2024-2025学年高二化学(人教版)选择性必修2 第二章 第一节 第1课时 共价键

第一节共价键第1课时共价键［核心素养发展目标］1.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。2.理解共价键中σ键和π键的区别，建立σ键和π键的思维模型，熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数。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对所形成的相互作用。(2)成键的粒子：一般为非金属原子(相同或不相同)或金属原子与非金属原子。(3)成键本质：当成键原子相互接近时，原子轨道在两个原子核间重叠，电子出现在核间的概率增大，电子带负电，把带正电的两个原子核“黏结”在一起了。2.共价键的特征(1)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。(2)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，原子轨道重叠的越多，电子在核间出现的概率越大，体系的能量下降也就越多，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，如图所示。1.水分子中的共价键是哪些原子形成的？为什么水分子中的三个原子不在一条直线上？提示水分子中的共价键是由O原子和H原子形成的单键；共价键的方向性导致水分子中的三个原子不在一条直线上。2.NH3分子中为什么N原子是1个，而H原子为3个？提示N和H原子的电子式分别为和，N原子最外层有3个未成对电子，H原子有1个未成对电子，形成共价键时每个N原子只需与3个H原子分别形成3个共用电子对即可达到稳定状态，共价键达到饱和，从而决定了分子中H原子个数。3.从电负性的角度理解共价键、离子键的形成条件，完成表中内容。原子NaClHClCO电负性0.93.02.13.02.53.5电负性之差(绝对值)结论：当元素的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是键；而键是元素的电负性相差不大的原子之间形成的化学键。

答案2.10.91.0离子共价1.正误判断(1)共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的()(2)共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系()(3)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的()答案(1)√(2)√(3)√2.(2024·济南高二月考)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答案D解析两原子形成共价键时，原子轨道在两个原子核间重叠，即电子在两核之间出现的概率更大；两原子原子轨道重叠越多，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。3.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。4.下列各组物质中，所有化学键都是共价键的是()A.H2S和Na2O2 B.H2O2和CaF2C.NH3和N2 D.HNO3和NaCl答案C解析A项，Na2O2中既有离子键又有O—O共价键，不符合题意；B项，CaF2中只有离子键，不符合题意；D项，NaCl中只有离子键，不符合题意。对于共价键的错误认识(1)共价键不仅存在于共价化合物中，也可以存在于离子化合物中，如NaOH、NH4Cl中都含有共价键，还可以存在于非金属单质中，如H2、O3等。(2)非金属元素之间并不是只形成共价键，也可以形成离子键，如NH4NO3只由非金属元素组成，但是含有离子键。(3)活泼的金属元素和非金属元素之间也可以形成共价键，如AlCl3中只有共价键。(4)所有共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如氢气中的共价键就没有方向性。二、共价键类型1.σ键形成由两个原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠形成类型s⁃s型s⁃p型p⁃p型特征以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变，这种特征称为轴对称；一般来说，σ键的强度较大2.π键形成由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成p⁃pπ键特征π键的电子云具有镜面对称性，π键不能旋转；π键不如σ键牢固，较易断裂3.σ键和π键的一般判断规律共价单键σ键共价双键一个σ键、一个π键共价三键一个σ键、两个π键1.画出基态氮原子的轨道表示式，并说明氮分子中的N≡N是由哪些类型的共价键构成的？提示，在2p能级上有三个未成对电子，分别占据2px、2py、2pz三个原子轨道，当两个氮原子结合成氮分子时，两个氮原子的2px轨道沿x轴方向以“头碰头”的方式发生重叠，形成一个σ键；同时2py⁃2py和2pz⁃2pz轨道只能以相互平行的“肩并肩”的方式发生重叠，形成两个π键。2.观察如图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构，并回答下列问题。(1)它们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？提示乙烷：7个σ键；乙烯：5个σ键和1个π键；乙炔：3个σ键和2个π键。(2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼？提示乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含1个和2个π键，π键原子轨道重叠程度小，不牢固，容易断裂；而乙烷中没有π键，σ键牢固，不易断裂。(3)在气体单质分子中，一定含有σ键，可能含有π键吗？提示稀有气体的单质分子中不含化学键；多原子分子中一定含有σ键，可能含有π键。1.(2023·长沙高二期末)下列关于σ键和π键的说法不正确的是()A.σ键和π键能同时存在于同一个分子中B.σ键是原子轨道“头碰头”重叠形成的，π键是原子轨道“肩并肩”重叠形成的C.乙烯分子中含有5个σ键和1个π键D.H2分子中只存在σ键，N2分子中只存在π键答案D解析共价单键为σ键，共价双键或三键中含有σ键、π键，故A正确；乙烯的结构简式为CH2CH2，存在4个C—Hσ键，一个碳碳双键中含有1个σ键和1个π键，所以乙烯分子中含有5个σ键和1个π键，故C正确；H2结构式为H—H，只存在σ键，N2的结构式为N≡N，存在σ键和π键，故D错误。2.(1)1mol丙酮()分子中含有σ键的数目为。

(2)丁烯二酸(HOOCCHCHCOOH)分子结构中含有个σ键和个π键。

(3)在N2F2分子中，所有原子均满足8电子稳定结构，则该分子中两个N原子间的共价键组成为个σ键和个π键。

答案(1)9×6.02×1023(或9NA)(2)113(3)113.有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。(1)只有σ键的是(填序号，下同)；既有σ键又有π键的是。

(2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ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σ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σ键的是。

答案(1)①②③⑥⑦⑧④⑤⑨(2)⑦(3)①③⑤⑥⑧⑨(4)②④⑤⑥⑧⑨解析(1)单键为σ键，双键或三键才含有π键。(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σ键的只有H2。课时对点练［分值：100分］(选择题1~13题，每小题6分，共78分)题组一共价键的形成与特征1.从电负性的角度来判断下列元素的原子之间易形成共价键的是()A.K和Cl B.H和FC.K和F D.Ca和O答案B解析一般电负性相差不大的非金属元素原子之间易形成共价键。2.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是()A.H2O2(过氧化氢)：H—OO—HB.N2H4(肼)：C.C2H5SH(乙硫醇)：D.SiHCl3(三氯氢硅)：答案A解析由共价键的饱和性可知：C、Si均形成4个共价键，H形成1个共价键，N形成3个共价键，O、S均形成2个共价键。A项中O原子间是双键，且每个氧原子与1个氢原子再形成1个单键，即每个氧原子形成3个共价键，与其饱和性不相符。3.下列说法正确的是()A.若把H2S写成H3S，则违背了共价键的饱和性B.H3O+的存在说明共价键不应有饱和性C.原子轨道在空间都具有方向性D.两个原子轨道发生重叠后，两核中的电子不仅存在于两核之间，还会绕两核运动答案A解析硫原子有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，形成的氢化物为H2S，A项正确；两个原子轨道发生重叠后，只有共用电子对在两核之间绕两个原子核运动，D项错误。4.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.某原子跟其他原子形成共价键时，其共价键数目一定等于该元素原子的价电子数C.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D.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解析由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；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，故D正确。题组二共价键的类型及判断5.下列关于σ键和π键的理解不正确的是()A.σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转B.H2分子中的σ键是s⁃sσ键，HClO分子中的σ键都是p⁃pσ键C.C2H4分子和N2H4分子中都含有5个σ键D.σ键能单独形成，π键不能单独形成答案B解析σ键为轴对称，π键为镜面对称，则σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转，故A正确；H只有1s轨道上的电子，O的2p轨道上的电子与H的1s轨道上的电子以“头碰头”方式重叠形成s⁃pσ键，故B错误；乙烯分子中氢原子和碳原子之间存在共价单键，为σ键，碳原子与碳原子之间存在共价双键，有1个σ键和1个π键，则C2H4分子中有5个σ键和1个π键，N2H4分子中只有5个共价单键，即含有5个σ键，故C正确。6.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()①NH3②N2③H2O④HCl⑤C2H4⑥C2H2A.②⑤⑥ B.①②⑤⑥C.②③④ D.②④⑥答案A解析①NH3中只存在H—N，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，即只有σ键，故错误；④HCl的结构式为H—Cl，只存在σ键，故错误；C2H4、C2H2中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间分别存在共价双键、共价三键，含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故⑤⑥正确。7.(2023·济南高二质检)石灰氮(主要成分为CaCN2)是一种氮肥，与土壤中的H2O反应生成氰胺(H2N—C≡N)，氰胺可进一步转化为尿素［CO(NH2)2］。下列有关说法正确的是()A.H2O的电子式为H+［··O··B.1个H2N—C≡N分子中含有3个σ键C.H2N—C≡N分子中σ键与π键的数目之比为2∶1D.已知CO(NH2)2中含有碳氧双键，1个CO(NH2)2分子中含有2个π键答案C解析H2O是共价化合物，电子式为H·×O·····×H，A项错误；共价单键是σ键，共价三键中有1个σ键、2个π键，故1个H2N—C≡N分子中含有4个σ键、2个π键，B项错误，C项正确；1个CO(NH2)2分子中只含有1个碳氧双键，其余为单键，故1个CO(NH2)28.下列反应中，有机物分子中化学键的断裂只涉及π键断裂的是()A.CH4的燃烧B.C2H4与Cl2的加成反应C.CH4与Cl2的取代反应D.C2H4被酸性KMnO4溶液氧化答案B解析CH4不含π键，且有机物燃烧时，断裂所有的化学键，A不符合题意；C2H4和Cl2发生加成反应时，C2H4中的碳碳双键断裂形成碳碳单键和碳氯单键，化学键的断裂只涉及π键的断裂，B符合题意；CH4不含π键，且取代反应中，断裂的化学键是单键，即σ键，C不符合题意；C2H4被酸性KMnO4溶液氧化时，C2H4中的所有化学键都断裂，D不符合题意。9.化合物X是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式为，设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法不正确的是()A.X分子中含有s⁃pσ键和p⁃pσ键B.X分子中的共用电子对数目为12C.1molX分子中所含的σ键数目为10NAD.X分子中既含σ键又含π键答案C解析X分子中含有N—Hs⁃pσ键和N—Np⁃pσ键，故A正确；1molX分子中所含的σ键数目为11NA，故C错误；单键都是σ键，双键中含一个σ键和一个π键，故X分子中既含σ键又含π键，故D正确。10.(2023·辽宁营口高二期末)NA代表阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是()A.标准状况下，22.4LHF中含有的极性键数目为NAB.常温下，1LpH=2的甲酸溶液中，含有氢离子数为0.01NAC.密闭容器中，1molN2和3molH2催化反应后分子总数为2NAD.1mol甲醛(HCHO)中所含σ键总数为4NA答案B解析标准状况下，HF为液态，不能用气体摩尔体积计算22.4LHF的物质的量，A错误；合成氨的反应是可逆反应，催化反应后分子总数大于2NA，C错误；共价单键是σ键，共价双键中有一个是σ键，故一个甲醛分子有3个σ键，1mol甲醛(HCHO)中所含σ键总数为3NA，D错误。11.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<OD.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对形成的，B项正确；同一周期元素从左到右，电负性逐渐增大，故电负性：C<O，C项正确。12.(2024·洛阳高二期中)据报道，大气中存在一种潜在的温室气体SF5—CF3(结构如图)，虽然其数量有限，但它是已知气体中吸热最高的。下列关于SF5—CF3的说法正确的是()A.分子中有σ键也有π键B.C—F是s⁃pσ键C.分子中不是所有原子都满足8电子稳定结构D.0.1molSF5—CF3分子中含8mol电子答案C解析SF5—CF3分子中只有共价单键，即只有σ键，没有π键，故A错误；C—F是p⁃pσ键，故B错误；一个SF5—CF3分子中有94个电子，则0.1molSF5—CF3分子中含9.4mol电子，故D错误。13.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∶1D.10.4g硝基胍中含有11×6.02×1023个原子答案C解析分子中N—N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、1个CN、1个NO、2个C—N、1个N—N和1个N→O，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104，10.4g该物质的物质的量为0.1mol，含有1.1×6.02×1023个原子，D项错误。14.(12分)回答下列问题(设NA为阿伏加德罗常数的值)：(1)1molCO2中含有的σ键数目为。

(2)已知CO和CN-与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为。HCN分子中σ键与π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σ键与π键的个数之比为。

(4)1mol乙醛分子中含有σ键的数目为，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为。

答案(1)2NA(2)1∶21∶1(3)5∶1(4)6NA7解析(1)CO2分子内含有碳氧双键，双键中一个是