第05讲2.1共价键（教师版）-2024年高中化学讲义（选择性必修二）

第5课共价键1．认识共价键的特征。2．了解共价键的形成。3．学会σ键和π键的判断。1.共价键定义：原子间通过共用电子对所形成的相互作用叫做共价键。2.共价键本质：是在原子之间形成共用电子对。共价键形成的原因是成键原子相互接近，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对。3.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4.共价键的形成条件：通常电负性相同或差值较小的非金属元素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。5.共价键表示方法(1)用“”表示原子间一对共用电子所形成的共价键，如HH(2)用“=”表示原子间两对共用电子所形成的共价键，如C=C(3)用“≡”表示原子间三对共用电子所形成的共价键，如C≡C6.共价键的分类σ键π键成键示意图(常见类型)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、OHN≡N中既含有σ键，又含有π键【特别提醒】①一般情况下，σ键比π键牢固，但并不是所有分子中的σ键都比π键牢固（例如：N2）。②并不是所有的分子都含有σ键，如稀有气体分子。③不存在ssπ键、spπ键等。④分子中存在π键，则一定存在σ键，但若存在σ键，则不一定存在π键。【探究p36】共价键《问题和预测的答案》(1)乙烷分子中的共价健由7个σ键构成；乙烯分子中的共价键由5个σ键和1个π键构成；乙炔分子中的共价键由3个σ键和2个π键构成。(2)乙烯分子的碳原子采取sp2杂化，2个碳原子各以2个sp2杂化轨道与氢原子形成2个碳氢σ键，而2个碳原子之间又各以1个sp2杂化轨道形成1个碳碳键，除此之外，2个碳原子中未参加杂化的p轨道形成了1个π键，因此，乙烯的双键中有1个σ键和1个π键。乙炔分子的碳原子采取sp杂化，2个碳原子各以1个sp杂化轨道与氢原子形成1个碳氢σ键，同时又各以其另一个sp杂化轨道形成1个碳碳σ键，除此之外，每个碳原子通过2个未参加杂化的p轨道形成了2个π键。【探究p36】共价键《绘制图示》参考答案：【探究p36】共价键《问题与讨论》参考答案：原子NaClHClCO电负性0.93.02.13.02.53.5电负性之差(绝对值)2.10.91.0结论：当成键原子的电负性相差很大时,形成的电子对不会被共用,形成的将是离子键;而共价键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。►问题一共价健的形成与特征【典例1】下列关于共价键的描述正确的是A．两个原子的单电子若自旋方向相同，则两两配对可形成共价键B．原子轨道具有一定的伸展方向，所形成的共价键都具有方向性C．两个原子的p轨道不仅能形成σ键，也能形成π键D．气体单质中一定存在σ键，可能存在π键【答案】C【解析】A．两个原子的单电子若自旋方向相反，则两两配对可形成共价键，A错误；B．s电子在形成共价键时，没有方向性，则不能所有共价键都有方向性，B错误；C．两个原子的p轨道不仅能形成σ键，也能形成π键，C正确；D．惰性气体为单原子分子，没有化学键，D错误；答案选C。【解题必备】1.通常电负性相同或差值较小的非金属元素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.共价单键是σ键，共价双键有一个σ键，π键，共价三键由一个σ键，两个π键组成。【变式11】下列说法不正确的是A．共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的B．乙烯分子中的键关于镜面对称C．共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系D．烯烃比烷烃的化学性质活泼是由于烷烃中的键比烯烃中的键稳定【答案】D【解析】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末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，A正确；B．乙烯分子中的键“肩并肩”重叠，关于镜面对称，B正确；C．根据以上分析A项可知，C正确；D．烯烃比烷烃活泼是因为烯烃中的π键比较活泼，D错误；答案选D。【变式12】下列关于共价键的说法正确的是A．共价键只存在于非金属原子间B．两个原子形成共价键时，原子之间只能存在一对共用电子对C．两个原子形成共价键时，每个原子周围都有8个电子D．共价键是通过共用电子对形成的一种相互作用【答案】D【解析】A．共价键不只存在于非金属原子间，例：AlCl3中存在共价键，是共价化合物，A错误；B．两个原子形成共价键时，原子之间可能存在多对共用电子对，例：O2、N2，B错误；C．两个原子形成共价键时，不是每个原子周围都有8个电子，例：HF，H原子周围只有2个电子，C错误；D．通常情况下，吸引电子能力相同(或相近)的原子之间通过共用电子形成共价键，D正确；故答案选D。►问题二共价健类型的判断【典例2】1．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．CH3CH3、CH2=CH2、CH≡CH中的σ键都是CC键，所以键能都相同【答案】D【解析】A．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．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．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．三种分子中分别含CC、C=C、C≡C键和CH键，所以σ键也包含CH键，且碳原子与碳原子之间的键长、键能均不相同，D错误；答案选D。【解题必备】①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。②一般情况下，σ键比π键牢固，但并不是所有分子中的σ键都比π键牢固（例如：N2）。③并不是所有的分子都含有σ键，如稀有气体分子。④不存在ssπ键、spπ键等。⑤分子中存在π键，则一定存在σ键，但若存在σ键，则不一定存在π键。【变式21】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【答案】A【解析】A．σ键可以和π键同时存在，例如氮气中含有一个σ键和两个π键，选项A不正确；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，选项B正确；C．乙烯分子中含有4个碳氢键，一个碳碳双键，碳碳双键中有一个σ键和一个π键，因此乙烯分子中含有5个σ键和一个π键，选项C正确；D．氢气中含有一个氢氢键，而氮气中含有三个氮氮键，三个氮氮键中有一个σ键和两个π键，选项D正确；答案选A。【变式22】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【答案】B【解析】A．σ键是由s或p电子“头碰头”重叠形成的，A错误；B．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．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．H2分子中含有σ键，HCl分子中也含有σ键，D错误；故选B。1．下列分子中的σ键是由一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是A．H2 B．HCl C．Cl2 D．N2【答案】B【解析】H2中的σ键是ss·σ键，Cl2、N2中的σ键都是pp·σ键。2．下列关于共价键的叙述中正确的是A．只有不同种元素的原子之间才能形成共价键B．由A失去电子，B接受电子的过程形成了共价键C．原子核外有几个电子就一定能形成几个共价键D．共用电子对必然偏向吸引电子能力强的一方【答案】D【解析】A．同种元素原子之间可以形成共价键，如H2、Cl2，它们形成非金属单质，不同种元素原子之间也可形成共价键，如HCl、H2O，它们形成化合物，A不正确；B．共价键是指成键原子双方各提供电子形成共用电子对，从而形成共价键，没有电子得失，B不正确；C．原子能形成的共价键的个数与最外层电子数有关，如P元素原子核外有15个电子，最外层有5个电子，可形成3个共价键，如PCl3，C不正确；D．由于原子吸引电子的能力不同，所以共用电子对会发生偏移，偏向吸引电子能力强的原子一方，D正确；故选D。3．下列各组物质中既存在σ键又存在π键的是A． B．乙烯 C． D．【答案】B【解析】A．中只存在σ键，A项错误；B．乙烯中即存在σ键又存在π键，B项正确；C．只存在离子键，C项错误；D．只存在σ键，D项错误；答案选B。4．下列说法正确的是A．π键是由两个电子的p轨道“头碰头”重叠形成的B．σ键是镜面对称，而π键是轴对称C．乙烷分子中的共价键全为σ键，而乙烯分子中含σ键和π键D．H2分子中只含σ键，而Cl2分子中还含π键【答案】C【分析】σ键是“头碰头”重叠形成，可沿键轴自由旋转，为轴对称；而π键是由两个p电子“肩并肩”重叠形成，重叠程度小，为镜像对称。【解析】A．π键是由两个p电子“肩并肩”重叠形成，σ键是“头碰头”重叠形成，A错误；B．σ键是轴对称，而π键是镜面对称，B错误；C．乙烷分子中均为单键，乙烯中含C=C键，有1个π键，则乙烷分子中的键全为σ键而乙烯分子中含σ键和π键，C正确；D．H2和Cl2分子中只含单键，只有σ键，D错误；故答案为：C。5．下列说法中正确的是A．键比键重叠程度大，形成的共价键稳定B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个键C．气体单质中，一定有键，可能有键D．分子中有一个键，二个键【答案】B【解析】A．键是头碰头的重叠，键是肩并肩的重叠，一般键比键重叠程度大，键比键稳定，错误；B．两个原子间形成单键时，只能形成1个键，两个原子之间形成双键时，含有一个键和一个键，两个原子之间形成三键时，含有一个键和2个键，B正确；C．单原子分子中没有共价键，如稀有气体分子中不存在共价键，C错误；D．分子中含有两个碳氧双键，即有2个键，2个键，D错误；故答案选B。6．下列关于σ键和π键的说法中，不正确的是A．N2分子中的π键为ppπ键，π键不能绕键轴旋转B．HCl分子中的σ键为ssσ键C．乙烯分子中σ键与π键的个数比为5：1D．p轨道和p轨道之间既能形成π键，又能形成σ键【答案】B【解析】A．氮气的结构式为N≡N，分子中含有三键含有1个σ键和2个π键，π键为ppπ键，π键不能绕键轴旋转，A正确；B．H只有1s电子，Cl的3p轨道上的电子与H的1s轨道电子以“头碰头”方式重叠构建spσ键，B错误；C．乙烯分子中含有一个碳碳双键，故π键的个数为1，σ键为5，σ键与π键的个数比为5：1，C正确；D．p和p轨道头对头能形成σ键、肩并肩能形成π键，所以p和p轨道既能形成σ键又能形成π键，D正确；答案选B。7．下列关于共价键的理解正确的是A．σ键和π键电子形状的对称性相同 B．所有分子中都存在共价键C．只有共价化合物中存在共价键 D．多原子分子中的键角表明共价键有方向性【答案】D【解析】A．键的电子云呈轴对称，键的电子云呈镜面对称，σ键和π键电子形状的对称性不相同，A错误；B．稀有气体形成的分子晶体不含化学键，只有分子间作用力，B错误；C．离子化合物中也可能存在极性共价键和非极性共价键，如NaOH含有离子键、极性共价键；Na2O2含有离子键、非极性共价键，C错误；D．多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性，故D正确；故选D。8．下列关于键和键的理解不正确的是A．含有键的分子在进行化学反应时，分子中的键比键活泼B．在有些分子中，共价键可能只含有键而没有键C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成键，不能形成键D．当原子形成分子时，首先形成键，可能形成键【答案】B【解析】A．同一分子中的π键不如σ键牢固，反应时比较容易断裂，故A正确；B．单键中只含有σ键，而含有π键的分子中一定含有σ键，故B错误；C．氢原子、氯原子等最外层只有一个电子，跟其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键，故C正确；D．含有π键的分子中一定含有σ键，则当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键，故D正确；故选B。9.几种分子的成键方式①N2中含有个σ键和个π键，结构式为：。②乙烷分子中碳原子与碳原子之间形成个σ键，乙烯分子中碳原子与碳原子之间形成个σ键和个π键，乙炔分子中碳原子与碳原子之间形成个σ键和个π键。③有机化合物中，碳原子与碳原子之间形成σ键比π键，在化学反应中，π键。④苯分子中，每个碳原子分别与个氢原子、个碳原子形成σ键，同时每个碳原子各有一个垂直于分子平面的轨道，形成了一个以个碳原子为中心的键。【答案】①121N≡N②1112③牢固容易断裂④12p6大π【解析】①N2中含有氮氮叁键，有1个σ键和2个π键，结构式为：N≡N。②乙烷分子中碳原子与碳原子之间形成1个σ键；乙烯分子中碳原子与碳原子之间为双键，故形成1个σ键和1个π键；乙炔分子中碳原子与碳原子之间为叁键，故形成1个σ键和2个π键。③有机化合物中，碳原子与碳原子之间形成σ键比π键牢固，在化学反应中，π键容易断裂。④苯分子中，每个碳原子分别与1个氢原子、1个碳原子形成σ键，同时每个碳原子各有一个垂直于分子平面的2p轨道，形成了一个以6个碳原子为中心的大π键。10．如图的有机物，分子式为：。分子中含有个σ键，个π键。

【答案】C10H10N2O4266【解析】由结构简式可知，该有机物的分子式为C10H10N2O4，双键中含有1个σ键和1个π键，三键中含有1个σ键和2个π键，该分子中含有26个σ键，6个π键。1．下列说法中不正确的是A．键比键重叠程度大，形成的共价键通常更牢固B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个键C．气体单质中，一定有键，可能有键D．分子中有一个键，2个键【答案】C【解析】A．σ键比π键的电子云重叠程度大，形成的共价键更牢固，A正确；B．两个原子间形成共价键时，最多有一组原子轨道“头碰头”，故最多有一个σ键，B正确；C．稀有气体为单原子分子，单质中不存在化学键，C错误；D．三键是由1个σ键和2个π键构成的，则氮气分子中还有三键，一个N2分子中含有一个σ键，2个π键，D正确；故答案选C。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．分子中键和键的数目之比为2∶1C．乙烯与乙烷化学性质不同，主要是因为乙烯中的键不如键牢固D．键与键的电子云对称性不同【答案】C【解析】A．s轨道是球形对称的，没有伸展方向，s轨道与s轨道形成共价键时没有方向性，A错误；B．分子中含有两个碳氢单键和一个碳氧双键，所有的共价单键都是键，共价双键中有一个是键，一个是键，故键和键的数目之比为3∶1，B错误；C．乙烯与乙烷化学性质不同，主要是因为乙烯中的键不如键牢固，C正确；D．键均为轴对称，键与键的电子云对称性相同，D错误；故选C。3．下列含有π键的化合物是A．N2 B．H2O C．CO2 D．石墨【答案】C【分析】分子内原子形成的共价键中，只有1个为σ键，其余为π键。【解析】A．N2的结构式为N≡N，分子中含有2个π键，但它属于单质，A不符合题意；B．H2O的结构式为HOH，分子内不含有π键，B不符合题意；C．CO2的结构式为O=C=O，此化合物分子内含有π键，C符合题意；D．石墨中每个碳原子与周围的三个碳原子间形成共价单键，不含有π键，D不符合题意；故选C。4．下列说法中不正确的是A．碳碳双键中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1个σ键C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键D．一个白磷分子中有6个σ键【答案】C【解析】A．σ键为头碰头重叠，而π键为肩并肩的重叠，前者重叠程度更大共价键强更稳定，A项正确；B．由于空间问题，两原子之间形成1个σ键后无法在进行头碰头重叠，B项正确；C．稀有气体为单原子分子，无共价键，C项错误；D．P4白磷分子为四面体构型，分子中有6个σ键，D项正确；故选C。5．下列说法正确的是A．气体单质中，一定有σ键，可能有π键 B．所有共价键都有方向性C．H只能形成σ键，O可以形成σ键和π键 D．分子中σ键一定比π键牢固【答案】C【解析】A．气体单质如N2分子结构式为N≡N，三键含有一个σ键和两个π键，则氮气分子中含有π键，可能不存在σ键，如稀有气体单质中，A错误；B．共价键的特征是具有方向性和饱和性，但并不是所有共价键都具有方向性，如ssσ键，B错误；C．氢原子的s轨道只能形成头碰头的σ键，氧原子的p轨道可以形成头碰头的σ键和肩并肩的π键，C正确；D．一般情况下σ键都比π键强度大(包括σ键、π键、配位键)，σ键为“头碰头”的方式π键为肩并肩的方式，但在N2分于中氮氮叁键比氮氮单键的3倍还要大，说明N2分子中π键比σ键键能大，更牢固，D错误；故选C。6．下列说法中不正确的是A．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．基态N原子核外电子有5种不同的空间运动状态【答案】C【解析】A．σ键是成键原子的电子云头对头发生重叠，π键是两个p电子云肩并肩发生重叠，所以σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强，A正确；B．两个原子之间形成共价键时，两个原子各有1个电子云头对头发生重叠，所以最多有一个σ键，B正确；C．气体单质中，若为单原子分子(如稀有气体)，则没有σ键，也没有π键，C不正确；D．基态N原子的电子排布式为1s22s22p3，则电子占据5个轨道，所以有5种不同的空间运动状态，D正确；故选C。7．下列化学键是通过电子云“肩并肩”重叠形成的是A． B． C． D．【答案】C【解析】A．HCl分子中H原子的s电子与Cl原子的p电子是原子轨道“头碰头”重叠形成的，A不符合题意；B．Cl2中2个Cl原子的p轨道的电子是原子轨道“头碰头”重叠形成的，B不符合题意；C．图示是两个原子的p轨道电子通过电子云“肩并肩”重叠形成的，C符合题意；D．H2中2个H原子的s轨道的电子是原子轨道“头碰头”重叠形成的，D不符合题意；故合理选项是C。8．下列关于化学键的说法正确的是：①ssσ键与spσ键的电子云对称性相同②物质只有发生化学变化时才会有化学键的断裂③成键的原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固④非金属元素之间形成的化合物中只含有共价键⑤1个N原子最多只能与3个H原子结合形成分子，这是由共价键的饱和性决定的A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．③④⑤【答案】B【解析】①键与键的对称性相同，均为轴对称，①正确；②物质溶解或熔融时也会有化学键的断裂，②错误：③成键原子间原子轨道重叠越多，原子间作用力越强，则共价键越牢固，③正确；④非金属原子常以共用电子对形成化学键，但非金属元素之间形成的化合物中可能含有离子键，如氯化铵，④错误；⑤N原子最外层有5个电子，有三个末成对电子，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，⑤正确；综上所述①③⑤正确；故选B。9．按要求填空：(1)柠檬酸的结构简式见图。1mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的键的数目为