高中化学实验活动1 探究影响化学平衡移动的因素课后练习题

共价键

一、共价键

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，叫做共价键。

（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）本质：在原子之间形成共用电子对。

（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

（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，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。

3．共价键的类型

（1）σ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σ键。

②类型：根据成键电子原子轨道的不同，σ键可分为s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键。

s-s σ键：两个成键原子均提供s轨道形成的共价键。

s-p σ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-p σ键：两个成键原子均提供p轨道形成的共价键。

③特征

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。

形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性。

④σ键的存在：共价单键为σ键；共价双键和共价三键中存在1个σ键。

（2）π键

①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π键。

②特征

每个π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π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时小，π键没有σ键牢固。

③π键的存在：π键通常存在于双键或三键中，双键中有1个π键，三键中有2个π键。

二、共价键的键参数

1．键能

（1）概念：气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。键能的单位是kJ·mol－1。

如：形成 1 mol H—H键释放的最低能量为436.0 kJ，即H—H键的键能为436.0 kJ·mol－1。

（2）应用

①判断共价键的稳定性

原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，释放能量越多，所形成的共价键键能越大，共价键越稳定。

②判断分子的稳定性

一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越稳定。

③利用键能计算反应热

ΔH＝反应物总键能－生成物总键能

2．键长

（1）概念：形成共价键的两个原子之间的核间距，因此原子半径决定共价键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。

（2）应用：共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定，反之亦然。

3．键角

（1）概念：在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角。

（2）应用：在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性，因此键角影响着共价分子的立体结构。

（3）试根据立体结构填写下列分子的键角

三、等电子原理

1．等电子原理

原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。

2．等电子体

原子总数相同、价电子总数相同的分子互称为等电子体。

3．等电子原理的应用

（1）利用等电子原理可判断简单分子或离子的立体结构，如NH3与H3O＋互为等电子体，二者立体结构相同。

（2）应用于制造新材料。

【方法规律】等电子体的换算方法

（1）把粒子中的两个原子分别换成原子序数增加n和减少n(n＝1,2……)的原子，如N2和CO、N和CNO－互为等电子体。

（2）把粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素的带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N2O和N互为等电子体。

（3）同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中的原子换成同主族元素的原子，如O3和SO2互为等电子体。

1．下列说法不正确的是

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1个σ键

C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键

D．N2分子中有1个σ键和2个π键

【答案】C

【解析】σ键是“头碰头”的重叠，π键是“肩并肩”的重叠，σ键比π键重叠程度大，σ键比π键稳定，A项正确；两个原子间只能形成1个σ键，两个原子之间形成双键时，含有1个σ键和1个π键，两个原子之间形成三键时，含有1个σ键和2个π键，B项正确；单原子分子中没有共价键，如稀有气体分子中不存在σ键，C项错误；两个原子之间形成三键时，含有1个σ键和2个π键，N2分子中含有一个三键，即有1个σ键，2个π键，D项正确。答案选C。

2．下列说法正确的是

A．任何分子内一定存在化学键

B．分子中若有化学键，则一定存在σ键

C．p和p轨道不能形成σ键

D．含π键的物质一定不如含σ键的物质稳定

【答案】B

【解析】稀有气体元素对应的单质为单原子分子，不存在化学键，A项错误；形成化学键时，首先形成σ键，然后形成π键，化学键可分为单键、双键、三键等，一定存在σ键，B项正确；p和p轨道能形成σ键，如PCl3等，C项错误； 氮气中存在π键，但较稳定，D项错误。答案选B。

3．硫化氢(H2S)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

A．①②  B．①③  C．②③  D．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。答案选D。

4．下列不属于共价键成键因素的是

A．形成共用电子对                            B．成键原子的原子轨道在空间重叠

C．成键后体系能量降低，趋于稳定              D．两原子核体积大小要适中

【答案】D

【解析】在形成共价键时，共用电子对在形成共价键的两原子中间，A项正确；两原子形成共价键时电子云发生重叠，即电子在两核之间出现的机会增多，B项正确；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低，趋于稳定，C项正确；原子核的体积大小与能否形成共价键无必然联系，D项错误。答案选D。

5．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．N2分子中有一个σ键，2个π键

【答案】C

【解析】σ键是头碰头的重叠，π键是肩并肩的重叠，σ键比π键重叠程度大，σ键比π键稳定，A项正确；两个原子间只能形成1个σ键，两个原子之间形成双键时，含有一个σ键和一个π键，两个原子之间形成三键时，含有一个σ键和2个π键，B项正确；单原子分子中没有共价键，如稀有气体分子中不存在σ键，C项错误；两个原子之间形成三键时，含有一个σ键和2个π键，N2分子中含有一个三键，即有一个σ键，2个π键，D项正确。答案选C。

6．N—H键键能的含义是

A．由N和H形成1 mol NH3所放出的能量

B．把1 mol NH3中的共价键全部拆开所吸收的能量

C．拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的能量

D．形成1个N—H键所放出的能量

【答案】C

【解析】N—H键的键能是形成1 mol N—H键放出的能量或拆开1 mol N—H键所吸收的能量，不是形成1个N—H 键释放的能量。1 mol NH3中含有3 mol N—H键，拆开1 mol NH3中的N—H键或形成1 mol NH3中的N—H键吸收或放出的能量应是N—H键键能的3倍。答案选C。

7．下列分子或离子中键角由大到小的排列顺序是

①SO2　②NH3　③H2O　④CH4　⑤CO2

A．⑤④①②③       B．⑤①④②③         C．④①②⑤③      D．③②④①⑤

【答案】B

【解析】①SO2分子为V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＞SO2＞CH4＞NH3＞H2O，B项正确。答案选B。

8．已知具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构，这一原理称为“等电子原理”。根据等电子原理，下列各组粒子结构不相似的是

A．BCl3和PH3 B．NH和CH4 C．NO和CO D．CO2和N2O

【答案】A

【解析】BCl3和PH3中，前者的价电子数为24，后者的价电子数为8，二者的结构不相似，A项符合题意；NH4+和CH4都由5个原子构成，价电子数都为10，二者结构相似，B项不符合题意；NO3－和CO32－都由4个原子构成，价电子数都为24，二者的结构相似，C项不符合题意；CO2和N2O都由3个原子构成，价电子数都为16，二者的结构相似，D项不符合题意。答案选A。

9．有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)；

(1)只含有极性键的是________；只含有非极性键的是________；既有极性键，又有非极性键的是________。

(2)只有σ键的是______________；既有σ键又有π键的是________。

(3)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是____。

(4)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________________。

(5)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)①③⑨　②④⑦　⑤⑥⑧　

(2)①②③⑥⑦⑧　④⑤⑨　

(3)⑦　

(4)①③⑤⑥⑧⑨　

(5)②④⑤⑥⑧⑨

【解析】(1)由同一种非金属元素的原子间形成的共价键是非极性键，由不同种元素的原子间形成的共价键是极性键。所以只含有极性键的是①③⑨；只含有非极性键的是②④⑦；既有极性键，又有非极性键的是⑤⑥⑧。

(2)σ键是头碰头的方式形成的，而π键是以肩并肩的方式形成的；单键都是σ键，而双键或三键中才含有π键，所以只有σ键的是①②③⑥⑦⑧；既有σ键又有π键的是④⑤⑨。

(3)构成氢气的氢原子都是只有s轨道，所以含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的只能是氢气⑦。

(4)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，说明共价键中一定含有氢原子，所以正确的答案选①③⑤⑥⑧⑨。

(5)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，正确的答案选②④⑤⑥⑧⑨。

10．氮可以形成多种离子，如N3-，NH，N，NH，N2H，N2H等，已知N2H与N2H是由中性分子结合质子形成的，类似于NH，因此有类似于NH的性质。

(1)写出N2H在碱性溶液中反应的离子方程式_________；

(2)NH的电子式为_________；

(3)N有_______个电子；

(4)写出二种由多个原子组成的含有与N电子数相同的物质的化学式_________；

(5)等电子数的微粒往往具有相似的结构，试预测N的构型_________。

【答案】(1)N2H62++2OH-=N2H4+2H2O   (2)    (3) 22    (4)CO2、N2O    (5)直线型   

【解析】(1)已知N2H62+有类似于NH4+的性质，结合铵根与碱反应产生氨气和水，可知N2H62+与碱反应产生N2H4和水，反应为：N2H62++2OH-=N2H4+2H2O；

(2)NH2－的电子式为，故答案为；

(3)N3－每个氮原子有7个电子，再加一个负电荷，电子数为22；

(4)与N3－电子数相同的物质有CO2、N2O等；

(5)N3－价电子数16，原子数为3，与CO2互为等电子体，故其结构与二氧化碳相同，为直线型。

1．分析下表中数据，判断下列有关说法，其中正确的是   

A．H—Cl键断裂需要吸收的热量为431 kJ

B．氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的ΔH=－183 kJ·mol-1

C．氢气和氯气反应生成1 mol氯化氢气体，反应的ΔH=－183 kJ·mol-1

D．H2、Cl2、HCl三种分子的稳定性最强的是Cl2

【答案】B

【解析】H—Cl的键能为431kJ/mol，则断裂1molH—Cl键吸收431kJ的能量，A项错误；反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和=436kJ/mol+243kJ/mol-2×431kJ/mol=－183kJ/mol，则氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的ΔH=－183 kJ/mol，B项正确；根据B项的解析，氢气和氯气反应生成1 mol氯化氢气体，反应的ΔH=－91.5 kJ/mol，C项错误；键能越大、分子越稳定，由于键能：H—H键>H—Cl键>Cl—Cl键，H2、Cl2、HCl三种分子的稳定性最强的是H2，D项错误。答案选B。

2．工业上，合成氨反应N2+3H22NH3的微观历程如图所示。下列说法正确的是

A．①→②过程中，催化剂在吸附反应物分子时，破坏了分子中的非极性键

B．②→③是形成N原子和H原子的过程，同时释放能量

C．③→④形成了新的化学键，涉及电子转移

D．使用合适的催化剂，不仅能改变反应速率，还能提高反应的平衡转化率

【答案】C

【解析】催化剂吸附N2、H2，没有形成化学键，催化剂与气体之间的作用力不是化学键，A项错误；破坏共价键要吸热，所以②→③是形成N原子和H原子的过程是吸热过程，B项错误；③→④形成了N-H新的化学键，氮元素、氢元素的化合价发生了变化，涉及电子转移，C项正确；使用催化剂加快化学反应的速率，但化学平衡不移动，D项错误。答案选C。

3．能说明BF3分子中四个原子在同一平面的理由是

A．任意两个键的夹角为120°

B．B—F键是非极性共价键

C．三个B—F键的键能相同

D．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的立体结构为平面三角形，故分子中四个原子共面。答案选A。

4．下列分子或离子之间互为等电子体的是

A．CH4和H3O＋   B．NO和SO2

C．O3和CO2   D．N2和C

【答案】D

【解析】由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，价电子总数相同，即互为等电子体。CH4和H3O＋的原子数不同，A项错误；NO和SO2的原子数不同，B项错误；O3和CO2的价电子总数不同，C项错误；N2和C的原子数相同，价电子总数相同，D项正确。答案选D。

5．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。

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“＝”)226 kJ·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1 mol Si中含有2 mol Si—Si键，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键)。

【答案】Ⅰ.(1)74 pm　①⑤②③④　(2)BC

Ⅱ.(1)＞　(2)120 475 kJ　858.7 kJ

【解析】Ⅰ.(1)可以直接从题中读出有关数据，H—H键的键长为74 pm；体系能量由高到低的顺序是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。

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。(2)由题图可知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为×(462.8 kJ·mol－1×2－436 kJ·mol－1－497.3 kJ·mol－1×)＝120 475 kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kJ·mol－1×4 mol－497.3 kJ·mol－1×1 mol－226 kJ·mol－1×2 mol＝858.7 kJ。