常见分子的空间结构和键角 分子空间结构 键角 实例 正四面体形 109°28' CH4、CCl4 60° 白磷（P4） 平面形 120° 苯、乙烯、BF3 三角锥形 107.3° NH3 角形 104.5° H2O 直线形 180° CO2、CS2、CH≡CH 部分分子键角如图： 3.键能 （1）概念：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原子所吸收的能量称为A—B键的键能。 （2）表示方法：常用EA—B表示。 （3）单位：kJ·mol-1。 （4）应用 ①定量地表示化学键的强弱。键能愈大，断开时需要的能量就愈多，化学键就愈牢固。 ②判断分子的稳定性 一般而言，组成和结构相似的分子，化学键键能越大，分子稳定性越强。 ③判断物质在化学反应过程中的能量变化 在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形成放出能量，因此反应焓变与键能的关系为ΔH=∑E反应物-∑E反应产物。 4.键参数对分子性质的影响 即学即练 1.表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量： 物质 Cl2 Br2 I2 H2 能量/ （kJ·mol-1） 243 193 151 436 下列物质本身具有的能量最低的是 （　　） A.H2 B.Cl2 C.Br2 D.I2 【答案】A 【解析】根据表中数据可知，破坏1 mol H—H键消耗能量最高，氢气最稳定，能量最低。 2.下列说法正确的是 （　　） 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ⅠA族（除H外）和ⅦA族元素的原子间不能形成共价键 C.水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180° D.H—O键的键能为467 kJ·mol-1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×467 kJ 【答案】B 【解析】分子中键长越短，键能越大，则分子越稳定，A不正确；元素周期表中的ⅠA族（除H外）和ⅦA族元素都是典型的金属和非金属元素，所以形成的化学键是离子键，B正确；水分子的结构是角形，键角是104.5°，C不正确；18 g H2O即1 mol H2O分解成2 mol H和1 mol O时消耗的能量为2×467 kJ，故D不正确。 3.下列有关说法不正确的是 （　　） A.CH4、NH3、CO2分子中的键角依次增大 B.HCl、HBr、HI分子中的键长依次增大 C.H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小 D.H2O、PH3、SiH4分子的稳定性依次减弱 【答案】A 【解析】CH4、NH3、CO2分子中的键角分别为109°28'、107.3°、180°，故A错误；原子半径越大，形成的共价键的键长越长，Cl、Br、I的原子半径依次增大，所以与H形成的共价键的键长依次增大，故B正确；元素的非金属性越强，形成的共价键越稳定，共价键的键能越大，则H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小，故C正确；非金属性：O>P>Si，则简单氢化物的稳定性：H2O>PH3>SiH4，故D正确。 一、共价键特征 （1）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如H—H就没有方向性。 （2）共价键特征 特征 概念 作用 存在情况 饱和性 每个原子所能形成的共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的 饱和性决定了分子的组成 所有的共价键都具有饱和性 方向性 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 方向性决定了分子的空间结构 并不是所有共价键都具有方向性 （3）共价键的存在 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。 （4）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。 实践应用 1.下列有关化学键的比较错误的是 （　　） A.键能：C—N<CN<C≡N B.键长：I—I>Br—Br>Cl—Cl C.键角：H2O>CO2 D.乙烯分子中碳碳键的键能：σ键>π键 【答案】　C 【解析】一般同种原子间形成的共价键，三键的键能大于双键，双键的键能大于单键，所以键能：C—N<CN<C≡N，A项正确；原子半径：Cl<Br<I，原子半径越大，原子间形成的共价键的键长越长，故键长：I—I>Br—Br>Cl—Cl，B项正确；H2O分子呈角形，两个氢氧键的夹角为104.5°，CO2分子呈直线形，两个碳氧键的夹角为180°，故键角：H2O<CO2，C项错误；σ键为“头碰头”重叠形成，强度大，π键为“肩并肩”重叠形成，强度小，故乙烯分子中碳碳键的键能：σ键>π键，D项正确。 2.如图为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述正确的是 （　　） A.W、R元素单质分子内都存在非极性键 B.X、Z元素都能形成双原子分子 C.键长：W—H键<Y—H键，键的极性：Y—H键>W—H键 D.键长：X—H键<W—H键，键能：X—H键<W—H键 【答案】　B 【解析】由元素在周期表中的位置可知，X为N、W为P、Y为S、R为Ar、Z为Br。白磷单质中存在非极性键，但稀有气体分子为单原子分子，分子中没有化学键，A错误；氮气、溴单质都是双原子分子，B正确；原子半径：W>Y，故键长：W—H键>Y—H键，C错误；原子半径：W>X，故键长：W—H键>X—H键，键长越短，键能越大，故键能：W—H键<X—H键，D错误。 二、共价键的类型 分类依据 具体类型 核心特征 典型示例 成键原子轨道重叠方式 σ 键 沿键轴方向 “头碰头” 重叠，重叠程度大，键能高，可自由旋转 H₂（s-s）、HCl（s-pₓ）、C-C π 键 垂直键轴方向 “肩并肩” 重叠，重叠程度小，键能低，不可自由旋转 C=C（1 个 σ+1 个 π）、 C≡C（1 个 σ+2 个 π） 成键原子电负性差异 极性共价键 原子电负性不同，电子对偏向电负性大的原子，键有极性 HCl、H₂O、NH₃ 非极性共价键 原子电负性相同（或差异极小），电子对不偏移，键无极性 H₂、O₂、N₂、C-C 成键电子对来源 普通共价键 成键原子各提供 1 个电子形成共用电子对 H₂O、CO₂ 配位共价键 1 个原子提供孤电子对，另 1 个原子提供空轨道，电子对由单方提供 NH₄⁺（N→H⁺）、[Cu(NH₃)₄]²⁺ 成键电子对数目 单键 1 对共用电子对，仅含 σ 键 H-Cl、CH₃-CH₃ 双键 2 对共用电子对，含 1 个 σ 键 和1 个 π 键 C=C、O=C=O 三键 3 对共用电子对，含 1 个 σ 键 和2 个 π 键 C≡C、N≡N 实践应用 1.下列关于共价键的理解不正确的是 (　　) A.由图可知氢分子中两个氢原子的核间距为0.074 nm B.H2O2分子中既有极性键又有非极性键 C.氢分子中共价键没有方向性 D.形成共价键后共用电子只在两个原子核之间出现 【答案】D 【解析】由题图可知，两个氢原子相互靠近的过程中，在相距0.074 nm时体系能量最低，体系最稳定，此时形成稳定的氢分子，A项正确；H2O2分子中既存在H—O极性键，又存在O—O非极性键，B项正确；氢分子中两个氢原子的未成对电子均为1 s电子，s轨道在空间呈球形对称，故s轨道之间的重叠不具有方向性，C项正确；形成共价键后共用电子在两个原子核之间出现的概率增大，并不是只在两个原子核之间出现，D项错误。 2.下列说法正确的是 (　　) A.若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的方向性 B.s轨道和p轨道重叠可以形成π键 C.共价键都具有方向性 D.C2H4与Cl2的加成反应中C2H4只涉及π键断裂 【答案】　D 【解析】硫原子最外层只有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，其氢化物只能是H2S，写成H3S分子，违背了共价键的饱和性，故A错误；s轨道和p轨道只能头碰头重叠，只能形成σ键，故B错误；s轨道和s轨道形成的σ键没有方向性，因s电子云为球形，故H2分子中的H—H无方向性，故C错误；C2H4与Cl2的加成反应只有C2H4中π键断裂其他σ键不断裂，故D正确。 3.下列关于共价键的饱和性和方向性的叙述中，不正确的是 (　　) A.成键原子一定的未成对电子数决定了共价键具有饱和性 B.共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的 C.分子的空间结构与共价键的方向性密切相关 D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关 【答案】D 【解析】原子的未成对电子一旦配对成键，一般不再与其他原子的未成对电子配对成键，故共价键具有饱和性，这一饱和性也就决定了原子成键时最多连接的原子数，故A项正确；形成共价键时，为了达到原子轨道的最大重叠程度，成键的方向与原子轨道的伸展方向就存在着必然的联系，这种成键的方向性与分子的空间结构密切相关，故B、C项正确；共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度无关，D项不正确。 三、 键参数的应用 1.键能的应用 （1）表示共价键的强弱 键能越大，断开化学键需要吸收的能量越多，化学键越稳定。 （2）判断分子的稳定性 结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。 （3）判断化学反应中的能量变化 在化学反应中，断裂旧化学键吸收能量，形成新化学键释放能量，因此反应焓变与键能的关系为ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和。当ΔH＜0时，为放热反应；当ΔH＞0时，为吸热反应。 2.键长的应用 （1）键长越短，一般键能越大，共价键越稳定，含该共价键的分子越稳定。 （2）键长的比较方法 ①根据成键原子的原子半径比较。同类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短。 ②根据共用电子对数比较，相同的两个原子间形成共价键时，单键键长>双键键长>三键键长。 3.键角的应用 （1）键长和键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的几何构型就确定了。 （2）常见分子中的键角 分子空间结构 键角 实例 正四面体形 109°28′ CH4、CCl4 60° 白磷(P4) 平面三角形 120° 苯、乙烯、SO3、BF3 三角锥形 107.3° NH3 角形 104.5° H2O 直线形 180° CO2、CS2、CH≡CH 实践应用 1.下列有关化学键的比较错误的是 (　　) A.键能：C—N＜C===N＜C≡N B.键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl C.键角：H2O＞CO2 D.乙烯分子中碳碳键的键能：σ键＞π键 【答案】C 【解析】三键的键能大于双键，双键的键能大于单键，所以键能：C—N＜C===N＜C≡N，A项正确；原子半径：Cl＜Br＜I，原子半径越大，原子间形成的共价键的键长越长，故键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl，B项正确；H2O分子呈角形，两个氢氧键的夹角为104.5°，CO2分子呈直线形，两个碳氧键的夹角为180°，故键角：H2O＜CO2，C项错误；σ键为“头碰头”重叠形成，强度大，π键为“肩并肩”重叠形成，强度小，故乙烯分子中碳碳键的键能：σ键＞π键，D项正确。 2.键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是 (　　) A.键角是描述分子空间结构的重要参数 B.因为H—O的键能小于H—F的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱 C.H—F的键长是H—X中最长的 D.碳碳三键和碳碳双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍 【答案】A 【解析】当物质分子内有多个化学键时，化学键之间的夹角叫键角，它反映了分子内原子的空间分布情况，因此键角是描述分子空间结构的重要参数，A正确；O2分子内两个O原子形成2对共用电子对，结合力强，断裂吸收的能量高，而F2分子内的2个F原子形成1对共用电子对，结合力相对O2来说弱，断裂吸收的能量低，因此F2与H2更容易发生反应，B错误；F原子半径是卤素中最小的，H—F的键长是H—X中最短的，C错误；碳碳三键中只有1个碳碳单键是σ键，其余2个为π键，碳碳双键中只有1个碳碳单键是σ键，另一个为π键，π键键能小于σ键，则碳碳三键和碳碳双键的键能分别小于单键键能的3倍和2倍，D错误。 考点一 共价键的类型 【例1】在N2F2分子中，所有原子均符合8电子稳定结构，则该分子中两个氮原子之间的键型构成是 (　　) A.仅有一个σ键 B.仅有一个π键 C.一个σ键，一个π键 D.一个σ键，两个π键 【答案】C 【解析】由题给条件所有原子均符合8电子稳定结构可知，其结构式应为F—N===N—F，则两个氮原子之间为氮氮双键，含有一个σ键，一个π键。 【变式1-1】下列说法中不正确的是 (　　) A.共价键的方向性是由成键原子的轨道的方向性决定的 B.成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固 C.因每个原子未成对电子数是一定的，故配对原子个数也一定 D.所有原子轨道在空间都有自己的方向性 【答案】D 【解析】形成共价键时，原子轨道重叠的程度越多，共价键越牢固，为了达到原子轨道的最大重叠程度，成键的方向与原子轨道的伸展方向就存在着必然的联系，故A、B正确；在共价键的形成过程中，一个原子含有几个未成对电子，通常就能与其他原子的未成对电子配对形成几个共价键，每个原子所能提供的未成对电子的数目是一定的，所以与其配对的原子个数也一定，这是共价键的饱和性，故C正确；s轨道呈球形，没有方向性，故D错误；选D。 【变式1-2】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 【答案】C 【解析】H原子的1个电子排布在1s轨道，F原子的最外层1个未成对电子排布在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。 【变式1-3】下列说法正确的是 (　　) A.p轨道之间以“肩并肩”的方式重叠可形成σ键 B.氮气分子中氮氮三键易断裂 C.共价键是两个原子轨道以“头碰头”的方式重叠而成的 D.CO2分子中有两个σ键和两个π键，且均是通过p轨道相互重叠而成的 【答案】D 【解析】共价键的成键方式是由原子轨道的重叠方式决定的，以“肩并肩”的方式重叠而成的是π键，以“头碰头”的方式重叠而成的是σ键，A、C选项均错误。氮气分子中的氮氮三键不易断裂，B错误；CO2的结构式为O===C===O，根据共价键的成键规律可知，该分子中有两个σ键和两个π键，D选项正确。 【变式1-4】从σ键、π键的形成方式角度分析，下列分子中存在的共价键类型完全相同的是 (　　) A.CH4与NH3 B.C2H6与C2H4 C.H2与Cl2 D.Cl2与N2 【答案】A 【解析】CH4和NH3分子中全是s­p σ键，A正确；C2H6只存在σ键，而C2H4存在σ键和π键，B错误；H2为s­s σ键，Cl2为p­p σ键，C错误；Cl2中只存在σ键，而N2中存在σ键和π键，D错误。 考点二 σ键和π键的比较与判断 【例2】下列关于化学键的说法不正确的是 (　　) A.乙烯分子中含有5个σ键，1个π键 B.σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转 C.在气体单质中，一定有σ键，可能有π键 D.s－pσ键和p－pσ键电子云都是轴对称 【答案】C 【解析】碳碳双键中一个是π键，一个是σ键，碳氢单键是σ键，所以乙烯分子中有5个σ键，1个π键，A正确；σ键为轴对称，可以绕键轴旋转，π键呈镜面对称，无法绕键轴旋转，B正确；气体单质中可能不存在化学键，如稀有气体单质中，C错误；s－p σ键和p－p σ键电子云都是轴对称的，D正确。 【变式2-1】下列说法正确的是 (　　) ①σ键比π键重叠程度大，所以C2H4中σ键强于π键 ②两个原子形成共价键时，形成的σ键数只能为1 ③气体单质分子中，一定有σ键，可能有π键 ④HClO分子中有s­p σ键和p­p π键 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 【答案】A 【解析】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，①正确；两个原子可能形成单键、双键或三键，单键为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，三键中有1个σ键和2个π键，是共价键，②正确；稀有气体单质是单原子分子，没有σ键也没有π键，③错误；HClO分子的结构为H—O—Cl，H—O键为s­p σ键，O—Cl键为p­p σ键，④错误。 【变式2-2】回答下列问题。 （1）已知CO和CN－与N2结构相似，CO分子内σ键与π键数目之比为_______。HCN分子中σ键与π键数目之比为________。 （2）乙烯分子中σ键与π键的数目之比为_________。 【答案】　（1）1∶2　1∶1　（2）5∶1 【解析】（1）N2的结构式为N≡N，推知CO的结构式为C≡O，含有1个σ键、2个π键；CN－的结构式为[C≡N]－，HCN分子的结构式为H—C≡N，HCN分子中σ键与π键均为2个。（2）C2H4的结构式为。单键为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，所以一个C2H4分子中共含有5个σ键和1个π键。 考点三 键参数的应用 【例3】下列有关化学键的比较错误的是 (　　) A.键能：C—N＜C===N＜C≡N B.键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl C.键角：H2O＞CO2 D.乙烯分子中碳碳键的键能：σ键＞π键 【答案】C 【解析】三键的键能大于双键，双键的键能大于单键，所以键能：C—N＜C===N＜C≡N，A项正确；原子半径：Cl＜Br＜I，原子半径越大，原子间形成的共价键的键长越长，故键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl，B项正确；H2O分子呈角形，两个氢氧键的夹角为104.5°，CO2分子呈直线形，两个碳氧键的夹角为180°，故键角：H2O＜CO2，C项错误；σ键为“头碰头”重叠形成，强度大，π键为“肩并肩”重叠形成，强度小，故乙烯分子中碳碳键的键能：σ键＞π键，D项正确。 【变式3-1】键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是 (　　) A.键角是描述分子空间结构的重要参数 B.因为H—O的键能小于H—F的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱 C.H—F的键长是H—X中最长的 D.碳碳三键和碳碳双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍 【答案】A 【解析】当物质分子内有多个化学键时，化学键之间的夹角叫键角，它反映了分子内原子的空间分布情况，因此键角是描述分子空间结构的重要参数，A正确；O2分子内两个O原子形成2对共用电子对，结合力强，断裂吸收的能量高，而F2分子内的2个F原子形成1对共用电子对，结合力相对O2来说弱，断裂吸收的能量低，因此F2与H2更容易发生反应，B错误；F原子半径是卤素中最小的，H—F的键长是H—X中最短的，C错误；碳碳三键中只有1个碳碳单键是σ键，其余2个为π键，碳碳双键中只有1个碳碳单键是σ键，另一个为π键，π键键能小于σ键，则碳碳三键和碳碳双键的键能分别小于单键键能的3倍和2倍，D错误。 【变式3-2】（1）CO2与CH4经催化重整，制得合成气，CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) 已知上述反应中相关化学键的键能数据如下： 化学键 C—H C===O H—H C≡O(CO) 键能/kJ·mol－1 413 745 436 1 075 则反应的ΔH＝____________________________________________________。 （2）F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)＋3F2(g)===2ClF3(g)ΔH＝－313 kJ·mol－1，F—F键的键能为159 kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为242 kJ·mol－1，则ClF3中Cl—F键的平均键能为________kJ·mol－1。 【答案】　（1）＋120 kJ·mol－1　 （2）172 【解析】（1）反应的ΔH＝(413 kJ·mol－1×4＋745 kJ·mol－1×2)－(1 075 kJ·mol－1×2＋436 kJ·mol－1×2)＝＋120 kJ·mol－1。（2）ΔH＝(242 kJ·mol－1＋159 kJ·mol－1×3)－(6×ECl－F)＝－313 kJ·mol－1，解得Cl—F键的平均键能为172 kJ·mol－1。 基础达标 1.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3个氢原子形成3个共价键，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。 2.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（OCO）、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。 3.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。 4.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.非极性分子只能是双原子单质分子 C.非极性键也可能存在于离子化合物中 D.极性分子中不可能含有非极性键 【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；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。 5.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。 6.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。 7.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。 8. 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。 9.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CN键、1个NO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。 10.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。 综合应用 11.如图所示，ΔH1=-393.5 kJ·mol-1，ΔH2=-395.4 kJ·mol-1，下列说法或表示式正确的是 （　　） A.石墨和金刚石的转化是物理变化 B.C（s，石墨）===C（s，金刚石）　ΔH=+1.9 kJ·mol-1 C.金刚石的稳定性强于石墨 D.1 mol石墨的总键能比1 mol金刚石的总键能小1.9 kJ 【答案】B 【解析】石墨转化为金刚石有新物质生成，属于化学变化，故A错误；由图可得：①C（s，石墨）+O2（g）===CO2（g）　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1，②C（s，金刚石）+O2（g）===CO2（g）　ΔH2=-395.4 kJ·mol-1，利用盖斯定律①-②可得：C（s，石墨）===C（s，金刚石）　ΔH=+1.9 kJ·mol-1，故B正确；1 mol金刚石具有的能量大于1 mol石墨具有的能量，能量越高越不稳定，所以石墨比金刚石稳定，C错误；根据热化学方程式C（s，石墨）===C（s，金刚石）　ΔH=+1.9 kJ·mol-1可知，1 mol石墨的总键能比1 mol金刚石的总键能大1.9 kJ，故D错误。 12.H2和I2在一定条件下能发生反应：H2（g）+I2（g）2HI（g）　ΔH=-a kJ·mol-1，下列说法正确的是 （　　） 已知：（a、b、c均大于零） A.H2、I2和HI分子中的化学键都是非极性共价键 B.断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为（c+b+a） kJ C.相同条件下，1 mol H2（g）和1 mol I2（g）的总能量小于2 mol HI （g）的总能量 D.向密闭容器中加入2 mol H2（g）和2 mol I2（g），充分反应后放出的热量为2a kJ 【答案】B 【解析】HI分子中共价键是由不同种非金属元素形成的，属于极性共价键，A错误；反应热等于断键吸收的能量与成键放出的能量的差值，则-a=b+c-2x，解得x=，所以断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为（c+b+a） kJ，B正确；该反应是放热反应，则相同条件下，1 mol H2（g）和1 mol I2（g）的总能量大于2 mol HI （g）的总能量，C错误；该反应是可逆反应，则向密闭容器中加入2 mol H2（g）和2 mol I2（g），充分反应后放出的热量小于2a kJ，D错误。 13.甲、乙、丙、丁四种有机物的结构如下： 甲：CH2CH—C≡CH 乙： 丙： 丁： （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。 14.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。 15.某些化学键的键能（kJ·mol-1）如表所示： 化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I 键能 436 242.7 193.7 152.7 431.8 366 298.7 （1）1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量　　　 kJ。  （2）在一定条件下，1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应，放出热量由多到少的顺序是　　　　（填字母）。  a.Cl2>Br2>I2 b.I2>Br2>Cl2 c.Br2>I2>Cl2 预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热　　　　（填“多”或“少”）。  【答案】（1）184.9　（2）a　多 【解析】（1）根据键能数据可得，H2（g）+Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH=436 kJ·mol-1+242.7 kJ·mol-1-431.8 kJ·mol-1×2=-184.9 kJ·mol-1，1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，参加反应的H2和Cl2都是1 mol，生成2 mol HCl，故放出的热量为184.9 kJ。（2）由表中数据计算知1 mol H2在足量Cl2中燃烧放热最多，在足量I2中燃烧放热最少，则反应产物越稳定，放出热量越多。因稳定性：HF>HCl，故1 mol H2在足量F2中燃烧比在足量Cl2中燃烧放热多。 16.碳和硅的有关化学键的键能如表所示，简要分析和解释下列有关事实： 化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O 键能/ （kJ·mol-1） 347 413 358 226 323 368 （1）通常条件下，比较CH4和SiH4的稳定性强弱：　　　。  （2）硅与碳同族，硅也有一系列氢化物，但硅的氢化物在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是　　　　。  （3）Si更易生成氧化物，原因是　　　　　。  【答案】　（1）CH4比SiH4稳定 （2）C—C键和C—H键键能较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键键能较弱，易断裂，导致长链硅烷难以生成 （3）Si—H键的键能小于Si—O键，所以Si倾向于形成稳定性更强的氧化物 拓展培优 17.根据氢气分子的形成过程示意图回答下列问题： （1）H—H键的键长为　　　　，①~⑤中，体系能量由高到低的顺序是　　　　。  （2）下列说法正确的是　　　　（填字母）。  A.氢气分子中含有一个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.氢气分子中含有一个极性共价键 （3）几种常见化学键的键能如下表： 化学键 Si—O H—O OO Si—Si Si—C 键能/（kJ·mol-1） 460 464 498 176 x ①比较Si—Si键与Si—C键的键能大小：x　　　（填“>”“<”或“=”）176。  ②H2被称为21世纪人类最理想的燃料。试计算：每千克H2燃烧（生成水蒸气）放出的热量约为　　　　。  【答案】（1）74 pm　①⑤②③④　（2）BC　（3）①> ②121 500 kJ 【解析】（1）可以直接从题图上有关数据得出，H—H键的键长为74 pm；由图知，体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。（2）氢气分子中含有一个σ键，A错；共价键的本质就是高概率地出现在原子核间的电子与原子核间的电性作用，B正确；④已经达到稳定状态，C正确；氢气分子中含有一个非极性共价键，D错。（3）①Si—Si键的键长比Si—C键的键长长，则Si—Si键的键能比Si—C键的键能小。②由题图可知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× （464 kJ·mol-1×2-436 kJ·mol-1-498 kJ·mol-1×）=121 500 kJ。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $