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高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第1节 共价键模型同步测试题
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这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第1节 共价键模型同步测试题，共18页。试卷主要包含了下列物质中含有非极性共价键的是，下列说法中,正确的是，下列说法正确的是等内容，欢迎下载使用。
第2章 微粒间相互作用与物质性质
第1节 共价键模型
基础过关练
题组一 共价键的形成与特征
1.(2020山西太原二十四中高二下月考)原子间形成分子时,决定各原子相互结合的数量关系的是 ( )
A.共价键的方向性
B.共价键的饱和性
C.共价键原子的大小
D.共价键的稳定性
2.(2020山东滕州一中高二检测)下列关于共价键的饱和性和方向性的叙述中,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.共价键的方向性是由成键原子轨道的伸展方向决定的
C.共价键的方向性决定了分子的空间结构
D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
题组二 极性键、非极性键的判断
3.(2020辽宁辽阳高一上期末)下列物质中含有非极性共价键的是 ( )
A.CO2 B.F2
C.MgCl2 D.HClO
4.(2020河北石家庄正定中学高一下月考)下列说法中,正确的是 ( )
A.双原子分子中的共价键,一定是非极性键
B.任何原子的原子核都是由质子和中子构成的
C.非极性键也可能存在于离子化合物中
D.质子数相同的微粒,它们的化学性质基本相同
5.(2020上海普陀高三一模)气体分子中的极性键在红外线的照射下,易像弹簧一样做伸缩和弯曲运动,从而产生热量而造成温室效应。下列不属于温室气体的是 ( )
A.N2 B.N2O C.CH4 D.CO2
题组三 σ键和π键
6.具有下列电子排布式的原子中,不能形成π键的是 ( )
A.1s22s22p63s23p4 B.1s22s22p3
C.1s22s22p63s1 D.1s22s22p2
7.(2021陕西西安高二上期末)下列物质的分子中既有σ键,又有π键的是 ( )
①HCl ②H2O ③O2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A.①②③ B.③④⑤⑥
C.①③⑥ D.③⑤⑥
8.(2021湖南师大附中高二检测)下列说法正确的是 ( )
A.只有非金属元素的原子之间才能形成共价键
B.两个原子之间形成共价键时,至少有一个σ键
C.σ键和π键都能绕轴旋转
D.σ键和π键都只能存在于共价化合物中
9.(2021山东高密一中高二月考)下列说法正确的是 ( )
A.π键是由原子轨道“头碰头”重叠形成的
B.σ键是镜面对称,而π键是轴对称
C.乙烷分子中的键全为σ键,乙烯分子中含σ键和π键
D.H2分子中含σ键,Cl2分子中含π键
10.下列有关化学键类型的叙述正确的是 ( )
A.全部由非金属元素构成的化合物中肯定不存在离子键
B.所有物质中都存在化学键
C.已知乙炔的结构式为,则1个乙炔分子中存在2个σ键(C—H)和3个π键()
D.乙烷分子中只存在σ键,不存在π键
11.在N2F2分子中,所有原子均符合8电子稳定结构,则一个N2F2分子中 ( )
A.仅有σ键
B.有三个σ键,两个π键
C.有两个σ键,两个π键
D.有三个σ键,一个π键
12.(2021陕西长安一中高二阶段检测)某有机化学试剂(如图所示)常用于制备磺胺类药物、抗癌药等。
下列有关说法正确的是 ( )
A.既有酸性也有碱性
B.既能溶于水,又能溶于乙醇
C.分子内σ键与π键数目之比为1∶1
D.分子中所有原子共面
13.下列常见分子中σ键、π键的判断正确的是 ( )
A.CN-与N2结构相似,分子中σ键与π键数目比为1∶1
B.CO与N2结构相似,CO分子中σ键与π键数目之比为2∶1
C.含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者
D.有些原子在与其他原子形成分子时只能形成π键,不能形成σ键
14.元素周期表前四周期A、B、C、D、E五种元素,A元素的原子最外层电子排布式为ms1;B元素的原子价电子排布式为ns2np2;C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等;D元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子;E元素原子有五个未成对电子。
(1)E元素原子的价电子排布式是 ,在元素周期表中的位置是 ,其最高价氧化物的化学式是 。
(2)C基态原子的电子排布图为 ,
若A为非金属元素,则按原子轨道的重叠方式,A与C形成的化合物中的共价键属于 键(填“σ”或“π”)。
(3)当n=3时,B与C形成的化合物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是 。
(4)若A元素的原子最外层电子排布为2s1,B元素的基态原子价电子排布为3s23p2,A、B、C、D四种元素的电负性由大到小的顺序是 (用元素符号表示)。
题组四 共价键的键参数
15.(2020山东烟台二中高二月考)下列说法正确的是 ( )
A.键能越小,表示化学键越牢固,难以断裂
B.两原子核越近,键长越长,化学键越牢固,性质越稳定
C.破坏化学键时,吸收能量,而形成新的化学键时,则释放能量
D.键能、键长只能定性地分析化学键的特性
16.有关HF和HCl判断正确的是 ( )
A.键长:HF>HCl
B.键能:HF>HCl
C.稳定性:HCl>HF
D.共用电子对偏移程度:HCl>HF
17.下列有关共价键和键参数的说法不正确的是 ( 易错 )
A.一个丙烯(C3H6)分子中含有8个σ键和1个π键
B.碳碳双键比碳碳单键键能更大,故碳碳双键更稳定
C.C—H键比Si—H键键长更短,故CH4比SiH4更稳定
D.由于孤电子对的存在,H2O分子中的键角小于109°28'
18.下列有关共价键的键参数的说法不正确的是 ( )
A.CH4、C2H4、CO2分子中的键角依次增大
B.HF、HCl、HBr分子中的键长依次增长
C.H2O、H2S、H2Se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
19.(2020山西运城高二下月考)根据键能数据(H—Cl键 431 kJ·mol-1,H—I键 297 kJ·mol-1),可得出的结论是 ( )
A.溶于水时,HI比HCl更容易电离,所以氢碘酸是强酸
B.HI比HCl熔、沸点高
C.HI比HCl稳定
D.拆开等物质的量的HI和HCl的化学键,HI消耗的能量多
题组五 键能与化学反应中的能量变化
20.已知热化学方程式:N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH=+180 kJ·mol-1,其中、键的键能分别为946 kJ·mol-1、498 kJ·mol-1,则氮氧键的键能为 ( )
A.1 264 kJ·mol-1 B.632 kJ·mol-1
C.316 kJ·mol-1 D.1 624 kJ·mol-1
21.(2020甘肃张掖临泽一中高二月考)拆开1 mol共价键所吸收的能量或形成1 mol共价键所释放的能量称为键能。已知:H—H键的键能为436 kJ·mol-1,H—N键的键能为 391 kJ·mol-1,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。下列说法中正确的是 ( )
A.H—H键比键更牢固
B.键的键能约为946 kJ·mol-1
C.合成氨反应选择适当的催化剂是为了提高H2的转化率
D.0.5 mol N2和1.5 mol H2在题给条件下充分反应,放出的热量为46.2 kJ
22.常温下,断裂1 mol化学键所需要的能量用E表示。结合表中信息判断下列说法不正确的是 ( )
共价键
H—H
F—F
H—F
H—Cl
H—I
E(kJ·mol-1)
436
157
568
432
298
A.432 kJ·mol-1>E(H—Br)>298 kJ·mol-1
B.表中最稳定的共价键是H—F键
C.H2(g) 2H(g) ΔH=+436 kJ·mol-1
D.H2(g)+F2(g) 2HF(g) ΔH=-25 kJ·mol-1
能力提升练
题组一 共价键类型的判断
1.(2021湖北沙市五中高二下月考,)下列说法错误的是 ( )
A.杂化轨道可用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对
B.σ键和π键比例为7∶1
C.N2与O22+结构相似,1 mol O22+中含有的π键数目为2NA
D.已知反应N2O4(l)+2N2H4(l)3N2(g)+4H2O(l),若该反应中有4 mol N—H键断裂,则形成的π键数目为3NA
2.(2021江苏常州期初调研,)一种新型电池的电解质是由短周期主族元素组成的化合物,其结构如下所示。其中元素W、X、Y、Z处于元素周期表的同一周期,Y原子的最外层电子数是X次外层电子数的3倍。下列叙述错误的是 ( )
A.原子半径:r(W)
D.Y和Z组成的ZY2分子中σ键和π键数目之比为1∶1
3.(2020山东烟台第二中学高二月考,) 回答下列问题:
(1)1 mol CO2中含有的σ键数目为 ,π键数目为 。
(2)已知CO、CN-与N2结构相似,CO分子内σ键与π键个数之比为 。
(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的—个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料,燃烧时发生反应:N2O4(l)+2N2H4(l)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 038.7 kJ·mol-1,若该反应中有4 mol N—H键断裂,则形成的π键有 mol。
(4)CH4、NH3、H2O、HF分子中共价键的极性由强到弱的顺序是 。
题组二 共价键键参数与分子性质
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 ( )
A.键角是描述分子空间结构的重要参数
B.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
C.水分子可表示为H—O—H,分子中的键角为180°
D.H—O键的键能为463 kJ·mol-1,即18 g H2O分解成H2和O2时,消耗能量为2×463 kJ
5.(2020宁夏石嘴山第三中学高二期末,)氰气的分子式为(CN)2,结构式为,其化学性质与卤素单质相似,下列叙述不正确的是 ( )
A.键的键能大于键的键能
B.1个(CN)2分子中含有3个σ键和2个π键
C.键的键长小于键的键长
D.(CN)2能与NaOH溶液反应
题组三 根据键能计算化学反应中的能量变化
6.(2020四川乐山十校高二上期中,)下列说法正确的是 ( )
A.已知N—N键键能为193 kJ·mol-1,故氮氮三键的键能为193 kJ·mol-1×3
B.H—H键键能为436.0 kJ·mol-1,F—F键键能为157 kJ·mol-1,故F2比H2稳定
C.某元素原子最外层有1个电子,它跟卤素相结合时,所形成的化学键一定为离子键
D.N—H键键能为390.8 kJ·mol-1,其含义为形成1 mol N—H键所释放的能量为390.8 kJ
7.()科学家已获得了极具理论研究意义的N4分子,其结构为正四面体(如图所示),与白磷分子相似。已知断裂1 mol N—N键吸收193 kJ热量,断裂1 mol 键吸收941 kJ热量,则下列说法不正确的是 ( )
A.N4与N2互为同素异形体
B.N4中键角为109°28'
C.N4变成N2是化学变化
D.1 mol N4气体转化为N2(g)时要放出724 kJ能量
8.(2020河北石家庄正定中学高一下月考,)如图所示,ΔH1=-393.5 kJ·mol-1,ΔH2=-395.4 kJ·mol-1,下列说法或表示式正确的是 ( )
A.石墨和金刚石的转化是物理变化
B.C(s,石墨)C(s,金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1
C.金刚石的稳定性强于石墨
D.1 mol石墨的总键能比1 mol金刚石的总键能小1.9 kJ
答案全解全析
第2章 微粒间相互作用与物质性质
第1节 共价键模型
基础过关练
1.B 原子间形成分子时,共价键的方向性决定了分子的构型,饱和性决定原子之间的数量关系,所以决定各原子相互结合的数量关系的是共价键的饱和性,选B。
2.D 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,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项正确;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,这种成键的方向性也就决定了所形成分子的空间结构,故B、C项正确,D项不正确。
3.B A项,CO2中碳原子和氧原子之间存在极性共价键;B项,F2中只有F—F非极性键;C项,MgCl2中只存在镁离子和氯离子之间的离子键;D项,HClO中只存在极性共价键;故选B。
4.C 双原子分子中的共价键可能是非极性键也可能是极性键,故A错误;11H原子核中只有质子而没有中子,故B错误;离子化合物中一定含有离子键,可能含有非极性键,如Na2O2中存在O—O非极性键,故C正确;具有相同质子数的原子一定属于同种元素,但微粒可能为原子、分子、离子,化学性质可能不同,故D错误。
5.A A项,N2中N与N形成非极性共价键,不含极性键,N2不属于温室气体;B项,N2O中N与O形成极性共价键;C项,CH4中C与H形成极性共价键。N2O、CH4、CO2均为温室气体。
6.C 根据电子排布式可知四种原子分别是S、N、Na、C,其中Na是活泼金属,在化学反应中易失去最外层的一个电子,形成离子键,而π键是共价键的一种,S、N、C均能形成π键。
7.D ①HCl的结构式为H—Cl,只含σ键;②H2O的结构式为H—O—H,只含σ键;③O2的结构式为OO,既含σ键,又含π键;④H2O2的结构式为H—O—O—H,只含σ键;⑤C2H4的结构式为,既含σ键,又含π键;⑥C2H2的结构式为,既含σ键,又含π键。
8.B 金属元素的原子和非金属元素的原子之间也可以形成共价键,如AlCl3中Cl原子和Al原子间形成的就是共价键,故A错误;两个原子之间可以形成单键、双键、三键,1个单键中含有1个σ键,1个双键中含有1个σ键和1个π键,1个三键中含有1个σ键和2个π键,所以两个原子形成共价键时至少有1个σ键,故B正确;σ键能绕轴旋转,π键不能,故C错误;σ键和π键都可以存在于离子化合物中,如醋酸钠为离子化合物,但醋酸根离子中既有σ键又有π键,故D错误。
9.C π键是由原子轨道以“肩并肩”重叠形成的共价键,而σ键是由原子轨道“头碰头”重叠形成的共价键,故A错误;σ键呈轴对称,π键呈镜面对称,故B错误;乙烷分子中所含化学键均为单键,所以乙烷分子中的键全为σ键,乙烯分子中含CC键,乙烯分子中含σ键和π键,故C正确;氢气、氯气中均只含共价单键,则H2、 Cl2分子中只含σ键,故D错误。
10.D 全部由非金属元素构成的化合物中可能存在离子键,如氯化铵,故A错误;有的物质中不存在化学键,如稀有气体不含化学键,故B错误;已知乙炔的结构式为,则1个乙炔分子中存在3个σ键和2个π键,故C错误;乙烷分子中只有单键,所以只存在σ键,不存在π键,故D正确。
11.D 由题意可知,在N2F2分子中,所有原子均符合8电子稳定结构,其结构式应为F—NN—F,两个氮原子以双键相连,一个双键中含一个σ键、一个π键,氮、氟原子之间是单键,为σ键,所以一个N2F2分子中含三个σ键,一个π键。故选D。
12.B 该结构中含有氨基,显碱性,该物质不显酸性,A错误;该物质含氨基、氰基,故该物质能溶于水也能溶于乙醇,B正确;1个该分子中含σ键数为4,含π键数为2,故分子内σ键与π键数目之比为2∶1,C错误;分子内存在氨基,分子中所有原子不可能共面,D错误。
13.C 一个分子中含有6个σ键和3个π键,所以σ键与π键数目之比为2∶1,A错误;CO与N2结构相似,其σ键与π键数目之比为1∶2,B错误;由于π键的强度一般小于σ键的强度,故反应时π键比σ键易断裂,C正确;分子中不可能只有π键而没有σ键,D错误。
14.答案 (1)3d54s2 第四周期第ⅦB族 Mn2O7
(2)
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1s
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2s
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↑
↑
2p σ
(3)SiO2+2OH- SiO32-+H2O
(4)O>P>Si>Li
解析 元素周期表前四周期A、B、C、D、E五种元素,A元素的原子最外层电子排布式为ms1,A位于ⅠA族,可能为H、Li、Na、K;B元素的基态原子价电子排布式为ns2np2,B位于ⅣA族,B可能为C、Si或Ce;C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等,电子排布式为1s22s22p4,C为O元素;D元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子,电子排布式为1s22s22p63s23p3,D为P元素;E元素原子有五个未成对电子,E位于第四周期,电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s2,E为Mn。
(1)E为Mn元素,其价电子排布式是3d54s2,在元素周期表中位于第四周期第ⅦB族,其最高价为+7价,则Mn元素的最高价氧化物的化学式是Mn2O7。
(2)C为O元素,基态O原子的核外电子总数为8,其电子排布图为
↑↓
1s
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2s
↑↓
↑
↑
2p;若A为非金属元素,则A为H,按原子轨道的重叠方式,A与C形成的化合物中只含共价单键,共价单键属于σ键。
(3)n=3时,B为Si元素,O、Si形成的化合物为二氧化硅,二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水,该反应的离子方程式为SiO2+2OH- SiO32-+H2O。
(4)若A元素的原子最外层电子排布为2s1,则A为Li,B元素的原子价电子排布为3s23p2,则B为Si,C为O、D为P,元素非金属性越强,电负性越大,则A、B、C、D四种元素的电负性由大到小的顺序是O>P>Si>Li。
15.C 键能越大,表示化学键越牢固,越难以断裂,故A错误;两原子核越近,键长越短,化学键越牢固,故B错误;破坏化学键时,消耗能量,而形成新的化学键时,则释放能量,故C正确;键能、键长能定量分析化学键的特性,故D错误。
16.B 原子半径:FHCl,B正确;共价键键能越大,共价键越牢固,所以稳定性:HClCl,吸引电子能力:F>Cl,则共用电子对偏移程度:HCl
易错警示
一般双键中σ键的键能要大于π键的键能。不同共价键的强弱不同,σ键的键能不同,π键的键能也不同;有些物质π键的键能比σ键的键能还大。18.D 三者的键角分别为109°28'、约为120°、180°,依次增大,A选项正确;因为F、Cl、Br的原子半径依次增大,故与H原子形成共价键的键长依次增长,B选项正确;O、S、Se的原子半径依次增大,故与H原子形成共价键的键长依次增长,键能依次减小,C选项正确;分子的熔、沸点与共价键的键能无关,D选项错误。
19.A A项,H—I键键能较小,HCl为强酸,HI比HCl更容易电离,所以氢碘酸是强酸;B项,熔、沸点与分子间作用力有关,与键能无关;C项,键能越大,分子越稳定;D项,H—I键键能较小,则拆开等物质的量的HI和HCl,HCl消耗的能量多;故选A。
20.B 设氮氧键的键能为x,反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值,即946 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1-2x=180 kJ·mol-1,解得x=632 kJ·mol-1,故选B。
21.B ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和,即ΔH=-92.4 kJ·mol-1=E()+3×436 kJ·mol-1-6×391 kJ·mol-1,解得E()≈946 kJ·mol-1,大于H—H键的键能,所以,键更牢固,故A错误,B正确;催化剂不影响化学平衡的移动,不能提高H2的转化率,故C错误;合成氨反应是可逆反应,反应物不能完全转化,所以0.5 mol N2和1.5 mol H2在题给条件下充分反应,放出的热量小于46.2 kJ,故D错误。
22.D 由于r(I)>r(Br)>r(Cl),非金属性Cl>Br>I,所以432 kJ·mol-1>E(H—Br)>298 kJ·mol-1,A正确;键能越大形成的化学键越稳定,表中键能最大的是H—F键,最稳定的共价键是H—F键,故B正确;氢气变为气态氢原子吸收的热量等于氢气中断裂H—H键需要的能量,所以H2(g) 2H(g) ΔH=+436 kJ·mol-1,C正确;根据反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和,所以ΔH=436 kJ·mol-1+157 kJ·mol-1-2×568 kJ·mol-1=-543 kJ·mol-1,D不正确。
能力提升练
1.B 杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤对电子,没有杂化的p轨道形成π键,故A正确;分子中含有16个单键和2个双键,则σ键和π键比例应为9∶1,故B错误;N2和O22+结构相似,O22+的结构式为[]2+,所以1 mol O22+中含有的π键数目为2NA,C正确;若该反应中有4 mol N—H键断裂,则生成1.5 mol氮气,形成π键的数目是3NA, D正确。
2.B Y原子的最外层电子数是X次外层电子数的3倍,则Y是O元素;W、X、Y、Z处于元素周期表的同一周期,根据可知,Z是C元素、W形成1个共价键,W是F元素;X形成4个共价键,其中有1个是由X提供空轨道形成的配位键,说明X最外层有3个电子,X是B元素。电子层数相同,原子半径随原子序数的增大而减小,原子半径r(F)
解析 (1)CO2的结构式是OCO,1个二氧化碳分子中有2个碳氧双键,一个双键中有1个σ键和1个π键,1 mol CO2中含有的σ键数目为2NA,π键数目为2NA。
(2)N2的结构式是,一个键中含1个σ键和 2个π键,已知CO、CN-与N2结构相似,则CO分子内σ键与π键个数之比为1∶2。
(3)N2的结构式为,一个键中有1个σ键和2个π键,产物中只有N2中含有π键;1个肼(N2H4)分子中含有4个N—H键。燃烧时发生反应:N2O4(l)+2N2H4(l)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 038.7 kJ·mol-1,若该反应中有4 mol N—H键断裂,则消耗1 mol N2H4,生成1.5 mol N2,形成的π键有3 mol。
(4)同周期元素从左到右电负性增强,原子吸引电子的能力增强,所以CH4、NH3、H2O、HF分子中共价键的极性由强到弱的顺序是HF>H2O>NH3>CH4。
4.A H—O键、H—F键的键能依次增大,意味着形成H—O键、H—F键时放出的能量依次增大,O2、F2与H2反应的能力逐渐增强,B项错误;水分子中键角为104.5°,C项错误;D项中H—O键的键能为463 kJ·mol-1, 18 g H2O(即1 mol H2O)中含2 mol H—O键,断开时需吸收2×463 kJ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,还需释放出一部分能量,故D项错误。
5.B 原子半径:N
7.B N4与N2为N组成的不同单质,二者互为同素异形体,故A正确;每个N原子都以3个共价键与其他3个N原子结合形成共价键,从而形成正四面体结构,键角为60°,故B错误;N4变成N2有新物质生成,属于化学变化,故C正确;从结构图中可看出,一个N4分子中含有6个N—N键,根据N4(g) 2N2(g) ΔH,有ΔH=6×193 kJ·mol-1-2×941 kJ·mol-1=-724 kJ·mol-1,则1 mol N4气体转化为N2(g)时要放出724 kJ能量,故D正确。
8.B 石墨转化为金刚石有新物质生成,属于化学变化,故A错误;由图可得:①C(s,石墨)+O2(g) CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1;②C(s,金刚石)+O2(g) CO2(g) ΔH2=-395.4 kJ·mol-1,利用盖斯定律①-②可得:C(s,石墨) C(s,金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1,故B正确;1 mol金刚石具有的能量大于1 mol石墨具有的能量,能量越高越不稳定,所以石墨比金刚石稳定,C错误;根据热化学方程式C(s,石墨) C(s,金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1可知,1 mol石墨的总键能比1 mol金刚石的总键能大1.9 kJ,故D错误。
第2章 微粒间相互作用与物质性质
第1节 共价键模型
基础过关练
题组一 共价键的形成与特征
1.(2020山西太原二十四中高二下月考)原子间形成分子时,决定各原子相互结合的数量关系的是 ( )
A.共价键的方向性
B.共价键的饱和性
C.共价键原子的大小
D.共价键的稳定性
2.(2020山东滕州一中高二检测)下列关于共价键的饱和性和方向性的叙述中,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.共价键的方向性是由成键原子轨道的伸展方向决定的
C.共价键的方向性决定了分子的空间结构
D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
题组二 极性键、非极性键的判断
3.(2020辽宁辽阳高一上期末)下列物质中含有非极性共价键的是 ( )
A.CO2 B.F2
C.MgCl2 D.HClO
4.(2020河北石家庄正定中学高一下月考)下列说法中,正确的是 ( )
A.双原子分子中的共价键,一定是非极性键
B.任何原子的原子核都是由质子和中子构成的
C.非极性键也可能存在于离子化合物中
D.质子数相同的微粒,它们的化学性质基本相同
5.(2020上海普陀高三一模)气体分子中的极性键在红外线的照射下,易像弹簧一样做伸缩和弯曲运动,从而产生热量而造成温室效应。下列不属于温室气体的是 ( )
A.N2 B.N2O C.CH4 D.CO2
题组三 σ键和π键
6.具有下列电子排布式的原子中,不能形成π键的是 ( )
A.1s22s22p63s23p4 B.1s22s22p3
C.1s22s22p63s1 D.1s22s22p2
7.(2021陕西西安高二上期末)下列物质的分子中既有σ键,又有π键的是 ( )
①HCl ②H2O ③O2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A.①②③ B.③④⑤⑥
C.①③⑥ D.③⑤⑥
8.(2021湖南师大附中高二检测)下列说法正确的是 ( )
A.只有非金属元素的原子之间才能形成共价键
B.两个原子之间形成共价键时,至少有一个σ键
C.σ键和π键都能绕轴旋转
D.σ键和π键都只能存在于共价化合物中
9.(2021山东高密一中高二月考)下列说法正确的是 ( )
A.π键是由原子轨道“头碰头”重叠形成的
B.σ键是镜面对称,而π键是轴对称
C.乙烷分子中的键全为σ键,乙烯分子中含σ键和π键
D.H2分子中含σ键,Cl2分子中含π键
10.下列有关化学键类型的叙述正确的是 ( )
A.全部由非金属元素构成的化合物中肯定不存在离子键
B.所有物质中都存在化学键
C.已知乙炔的结构式为,则1个乙炔分子中存在2个σ键(C—H)和3个π键()
D.乙烷分子中只存在σ键,不存在π键
11.在N2F2分子中,所有原子均符合8电子稳定结构,则一个N2F2分子中 ( )
A.仅有σ键
B.有三个σ键,两个π键
C.有两个σ键,两个π键
D.有三个σ键,一个π键
12.(2021陕西长安一中高二阶段检测)某有机化学试剂(如图所示)常用于制备磺胺类药物、抗癌药等。
下列有关说法正确的是 ( )
A.既有酸性也有碱性
B.既能溶于水,又能溶于乙醇
C.分子内σ键与π键数目之比为1∶1
D.分子中所有原子共面
13.下列常见分子中σ键、π键的判断正确的是 ( )
A.CN-与N2结构相似,分子中σ键与π键数目比为1∶1
B.CO与N2结构相似,CO分子中σ键与π键数目之比为2∶1
C.含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者
D.有些原子在与其他原子形成分子时只能形成π键,不能形成σ键
14.元素周期表前四周期A、B、C、D、E五种元素,A元素的原子最外层电子排布式为ms1;B元素的原子价电子排布式为ns2np2;C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等;D元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子;E元素原子有五个未成对电子。
(1)E元素原子的价电子排布式是 ,在元素周期表中的位置是 ,其最高价氧化物的化学式是 。
(2)C基态原子的电子排布图为 ,
若A为非金属元素,则按原子轨道的重叠方式,A与C形成的化合物中的共价键属于 键(填“σ”或“π”)。
(3)当n=3时,B与C形成的化合物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是 。
(4)若A元素的原子最外层电子排布为2s1,B元素的基态原子价电子排布为3s23p2,A、B、C、D四种元素的电负性由大到小的顺序是 (用元素符号表示)。
题组四 共价键的键参数
15.(2020山东烟台二中高二月考)下列说法正确的是 ( )
A.键能越小,表示化学键越牢固,难以断裂
B.两原子核越近,键长越长,化学键越牢固,性质越稳定
C.破坏化学键时,吸收能量,而形成新的化学键时,则释放能量
D.键能、键长只能定性地分析化学键的特性
16.有关HF和HCl判断正确的是 ( )
A.键长:HF>HCl
B.键能:HF>HCl
C.稳定性:HCl>HF
D.共用电子对偏移程度:HCl>HF
17.下列有关共价键和键参数的说法不正确的是 ( 易错 )
A.一个丙烯(C3H6)分子中含有8个σ键和1个π键
B.碳碳双键比碳碳单键键能更大,故碳碳双键更稳定
C.C—H键比Si—H键键长更短,故CH4比SiH4更稳定
D.由于孤电子对的存在,H2O分子中的键角小于109°28'
18.下列有关共价键的键参数的说法不正确的是 ( )
A.CH4、C2H4、CO2分子中的键角依次增大
B.HF、HCl、HBr分子中的键长依次增长
C.H2O、H2S、H2Se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
19.(2020山西运城高二下月考)根据键能数据(H—Cl键 431 kJ·mol-1,H—I键 297 kJ·mol-1),可得出的结论是 ( )
A.溶于水时,HI比HCl更容易电离,所以氢碘酸是强酸
B.HI比HCl熔、沸点高
C.HI比HCl稳定
D.拆开等物质的量的HI和HCl的化学键,HI消耗的能量多
题组五 键能与化学反应中的能量变化
20.已知热化学方程式:N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH=+180 kJ·mol-1,其中、键的键能分别为946 kJ·mol-1、498 kJ·mol-1,则氮氧键的键能为 ( )
A.1 264 kJ·mol-1 B.632 kJ·mol-1
C.316 kJ·mol-1 D.1 624 kJ·mol-1
21.(2020甘肃张掖临泽一中高二月考)拆开1 mol共价键所吸收的能量或形成1 mol共价键所释放的能量称为键能。已知:H—H键的键能为436 kJ·mol-1,H—N键的键能为 391 kJ·mol-1,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。下列说法中正确的是 ( )
A.H—H键比键更牢固
B.键的键能约为946 kJ·mol-1
C.合成氨反应选择适当的催化剂是为了提高H2的转化率
D.0.5 mol N2和1.5 mol H2在题给条件下充分反应,放出的热量为46.2 kJ
22.常温下,断裂1 mol化学键所需要的能量用E表示。结合表中信息判断下列说法不正确的是 ( )
共价键
H—H
F—F
H—F
H—Cl
H—I
E(kJ·mol-1)
436
157
568
432
298
A.432 kJ·mol-1>E(H—Br)>298 kJ·mol-1
B.表中最稳定的共价键是H—F键
C.H2(g) 2H(g) ΔH=+436 kJ·mol-1
D.H2(g)+F2(g) 2HF(g) ΔH=-25 kJ·mol-1
能力提升练
题组一 共价键类型的判断
1.(2021湖北沙市五中高二下月考,)下列说法错误的是 ( )
A.杂化轨道可用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对
B.σ键和π键比例为7∶1
C.N2与O22+结构相似,1 mol O22+中含有的π键数目为2NA
D.已知反应N2O4(l)+2N2H4(l)3N2(g)+4H2O(l),若该反应中有4 mol N—H键断裂,则形成的π键数目为3NA
2.(2021江苏常州期初调研,)一种新型电池的电解质是由短周期主族元素组成的化合物,其结构如下所示。其中元素W、X、Y、Z处于元素周期表的同一周期,Y原子的最外层电子数是X次外层电子数的3倍。下列叙述错误的是 ( )
A.原子半径:r(W)
D.Y和Z组成的ZY2分子中σ键和π键数目之比为1∶1
3.(2020山东烟台第二中学高二月考,) 回答下列问题:
(1)1 mol CO2中含有的σ键数目为 ,π键数目为 。
(2)已知CO、CN-与N2结构相似,CO分子内σ键与π键个数之比为 。
(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的—个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料,燃烧时发生反应:N2O4(l)+2N2H4(l)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 038.7 kJ·mol-1,若该反应中有4 mol N—H键断裂,则形成的π键有 mol。
(4)CH4、NH3、H2O、HF分子中共价键的极性由强到弱的顺序是 。
题组二 共价键键参数与分子性质
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 ( )
A.键角是描述分子空间结构的重要参数
B.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
C.水分子可表示为H—O—H,分子中的键角为180°
D.H—O键的键能为463 kJ·mol-1,即18 g H2O分解成H2和O2时,消耗能量为2×463 kJ
5.(2020宁夏石嘴山第三中学高二期末,)氰气的分子式为(CN)2,结构式为,其化学性质与卤素单质相似,下列叙述不正确的是 ( )
A.键的键能大于键的键能
B.1个(CN)2分子中含有3个σ键和2个π键
C.键的键长小于键的键长
D.(CN)2能与NaOH溶液反应
题组三 根据键能计算化学反应中的能量变化
6.(2020四川乐山十校高二上期中,)下列说法正确的是 ( )
A.已知N—N键键能为193 kJ·mol-1,故氮氮三键的键能为193 kJ·mol-1×3
B.H—H键键能为436.0 kJ·mol-1,F—F键键能为157 kJ·mol-1,故F2比H2稳定
C.某元素原子最外层有1个电子,它跟卤素相结合时,所形成的化学键一定为离子键
D.N—H键键能为390.8 kJ·mol-1,其含义为形成1 mol N—H键所释放的能量为390.8 kJ
7.()科学家已获得了极具理论研究意义的N4分子,其结构为正四面体(如图所示),与白磷分子相似。已知断裂1 mol N—N键吸收193 kJ热量,断裂1 mol 键吸收941 kJ热量,则下列说法不正确的是 ( )
A.N4与N2互为同素异形体
B.N4中键角为109°28'
C.N4变成N2是化学变化
D.1 mol N4气体转化为N2(g)时要放出724 kJ能量
8.(2020河北石家庄正定中学高一下月考,)如图所示,ΔH1=-393.5 kJ·mol-1,ΔH2=-395.4 kJ·mol-1,下列说法或表示式正确的是 ( )
A.石墨和金刚石的转化是物理变化
B.C(s,石墨)C(s,金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1
C.金刚石的稳定性强于石墨
D.1 mol石墨的总键能比1 mol金刚石的总键能小1.9 kJ
答案全解全析
第2章 微粒间相互作用与物质性质
第1节 共价键模型
基础过关练
1.B 原子间形成分子时,共价键的方向性决定了分子的构型,饱和性决定原子之间的数量关系,所以决定各原子相互结合的数量关系的是共价键的饱和性,选B。
2.D 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,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项正确;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,这种成键的方向性也就决定了所形成分子的空间结构,故B、C项正确,D项不正确。
3.B A项,CO2中碳原子和氧原子之间存在极性共价键;B项,F2中只有F—F非极性键;C项,MgCl2中只存在镁离子和氯离子之间的离子键;D项,HClO中只存在极性共价键;故选B。
4.C 双原子分子中的共价键可能是非极性键也可能是极性键,故A错误;11H原子核中只有质子而没有中子,故B错误;离子化合物中一定含有离子键,可能含有非极性键,如Na2O2中存在O—O非极性键,故C正确;具有相同质子数的原子一定属于同种元素,但微粒可能为原子、分子、离子,化学性质可能不同,故D错误。
5.A A项,N2中N与N形成非极性共价键,不含极性键,N2不属于温室气体;B项,N2O中N与O形成极性共价键;C项,CH4中C与H形成极性共价键。N2O、CH4、CO2均为温室气体。
6.C 根据电子排布式可知四种原子分别是S、N、Na、C,其中Na是活泼金属,在化学反应中易失去最外层的一个电子,形成离子键,而π键是共价键的一种,S、N、C均能形成π键。
7.D ①HCl的结构式为H—Cl,只含σ键;②H2O的结构式为H—O—H,只含σ键;③O2的结构式为OO,既含σ键,又含π键;④H2O2的结构式为H—O—O—H,只含σ键;⑤C2H4的结构式为,既含σ键,又含π键;⑥C2H2的结构式为,既含σ键,又含π键。
8.B 金属元素的原子和非金属元素的原子之间也可以形成共价键,如AlCl3中Cl原子和Al原子间形成的就是共价键,故A错误;两个原子之间可以形成单键、双键、三键,1个单键中含有1个σ键,1个双键中含有1个σ键和1个π键,1个三键中含有1个σ键和2个π键,所以两个原子形成共价键时至少有1个σ键,故B正确;σ键能绕轴旋转,π键不能,故C错误;σ键和π键都可以存在于离子化合物中,如醋酸钠为离子化合物,但醋酸根离子中既有σ键又有π键,故D错误。
9.C π键是由原子轨道以“肩并肩”重叠形成的共价键,而σ键是由原子轨道“头碰头”重叠形成的共价键,故A错误;σ键呈轴对称,π键呈镜面对称,故B错误;乙烷分子中所含化学键均为单键,所以乙烷分子中的键全为σ键,乙烯分子中含CC键,乙烯分子中含σ键和π键,故C正确;氢气、氯气中均只含共价单键,则H2、 Cl2分子中只含σ键,故D错误。
10.D 全部由非金属元素构成的化合物中可能存在离子键,如氯化铵,故A错误;有的物质中不存在化学键,如稀有气体不含化学键,故B错误;已知乙炔的结构式为,则1个乙炔分子中存在3个σ键和2个π键,故C错误;乙烷分子中只有单键,所以只存在σ键,不存在π键,故D正确。
11.D 由题意可知,在N2F2分子中,所有原子均符合8电子稳定结构,其结构式应为F—NN—F,两个氮原子以双键相连,一个双键中含一个σ键、一个π键,氮、氟原子之间是单键,为σ键,所以一个N2F2分子中含三个σ键,一个π键。故选D。
12.B 该结构中含有氨基,显碱性,该物质不显酸性,A错误;该物质含氨基、氰基,故该物质能溶于水也能溶于乙醇,B正确;1个该分子中含σ键数为4,含π键数为2,故分子内σ键与π键数目之比为2∶1,C错误;分子内存在氨基,分子中所有原子不可能共面,D错误。
13.C 一个分子中含有6个σ键和3个π键,所以σ键与π键数目之比为2∶1,A错误;CO与N2结构相似,其σ键与π键数目之比为1∶2,B错误;由于π键的强度一般小于σ键的强度,故反应时π键比σ键易断裂,C正确;分子中不可能只有π键而没有σ键,D错误。
14.答案 (1)3d54s2 第四周期第ⅦB族 Mn2O7
(2)
↑↓
1s
↑↓
2s
↑↓
↑
↑
2p σ
(3)SiO2+2OH- SiO32-+H2O
(4)O>P>Si>Li
解析 元素周期表前四周期A、B、C、D、E五种元素,A元素的原子最外层电子排布式为ms1,A位于ⅠA族,可能为H、Li、Na、K;B元素的基态原子价电子排布式为ns2np2,B位于ⅣA族,B可能为C、Si或Ce;C元素位于第二周期且原子中p能级与s能级电子总数相等,电子排布式为1s22s22p4,C为O元素;D元素原子的M能层的p能级中有3个未成对电子,电子排布式为1s22s22p63s23p3,D为P元素;E元素原子有五个未成对电子,E位于第四周期,电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s2,E为Mn。
(1)E为Mn元素,其价电子排布式是3d54s2,在元素周期表中位于第四周期第ⅦB族,其最高价为+7价,则Mn元素的最高价氧化物的化学式是Mn2O7。
(2)C为O元素,基态O原子的核外电子总数为8,其电子排布图为
↑↓
1s
↑↓
2s
↑↓
↑
↑
2p;若A为非金属元素,则A为H,按原子轨道的重叠方式,A与C形成的化合物中只含共价单键,共价单键属于σ键。
(3)n=3时,B为Si元素,O、Si形成的化合物为二氧化硅,二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水,该反应的离子方程式为SiO2+2OH- SiO32-+H2O。
(4)若A元素的原子最外层电子排布为2s1,则A为Li,B元素的原子价电子排布为3s23p2,则B为Si,C为O、D为P,元素非金属性越强,电负性越大,则A、B、C、D四种元素的电负性由大到小的顺序是O>P>Si>Li。
15.C 键能越大,表示化学键越牢固,越难以断裂,故A错误;两原子核越近,键长越短,化学键越牢固,故B错误;破坏化学键时,消耗能量,而形成新的化学键时,则释放能量,故C正确;键能、键长能定量分析化学键的特性,故D错误。
16.B 原子半径:F
易错警示
一般双键中σ键的键能要大于π键的键能。不同共价键的强弱不同,σ键的键能不同,π键的键能也不同;有些物质π键的键能比σ键的键能还大。18.D 三者的键角分别为109°28'、约为120°、180°,依次增大,A选项正确;因为F、Cl、Br的原子半径依次增大,故与H原子形成共价键的键长依次增长,B选项正确;O、S、Se的原子半径依次增大,故与H原子形成共价键的键长依次增长,键能依次减小,C选项正确;分子的熔、沸点与共价键的键能无关,D选项错误。
19.A A项,H—I键键能较小,HCl为强酸,HI比HCl更容易电离,所以氢碘酸是强酸;B项,熔、沸点与分子间作用力有关,与键能无关;C项,键能越大,分子越稳定;D项,H—I键键能较小,则拆开等物质的量的HI和HCl,HCl消耗的能量多;故选A。
20.B 设氮氧键的键能为x,反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值,即946 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1-2x=180 kJ·mol-1,解得x=632 kJ·mol-1,故选B。
21.B ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和,即ΔH=-92.4 kJ·mol-1=E()+3×436 kJ·mol-1-6×391 kJ·mol-1,解得E()≈946 kJ·mol-1,大于H—H键的键能,所以,键更牢固,故A错误,B正确;催化剂不影响化学平衡的移动,不能提高H2的转化率,故C错误;合成氨反应是可逆反应,反应物不能完全转化,所以0.5 mol N2和1.5 mol H2在题给条件下充分反应,放出的热量小于46.2 kJ,故D错误。
22.D 由于r(I)>r(Br)>r(Cl),非金属性Cl>Br>I,所以432 kJ·mol-1>E(H—Br)>298 kJ·mol-1,A正确;键能越大形成的化学键越稳定,表中键能最大的是H—F键,最稳定的共价键是H—F键,故B正确;氢气变为气态氢原子吸收的热量等于氢气中断裂H—H键需要的能量,所以H2(g) 2H(g) ΔH=+436 kJ·mol-1,C正确;根据反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和,所以ΔH=436 kJ·mol-1+157 kJ·mol-1-2×568 kJ·mol-1=-543 kJ·mol-1,D不正确。
能力提升练
1.B 杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤对电子,没有杂化的p轨道形成π键,故A正确;分子中含有16个单键和2个双键,则σ键和π键比例应为9∶1,故B错误;N2和O22+结构相似,O22+的结构式为[]2+,所以1 mol O22+中含有的π键数目为2NA,C正确;若该反应中有4 mol N—H键断裂,则生成1.5 mol氮气,形成π键的数目是3NA, D正确。
2.B Y原子的最外层电子数是X次外层电子数的3倍,则Y是O元素;W、X、Y、Z处于元素周期表的同一周期,根据可知,Z是C元素、W形成1个共价键,W是F元素;X形成4个共价键,其中有1个是由X提供空轨道形成的配位键,说明X最外层有3个电子,X是B元素。电子层数相同,原子半径随原子序数的增大而减小,原子半径r(F)
解析 (1)CO2的结构式是OCO,1个二氧化碳分子中有2个碳氧双键,一个双键中有1个σ键和1个π键,1 mol CO2中含有的σ键数目为2NA,π键数目为2NA。
(2)N2的结构式是,一个键中含1个σ键和 2个π键,已知CO、CN-与N2结构相似,则CO分子内σ键与π键个数之比为1∶2。
(3)N2的结构式为,一个键中有1个σ键和2个π键,产物中只有N2中含有π键;1个肼(N2H4)分子中含有4个N—H键。燃烧时发生反应:N2O4(l)+2N2H4(l)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 038.7 kJ·mol-1,若该反应中有4 mol N—H键断裂,则消耗1 mol N2H4,生成1.5 mol N2,形成的π键有3 mol。
(4)同周期元素从左到右电负性增强,原子吸引电子的能力增强,所以CH4、NH3、H2O、HF分子中共价键的极性由强到弱的顺序是HF>H2O>NH3>CH4。
4.A H—O键、H—F键的键能依次增大,意味着形成H—O键、H—F键时放出的能量依次增大,O2、F2与H2反应的能力逐渐增强,B项错误;水分子中键角为104.5°,C项错误;D项中H—O键的键能为463 kJ·mol-1, 18 g H2O(即1 mol H2O)中含2 mol H—O键,断开时需吸收2×463 kJ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,还需释放出一部分能量,故D项错误。
5.B 原子半径:N
7.B N4与N2为N组成的不同单质,二者互为同素异形体,故A正确;每个N原子都以3个共价键与其他3个N原子结合形成共价键,从而形成正四面体结构,键角为60°,故B错误;N4变成N2有新物质生成,属于化学变化,故C正确;从结构图中可看出,一个N4分子中含有6个N—N键,根据N4(g) 2N2(g) ΔH,有ΔH=6×193 kJ·mol-1-2×941 kJ·mol-1=-724 kJ·mol-1,则1 mol N4气体转化为N2(g)时要放出724 kJ能量,故D正确。
8.B 石墨转化为金刚石有新物质生成,属于化学变化,故A错误;由图可得:①C(s,石墨)+O2(g) CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1;②C(s,金刚石)+O2(g) CO2(g) ΔH2=-395.4 kJ·mol-1,利用盖斯定律①-②可得:C(s,石墨) C(s,金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1,故B正确;1 mol金刚石具有的能量大于1 mol石墨具有的能量,能量越高越不稳定,所以石墨比金刚石稳定,C错误;根据热化学方程式C(s,石墨) C(s,金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1可知,1 mol石墨的总键能比1 mol金刚石的总键能大1.9 kJ,故D错误。
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