第一节 共价键（举一反三专项训练，天津专用）【上好课】化学人教版选择性必修2

第一节 共价键 题型01 共价键的形成与特征 题型02 σ键与π键 题型03 极性键和非极性键 题型04 电离能及应用 题型05 常见物质的键角及分子构型 题型06 键参数综合应用 题型01 共价键的形成与特征 共价键是教材中重点阐述的化学键类型之一，其定义为原子之间通过共用电子对形成的化学键。成键的核心条件为成键原子具有未成对电子且电负性差异较小，无法通过电子得失形成离子键，因此需通过共用电子对的方式弥补未成对电子的空缺。成键后，各成键原子的核外电子将趋于达到能量最低的稳定电子层结构，该结构是共价键能够稳定存在的热力学基础。 共价键的本质是静电作用，具体为原子之间通过共用电子对产生的静电作用，包括原子核与共用电子对之间的静电吸引力、相邻两个原子核之间的静电排斥力，以及共用电子对之间的静电排斥力，当三种作用力达到动态平衡状态时，共价键处于最稳定状态。 共价键具有饱和性和方向性两大核心特征，这也是其与离子键的核心区别。饱和性是指原子形成共价键的数目受自身未成对电子数的严格限制，具有明确的上限；方向性是指为实现原子轨道的最大程度重叠，共价键的形成需沿原子轨道重叠程度最大的方向进行，其中仅s轨道之间形成的共价键无方向性。 【典例1】（24-25高二下·天津·期末）下列化学用语或图示表达错误的是 A．3,3-二甲基戊烷的键线式： B．的球棍模型： C．的VSEPR模型： D．键的形成过程： 【答案】B 【详解】 A．烷烃命名时，要选择最长碳链作为主链，中最长碳链有5个碳原子，在3号碳原子上有两个甲基，所以名称为：3,3-二甲基戊烷，A正确； B．CO2 分子的球棍模型应该为直线形，B错误； C．SO2的价层电子对数为，则SO2的VSEPR模型为，C正确； D．键是p轨道肩并肩形成，图示正确，D正确； 答案选B。 【变式1-1】（24-25高二下·天津·期末）是常用的杀菌剂和消毒剂，用于医疗消毒和清洁伤口，其分子结构如下图所示。下列说法正确的是 A．为非极性分子 B．沸点低于 C．易溶于四氯化碳 D．分子中不存在π键 【答案】D 【详解】A．H2O2的分子结构为类似打开的书本，两个H原子分别位于两个“书页”，O-O键位于“书脊”，分子结构不对称，正负电荷重心不重合，属于极性分子，A错误； B．H2O2分子间存在氢键，而C2H2分子间仅有范德华力，氢键作用力强于范德华力，因此H2O2的沸点高于C2H2，B错误； C．H2O2属于极性分子，四氯化碳为非极性分子，根据“相似相溶”原理，极性分子在非极性分子溶剂中溶解度较小，因此H2O2难溶于四氯化碳，C错误； D．H2O2分子中O-O键、O-H键均为单键，都是键，无键，D正确； 故选D。 【变式1-2】（24-25高二下·天津南开·期末）下列说法中，错误的是 A．中只有键没有键 B．中有1个键和2个键 C．氧原子可以形成，也可能形成 D．氧原子有两个未成对电子，因而能形成2个共价键 【答案】C 【详解】A．H2O2的结构为H-O-O-H，所有单键均为σ键，没有双键或三键，故不存在π键，A正确； B．N2分子中N≡N三键包含1个σ键和2个π键，B正确； C．H3O作为中性分子不符合氧原子共价键的饱和性（最多形成2个共价键），但H3O+（水合氢离子）存在。题目未指明电荷，故C错误； D．氧原子价电子排布式为2s22p4，有2个未成对电子，可形成2个共价键（如H2O），D正确； 故选C。 【变式1-3】（24-25高二下·天津西青·期末）下列化学用语或表述正确的是 A．的共价键类型：键 B．SiC的晶体类型：分子晶体 C．分子的VSEPR模型： D．的空间结构：平面三角形 【答案】A 【详解】A．Cl的最外层电子排布式为3s23p5，故的共价键类型：键，A正确； B．SiC(碳化硅)的晶体类型为共价晶体，B错误； C．NH3分子中，N原子的价层电子对数为4，孤电子数为1，采用sp3杂化，其VSEPR模型为，缺少一个孤电子对，C错误； D．分子的孤电子对数为，价层电子对数为3+1=4，则其空间结构为三角锥形，D错误； 答案选A。 题型02 σ键与π键 根据原子轨道重叠方式不同，共价键可分为σ键和π键两种基本类型，二者常共存于多重共价键中。所有单共价键均为σ键，多重共价键的稳定性主要由σ键决定，π键则主要影响共价键的化学活性。 σ键以“头碰头”方式重叠形成，具体为原子轨道沿核间连线方向重叠，其轨道重叠区域呈圆柱形对称分布，对称轴为两个成键原子的核间连线。由于重叠程度较大，σ键具有键能高、稳定性强的特点，且可围绕核间连线自由旋转，旋转过程中不会破坏共价键的结构。 π键以“肩并肩”方式重叠形成，具体为原子轨道沿核间连线两侧重叠，其轨道重叠区域呈镜面对称分布，对称面为通过两个成键原子核间连线的平面。与σ键相比，π键的重叠程度较小，因此具有键能低、稳定性弱的特点，且无法围绕核间连线自由旋转，旋转易导致π键断裂。 双键由1个σ键和1个π键构成，三键由1个σ键和2个π键构成；含有π键的多重共价键化学性质相对活泼，易发生加成、氧化等化学反应。 【典例2】（24-25高二下·天津西青·期末）化学用语可以表达化学过程。下列化学用语表达错误的 A．激发态H原子的轨道表示式 B．SO2的VSEPR模型： C．用电子云轮廓图示意p-pπ键的形成过程 D．用电子式表示Na2S的形成过程： 【答案】A 【详解】A．基态H原子的电子排布式为1s1，氢的激发态没有1p轨道，不可能将1s轨道的电子激发到1p轨道，A错误； B．SO2中S原子的价层电子对数，其VSEPR模型为平面三角形，B正确； C．键是由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成，电子云轮廓图可示意其形成过程，C正确； D．Na2S是离子化合物，Na原子失去电子形成Na+，S原子得到电子形成S2-，用电子式表示Na2S的形成过程时，钠原子应失去电子形成Na+，硫原子获得两个电子形成S2-，D正确； 故答案选A。 【变式2-1】（24-25高二下·天津南开·期末）已知。下列有关说法正确的是 A．的电子式为 B．键的键长比键长 C．分子中只有键 D．的酸性比强 【答案】D 【详解】 A．HCl为共价化合物，H原子和Cl原子间形成共用电子对，其电子式为，A错误； B．原子半径Cl＜I，故键长：Cl—Cl＜I—I，B错误； C．CH3COOH分子中，羧基的碳氧双键中含有π键，C错误； D．电负性Cl＞I，对O-H的共用电子对具有更强的吸引作用，导致O-H更易电离，故而酸性增加，即ClCH2COOH的酸性比ICH2COOH强，D正确； 故选D。 【变式2-2】（24-25高二下·天津西青·期末）下列对分子性质的解释，错误的是 A．HF易溶于水，是因为HF与水分子间形成氢键 B．分子中只含有2个手性碳原子 C．分子中σ键与π键的数目比为3：2 D．分子的结构为，可知为极性分子 【答案】B 【详解】A．HF中存在电负性较大的F原子，与F原子相连的H原子与水分子中电负性较大的O原子形成氢键，所以HF易溶于水，A正确； B．连接4个不同原子或原子团的碳原子为手性碳原子，分子中2个与甲基相连的碳原子以及与羟基相连的碳原子为手性碳原子，共3个，B错误； C．乙炔中有2个C-H间为σ键，C与C之间有1个σ键2个Π键，所有σ键和π键的数目之比为3∶2，D项正确；C正确； D．根据分子的结构可知，其正负电荷中心不重合，为极性分子，D正确； 答案选B。 【变式2-3】（24-25高二下·天津·阶段练习）已知CH3COOH+Cl2ClCH2COOH+HCl，ClCH2COOH的酸性比CH3COOH 强。下列有关说法正确的是 A．HCl的电子式为 B．Cl-Cl键的键长比I-I键短 C．CH3COOH 分子中只有σ键 D．CICH2COOH的酸性比ICH2COOH弱 【答案】B 【详解】A．HCl为共价化合物，H原子和Cl原子间形成共用电子对，其电子式为，A错误； B．原子半径Cl＜I，故键长：Cl—Cl＜I—I，B正确； C．CH3COOH分子中，羧基的碳氧双键中含有π键，C错误； D．电负性Cl＞I，对O-H的共用电子对具有更强的吸引作用，导致O-H更易电离，故而酸性增加。即ClCH2COOH的酸性比ICH2COOH强，D错误； 答案选B。 题型03 极性键和非极性键 根据成键原子电负性差异，共价键可分为非极性键和极性键两类。电负性差异的大小是决定共价键极性强弱的核心因素，同时也是分子极性形成的重要基础。 非极性键由同种元素原子形成，由于成键原子的电负性完全相同，原子核对共用电子对的吸引能力均等，因此共用电子对不发生偏移，两个成键原子均不显电性，其稳定性主要取决于成键原子的原子半径和核电荷数。 极性键由不同种元素原子形成，由于成键原子的电负性存在差异，原子核对共用电子对的吸引能力不同，共用电子对将向电负性较大的原子一侧偏移，使电负性较大的原子带部分负电荷，电负性较小的原子带部分正电荷。 共价键的极性强弱与成键原子的电负性差值呈正相关，电负性差值越大，共价键的极性越强；同种元素的原子之间仅能形成非极性键，不同种元素的原子之间形成的共价键，其极性强弱由二者的电负性差值决定。 【典例3】（24-25高二下·天津·阶段练习）下列说法中正确的是 A．含阳离子的晶体一定是离子晶体 B．含共价键的晶体一定是分子晶体 C．只含极性键的分子可能不是极性分子 D．含非极性键的分子一定是非极性分子 【答案】C 【详解】A．金属晶体含有阳离子，A 错误； B．含共价价的晶体可能为共价晶体、分子晶体或离子晶体，B错误； C．CH4中只含有极性键，但为非极性分子，C正确； D．全是非极性键的分子为非极性分子，H2O2中含有非极性键，但属于极性分子，D错误； 答案为：C。 【变式3-1】（24-25高二下·天津·阶段练习）我国科学家合成了一种催化剂，实现了如图所示的异丁烷氧化脱氢。下列说法错误的是 A．图中的一氯代物有两种结构 B．图中分子中碳原子的杂化方式有2种 C．该反应可表示为 D．反应中有极性键和非极性键的断裂与形成 【答案】D 【详解】A．由C4H8结构可知，有2种等效氢，则C4H8的一氯代物有两种结构，A正确； B．C4H8中甲基的C为sp3杂化，碳碳双键的C为sp2杂化，即碳原子的杂化方式有2种，B正确； C．由题中图示可知，该反应为，C正确； D．非极性键只有C-C键，反应中无C-C键断裂，不涉及非极性键的断裂，D错误； 故答案选D。 【变式3-2】（24-25高二下·天津·期中）配合物Na3[Fe(CN)6]可用于离子检验，下列说法不正确的是 A．1mol配合物中σ 键的数目为12 B．配离子为 ，中心离子为Fe3+，配位数为6 C．此配合物中存在离子键、配位键、极性键，非极性键 D．该配合物为离子化合物，易电离，1mol配合物电离得到阴阳离子共 个 【答案】C 【详解】A．根据结构可知，1mol配合物中σ键数目为（5×2+1×2）×NA =12 NA，A正确； B．根据结构可知，配离子为 ，中心离子为Fe3+，配位体是CN-，则配位数为6，B正确； C．Na+与存在离子键，CN-与Fe3+形成配位键，碳氮之间存在极性共价键，不存在非极性键，C错误； D．配合物Na3[Fe(CN)6]为离子化合物，电离出3个Na+与1个，所以1mol配合物电离共得到4NA阴阳离子，D正确； 故选C。 【变式3-3】（24-25高二下·天津·阶段练习）下列有关物质或微粒的描述中，不正确的是 A．金刚石和石英都是共价晶体 B．、中所有原子都在同一平面上 C．和是含有极性键的极性分子 D．、、、的稳定性依次减弱 【答案】C 【详解】A．石英是指二氧化硅，金刚石和二氧化硅均为共价晶体，A正确； B．中心原子N价层电子对数：，不含孤电子对，空间结构为平面三角形，所有原子都在同一平面上；中心原子C价层电子对数：，不含孤电子对，空间结构为平面三角形，所有原子都在同一平面上，B正确； C．和是正四面体结构，分子中正负电荷重心重合，是由极性键的非极性分子，C错误； D．由于非金属性F＞Cl＞Br＞I，故H-X键稳定性减弱，、、、的稳定性依次减弱，D正确； 答案选C。 题型04 键能的应用 电离能的定义为气态基态原子或离子失去一个电子所需吸收的最低能量，其单位为kJ/mol。根据失去电子的顺序和数目，电离能可分为第一电离能、第二电离能等，教材中重点讲解第一电离能，即气态基态原子失去最外层第一个电子所需吸收的最低能量。 对于同一原子而言，其各级电离能的数值依次增大；当电离能出现突变时，表明失去的电子处于不同的电子层，该特征可用于判断原子的电子层结构。 电离能的大小可直接反映原子失去电子的难易程度：电离能越大，原子失去电子的难度越大，元素的金属性越弱；反之，电离能越小，原子失去电子的难度越小，元素的金属性越强。同周期主族元素的第一电离能总体随原子序数的递增而增大，其中ⅡA族、ⅤA族元素因具有稳定的电子构型，其第一电离能高于相邻元素，出现反常现象；同主族元素的第一电离能随电子层数的增多而减小。 电离能的核心应用主要包括三个方面：一是判断元素金属性的强弱；二是推断元素的常见化合价，电离能的突变处即为元素化合价的分界点；三是分析原子的核外电子排布特点。 【典例4】（24-25高二下·天津·阶段练习）下列有关性质的比较中，正确的是 A．共价键的键能： B．第一电离能： C．微粒半径： D．分子中的键角： 【答案】A 【详解】A．共价键的键能随着键级（单键、双键、三键）的增加而增大，C−C键能约为347 kJ/mol，C=C约为614 kJ/mol，C≡C约为839 kJ/mol，因此顺序为C−C＜C=C＜C≡C，A正确； B．第一电离能同主族从上到下逐渐减小，He（第一电离能最大）＞Ne＞Ar，B错误； C．微粒半径比较需考虑电子层数和核电荷数，O2-、F-、Na+、Li+中，O2-和F-有2个电子层，Na+和Li+分别有2层和1层，同电子层时，核电荷数越大半径越小，因此正确顺序为O2-＞F-＞Na+＞Li+，C错误； D．键角由分子结构决定：CO2（sp杂化，直线形，180°）＞CH4（sp3杂化，无孤对电子，正四面体，109°28′）＞H2O（sp3杂化，2对孤对电子，V形，约104.5°），D错误； 故答案选A。 【变式4-1】（24-25高二下·天津南开·期中）短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子核外电子排布中均有两个单电子，W简单离子在同周期离子中半径最小，Q与Z同主族。下列说法错误的是 A．X能与多种元素形成共价键 B．简单氢化物的稳定性：Z<Q C．第一电离能： Y>Z D．电负性： W<Z 【答案】B 【分析】短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大，W简单离子在同周期离子中半径最小，说明W为第三周期元素Al；基态X、Z、Q原子核外电子排布中均有两个单电子，短周期元素的基态原子中有两个单电子，可分类讨论：①为第二周期元素时，最外层电子排布为2s22p2或2s22p4，即C或O；②为第三周期元素时，最外层电子排布为3s23p2或3s23p4，即Si或S。Q与Z同主族，结合原子序数大小关系可知，则X、Z、Q分别为C、O和S，则Y为N。 【详解】A．X为C，能与多种元素(H、O、N、P、S等)形成共价键，A正确；   B．非金属性越强，其简单氢化物稳定性越强，非金属性氧大于硫，简单氢化物的稳定性：H2O>H2S，B错误； C．同一周期随着原子序数变大，第一电离能变大，N的2p轨道为半充满稳定状态，第一电离能大于同周期相邻元素，故第一电离能大小：N>O，C正确； D．同周期从左到右，金属性减弱，非金属性变强，元素的电负性变强；同主族由上而下，金属性增强，非金属性逐渐减弱，元素电负性减弱；电负性：Al<O，D正确； 故选B。 【变式4-2】（24-25高二上·天津和平·期末）下列各组元素性质的叙述中，不正确的是 A．N、O、F的第一电离能依次增大 B．N、O、F的电负性依次增大 C．N、O、F的原子半径依次减小 D．N、O、F的非金属性依次增大 【答案】A 【详解】A．同周期元素，从左至右第一电离能总体上呈增大的趋势，氮原子的2p轨道为稳定的半充满结构，元素的第一电离能大于相邻元素，则第一电离能由大到小的顺序为O＜N＜F，故A错误； B．同周期元素，从左至右非金属性依次增强，电负性依次增大，则氮元素、氧元素、氟元素的电负性依次增大，故B正确； C．同周期元素，从左至右原子半径依次减小，则氮原子、氧原子、氟原子的原子半径依次减小，故C正确； D．同周期元素，从左至右非金属性依次增强，，则氮元素、氧元素、氟元素的非金属性依次增大，故D正确； 故选A。 【变式4-3】（24-25高二上·天津·期末）有5种元素，除Y外均为短周期元素。X原子M电子层p轨道上有2个未成对电子且无空轨道；Y原子的价层电子排布式为；原子的L电子层的p能级上有一个空轨道；Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子；T原子的M电子层上p轨道半充满。下列叙述不正确的是 A．元素Y和Q可形成化合物 B．T的一种单质易自燃 C．X和T的第一电离能： D．Q和Z的电负性： 【答案】D 【分析】5种元素X、Y、Z、Q、T，除Y外均为短周期元素，X原子M层上有2个未成对电子且无空轨道，其价电子排布为3s23p4，则X为S元素；Y原子的价电子排布式为3d64s2，则Y为Fe元素；Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道，其价电子排布为2s22p2，则Z为C元素；Q原子的L电子层的P能级上只有一对成对电子，其价电子排布为2s22p4，则Q是O元素；T原子的M电子层上p轨道半充满，其价电子排布为3s23p3，则T是P元素。 【详解】A．Y为Fe元素，Q为O元素，Fe与O可形成FeO ，A正确； B．T为P元素，P的单质中，白磷易自燃，B正确； C．X为S元素，T是P元素，属于同周期相邻元素，由于P原子最外层3p能级电子为半充满，较稳定，则第一电离能：S<P，C正确；     D．同周期从左到右，金属性减弱，非金属性变强，元素的电负性变强；Q为O元素，Z为C元素，非金属性：C<O，则电负性：C<O，D错误； 故选D。 题型05 常见物质的键角及分子构型 键角是分子中两个相邻共价键的夹角，作为描述分子空间结构的重要参数，其大小直接反映分子的空间构型和对称性，进而影响分子的物理性质和化学性质。 键角的大小由成键方式、原子半径及中心原子孤电子对的斥力共同决定，其中孤电子对与成键电子对的斥力更大，孤电子对的数目越多，对成键电子对的排斥作用越强，键角越小。 分子空间构型由键长和键角共同决定，不同的分子构型对应特定的键角范围：直线形分子的键角为180°，其中心原子无孤电子对；V形分子的键角小于180°，其中心原子含有孤电子对；平面三角形分子的键角为120°，其中心原子无孤电子对；正四面体分子的键角为109°28′，其中心原子无孤电子对；三角锥形分子的键角小于109°28′，其中心原子含有1对孤电子对。 【典例5】（24-25高二下·天津南开·开学考试）下列有关物质结构与性质的比较正确的是 A．沸点： B．酸性： C．键角： D．热稳定性：HCl>HF 【答案】A 【详解】A．分子晶体相对分子质量越大则范德华力越大，分子间作用力越强，其沸点越高，但是NH3分子间存在氢键，沸点增高，出现了反常的现象，即沸点NH3＞PH3，A正确； B．卤素原子电负性较大，吸电子作用强，饱和一元羧酸烃基上的氢原子被卤素取代后，降低了羧基碳原子上的电子云密度，使氢容易电离，卤代乙酸中卤素原子个数越多、卤素原子的非金属性越强，酸性越强，则酸性：CH2ClCOOH＜CH2FCOOH，B错误； C．中心原子价层电子对数为4+0.5×(6+2−4×2)=4，没有孤电子对，中心原子杂化方式为sp3，空间构型为正四面体形，键角为109°28′；中心原子价层电子对数为3+0.5×(6+2−3×2)=4，有一个孤电子对，中心原子杂化方式为sp3，空间构型为三角锥形，键角小于109°28′，键角：，C错误； D．元素的非金属性越强，其氢化物的热稳定性越强，F的非金属性强于Cl ，所以热稳定性：HF>HCl，D错误； 故选A。 【变式5-1】（24-25高二下·天津·期末）奥司他韦是目前治疗流感的常用药物之一（如图所示），下列说法中正确的是 A．奥司他韦分子中只有4个手性碳原子 B．通过红外光谱有可能确定奥司他韦分子中含有酯基、氨基、醚键和酰胺基等官能团 C．通过质谱法可以测定奥司他韦分子中键长和键角等分子结构信息 D．奥司他韦中所有原子可能共平面 【答案】B 【详解】 A．手性碳原子是指与四个不同的原子或基团相连的碳原子，奥司他韦分子中有3个手性碳原子，位置为，A错误； B．不同的化学键或官能团在红外光谱中的峰值不同，通过红外光谱有可能确定奥司他韦分子中含有酯基、氨基、醚键和酰胺基等官能团，B正确； C．质谱图中质荷比的最大值即为相对分子质量，通过质谱法可以测定奥司他韦分子的相对分子质量，不能测定键长和键角等分子结构信息，C错误； D．存在多个sp3杂化的碳原子，与其直接连接的4个原子不可能都共平面，D错误； 故选B。 【变式5-2】（24-25高二下·天津南开·期末）下列说法中，错误的是 A．熔点： B．键角： C．键长： D．沸点：对羟基苯甲醛邻羟基苯甲醛 【答案】B 【详解】A．钨(W)是原子半径小、金属键强的金属，熔点远高于铯(Cs)，常用做灯丝，A正确； B．、中心原子均为sp3杂化，其孤电子对数分别为0、1，孤电子对与成键电子对之间的斥力大于成键电子对之间的斥力，键角：NH>NH3，B错误； C．C原子半径大于O，C−H键长大于O−H，C正确； D．对羟基苯甲醛可形成分子间氢键，邻位因分子内氢键削弱范德华力，沸点更低，D正确； 故选B。 【变式5-3】（24-25高二下·天津南开·期中）下列关于共价键的叙述不正确的是 A．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 B．共价键的方向性与成键原子的轨道伸展方向有关 C．分子的键角：①、②、③、④、⑤，按由小到大顺序排列为：③②④①⑤ D．、、分子中均既有σ键又有π键 【答案】D 【详解】A．一般地，原子的未成对电子一旦配对成键，就不再与其他原子的未成对电子配对成键了，共价键的饱和性也就决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系，A正确； B．形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大，共价键越稳定，原子轨道都有一定的形状，要达到最大重叠，共价键必然有方向性，即共价键的方向性与成键原子的轨道的伸展方向有关，B正确； C．键角由分子构型决定，H2O中O的价层电子对数为，孤电子对数为2，则水为V形(键角约105°)，NH3中N的价层电子对数为，孤电子对数为1，则其为三角锥形(键角约107°)，CH4为正四面体结构(键角109°28’)，BCl3中B的价层电子对数为，孤电子对数为0，则其为平面三角形(键角120°)， BeCl2中Be的价层电子对数为，孤电子对数为0，则其为直线形(键角180°)，故键角：③< ②< ④< ①<⑤ BeCl2，C正确； D．HClO的结构式：H-O-Cl，其中的H-O、O-Cl为单键，则HClO中仅含σ键；CO2的结构式为O=C=O，其中含碳氧双键，则含σ键、π键；HCHO中C和O之间形成双键，C与H之间形成C-H单键，则HCHO中含σ键、π键，D错误； 故选D。 题型06 键参数综合应用 常见键参数包括键能、键长和键角，三者相互关联、相互制约，构成了描述共价键和分子结构的完整参数体系，是连接共价键结构与分子性质的核心桥梁。 键能是指气态基态原子形成1mol共价键时释放的最低能量，也可表示为断裂1mol共价键时吸收的最低能量，主要用于反映共价键的强弱；键长是指两个成键原子的核间距，其大小与成键原子的原子半径、成键方式密切相关；键角主要决定分子的空间构型和对称性。 键参数之间的核心关系为：键长与键能呈负相关，键长越短，原子轨道的重叠程度越大，共价键的键能越高，稳定性越强；键角与键长、键能共同决定分子的空间构型，键角越对称，分子的空间结构越稳定。 键参数的综合应用主要包括：推断分子的空间构型和对称性、比较不同分子的稳定性强弱、分析物质的化学性质和反应活性，以及通过反应物与生成物的总键能差值，估算化学反应的反应热。 【典例6】（25-26高二上·天津·期末）已知氢元素和氧元素可以形成H2O、H2O2和H3O+等分子或离子。下列说法错误的是 A．键角：H2O>H3O+ B．H2O2与O3均为极性分子 C．H3O⁺空间结构为三角锥形，H2O为V形 D．H3O⁺、H2O和H2O2中O原子均为sp3杂化 【答案】A 【详解】A．、均为杂化，有一对孤电子对，有两对孤电子对，故键角，A错误； B．H2O2分子结构不对称，是极性分子；O3分子结构不对称，是极性分子，B正确； C．H3O+中心O原子有三对成键电子和一对孤电子对，空间结构为三角锥形；H2O中心O原子有两对成键电子和两对孤电子对，空间结构为V形，C正确； D．H3O+中O原子价层电子对数为4（三对成键，一对孤对），sp3杂化；H2O中O原子价层电子对数为4（两对成键，两对孤对），sp3杂化；H2O2中每个O原子价层电子对数为4（两对成键，两对孤对），sp3杂化，D正确； 故选A。 【变式6-1】（24-25高二下·天津·期末）下列说法错误的是 A．沸点：对羟基苯甲醛＞邻羟基苯甲醛 B．水中溶解度：乙醇＞1-戊醇 C．键长： D．酸性： 【答案】C 【详解】A．对羟基苯甲醛因羟基与醛基处于对位，无法形成分子内氢键，形成分子间氢键，沸点更高，邻羟基苯甲醛因形成分子内氢键，分子间作用减弱，沸点较低，A正确； B．羟基为亲水基，烃基为疏水基，烃基的碳原子数越大，醇在水中的溶解度越小，因此乙醇在水中的溶解度大于1-戊醇，B正确； C．碳碳单键是由一个σ键构成，成键时是两个碳原子的原子轨道沿键轴方向以“头碰头”的方式重叠，而碳碳双键由一个σ键和一个π键构成，除了σ键的“头碰头”重叠外，还有π键的“肩并肩”重叠，σ键和π键共同作用，使得成键的两个碳原子之间电子云密度更大，原子间的距离更短，所以碳碳双键键长比碳碳单键短，C错误； D．Cl是吸电子基团，CHCl2COOH含两个Cl，吸电子诱导效应更强，羧酸中O-H键极性大，更易断裂，酸性更强，D正确； 故选C。 【变式6-2】（24-25高二下·天津滨海新·期末）下列关于仪器的分析方法描述不正确的是 A．红外光谱可鉴别苯乙烯和苯甲醛 B．质谱法可测定乙醇的相对分子质量 C．核磁共振氢谱可测定乙酸中氢原子的种类和个数 D．根据X射线衍射实验的数据可以推断青蒿素的键长和键角 【答案】C 【详解】A．苯乙烯中含碳碳双键，苯甲醛中含醛基，红外光谱通过检测官能团差异可区分苯乙烯和苯甲醛，A正确； B．质谱法通过分子离子峰的质荷比可测定乙醇的相对分子质量，B正确； C．核磁共振氢谱仅能测定不同化学环境氢原子的种类和比例，无法直接确定绝对个数，C错误； D．X射线衍射实验通过分析晶体结构可精确推断青蒿素的键长和键角，D正确； 故选C。 【变式6-3】（24-25高二下·天津·期中）六氟化硫分子呈正八面体(如图)，在高电压下仍有良好的绝缘性，逸散到空气中会引起强温室效应。下列有关六氟化硫的推测不正确的是 A．键是σ键 B．分子中键长、键能都相等 C．六氟化硫中各原子均达到8电子稳定结构 D．六氟化硫不易溶于水 【答案】C 【详解】A．由结构可知，S与F形成的是单键，是σ键，故A正确； B．六氟化硫分子为正八面体结构，所以键长、键能都相等，故B正确； C．根据图片知，每个F原子和S原子形成一对共用电子对，每个S原子和六个F原子形成六对共用电子对，所以F原子都达到8电子稳定结构，但S原子最外层达到12电子，故C错误； D．该分子为正八面体结构，正负电荷中心重合，为非极性分子，水是极性溶剂，故难溶于水，故D正确； 答案选C。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 共价键 题型01 共价键的形成与特征 题型02 σ键与π键 题型03 极性键和非极性键 题型04 电离能及应用 题型05 常见物质的键角及分子构型 题型06 键参数综合应用 题型01 共价键的形成与特征 共价键是教材中重点阐述的化学键类型之一，其定义为原子之间通过共用电子对形成的化学键。成键的核心条件为成键原子具有未成对电子且电负性差异较小，无法通过电子得失形成离子键，因此需通过共用电子对的方式弥补未成对电子的空缺。成键后，各成键原子的核外电子将趋于达到能量最低的 ，该结构是共价键能够稳定存在的热力学基础。 共价键的本质是 ，具体为原子之间通过共用电子对产生的静电作用，包括原子核与共用电子对之间的静电吸引力、相邻两个原子核之间的静电排斥力，以及共用电子对之间的静电排斥力，当三种作用力达到动态平衡状态时，共价键处于最稳定状态。 共价键具有 和 两大核心特征，这也是其与离子键的核心区别。饱和性是指原子形成共价键的数目受自身未成对电子数的严格限制，具有明确的上限；方向性是指为实现原子轨道的最大程度重叠，共价键的形成需沿原子轨道重叠程度最大的方向进行，其中仅s轨道之间形成的共价键无方向性。 【典例1】（24-25高二下·天津·期末）下列化学用语或图示表达错误的是 A．3,3-二甲基戊烷的键线式： B．的球棍模型： C．的VSEPR模型： D．键的形成过程： 【变式1-1】（24-25高二下·天津·期末）是常用的杀菌剂和消毒剂，用于医疗消毒和清洁伤口，其分子结构如下图所示。下列说法正确的是 A．为非极性分子 B．沸点低于 C．易溶于四氯化碳 D．分子中不存在π键 【变式1-2】（24-25高二下·天津南开·期末）下列说法中，错误的是 A．中只有键没有键 B．中有1个键和2个键 C．氧原子可以形成，也可能形成 D．氧原子有两个未成对电子，因而能形成2个共价键 【变式1-3】（24-25高二下·天津西青·期末）下列化学用语或表述正确的是 A．的共价键类型：键 B．SiC的晶体类型：分子晶体 C．分子的VSEPR模型： D．的空间结构：平面三角形 题型02 σ键与π键 根据原子轨道 不同，共价键可分为σ键和π键两种基本类型，二者常共存于多重共价键中。所有单共价键均为σ键，多重共价键的稳定性主要由σ键决定，π键则主要影响共价键的化学活性。 σ键以 方式重叠形成，具体为原子轨道沿核间连线方向重叠，其轨道重叠区域呈圆柱形对称分布，对称轴为两个成键原子的核间连线。由于重叠程度较大，σ键具有键能高、稳定性强的特点，且可围绕核间连线自由旋转，旋转过程中不会破坏共价键的结构。 π键以 方式重叠形成，具体为原子轨道沿核间连线两侧重叠，其轨道重叠区域呈镜面对称分布，对称面为通过两个成键原子核间连线的平面。与σ键相比，π键的重叠程度较小，因此具有键能低、稳定性弱的特点，且无法围绕核间连线自由旋转，旋转易导致π键断裂。 双键由1个σ键和1个π键构成，三键由1个σ键和2个π键构成；含有π键的多重共价键化学性质相对活泼，易发生加成、氧化等化学反应。 【典例2】（24-25高二下·天津西青·期末）化学用语可以表达化学过程。下列化学用语表达错误的 A．激发态H原子的轨道表示式 B．SO2的VSEPR模型： C．用电子云轮廓图示意p-pπ键的形成过程 D．用电子式表示Na2S的形成过程： 【变式2-1】（24-25高二下·天津南开·期末）已知。下列有关说法正确的是 A．的电子式为 B．键的键长比键长 C．分子中只有键 D．的酸性比强 【变式2-2】（24-25高二下·天津西青·期末）下列对分子性质的解释，错误的是 A．HF易溶于水，是因为HF与水分子间形成氢键 B．分子中只含有2个手性碳原子 C．分子中σ键与π键的数目比为3：2 D．分子的结构为，可知为极性分子 【变式2-3】（24-25高二下·天津·阶段练习）已知CH3COOH+Cl2ClCH2COOH+HCl，ClCH2COOH的酸性比CH3COOH 强。下列有关说法正确的是 A．HCl的电子式为 B．Cl-Cl键的键长比I-I键短 C．CH3COOH 分子中只有σ键 D．CICH2COOH的酸性比ICH2COOH弱 题型03 极性键和非极性键 根据成键原子 差异，共价键可分为非极性键和极性键两类。电负性差异的大小是决定共价键极性强弱的核心因素，同时也是分子极性形成的重要基础。 非极性键由 形成，由于成键原子的电负性完全相同，原子核对共用电子对的吸引能力均等，因此共用电子对不发生偏移，两个成键原子均不显电性，其稳定性主要取决于成键原子的原子半径和核电荷数。 极性键由 形成，由于成键原子的电负性存在差异，原子核对共用电子对的吸引能力不同，共用电子对将向电负性较大的原子一侧偏移，使电负性较大的原子带部分负电荷，电负性较小的原子带部分正电荷。 共价键的极性强弱与成键原子的电负性差值呈正相关，电负性差值越大，共价键的极性越强；同种元素的原子之间仅能形成非极性键，不同种元素的原子之间形成的共价键，其极性强弱由二者的电负性差值决定。 【典例3】（24-25高二下·天津·阶段练习）下列说法中正确的是 A．含阳离子的晶体一定是离子晶体 B．含共价键的晶体一定是分子晶体 C．只含极性键的分子可能不是极性分子 D．含非极性键的分子一定是非极性分子 【变式3-1】（24-25高二下·天津·阶段练习）我国科学家合成了一种催化剂，实现了如图所示的异丁烷氧化脱氢。下列说法错误的是 A．图中的一氯代物有两种结构 B．图中分子中碳原子的杂化方式有2种 C．该反应可表示为 D．反应中有极性键和非极性键的断裂与形成 【变式3-2】（24-25高二下·天津·期中）配合物Na3[Fe(CN)6]可用于离子检验，下列说法不正确的是 A．1mol配合物中σ 键的数目为12 B．配离子为 ，中心离子为Fe3+，配位数为6 C．此配合物中存在离子键、配位键、极性键，非极性键 D．该配合物为离子化合物，易电离，1mol配合物电离得到阴阳离子共 个 【变式3-3】（24-25高二下·天津·阶段练习）下列有关物质或微粒的描述中，不正确的是 A．金刚石和石英都是共价晶体 B．、中所有原子都在同一平面上 C．和是含有极性键的极性分子 D．、、、的稳定性依次减弱 题型04 键能的应用 电离能的定义为气态基态原子或离子失去一个电子所需吸收的 ，其单位为kJ/mol。根据失去电子的顺序和数目，电离能可分为第一电离能、第二电离能等，教材中重点讲解第一电离能，即气态基态原子失去最外层第一个电子所需吸收的最低能量。 对于同一原子而言，其各级电离能的数值依次增大；当电离能出现突变时，表明失去的电子处于不同的电子层，该特征可用于判断原子的电子层结构。 电离能的大小可直接反映原子失去电子的难易程度：电离能越大，原子失去电子的难度越大，元素的金属性越弱；反之，电离能越小，原子失去电子的难度越小，元素的金属性越强。同周期主族元素的第一电离能总体随原子序数的递增而增大，其中ⅡA族、ⅤA族元素因具有稳定的电子构型，其第一电离能高于相邻元素，出现反常现象；同主族元素的第一电离能随电子层数的增多而减小。 电离能的核心应用主要包括三个方面：一是判断元素金属性的强弱；二是推断元素的常见化合价，电离能的突变处即为元素化合价的分界点；三是分析原子的核外电子排布特点。 【典例4】（24-25高二下·天津·阶段练习）下列有关性质的比较中，正确的是 A．共价键的键能： B．第一电离能： C．微粒半径： D．分子中的键角： 【变式4-1】（24-25高二下·天津南开·期中）短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子核外电子排布中均有两个单电子，W简单离子在同周期离子中半径最小，Q与Z同主族。下列说法错误的是 A．X能与多种元素形成共价键 B．简单氢化物的稳定性：Z<Q C．第一电离能： Y>Z D．电负性： W<Z 【变式4-2】（24-25高二上·天津和平·期末）下列各组元素性质的叙述中，不正确的是 A．N、O、F的第一电离能依次增大 B．N、O、F的电负性依次增大 C．N、O、F的原子半径依次减小 D．N、O、F的非金属性依次增大 【变式4-3】（24-25高二上·天津·期末）有5种元素，除Y外均为短周期元素。X原子M电子层p轨道上有2个未成对电子且无空轨道；Y原子的价层电子排布式为；原子的L电子层的p能级上有一个空轨道；Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子；T原子的M电子层上p轨道半充满。下列叙述不正确的是 A．元素Y和Q可形成化合物 B．T的一种单质易自燃 C．X和T的第一电离能： D．Q和Z的电负性： 题型05 常见物质的键角及分子构型 键角是分子中两个相邻共价键的 ，作为描述分子空间结构的重要参数，其大小直接反映分子的空间构型和对称性，进而影响分子的物理性质和化学性质。 键角的大小由成键方式、原子半径及中心原子孤电子对的斥力共同决定，其中孤电子对与成键电子对的斥力 ，孤电子对的数目越多，对成键电子对的排斥作用越强，键角越小。 分子空间构由 和 共同决定，不同的分子构型对应特定的键角范围：直线形分子的键角为180°，其中心原子无孤电子对；V形分子的键角小于180°，其中心原子含有孤电子对；平面三角形分子的键角为120°，其中心原子无孤电子对；正四面体分子的键角为109°28′，其中心原子无孤电子对；三角锥形分子的键角小于109°28′，其中心原子含有1对孤电子对。 【典例5】（24-25高二下·天津南开·开学考试）下列有关物质结构与性质的比较正确的是 A．沸点： B．酸性： C．键角： D．热稳定性：HCl>HF 【变式5-1】（24-25高二下·天津·期末）奥司他韦是目前治疗流感的常用药物之一（如图所示），下列说法中正确的是 A．奥司他韦分子中只有4个手性碳原子 B．通过红外光谱有可能确定奥司他韦分子中含有酯基、氨基、醚键和酰胺基等官能团 C．通过质谱法可以测定奥司他韦分子中键长和键角等分子结构信息 D．奥司他韦中所有原子可能共平面 【变式5-2】（24-25高二下·天津南开·期末）下列说法中，错误的是 A．熔点： B．键角： C．键长： D．沸点：对羟基苯甲醛邻羟基苯甲醛 【变式5-3】（24-25高二下·天津南开·期中）下列关于共价键的叙述不正确的是 A．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 B．共价键的方向性与成键原子的轨道伸展方向有关 C．分子的键角：①、②、③、④、⑤，按由小到大顺序排列为：③②④①⑤ D．、、分子中均既有σ键又有π键 题型06 键参数综合应用 常见键参数包括 、 和 ，三者相互关联、相互制约，构成了描述共价键和分子结构的完整参数体系，是连接共价键结构与分子性质的核心桥梁。 键能是指气态基态原子形成1mol共价键时释放的最低能量，也可表示为断裂1mol共价键时吸收的最低能量，主要用于反映共价键的强弱；键长是指两个成键原子的核间距，其大小与成键原子的原子半径、成键方式密切相关；键角主要决定分子的空间构型和对称性。 键参数之间的核心关系为：键长与键能呈 ，键长越短，原子轨道的重叠程度越大，共价键的键能越高，稳定性越强；键角与键长、键能共同决定分子的空间构型，键角越对称，分子的空间结构越稳定。 键参数的综合应用主要包括：推断分子的空间构型和对称性、比较不同分子的稳定性强弱、分析物质的化学性质和反应活性，以及通过反应物与生成物的总键能差值，估算化学反应的反应热。 【典例6】（25-26高二上·天津·期末）已知氢元素和氧元素可以形成H2O、H2O2和H3O+等分子或离子。下列说法错误的是 A．键角：H2O>H3O+ B．H2O2与O3均为极性分子 C．H3O⁺空间结构为三角锥形，H2O为V形 D．H3O⁺、H2O和H2O2中O原子均为sp3杂化 【变式6-1】（24-25高二下·天津·期末）下列说法错误的是 A．沸点：对羟基苯甲醛＞邻羟基苯甲醛 B．水中溶解度：乙醇＞1-戊醇 C．键长： D．酸性： 【变式6-2】（24-25高二下·天津滨海新·期末）下列关于仪器的分析方法描述不正确的是 A．红外光谱可鉴别苯乙烯和苯甲醛 B．质谱法可测定乙醇的相对分子质量 C．核磁共振氢谱可测定乙酸中氢原子的种类和个数 D．根据X射线衍射实验的数据可以推断青蒿素的键长和键角 【变式6-3】（24-25高二下·天津·期中）六氟化硫分子呈正八面体(如图)，在高电压下仍有良好的绝缘性，逸散到空气中会引起强温室效应。下列有关六氟化硫的推测不正确的是 A．键是σ键 B．分子中键长、键能都相等 C．六氟化硫中各原子均达到8电子稳定结构 D．六氟化硫不易溶于水 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $