高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 共价键导学案

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2.1 共价键-同步学习必备知识
2.1  共价键





【典型例题】
1．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C2H4只涉及π键断裂

共价键的形成条件：(1)两原子电负性相同或相近；(2)一般成键原子有未成对电子；(3)成键原子的原子轨道在空间上发生重叠。
共价键的本质：成键原子相互接近时，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，两原子核间的电子云密度增加，体系能量降低。
1.只有两原子的电负性相差不大时，才能形成共用电子对，形成共价键，当两原子的电负性相差很大(大于1.7)时，不会形成共用电子对，而形成离子键。
2.同种元素原子间形成的共价键为非极性键，不同种元素原子间形成的共价键为极性键。
3.在分子中，有的只存在极性键，如HCl、NH3等，有的只存在非极性键，如N2、H2等，有的既存在极性键又存在非极性键，如H2O2、C2H4等；有的不存在化学键，如稀有气体分子。
4.在离子化合物中，一定存在离子键，有的存在极性共价键，如NaOH、Na2SO4等；有的存在非极性键，如Na2O2、CaC2等。
5.共价化合物中一定含有共价键，含有共价键的不一定是共价化合物(可能是单质或离子化合物)。稀有气体的单质不含化学键。
6.只含非极性共价键的物质：同种非金属元素构成的单质，如：I2、N2、P4、金刚石、晶体硅等。只含有极性共价键的物质：一般是不同非金属元素构成的共价化合物，如：HCl、NH3、SiO2、CS2等。既有极性键又有非极性键的物质，如H2O2、C2H2、CH3CH3等。
7.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(即分子组成)。基态原子或形成激发态原子有n个不成对电子，则最多可以形成n个共用电子对(不含配位键)。
8.共价键的饱和性决定分子中各元素原子的数目，共价键的方向性决定分子的立体构型。
9.并不是所有的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。特例：ns原子轨道为球形对称，故s-sσ键没有方向性(如H2中的H-H键没有方向性)，其他共价键都有方向性。

2．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．CH3-CH3、CH2=CH2、CH≡CH中的σ 键都是C-C键，所以键能都相同
3．下列分子中既含键，又含键的是

A．① B．② C．③ D．④
4．下列物质中含有非极性共价键的是
A． B． C． D．

【典型例题】
5．某有机物的结构简式为，则该有机物分子中含有键和键的数目分别为
A．6、3 B．7、3 C．7、4 D．6、4

共价键的分类

1.通过物质的结构式，可以快速有效地判断键的种类及数目；判断成键方式时，需掌握：共价单键全为σ键，双键中有一个σ键和一个π键，三键中有一个σ键和两个π键。
2.两个自旋方向相反的s电子或s电子与p电子只能形成σ键而不能形成π键；两个自旋方向相反的p电子，既可形成σ键，又可形成π键，但首先形成σ键。
3.π键的强度比σ键小，易于断裂。乙烯、乙炔等与H2、Br2等发生加成反应、加聚反应时，发生断裂的都是不饱和键中的π键。
4.苯分子中的介于单键和双键之间的特殊的键就是6个碳原子的原子轨道“肩并肩”重叠形成的大π键。

6．现代无机化学对硫一氮化合物的研究是最为活跃的领域之一。如图是已经合成的最著名的硫一氮化合物的分子结构。下列说法正确的是

A．该物质的分子式为SN
B．该物质的分子中既含有极性键又含有非极性键
C．分子中所有共价键的键长一定相等
D．该物质与化合物互为同素异形体
7．键长是描述共价键的物理量之一，下列各项中的距离属于键长的是
A．水分子中两个氢原子核之间的距离
B．氯气分子中两个氯原子核之间的距离
C．氩气中两个相邻氩原子核间的距离
D．分子中两个氧原子核之间的距离
8．能说明分子中的4个原子在同一平面的理由是
A．键之间的夹角为 B．键为键
C．3个键的键能相同 D．3个键的键长相等
9．下列有关共价键的键参数的说法不正确的是
A．、、分子中的键角依次增大
B．HF、、分子中的键长依次增长
C．、、分子中的键能依次减小
D．分子中共价键的键能越大，分子的熔、沸点越高

【典型例题】
10．已知N—N、N=N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C=C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，下列说法正确的是
A．σ键一定比π键稳定
B．N2较易发生加成反应
C．乙烯、乙炔较易发生加成反应
D．乙烯、乙炔中的π键比σ键稳定
11．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．因为键的键能小于键的键能，所以、与反应的能力逐渐减弱
C．水分子可表示为，分子中的键角为180°
D．键的键能为，即完全分解成和时，消耗的能量为

(1)键长与分子空间结构的关系：键长是影响分子空间结构的因素之一，如CH4分子的空间结构是正四面体，而CH3Cl只是四面体而不是正四面体，原因是C-H和C-Cl的键长不相等。
(2)定性判断键长的方法
①根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。
②根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子形成双键或者三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长>双键键长>三键键长。

12．NH3分子的空间结构是三角锥形结构而不是平面正三角形结构，最充分的理由是
A．NH3分子内3个N—H键长均相等
B．NH3分子内3个价键的键角和键长均相等
C．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于107°
D．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于120°
13．下列有关说法不正确的是
A．、、分子中的键角依次增大
B．、、分子中的键长依次增大
C．、、分子中的键能依次减小
D．、、分子的稳定性依次减弱

14．下列叙述中的距离属于键长的是(　　)
A．氨分子中两个氢原子间的距离
B．氯分子中两个氯原子间的距离
C．金刚石晶体中任意两个相邻的碳原子核间的距离
D．氯化钠晶体中相邻的氯离子和钠离子核间的距离
15．如图为元素周期表前四周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z5种元素的叙述正确的是

A．X、Z元素都能形成双原子分子
B．W、R元素的单质分子内的化学键都是非极性键
C．键长：X—H D．键能：W—H>Y—H，键的极性：Y—H>W—H
16．甲醛是家庭装修常见的污染物。一种催化氧化甲醛的反应为：HCHO+O2H2O+CO2。下列有关叙述正确的是
A．HCHO分子中键σ和π键的数目之比为2：1
B．16O原子中的中子数为16
C．H2O是由极性键构成的非极性分子
D．CO2的空间构型为直线形
17．下列说法不正确的是
A．乙烯中C=C键的键能小于乙烷中C-C键的键能的2倍
B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
C．在气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．HClO中有s-p σ键和p-pσ键
18．下列说法中正确的是
A．分子中所含共价键键能越大，键长越短，则分子越稳定
B．只有非金属原子之间才能形成共价键
C．水分子可表示为，分子中键角为180°
D．键键能为，即水分子生成和时，放出能量为
19．人们常用HX表示卤化氢(x代表F、Cl、Br、I)，下列说法中，正确的是
A．HX中共价键的电子云是轴对称的 B．H-F形成的是p-pσ键
C．H-F的键长是H-X中最长的 D．H-F的键能是H-X中最小的
20．实验测得不同物质中氧原子之间的键长和键能的数据如下：
粒子
O
O
O2
O
键长/(10-12m)
149
128
121
112
键能/(kJ·mol-1)
x
y
z=494
w=628
其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为w>z>y>x，该规律是
A．粒子所含的价层电子数越多，键能越大
B．键长越大，键能越小
C．粒子所含的价电子数越少，键能越大
D．成键时电子对越偏移，键能越大
21．下列说法正确的是
A．分子的结构是由键能决定的
B．共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定
C．CF4、CCl4、CBr4、CI4中C-X(X=F、Cl、Br、I)键长、键角均相等
D．H2O分子中两个O-H键角为180°
22．科学研究人员获得了极具理论研究意义的气态N4分子，其分子结构如图所示。已知断裂1 mol N—N吸收167 kJ热量，生成1 mol N≡N放出946 kJ热量，根据以上信息和数据，判断下列说法正确的是

A．N4属于一种新型的化合物
B．N4分子中存在非极性键
C．N4分子中N-N键角为60°
D．1 mol N4转变成N2将吸收890 kJ热量

23．Ⅰ.已知氢分子的形成过程示意图如图所示，请据图回答问题。

(1)H—H键的键长为___________，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是___________。
(2)下列说法中正确的是___________(填字母)。
A．氢分子中含有一个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—O
H—O
O==O
Si—Si
Si—C
键能/kJ·mol-1
452
462.8
497.3
226
X
请回答下列问题：
(1)试比较Si—C键与Si—Si键的键能大小：X_______(填“>”“<”或“=”)226kJ·mol-1。
(2)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中图象，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)。

参考答案：
1．D
【详解】A．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；
B．s轨道和p轨道只能头碰头重叠，只能形成σ键，故B错误；
C．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；
D．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；
答案选D
2．D
【详解】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C-C、C=C、C≡C键和C-H键，所以σ键也包含C-H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。
3．D
【详解】A．水中只含键，A错误；
B．乙醇中只含键，B错误；
C．氨气中只含键，C错误；
D．乙醛中含醛基，存在碳氧双键，既含键，又含键的，D正确；
故选D。
4．B
【详解】A．中碳原子和氧原子之间存在极性共价键，A不选；
B．中只有F-F非极性键，B选；
C．中只存在镁离子和氯离子之间的离子键，C不选；
D．中只存在极性共价键，D不选；
故选：B。
5．B
【详解】单键全部为键，双键中有1个键和1个键，三键中有1个键和2个键，故该有机物分子中键总数为7，键总数为3，B项正确。
6．B
【详解】A．由题图知该物质的分子式为，故A错误；
B．非极性键由同种元素的原子间形成、极性键通常由不同种元素的原子间形成，由图可知，该物质的分子中既有极性键又有非极性键，故B正确；
C．S原子半径大于N，键长：，故C错误；
D．由同种元素形成的不同单质互为同素异形体，和都是化合物，故D错误；
答案选B。
7．B
【详解】A．键长是成键原子间的核间距，水分子中两个氢原子不成键，A错误；
B．氯气分子中两个氯原子间形成共价键，两个氯原子核之间的距离属于键长，B正确；
C．氩气中两个相邻氩原子不成键，C错误；
D．分子中两个氧原子不成键，D错误；
故答案选B。
8．A
【详解】A．键之间的夹角为，3个B-F键的夹角和为360°，能证明BF3是平面结构，说明BF3分子的4个原子在同一平面，A正确；
B．键为键即为共价单键，不能证明BF3为平面结构，即不能证明BF3分子的4个原子在同一平面，B错误；
C．3个键的键能相同，不能证明BF3为平面结构，即不能证明BF3分子的4个原子在同一平面，C错误；
D．3个键的键长相等，不能证明BF3为平面结构，即不能证明BF3分子的4个原子在同一平面，D错误；
答案选A。
9．D
【详解】A．三者的键角分别为、、，依次增大，A正确；
B．因为F、Cl、Br的原子半径依次增大，故与H形成的共价键的键长依次增长，B正确；
C．O、S、Se的原子半径依次增大，故与H形成的共价键的键长依次增长，键能依次减小，C正确；
D．分子的熔、沸点与分子间作用力有关，与共价键的键能无关，D错误；
故选D。
10．C
【详解】A．根据N—N、N=N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，N≡N、N=N中π键比σ键稳定，故A错误；
B．N≡N、N=N中π键比σ键稳定，难发生加成，故B错误；
C．根据C—C、C=C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，C=C，C≡C中π键比σ键弱，π键不稳定，较易发生加成，故C正确；
D．根据C—C、C=C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，C=C，C≡C中π键比σ键弱，π键没有σ键稳定，故D错误；
故选C。
11．A
【详解】A．键角是描述分子空间结构的重要参数，A正确；
B．键、键的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定，、与反应的能力逐渐增强，B错误；
C．水分子呈V形，键角为104.5°，C错误；
D．键的键能为，指的是断开键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为，即中含键，断开时需吸收的能量形成气态氢原子和气态氧原子，再进一步形成和时，还会释放出一部分能量，D错误；
故选A。
12．C
【详解】NH3分子内的键角和键长都相等，可能有两种情况，一是平面正三角形，二是三角锥形结构。如果键角为120°，则必然为平面正三角形，故选：C。
13．A
【详解】A．、、分别为正四面体形(109°28′)、三角锥形(107°)、直线形(180°)，故A错误；
B．原子半径越大，形成的共价键的键长越大，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；
C．非金属性越强，形成的共价键越稳定，共价键的键能越大，则、、分子中的键能依次减小，故C正确；
D．非金属性O>P>Si，则简单氢化物的稳定性：H2O>PH3>SiH4，故D正确；
故选：A。
14．C
【详解】分子中两个成键原子的核间平均距离叫做键长，A、B均错误；共价键具有键长，离子键没有键长，D错误；金刚石晶体中任意两个相邻的碳原子核间的距离属于键长，C正确；正确选项C。
【点睛】键长取决于成键原子的半径大小。
15．A
【解析】由元素在周期表中的位置可知X为N，W为P，Y为S，Z为Br，R为Ar。
【详解】A．N2、Br2都是双原子分子，A正确；
B．稀有气体分子中不存在化学键，B错误；
C．原子半径：NP-H，C错误；
D．原子半径：P>S，键长：P-H>S-H，故键能：P-H 故选A。
16．D
【详解】A．HCHO分子中含有2条C-H键，1条C=O键，则σ键和π键的数目之比为3：1，A叙述错误；
B．16O原子中质量数为16，中子数为8，B叙述错误；
C．H2O分子的结构式为：H-O-H，空间构型为V型，结构不对称，是由极性键构成的极性分子，C叙述错误；
D．CO2的中心碳原子为sp杂化，则空间构型为直线形，D叙述正确；
答案为D。
17．C
【详解】A．碳碳双键中一个是π键，一个是σ键，碳碳单键是σ键，π键的键能一般小于σ键，所以乙烯中C=C键的键能小于乙烷中C-C键的键能的2倍，A正确；
B．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；
C．气体单质中可能不存在化学键，如稀有气体单质中，C错误；
D．H的电子排布式为1s1，O的价电子排布式为2s23p4，有2个未成对p电子，Cl的价电子排布式为3s23p5，有1个未成对p电子，则HClO分子内氧原子分别和氢、氯原子共用1对电子对，O-H为s-p σ键、O-Cl为p-pσ键，D正确；
答案为C。
18．A
【详解】A．分子中所含共价键键能越大，键长越短，原子间结合力就越强，分子越稳定，A正确；
B．有些不活泼金属与非金属形成的化学键也是共价键，B错误；
C．水分子中两个O-H键间的夹角小于，其分子结构式虽为H-O-H，但不能表示分子真正的空间结构，C错误；
D．H-O键的键能是破坏1mol H-O键所吸收的能量，在H2O分子中有两个H-O键，断开1mol H2O中的化学键应吸收能量(2 467)KJ，而生成H2和O2时成键需放出能量，D错误；
故选A。
19．A
【详解】A．HX中共价键是σ键，σ键的电子云是轴对称的，A项正确；
B．H-F键是由氢原子的1s轨道与氟原子的2p轨道形成的，为s-pσ键，B项错误；
C．F原子半径是卤素原子中最小的，故H-F的键长是H-X中最短的，C项错误；
D．H-F的键长是H-X中最短的，则H-F的键能是H-X中最大的，D项错误；
答案选A。
20．BC
【详解】A．表中四种粒子所含价层电子数从左到右依次为：2×6+2=14、2×6+1=13、2×6=12、2×6-1=11即依次减少，而其键能依次增大，A错误；
B．对比给出的粒子中键长和键能大小可知，键长越大，键能越小，B正确；
C．表中四种粒子所含价层电子数从左到右依次为：2×6+2=14、2×6+1=13、2×6=12、2×6-1=11即依次减少，而其键能依次增大，C正确；
D．同种元素之间形成的化学键是非极性共价键，共用电子对不偏移，D错误；
故答案为：BC。
21．B
【详解】A．分子的结构主要是由键参数中的键角、键长决定的，A项错误；
B．共价键的键能越大，共价键越牢固，越不容易断裂，由该键形成的分子越稳定，B项正确；
C．由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X(X=F、Cl、Br、I)键长不相等，C项错误；
D．H2O分子中O原子为sp3杂化，水分子为V形结构，两个O—H键角为105°，D项错误；
故选B。
22．BC
【详解】A．N4是由N原子形成的单质，A错误；
B．N4分子中N与N形成非极性键，B正确；
C．N4是正四面体结构，键角为60°，C正确；
D．1 mol N4转变为N2放出的热量为2×946 kJ-6×167 kJ=890 kJ，D错误；
故选BC。
23． 74pm ①⑤②③④ BC > 120475kJ 858.7kJ
【详解】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。故答案为：74pm；①⑤②③④；
(2)氢分子中含有一个σ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；④已经达到稳定状态，当改变构成氢分子的两个氢原子的核间距时，必须消耗外界的能量，C项正确；氢分子中含有一个非极性共价键，D项错误，故答案为：BC；
Ⅱ.(1)Si—Si键的键长比Si—C键的键长长，Si—Si键的键能比Si—C键的键能小，故答案为：>；
(2)由题图可知H—H键的键能为436kJ·mol-1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为×(462.8kJ·mol-1×2-436kJ·mol-1-497.3kJ·mol-1×)=120475kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452kJ·mol-1×4mol-497.3kJ·mol-1×1mol-226kJ·mol-1×2mol=858.7kJ，故答案为：120475kJ；858.7kJ；