高中化学选修3第二章 第一节

第一节共价键［核心素养发展目标］1.宏观辨识与微观探析：能从微观角度分析形成共价键的微粒、类型能辨识物质中含有的共价键的类型及成键方式，了解键能、键长及键角对物质性质的影响。2.证据推理与模型认知：理解共价键中o键和n键的区别，建立判断o键和n键的思维模型,熟练判断分子中o键和n键的存在及个数。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对所形成的相互作用，叫做共价键。⑵成键的粒子：一般为韭金属原子(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(即电子云重叠)产牛的强烈作用。(4)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的金属与非金属原子之间形成共价键。2．共价键的特征饱和性按照共价键的共用电子对理论，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，原子轨道重叠的愈多，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。■归纳总结共价键的特征及应用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。(2)共价键的方向性决定了分子的立体构型，并不是所有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性。1(2018-南昌高二月考)共价键具有饱和性和方向性。下列有关叙述不正确的是()共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关答案D解析一般地，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，故原子的未成对电子数目决定了该原子形成的共价键具有饱和性，这一饱和性也就决定了该原子成键时最多连接的原子数，故A、C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，则共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的，故B正确；共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度无关，与原子的未成对电子数有关，故D错误。二、共价键的类型1Q键(1)概念：未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠形成的共价键叫G键。⑵类型：根据成键电子原子轨道的不同，G键可分为S-SG键、S-pG键、p-pG键。S-SO键：两个成键原子均提供S轨道形成的共价键。s-pO键：两个成键原子分别提供S轨道和p轨道形成的共价键。p-pO键：两个成键原子均提供p轨道形成的共价键。特征①以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。②形成G键的原子轨道重叠程度较大，故G键有较强的稳定性。0键的存在：共价单键为G键；共价双键和共价三键中存在1个G键。2.n键概念：未成对电子的原子轨道采取“肩并肩”的方式重叠形成的共价键叫n键。特征每个n键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像，这种特征称为镜面对称。形成n键时原子轨道重叠程度比形成o键时小，n键没有o键牢固。(3)n键的存在：n键通常存在于双键或三键中，双键中有1个n键，三键中有2个n键。■归纳总结■o键和n键的比较键的类型o键n键原子轨道重叠方式两个原子的成键轨道沿着键轴的方向以“头碰头”的方式重叠两个原子的成键轨道以“肩并肩”的方式重叠原子轨道重叠部位两原子核之间，在键轴处键轴上方和下方，键轴处为零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活泼2下列有关o键和n键的说法错误的是()含有n键的分子在反应时，n键是化学反应的积极参与者当原子形成分子时，首先形成g键，可能形成n键有些原子在与其他原子形成分子时只能形成g键，不能形成n键D•在分子中，化学键可能只有n键而没有g键答案D解析共价键形成时，原子轨道首先以“头碰头”的方式重叠形成g键，然后才可能以“肩并肩”的方式重叠形成n键，故B、C正确，D错误；从原子轨道重叠程度看，n键的重叠程度比g键的重叠程度小，故n键的稳定性比g键小，易被破坏，是化学反应的积极参与者，A正确。（2018.四川绵阳南山中学高二期中）下列分子中g键和n键数目之比为1：1的是（）A.HCNB.COC.C6H6D.C2H2答案A解析HCN分子的结构式为H—C三N，其中含有2个g键和2个n键，o键和n键数目之比为1：1,A正确；CO分子的结构式为C三O，其中g键和n键的数目之比为1：2,B错误；C6H6分子中存在12个g键和1个大n键，C错误；C2H2分子的结构式为H—C三C—H,其中g键和n键的数目之比为3：2，D错误。方法规律——g键和n键的判断根据成键原子的价电子排布确定其未成对电子数，进而判断其能形成的共价键个数。如果只形成一个共价键，则该共价键一定是g键；如果形成多个共价键，则其中一个为g键，其他的为n键。一般规律是：共价单键是g键；共价双键中有一个g键，另一个是n键；共价三键由一个g键和两个n键组成。三、共价键的键参数1．键参数——键能、键长、键角概念作用键能气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量键能越大，键越稳定，越难被破坏键长形成共价键的两个原子之间的核间距键长越短，键冃匕越大，键越稳定键角两个共价键之间的夹角表明共价键有方向性，决定分子的立体构型2.键参数与分子结构和性质的关系4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()键角是描述分子立体构型的重要参数因为H—O键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱水分子的结构可表示为H—O—H,分子中的键角为180°D.H—O键的键能为463kJ.molF即18gH2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2X463kJ答案A键越来越稳定，O"解析H—O键、H—F键越来越稳定，O"F2与H2反应的能力逐渐增强，B项错误；水分子呈V形，键角为105。，C项错误；H—O键的键能为463kJ.mol-1，指的是断开1molH—0键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为463kJ，18gh2O即1molH2O中含2molH—O键，断开时需吸收2X463kJ的能量形成气态氢原子和气态氧原子，再进一步形成H2和O2时，还会释放出一部分能量，D项错误。本质：原子之间形成共用电子对（或电子云重叠）特征：具有方向性和饱和性<r共价键Jo键—―匚电子云呈轴对称成键方式］Jn键—込电子云呈镜面对称键参数影响分子结构和性质1．正误判断只有非金属原子之间才能形成共价键()两个原子之间形成共价键时，至少有一个G键()0键和n键都能绕轴旋转()g键和n键都只能存在于共价化合物中()IITOC\o"1-5"\h\z1mol丙酮(A)C==C键的键能等于C—C键键能的2倍()双原子分子中，键长越短，分子越牢固()答案(1)X(2)V⑶X⑷X(5)V(6)X(7)V2．原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是()共价键的方向性B.共价键的饱和性C.形成共价键原子的大小D.共价键的稳定性答案B3.(2019.南宁高二检测)下列说法不正确的是()键能越小，表示化学键越牢固，越难以断裂成键的两原子核越近，键长越短，化学键越牢固，性质越稳定破坏化学键时消耗能量，而形成化学键时释放能量键能、键长只能定性地分析化学键的强弱答案A解析键能越大，断开该键所需的能量越多，化学键越牢固，性质越稳定，故A错误；B、C、D均正确。4.（2018・东莞期中）能说明BF3分子中四个原子在同一平面的理由是（）任意两个键的夹角为120°B—F键是非极性共价键三个B—F键的键能相同三个B—F键的键长相等答案A解析本题考查共价键键参数的运用。当键角为120°时，BF3的立体构型为平面三角形，故分子中四个原子共面。5.（2019・唐山高二调研）下列说法中不正确的是（）o键比n键重叠程度大，形成的共价键强两个原子之间形成共价键时，最多有一个o键C•气体单质中，一定有o键，可能有n键D.N2分子中有一个o键，两个n键答案C在气体单质分子中存在o键（如Cl?、解析从原子轨道重叠程度看，n键重叠程度比在气体单质分子中存在o键（如Cl?、H2）、n键（N2中存在o键和n键），稀有气体为单原子分子，不存在化学键。6.有以下物质:①HF,②Cl2,③H2O,④N2,⑤C2H4,⑥C2H6,⑦H2,⑧H2O2,⑨HCN（H—C三N）。TOC\o"1-5"\h\z（1）只有o键的是（填序号，下同）；既有o键又有n键的是。（2）含有由两个原子的s轨道重叠形成的o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o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o键的是。答案（1）①②③⑥⑦⑧④⑤⑨⑵⑦（3）①③⑤⑥⑧⑨（4）②④⑤⑥⑧⑨解析（1）单键只有o键，双键或三键才含有n键，故只有o键的是①②③⑥⑦⑧；既有o键又有n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o键的只有H2。（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o键的有①③⑤⑥⑧⑨。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G键，兑明构成这种G键的原子中一定没有H原子，故正确答案为②④⑤⑥⑧⑨。题组一共价键的存在与特征1．下列元素的原子间易形成共价键的是()A.Na和ClB.K和FC.H和ClD.Ca和0答案C解析非金属元素的原子间容易形成共价键，活泼的金属和非金属元素的原子间容易形成离子键。则Na和Cl形成的是离子键，A错误；K和F形成的是离子键，B错误；H和Cl均是非金属元素，形成的是共价键，C正确；Ca和0形成的是离子键，D错误。2.硫化氢(HQ)分子中两个共价键的夹角接近90°,其原因是()①共价键的饱和性②S原子的电子排布③共价键的方向性④S原子中p轨道的形状

①②B.①③C.②③D.③④答案D解析S原子的价电子排布式是3s23p4，有2个未成对电子，并且分布在相互垂直的两个p轨道中，当与两个H原子配对成键时，形成的两个共价键间夹角接近90°，这体现了共价键的方向性，是由p轨道的伸展方向决定的。（2019・济南高二月考）下列说法正确的是（）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，故A不正确；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，故B不正确；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不正确；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正确。题组二o键与n键的判断与比较下列说法正确的是（）p轨道之间以“肩并肩”方式重叠可形成o键p轨道之间以“头碰头”方式重叠可形成n键s轨道和p轨道以“头碰头”方式重叠可形成o键共价键是由两个原子轨道以“头碰头”方式重叠形成的答案C解析A项，应形成n键；B项，应形成o键；C项，“头碰头”重叠即形成o键；D项，形成共价键的两个原子轨道既可“肩并肩”重叠又可“头碰头”重叠。5.（2018.六安一中高二期中）下列物质的分子中既含有o键又含有n键的是（）①HC1②H①HC1②H2O③N2④H2O2⑤C2H4⑥C2H2A.①②③B.③④⑤⑥C.①③⑤D.③⑤⑥答案D解析共价单键都是O键，共价双键中含有一个G键和一个n键，共价三键中含有一个G键和两个n键。HC1的结构式为H—Cl,H2O的结构式为H—O—H,H2O2的结构式为H—O—O—H,则HCl、H2O、H2O2分子中均只含o键；N2的结构式为N三N,C2H4的结构简式为CH2==C斗，C2H2的结构简式为CH三CH，则N2、C2H4、C2H2分子中均含o键和n键。综上所述，D项正确。6•下列分子中含有两个n键的组合是（）①H2O②CO2③H—C三N④NH3⑤N2⑥CH4A.①③⑥B.②③⑤①②③⑥D.③④⑤⑥答案B解析H2O分子中有2个H—O键，不含n键，①错误；CO2的分子中只有两个C==O键，含有两个n键，②正确；H—C三N的分子中有1个C三N键，含有两个n键，③正确；分子中有3个H—N键，不含n键，④错误；N2的分子中有1个N三N键，含有两个n键，⑤正确；CH4的分子中有4个H—C键，不含n键，⑥错误。故分子中含有两个n键的是②③⑤。7．下列有关化学键类型的判断中正确的是（）全部由非金属元素组成的化合物中肯定不存在离子键物质中有o键一定有n键，有n键一定有o键已知乙炔的结构式为H—C三C—H,则乙炔分子中存在2个o键（C—H键）和3个n键（C三C键）乙烷分子中只存在o键，即C—H键和C—C键均为o键答案D解析NH4Cl、（NH4）2SO4均是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项错误；共价双键中有一个为o键另一个为n键共价三键中有一个为o键另两个为n键故乙炔（H—C三C—H）分子中有2个C—Ho键，C^C中有1个o键，2个n键，C项错误；共价单键为o键，乙11EIII[[C「一H烷分子的结构式为二，其所含的6个C—H键和1个C—C键均为o键，D项正确。题组三共价键的键参数及应用8.已知1mol气态基态氢原子完全结合形成氢气时，释放的最低能量为218kJ・molr,下列说法正确的是()H—H键的键能为218kJ.mo卜iH—H键的键能为436kJ.mo卜i1mol气态氢原子的能量低于0.5molH2的能量1molH2完全分解至少需要218kJ的能量答案B解析键能是气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量。1mol气态基态氢原子只能形成0.5molH—H键，故A、D项错误，B项正确；由能量守恒定律及键能的定义可知，C项错误。(2018・宁夏石嘴山三中高三月考)下列分子或离子中键角由大到小的排列顺序是()①so3②nh3③h2o④ch4⑤co2A.⑤④①②③B.⑤①④②③C.④①②⑤③D.③②④①⑤答案B解析①SO3分子为平面三角形结构，键角为120°；②NH3为三角锥形结构，键角为107°；③H2O为V形结构，键角为105°；④CH4为正四面体结构，键角为109°28'；⑤CO2为直线形结构，键角为180。。所以键角的大小顺序为CO2>SO3>CH4>NH3>H2O，所以B正确。(2019.天津高二月考)根据如表所列键能数据，下列分子中最不稳定的是()化学键H—HH—ClH—BrCl—ClBr—Br键能/kJ・mo卜1436431299247193A.HClB.HBrC.H2D.Br2答案D解析由题表中数据可知，分子中键能：E(H2)>E(HCl)>E(HBr)>E(Cl2)>E(Br2)，键能越大越稳定，故Br2分子最不稳定，D项符合题意。11.(2018.邯郸一中高二月考)下表所列数据是在相同条件下，不同物质中氧氧键的键长和键能的实测数据，下列有关说法中正确的是()微粒O2-O-O20扌键长/pm149128121112键能/kJ・mo卜1ab496628A.a<bB.O—O键的键能为496kJ・mo卜iO2-中存在n键键长越长，键能越大答案A解析相同元素原子间形成的化学键，键长越短，键能越大，A对，D错；02中的化学键是O==O键，B错；02-中，两个氧原子之间形成的是单键，C错。12.化学反应可视为旧键的断裂和新键的形成过程。化学键的键能是形成化学键时释放的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能RJ.mo卜I）：P—P：198P—0：3600==O498，则反应P4（白磷）+302===1406的反应热AH为（）A.—1638kJ・mol-iB.+1638kJ・mol-iC.—126kJ・mol-iD.+126kJ・mol-i答案A解析反应中的键能包括：断裂1molP4和3molO2分子中共价键吸收的能量和形成1molP4O6分子中共价键放出的能量。由各物质的分子结构知1molP4含6molP—P键，3mol02含3molO==O键，化学反应的反应热AH二反应物的总键能-生成物的总键能。故AH二（198kJ^mol-1X6+498kJ^mol-1X3)-360kJ・mol-1X12二-1638kJ・mol-13.(2019・长沙高二月考)回答下列问题：(1)1个CO(NH2)2分子中含有o键的个数为。1mol乙醛分子中含有o键的数目为⑵已知CO和CN-与N2结构相似，CO分子内o键与n键个数之比为。HCN分子内o键与n键数目之比为。(3)C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子，该分子中o键与n键的个数比为答案⑴76NA(或3.612X1024)(2)1:21:1(3)5:1解析I1解析I1川，1个CO(NH2)2(1)乙醛和CO(NH2)2的结构简式分别为•…「…、分子中含有7个o键。1mol乙醛中含有o键的数目为6N。A⑵N2的结构式为N三N，推知：CO结构式为C三0,1个CO分子含有1个o键、2个n键；CN-结构式为UN]-,HCN的结构式为H—C三N,1个HCN分子中o键与n键均为2个。ILIE\/〔一IZ\(3)设分子式为CmHn,则6m+n=16,解之得m二2,n二4,即C2H4,结构式为二o单键为o键，双键有1个o键和1个n键，所以1个C2H4分子中共含有5个o键和1个n键。14.(2018・武汉二中月考)1.已知氢分子的形成过程示意图如图所示，请据图回答问题。

H—H键的键长为，①〜⑤中，体系能量由高到低的顺序是下列说法中正确的是(填字母)。氢分子中含有一个n键由①到④，电子在核间出现的概率增大由④到⑤，必须消耗外界的能量氢分子中含有一个极性共价键II•几种常见化学键的键能如下表所示。化学键Si—OH—OO==OSi—SiSi—C键能/kJ・mo卜1452462.8497.3226X请回答下列问题：试比较Si—C键与Si—Si键的键能大小:X(填“〉”“<”或“=”)226kJ・mo卜1。H2被认为是21世纪人类最理想的燃料，而又有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。结合I中图像，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(已知1molSi中含有2molSi—Si键，1molSiO2中含有4molSi—O键)。答案I•(1)74pm①⑤②③④(2)BCII.(1)>(2)120475kJ858.7kJ解析I.(1)可以直接从题中读出有关数据，H—H键的键长为74pm；体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。(2)氢分子中含有一个g键，A项错误；核间距逐渐减小时，两个氢原子的原子轨道会相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大，B项正确