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高中化学第一节 共价键教学设计
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这是一份高中化学第一节 共价键教学设计，共30页。
分子结构与性质
尽管形形色色、斑斓多彩的物质在外形上或功能上有所差异，却都是由110多种元素构成的。通过化学必修课程的学习，你已经了解到原子之间能够通过强烈的相互作用——化学键结合在一起。那么，为什么原子之间能够以不同类型的化学键互相结合？原子形成的分子为什么会有不同的立体构型？分子之间是否也存在某种相互作用？
物质是由原子、分子、离子等微粒构成的。微粒间的相互作用(化学键或分子间相互作用)理论是物质构成的基本理论。基于这些理论，人们才能深入探讨物质的微观结构和宏观性质之间的关系，从而进一步认识并制备出各种具有特定化学组成和结构的物质。
第一节 共价键
第1课时 共价键的特征和类型
通过化学必修课程的学习你已知道，氢气在氧气中和氯气中燃烧分别生成水(H2O)和氯化氢(HCl)，而且在这两种化合物的分子内部，原子间通过共用电子对形成了一种化学键——共价键。你是否产生过这样的疑问：氢原子为什么会与氧原子或氯原子结合形成稳定的分子？氢原子与氯原子结合成氯化氢分子时原子个数比为1︰1，而氢原子与氧原子结合成水分子时原子个数比却为2︰1，这又是为什么？为什么原子间可以通过共用电子对形成稳定的分子？共价键究竟是怎样形成的，其特征又是怎样的呢？
一、共价键
1．共价键
2．共价键表示方法
化学式
电子式
结构式
H2O2
H—O—O—H
NH3
H2
______
HCl
__H—H____
H—Cl
N2
______
__N≡N____
C2H4
______
______
CO2
______
__O===C===O____
二、σ键与π键
1．σ键
(1)形成：两个原子的某能级上的电子以__头碰头____的形式重叠时形成。
(2)特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键的电子云的图形__不变____，称为__轴对称____。
(3)σ键的类型：“__s－s____σ键”如H2，“s－pσ键”如HCl，“__p－p____σ键”如Cl2。
2．π键
(1)形成：两个原子的p能级上的电子以__肩并肩____的形式重叠时所形成。
(2)特征：电子云由两块组成，分别位于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____，称为__镜面对称____。
(3)π键的类型：常见的：__p－p____π键。
3．σ键、π键的存在规律
共价单键为__σ____键；共价双键中有一个__σ____键、一个__π____键；共价三键由__一____个σ键和__两____个π键组成。
1．思考辨析：
(1)非金属元素只能形成共价键。( × )
(2)所有共价键都有方向性和饱和性。( × )
(3)CS2分子里有一个σ键和一个π键。( × )
(4)两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键。( √ )
2．以下说法正确的是( A )
A．共价化合物内部可能有极性键和非极性键
B．原子或离子间相互的吸引力叫化学键
C．非金属元素间只能形成共价键
D．金属元素与非金属元素的原子间只形成离子键
解析：全部由共价键形成的化合物是共价化合物，则共价化合物内部可能有极性键和非极性键，例如乙酸、乙醇中，A正确；相邻原子之间强烈的相互作用是化学键，包括引力和斥力，B不正确；非金属元素间既能形成共价键，也能形成离子键，例如氯化铵中含有离子键，C不正确；金属元素与非金属元素的原子间大部分形成离子键，但也可以形成共价键，例如氯化铝中含有共价键，D不正确。
3．下列说法正确的是( B )
A．含有共价键的化合物一定是共价化合物
B．分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物
C．由共价键形成的分子一定是共价化合物
D．只有非金属原子间才能形成共价键
解析：A项，某些单质如(H2)与某些离子化合物如(Na2O2)也含有共价键，A错；B项，分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物，B对；C项，由共价键形成的分子也可能是非金属单质，C错；D项，除非金属原子之间可以形成共价键外，电负性之差小于1.7的金属与非金属元素的原子之间也可以形成共价键，故D错。
4．下列有关σ键和π键的说法错误的是( D )
A．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者
B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键
C．有些原子在与其他原子形成分子时，只能形成σ键，不能形成π键
D．在分子中，化学键可能只有π键而没有σ键
解析：当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键，故D项错误。
5．下列物质的分子中，没有π键的是( D )
A．CO2 B．N2
C．CH≡CH D．HClO
解析：双键中有一个σ键、一个π键，三键中有一个σ键、两个π键，故本题只要知道分子中原子之间的连接方式即可。
6．氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是( C )
A．氯原子的2p轨道和氢原子的1s轨道
B．氯原子的2p轨道和氢原子的2p轨道
C．氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道
D．氯原子的3p轨道和氢原子的3p轨道
解析：氯化氢分子中，氢原子的1s轨道与氯原子的3p轨道形成共价键。
知识点一 电子式知识回顾
1．定义
在元素符号周围用小黑点(·)或叉(×)表示原子或离子的最外层电子的式子叫做电子式。
2．原子的电子式
书写原子的电子式时，一般将原子的最外层电子写在元素符号的上、下、左、右四个位置上。例如：
3．离子的电子式
书写离子的电子式时，由于简单阳离子是原子失去最外层电子后形成的，故只写其元素符号，并在元素符号的右上角注明所带电荷数，如Na＋、Mg2＋等；由于简单阴离子得到电子后最外层一般为8电子结构，书写时要在元素符号周围标出电子，用“[ ]”括起来，并在右上角注明所带电荷数，如等；较复杂的
阴、阳离子一般也要用“[ ]”，如。
4．用电子式表示共价化合物、离子化合物的形成过程。如：
①用“―→”连接，不用“===”。
②“―→”两端的物质均用电子式表示。
典例1 下列电子式中，正确的是( C )
解析：NH4Cl的正确电子式为；
NH4Br的正确电子式为；
CaCl2的正确电子式为。
〔变式训练1〕 下列有关表述错误的是( C )
A．IBr的电子式为
B．HClO的结构式为H—O—Cl
C．HIO各原子都满足8电子结构
D．MgO的形成过程可以表示为
解析：I、Br最外层均有7个电子，通过共用一对电子即可达到8电子稳定结构，A正确；B中H、Cl、O三原子之间通过共用电子对形成次氯酸，其电子式为，结构式为H—O—Cl，B正确；HIO的结构与HClO类似，其中I、O两原子的最外层达到8电子稳定结构，H原子最外层只有2个电子，C不正确；D中MgO是离子化合物，正确。
知识点二 共价键的形成及分类
1．σ键与π键的形成
(1)σ键的形成
形成
成键原子的s轨道或
p轨道“头碰头”重叠而形成
类
型
s－s
σ键
H—H的σ键的形成
s－p
σ键
H—Cl的σ键的形成
p－p
σ键
Cl—Cl的σ键的形成
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；σ键的强度较大
(2)π键的形成
形成
由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成
p－pπ键
p－p的π键的形成
特征
π键的电子云具有镜面对称性，即每个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；π键不能旋转；不如σ键稳定，较易断裂。
2．σ键π键的比较
键类型
σ键
π键
原子轨道
重叠方式
沿键轴方向相对
重叠(“头碰头”)
沿键轴方向平行
重叠(“肩并肩”)
原子轨道
重叠部位
两原子核之间，
在键轴处
键轴上方和下方
原子轨道
重叠程度
大
小
键的强度
较大
较小
化学活泼性
不活泼
活泼
成键规律判断
共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键，另一个是π键；共价三键中一个是σ键，另两个是π键
特别提醒：(1)s轨道与s轨道形成σ键时，电子并不是只在两核间运动，只是电子在两核间出现的概率大。
(2)形成共价键的两种元素电负性差别较小，一般电负性差值小于1.7。如H(2.1)与Cl(3.0)，电负性差值为0.9，形成共价键。
(3)形成共价键时，成键的两个原子核都吸引共用电子对，使之处于平衡状态，体系总能量降低。
(4)π键电子云重叠程度比σ键小，因此π键没有σ键牢固，反应中比较活泼。
典例2 下列关于σ键与π键的说法正确的是( A )
A．σ键是以“头碰头”方式形成的共价键，π键是以“肩并肩”方式形成的共价键
B．描述的是π键的形成过程
C．原子轨道以“头碰头”方式相互重叠比以“肩并肩”方式相互重叠的程度小，所以σ键比π键活泼
D．可以表示N2分子中σ键和π键存在的情况
解析：B项中描述的是“头碰头”方式的相互重叠，所以形成的是σ键；σ键的相互重叠程度大于π键，所以σ键更稳定，C项错误；考虑到σ键和π键的相互重叠方式，中间位置形成的是σ键，其他位置形成的是π键，D项错误。
〔变式训练2〕 下列说法中正确的是( D )
A．乙烷分子中，既有σ键，又有π键
B．σ键是镜像对称的，而π键是轴对称的
C．由分子构成的物质中一定含有σ键
D．有些原子在与其他原子形成分子时，只能形成σ键，不能形成π键
解析：A中，乙烷的分子结构式为，只有σ键，无π键；B中，σ键是轴对称，π键是镜像对称；C中，单原子分子(如He、Ne等稀有气体)中不含有化学键；D中，只有当原子之间p电子与p电子之间以“肩并肩”形式重叠时，才能形成π键。
知识点三 共价键的特征及其存在
1．共价键的特征
(1)饱和性。
①一个原子有几个未成对电子，便和几个自旋状态相反的电子配对成键，形成几个共价键。如H、Cl都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，即分子中只有一个共价键，而不能形成H3、HCl2、Cl2分子；一个N有3个未成对电子，两个N可以形成N≡N共价三键，一个N可与3个氢形成，含有3个共价键。
②共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成。
(2)方向性。
共价键形成时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，重叠程度越大，形成的共价键越牢固。同种分子(如HX)中成键原子电子云(原子轨道)重叠程度越大，形成的共价键越牢固，分子结构越稳定。如HX的稳定性：HF>HCl>HBr>HI。
共价键的方向性决定了分子的立体构型。
2．共价键的表示方法
(1)用电子式表示：用小黑点(或×)表示原子最外层电子。
(2)用结构式表示：用一条短线表示一对共用电子。如HClO的电子式为、结构式为H—O—Cl。
3．共价键的存在范围
(1)共价化合物：以共用电子对(形成共价键)形成分子的化合物称为共价化合物。共价化合物的组成粒子(原子)通过共价键结合成分子，因此共价化合物中一定存在共价键。如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。
(2)非金属单质分子中(稀有气体除外)，如O2、F2、H2、C60等。
(3)部分离子化合物中，如Na2SO4中的SO中存在共价键，NaOH中的OH－中存在共价键，NH4Cl中的NH中存在共价键，Na2O2中的O中存在共价键，等等。
典例3 原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的( B )
A．共价键的方向性
B．共价键的饱和性
C．形成共价键原子的大小
D．共价键的稳定性
解析：原子间形成分子时，形成了共价键，共价键具有饱和性和方向性，方向性决定分子的立体构型，饱和性则决定分子中各原子的数量关系。
〔变式训练3〕 下列说法正确的是( A )
A．H—H键无方向性
B．基态碳原子有两个未成对电子，所以最多只能形成2个共价键
C．1个氮原子最多只能与3个氢原子结合形成氨分子，是由共价键的饱和性决定的
D．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
解析：s轨道为球形，在空间的各个方向上s轨道与s轨道形成的共价键都没有方向性，H—H键是由两个1s轨道重叠得到的，故H—H键无方向性，A项正确；除s轨道以外的其他原子轨道都有方向性，当s轨道与其原子轨道重叠或其他原子轨道之间重叠时，共价键都有方向性，D项错误；在形成CH4的过程中，碳原子2s轨道中的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道，最多可以形成4个共价键，B项错误；1个氮原子可以与3个氢原子结合，还有一对孤电子对可以与H＋形成配位键，即形成NH，此时共价键也饱和，C项错误。
鲍林的贡献
美国化学家鲍林(L.Pauling)一生获得过两次诺贝尔奖。他在关于化学键本质的研究及其在物质结构中的应用方面做出过重大贡献。鲍林把量子力学应用于分子结构的研究，把价键理论扩展到金属和金属间化合物，并发展了原子核结构和核裂变过程实质的理论；同时，他在生物化学研究如蛋白质结构研究方面也卓有建树。鲍林在研究量子化学和其他化学理论时，创造性地提出许多新概念如共价半径、金属半径、电负性标度等，这些概念的应用对现代化学、凝聚态物理的发展都有重大意义。
1．下列物质中，既含有离子键又含有共价键的是( B )
A．氯化钠 B．氢氧化钠
C．水 D．氯气
2．下列对σ键的认识不正确的是( A )
A．σ键不属于共价键，是另一种化学键
B．s－sσ键与s－pσ键的对称性相同
C．分子中含有共价键，则至少含有一个σ键
D．含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同
3．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 ( B )
A．H2 B．HCl
C．Cl2 D．F2
4．下列分子既不存在s－pσ键，也不存在p－pπ键的是( D )
A．HCl B．HF
C．SO2 D．SCl2
解析：A项和B项的分子都含有H原子，能提供s电子云与p电子云形成s－pσ；C项的分子含有S===O键，应有π键存在；D项SCl2分子中只存在2个p－pσ键()。
5．下列不属于共价键成键因素的是( D )
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
解析：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更多；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子的大小与能否形成共价键无必然联系。
6．下列说法正确的是( A )
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．所有共价键都有方向性
D．两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子不仅存在于两核之间，还会绕两核运动
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；H2O只能结合1个H＋形成H3O＋，证明共价键有饱和性，B项错误；H2分子中氢原子的s轨道成键时，因为s轨道呈球形，所以H2中的H—H键没有方向性，C项错误；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。
基 础 巩 固
一、选择题
1．下列关于化学键的说法不正确的是( D )
A．化学键是一种作用力
B．化学键可以是原子间作用力，也可以是离子间作用力
C．化学键存在于分子内部
D．化学键存在于分子之间
解析：化学键是分子内原子之间强烈的相互作用，不是分子间作用力。
2．共价键具有饱和性和方向性，下列关于共价键这两个特征的叙述中，不正确的是( D )
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的轨道的方向性决定的
C．共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系
D．共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
解析：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未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，故A、C两项正确；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大越好，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存在着必然的联系，故B项正确、D项错误。
3．关于乙醇分子的说法正确的是( C )
A．分子中共含有8个极性键
B．分子中不含非极性键
C．分子中只含σ键
D．分子中含有1个π键
解析： 乙醇的结构简式为CH3CH2OH，共有8个共价键，其中C—H、C—O、O—H键为极性键，共7个，C—C键为非极性键，由于全为单键，故无π键。
4．已知：元素X的电负性数值为2.5，元素Y的电负性数值为3.5，元素Z的电负性数值为1.2，元素W的电负性数值为2.4。你认为上述四种元素中，最容易形成共价键的是( B )
A．X与Y B．X与W
C．Y与Z D．Y与W
解析：一般来说，电负性小于1.8的为金属，且电负性越小，金属性越强；电负性大于1.8的为非金属，且电负性越大，非金属性越强，电负性差别小的两元素最可能形成共价键。
5．下列表示原子间形成共价键的化学用语正确的是( D )
解析：H2O2、HF都为共价化合物，其正确的电子式应不带“[ ]”，无阴、阳离子。NH3为共价化合物，结构式中未共用的孤电子对不写在元素符号的周围。
6．下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是( A )
A．CH4与NH3 B．C2H6与C2H4
C．H2与Cl2 D．Cl2与N2
解析：A项中全是s－pσ键；而B项中C2H6只存在σ键，而C2H4存在σ键和π键；C项中H2为s－sσ键，Cl2为p－pσ键；D项中Cl2中只存在σ键，而N2中存在σ键和π键。
7．下列物质的分子中既有σ键又有π键的是( D )
①HCl ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．①②③ B．③④⑤⑥
C．①③⑤ D．③⑤⑥
解析：当两个原子间能形成多对共用电子对时首先形成一个σ键，另外的原子轨道形成π键。N2中存在叁键：一个σ键、两个π键，C2H4中存在C===C双键：一个σ键、一个π键，C2H2中存在C≡C叁键：一个σ键、两个π键。
8．下列说法不正确的是( C )
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．气体单质分子中，一定有σ键，可能有π键
D．N2分子中有1个σ键，2个π键
解析：σ键的“头碰头”重叠比π键“肩并肩”重叠的程度大，所以σ键强，故A正确；s电子只能形成σ键，p电子间优先形成1个σ键且只能形成1个σ键，所以两个原子之间最多有1个σ键，故B正确；稀有气体是单原子分子，不存在化学键，故C错误；N2分子的结构式为N≡N，而三键是由1个σ键和2个π键组成，故D正确。
二、非选择题
9．A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们的核电荷数依次递增，已知：B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，电子总数是E原子电子总数的1/2，F是同周期元素中原子半径最小的元素：D2－与E2＋的电子层结构相同。B与D可以形成三原子化合物甲；A是非金属元素，且A、C、F可形成离子化合物乙。请回答：
(1)F元素的名称是__氯____，E的元素符号是__Mg____。
(2)写出化合物乙的电子式______。
(3)化合物甲有__2____个σ键，__2____个π键。
(4)B、C、D三种元素组成的气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序是__H2O＞NH3＞CH4____。
解析：由B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，知B为碳元素；由B的电子总数是E电子总数的1/2，知E是12号元素Mg；A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们核电荷数依次递增，则F必是第三周期元素，F是同周期元素中原子半径最小的元素，则F为氯元素；D2－与E2＋的电子层结构相同，则D为O元素，C是介于碳和氧之间的元素，即为氮元素；A是非金属元素且A、C、F可形成离子化合物乙，则A为H元素，乙为NH4Cl；B与D可以形成三原子化合物甲，甲为CO2，其结构式为O===C===O，一个双键中有一个σ键，1个π键。
10．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__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)只有σ键的是__①②③⑥⑦⑧____；既有σ键又有π键的是__④⑤⑨____。
(3)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是__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键的是__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键的是__②④⑤⑥⑧⑨____。
解析：(1)由同一种非金属元素形成的共价键是非极性共价键，由不同种非金属元素形成的共价键是极性键，故只含有极性键的是①、③、⑨；只含有非极性键的是②、④、⑦；既有极性键又有非极性键的是⑤、⑥、⑧。
(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，即单键都是σ键，而双键或三键才含有π键，故只有σ键的是①、②、③、⑥、⑦、⑧；既有σ键又有π键的是④、⑤、⑨。
(3)构成H2的H原子都是只有s轨道，故含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的只能是H2。
(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σ共价键中一定含有H原子，故正确答案为①、③、⑤、⑥、⑧、⑨。
(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，说明构成这种σ键的原子中一定没有H原子，故正确答案为④、⑤、⑥、⑧、⑨。
11．a、b、c、d为四种由短周期元素组成的中性粒子，它们都有14个电子，且b、c、d都是共价型分子。回答下列问题：
(1)a单质可由原子直接构成，a单质可用作半导体材料，其原子核外电子排布式为__1s22s22p63s23p2____。
(2)b是双核化合物，常温下为无色无味气体，b的化学式为__CO____。人一旦吸入b气体后，就易引起中毒，是因为__CO一旦被吸入肺里后，会与血液中的血红蛋白结合，使血红蛋白丧失输送氧气的能力____而中毒。
(3)c是双核单质，写出其电子式__︰N⋮⋮N︰____。c分子中所含共价键的类型为__非极性键____(填“极性键”或“非极性键”)。
(4)d是四核化合物，其结构式为__H－C≡C－H____；d分子内所含σ键的数目是__3____，π键的数目是__2____，σ键的强度比π键的强度__大____，原因是__形成σ键的原子轨道的重叠程度比π键的重叠程度大，形成的共价键强____。
能 力 提 升
一、选择题
1．现有如下各说法：
①在水中氢、氧原子间均以化学键相结合；②金属和非金属化合形成离子键；③离子键是阳离子、阴离子的相互吸引；④根据电离方程式：HCl===H＋＋Cl－，判断HCl分子里存在的离子键；⑤H2分子和Cl2分子的反应过程是H2、Cl2分子里共价键发生断裂生成H、Cl原子，而后H、Cl原子形成离子键的过程；⑥任何物质内都存在化学键。
上述各种说法正确的是( B )
A．①②⑤正确 B．都不正确
C．④正确，其他不正确 D．仅①不正确
解析：水中存在分子内H、O原子之间的相互作用，分子间的H、O原子也存在相互作用，而化学键只指分子内相邻原子间强烈的相互作用。故①叙述不正确。离子键不是存在于任何金属和非金属微粒间，只有活泼金属和活泼非金属化合时，才可形成离子键。故②叙述不正确。在离子化合物中，阴、阳离子间存在相互作用，但不单指相互吸引力，还有相互排斥力。故③叙述也不正确。HCl分子中不存在离子，它属于共价化合物，分子中没有离子键。故④叙述不正确。化学反应的本质是旧键断裂、新键形成的过程，但HCl中存在共价键而非离子键。故⑤叙述不正确。稀有气体分子为单原子分子，它们不含化学键，故⑥错。
2．下列变化中释放能量的是( D )
A．1s22s22p63s1―→1s22s22p6
B．N≡N(g)―→N(g)＋N(g)
C．2p2p2p―→2p2p2p
D．2H(g)―→H—H(g)
解析：A项失去3s电子，要吸收能量；B项共价键断裂，吸收能量；C项2px、2py、2pz的能量相等，无能量变化；D项，形成共价键，释放能量。
3．如图表示氢原子的电子云重叠示意图。以下各种说法中错误的是( C )
A．图中电子云重叠意味电子在核间出现的机会多
B．氢原子的核外的s电子重叠形成共价键
C．氢原子的核外电子呈云雾状，在两核间分布得密一些，将两核吸引
D．氢原子之间形成σ键，s－sσ键没有方向性
解析：电子云是对核外电子运动状态的一种形象描述，并不是指电子呈云雾状，图中“小黑点”的疏密只表示电子出现概率的大小。
4．下列用电子式表示物质的形成过程正确的是( D )
解析：A项中HCl是共价化合物，电子式为；B项中NaBr为离子化合物，电子式为；C项中MgF2的电子式为。D项正确。
5．下列说法正确的是( A )
A．1 mol CnH2n＋2分子中含有(3n＋1)mol共价键
B．Na2O2和Na2O晶体中阳离子与阴离子的数目比相同，化学键类型也相同
C．只含有非金属元素的化合物中只有共价键
D．电负性之差小于1.7的两种元素的原子间一定形成共价键
解析：本题考查共价键的形成和存在。烷烃分子中只有C—C键和C—H键，1个CnH2n＋2分子中含有(n－1)个C—C键和(2n＋2)个C—H键，A项正确；Na2O2和Na2O中Na＋与O、Na＋与O2－数目比均为2︰1，但Na2O2中有非极性键而Na2O中无共价键，B项不正确；NH4Cl等铵盐中有离子键、电负性之差小于1.7的Na与H、K与H等均形成离子键，C、D项不正确。
6．下列说法正确的是( C )
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
解析：s轨道是球形对称，所以s－sσ键无方向性，其他所有的共价键都有方向性。共价键的饱和性决定组成分子的原子间的数量关系，共价键的方向性，决定了分子的空间构型。
7．具有下列电子排布式的原子中，不能形成π键的是( C )
A．1s22s22p63s23p4 B．1s22s22p3
C．1s22s22p63s1 D．1s22s22p2
解析：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一个电子，形成的是离子键，而π键是共价键中的一种。
8．(双选)下列有关叙述正确的是( AD )
A．已知NaH是离子化合物，则其电子式是Na＋[︰H]－
B．在PCl5分子中，磷原子满足最外层8电子结构
C．在BCl3分子中，所有原子都满足最外层8电子结构
D．在C2H2HCCH分子中有3个σ键、两个π键
解析：在BCl3分子中，Cl原子达8电子结构，B原子少于8电子；在PCl5分子中Cl原子达8电子结构，P原子多于8电子结构。
9．防晒霜之所以能有效地减轻紫外线对人体的伤害，是因为它所含的有效成分的分子中含有π键，这些有效成分的分子中的π电子可在吸收紫外线后被激发，从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。下列物质中没有防晒效果的是( D )
A．氨基苯甲酸
B．羟基丙酮
C．肉桂酸(C6H5—CH===CH—COOH)
D．酒精
解析：π键只存在于不饱和键中，选项A、B、C中均含有C===O，有π键，而D项中无不饱和键，不含有π键，因而酒精没有防晒效果，故选D项。
二、非选择题
10．(1)指出下图所表示的共价键名称，并列举含有该共价键的一种物质，写出其分子式。
共价键名称 举例
①__s－sσ____，__H2____；
②__s－pσ____，__HCl____；
③__p－pσ____，__Cl2____；
④__pz－pzπ____，__N2____；
⑤__py－pyπ____，__N2____。
(2)某有机物分子的结构简式为，该分子中有__8____个σ键，__2____个π键，有__4____种极性键，__有____(填“有”或“没有”)非极性键。
(3)用电子式表示Cl2、NH3、H2S、CO2分子的形成过程。
解析：(2) 有3个C—Hσ键、2个C—Cσ键、2个C—Oσ键、1个O—Hσ键、C===C和C===O中分别有1个π键；有C—H、C===O、C—O、O—H 4种极性键，还有C===C、C—C非极性键。
11．有三种物质AC2、B2C2、AD4，元素A在自然界中形成的物质种类最多；元素B的单质能在C的气态单质中剧烈燃烧，火焰呈黄色，并生成淡黄色固体B2C2；元素D的负一价阴离子的电子层结构与氩原子相同，则：
(1)A、B、C、D的元素名称分别是__碳____、__钠____、__氧____、__氯____。
(2)AD4分子中含有的共价键类型为__σ键____(填“σ键”或“π键”)。
(3)D的负一价阴离子的电子排布式为__1s22s22p63s23p6____，B2C2的电子式为______，属__离子化合物____(填“离子化合物”或“共价化合物”)。
解析：A在自然界中形成的物质种类最多，是碳元素；淡黄色固体B2C2是Na2O2，即B为Na，C为氧；元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同，D为Cl。
第2课时 共价键的键参数与等电子体
在研究分子结构时发现，CO分子与N2分子结构非常相似，它们的分子中价电子总数都是10，键能都较大，物理性质也非常相似，你知道为什么吗？
一、键参数——键能、键长与键角
1．概念和特点：
概念
特点
键能
__气态基态____原子形成1 mol化学键__释放____的最低能量
键能越大，键越__稳定____
键长
形成共价键的两个原子之间的__核间距____
键长越短，键能__越大____，键越__稳定____
键角
分子内两个__共价键____之间的夹角
表明共价键有__方向性____，决定分子的__立体结构____
2．对物质性质的影响；
二、等电子体
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：满足等电子原理的分子称为等电子体。如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，它们的许多性质相似。
1．下列说法中正确的是( A )
A．双原子分子中化学键键能越大，分子越稳定
B．双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定
C．双原子分子中化学键键角越大，分子越稳定
D．在双键中，σ键的键能要小于π键的键能
解析：在双原子分子中没有键角，故C项错；当其键能越大，键长越短时，分子越稳定，故A项对，B项错；D项中σ键的重叠程度要大于π键的，故σ键的键能要大于π键的键能。
2．根据等电子原理，下列分子或离子与其他选项不属于同一类的是( D )
A．PF B．SiO
C．SO D．SiH4
解析：A、B、C三项为等电子体。四个选项均为5个原子构成的微粒，其中A、B、C三项的价电子总数均为32个，而D项只有8个，故D项不符合。本题考查等电子体的概念，解答时把握两点；①原子数相同，②价电子总数相等。
3．下列关于键长或键角的叙述中正确的是( C )
A．氨分子中两个氢原子间的距离是H—H键的键长
B．氯气中两个氯原子间的距离是Cl—Cl键的键长
C．键长：C≡C
4．已知X—X、Y—Y、Z—Z键的键长分别为198 pm、74 pm、154 pm，则它们单质分子的稳定性是( D )
A．X2>Y2>Z2 B．Z2>Y2>X2
C．Y2>X2>Z2 D．Y2>Z2>X2
解析：共价键的键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子也越稳定，而三种单质的键长由小到大的顺序为：Y—YZ2>X2。
5．下列说法中正确的是( D )
A．在分子中，两个原子间的距离叫键长
B．非极性键的键能大于极性键的键能
C．键能越大，表示该分子越容易受热分解
D．H—Cl的键能为431.8 kJ·mol－1，H—I的键能为298.7 kJ·mol－1，这可说明HCl分子比HI分子稳定
解析：形成共价键的两个原子核间的距离为键长，A错误；键能的大小取决于成键原子的电负性，与键的极性无必然联系，B错误；键能越大，越难断裂化学键，分子越稳定，C错误、D正确。
6．能说明BF3分子中的4个原子处于同一平面的理由是( C )
A．3个B—F的键能相同
B．3个B—F的键长相同
C．3个B—F的键角均为120°
D．3个B—F的键均为σ键
解析：键能和键长是共价键稳定性的重要参数，键角是分子在空间立体结构的重要参数，要学会根据这些参数分析判断分子的结构。当3个B—F的键角均为120°，BF3分子的4个原子处于同一个平面内，且构成平面三角形。其他几个选项虽然能正确描述BF3分子的结构，但无法说明其分子在空间的结构。
知识点一 键参数及其应用
1．键参数与分子性质的关系
分子的键参数与分子的立体构型和分子性质之间的关系可以表示如下：
(1)共价键强弱的判断
①由原子半径和共用电子对数判断。
一般来说，形成共价键的两原子半径之和越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。
如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同(1对)，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，故共价键牢固程度H—F>H—Cl>H—Br>H—I，因此，稳定性HF>HCl>HBr>HI。
②由键能判断。
共价键的键能越大，表示破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。
③由键长判断。
共价键键长越短，破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。
(2)键长和键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的几何构型就确定了。如NH3分子的H—N—H键角是107°，N—H键的键长是101 pm，就可以断定NH3分子是三角锥形分子。如图：
2．共价键的键能与化学反应热
(1)化学反应的实质：
化学反应的实质就是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。
(2)化学反应过程有能量变化：
(3)反应热(ΔH)与键能的关系：
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和
注意：ΔH<0时，为放热反应；ΔH>0时，为吸热反应。
典例1 关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是( C )
A．键角是描述分子立体结构的重要参数
B．键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关
C．键能越大，键长越长，共价化合物越稳定
D．键角的大小与键长、键能的大小无关
解析：A．键长和键角常被用来描述分子的空间结构，键角是描述分子立体结构的重要参数，A正确；B．形成共价键的两原子半径之和越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，键长越短，B正确；C．键能越大，键长越短，共价化合物越稳定，C错误；D．在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角称为键角，其与分子结构有关，与键长、键能无关，D正确。
〔变式训练1〕 能够用键能的大小作为主要依据来解释的是( D )
A．常温常压下氯气呈气态，而溴单质呈液态
B．硝酸是挥发性酸，而硫酸、磷酸是不挥发性酸
C．稀有气体一般难发生化学反应
D．空气中氮气的化学性质比氧气稳定
解析：共价分子构成物质的状态取决于分子间作用力的大小，与分子内共价键的键能无关；物质的挥发性与分子内键能的大小无关；稀有气体是单原子分子，无化学键，难发生化学反应的原因是它们的价电子已形成稳定结构；氮气比氧气稳定，是由于N2分子中共价键的键能(946 kJ·mol－1)比O2分子中共价键的键能(497.3 kJ·mol－1)大，在化学反应中更难断裂。
知识点二 等电子原理及其应用
1．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。此原理称为等电子原理。满足等电子原理的分子互称为等电子体。
提示：①等电子体的价电子总数相同，而组成原子的核外电子总数不一定相同。
②等电子体原理可以拓展到原子数相同，价电子总数相同的微粒，例如N2与CN－互为等电子体。
2．CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，是等电子体，其性质对比如下：
CO分子和N2分子的某些性质
分子
熔点/℃
沸点/℃
在水中的
溶解度(室温)
分子的价
电子总数
CO
－205.05
－191.49
2.3 mL
1 075
10
N2
－210.00
－195.81
1.6 mL
946
10
3．常见等电子体
类型
实例
空间构型
双原子10电子的等电子体
N2，CO，NO＋，C，CN－
直线形
三原子16电子的等电子体
CO2，CS2，N2O，NCO－，NO，N，NCS－，BeCl2(g)
直线形
三原子18电子的等电子体
NO，O3，SO2
V形
四原子24电子的等电子体
NO，CO，BO，CS，BF3，SO3(g)
平面三角形
五原子32电子的等电子体
SiF4，CCl4，BF，SO，PO
四个σ键，
正四面体形
七原子48电子的等电子体
SF6，PF，SiF，AlF
六个σ键，
正八面体形
4．等电子原理的应用
(1)判断一些简单分子或离子的空间构型。
(2)利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。
(3)利用等电子原理针对某物质找等电子体。
典例2 通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是( B )
A．CH4和NH是等电子体，键角均为60°
B．NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构
C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构
D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道
解析：CH4和NH都是正四面体结构，键角均为109°28′，A项不正确；NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构，B项正确；H3O＋和PCl3价电子总数不相等，不是等电子体，C项不正确；B3N3H6结构与苯相似，也存在“肩并肩”式重叠的轨道，D项不正确。故答案为B项。
〔变式训练2〕 (1)根据等电子原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：__N2____和__CO____；__CO2____和__N2O____。
(2)由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有：__SO2、O3____。
解析：(1)仅由第二周期元素组成的共价分子中，即C、N、O、F组成的共价分子，如N2与CO价电子数均为14，CO2与N2O价电子数均为22。
(2)依题意，只要原子数相同，各原子最外层电子数之和也相同，可互称等电子体，NO为三原子，各原子最外层电子数之和为(5＋6×2＋1)，SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和为6×3＝18。
键参数的测定
运用衍射谱、光谱等近代物理方法能够测定分子和晶体中原子间的距离、立体构型以及分子中化学键的强度等。一般而言，借助于数学和量子力学方法，可将衍射谱或光谱信息通过简单的计算转换为键参数。例如，利用转动光谱，可以测定异核双原子分子的键长；从双原子分子的振动光谱中，能够分析化学键的相对强度(键能)；利用X射线衍射、电子衍射和中子衍射方法，能够测定晶体中各原子间的相对位置。
1．已知1mol气态基态氢原子完全结合形成氢气时，释放出的能量为218kJ·mol－1，下列说法中正确的是( B )
A．H—H键的键能为218 kJ·mol－1
B．H—H键的键能为436 kJ·mol－1
C．1 mol气态氢原子的能量低于0.5 mol H2的能量
D．使1 mol H2完全分解至少需要218 kJ的能量
解析：键能是指气态基态原子形成1 mol化学键时释放出的热量，1 mol氢原子只能形成0.5 mol H—H键，故A、D两项不正确，B正确；由能量守恒原理及键能定义知C不正确。
2．下列叙述错误的是( B )
A．π键不能单独存在，一定要和σ键共存
B．化学键包含σ键、π键两种类型
C．两个非金属元素原子之间形成的化学键都是共价键
D．成键的原子间已知轨道重叠越多，共价键越牢固
解析：化学键包括离子键，共价键和金属键，共价键包括σ键和π键。
3．根据π键的成键特征判断C===C的键能与C—C键能的数量关系( C )
A．双键的键能等于单键的键能的2倍
B．双键的键能大于单键的键能的2倍
C．双键的键能小于单键的键能的2倍
D．无法确定
解析：由于π键的键能比σ键键能小，双键中有一个π键和一个σ键，所以双键的键能小于单键的键能的2倍。
4．下列说法中正确的是( A )
A．分子中键能越大，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H—O—H，分子中键角为180°
D．H—O键键能为462.8 kJ·mol－1，即18 g水分解生成H2和O2时，放出能量为(2×462.8)kJ
解析：分子中键能越大，键长越短，分子越稳定，所以A项正确。B项中有些不活泼金属形成的化学键可能是共价键。C项中水分子的两个O—H键的键角小于180°。H—O键的键能是破坏1 mol H—O键所吸收的能量，在一个H2O分子中有两个H—O键，故应吸收能量2×462.8 kJ。而当H、O形成H2和O2，在成键时需放出能量，故应根据公式“ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能”计算，D项错误。
5．下列说法中错误的是( D )
A．非金属元素可能形成离子化合物
B．成键原子间原子轨道重叠的越多，共价键越牢固
C．对双原子分子来说，键能越大，含有该键的分子越稳定
D．键长越长，化学键越牢固
解析：非金属元素可形成共价化合物(如H2O，HCl)，也可形成离子化合物(如NH4Cl)，A项正确；成键原子间原子轨道重叠越多，键长越短，则键能越大，共价键越牢固，分子越稳定，故B、C两项正确，D项错误。
6．根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间构型不相似的是( D )
A．NH和CH4 B．H3O＋和NH3
C．NO和CO D．CO2和H2O
解析：根据等电子原理，CO2和H2O二者原子数相等，但价电子总数不等，不是等电子体，则它们的空间构型不相似。
基 础 巩 固
一、选择题
1．下列说法中正确的是( C )
A．乙烯中碳碳双键的键能是乙烷中碳碳单键的键能的2倍
B．N—O键的极性比C—O键的极性大
C．氮气分子中含有1个σ键和2个π键
D．NH中4个N—H键的键能不同
解析：在共价键的键能中，双键键能不是单键键能的2倍，而是介于单键键能和2倍单键键能之间，A错误；氮和碳元素，氮元素非金属性更强，B错误；NH中4个N—H键的键能相同，D错误；氮气分子中含有三键，则必有1个σ键和2个π键，C正确。
2．下列单质分子中，键长最长，键能最小的是( D )
A．H2 B．Cl2
C．Br2 D．I2
3．下列说法中正确的是( D )
A．难失去电子的原子，获得电子的能力一定强
B．易得到电子的原子所形成的简单阴离子，其还原性一定强
C．分子中键能越大，键长越长，则分子越稳定
D．电子层结构相同的简单离子，核电荷数越多，离子半径越小
解析：难失去电子的原子，获得电子的能力不一定强，如C、Si等；原子得到电子形成阴离子的过程容易，说明其逆向过程困难，阴离子的还原性越弱；分子中键能越大，键长越短，共价键越牢固，分子越稳定。
4．下列事实不能用键能的大小来解释的是( B )
A．N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定
B．稀有气体一般难发生反应
C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱
D．F2比O2更容易与H2反应
解析：本题主要考查键参数的应用。由于N2分子中存在三键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的化学键键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱。由于H－F键的键能大于H—O键，所以二者相比较，更容易生成HF。
5．已知通常分子中所含的键能越大，分子越稳定。参考下表中化学键的键能数据，判断下列分子中，受热时最不稳定的是( D )
化学键
H—H
H—Cl
H—Br
H—I
键能kJ·mol－1
436.0
431.8
366
298.7
A．氢气 B．氯化氢
C．溴化氢 D．碘化氢
6．在白磷(P4)分子中，4个P原子分别处在正四面体的四个顶点，结合有关P原子的成键特点，下列有关白磷的说法正确的是( C )
A．白磷分子的键角为109°28′
B．分子中共有4对共用电子对
C．白磷分子的键角为60°
D．分子中有6对孤电子对
解析：白磷的空间结构为，键角为60°，分子中共有6对共用电子对，有4对孤电子对。
7．NH3分子的空间构型是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，解释该事实的充分理由是( C )
A．NH3分子是极性分子
B．分子内3个N—H键的键长相等，键角相等
C．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于107°
D．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于120°
解析：A、B项事实不充分；D项事实说明的NH3为平面三角形。
8．(2018·高考训练)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，下列说法中不正确的是( D )
A．N2分子与CO分子中都含有三键
B．CO分子中有一个π键是配位键
C．N2与CO互为等电子体
D．N2与CO的化学性质相同
解析：A．根据图象知，氮气和CO都含有两个π键和一个σ键，N2分子与CO分子中都含有三键，故A正确；B．氮气中π键由每个N原子各提供一个电子形成，而CO分子中其中一个π键由O原子提供1对电子形成属于配位键，故B正确；C．N2分子与CO分子中原子总数相同、价电子总数也相同，二者互为等电子体，故C正确；D．N2分子与CO分子的化学性质不相同，故D错误。故选D。
9．下表为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是( B )
A．W、R元素单质分子内都存在非极性键
B．X、Z元素都能形成双原子分子
C．键长W—HW—H
D．键长X—HW—H，C错误；D．原子半径W>X，故键长W—H>X—H，键长越短，键能越大，故键有W—H
P4(g)＋10Cl2(g)===4PCl5(g) ΔH＝bkJ·mol－1，
P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为c kJ·mol－1，PCl3中P—Cl键的键能为1.2ckJ·mol－1。
下列叙述正确的是( C )
A．P—P键的键能大于P—Cl键的键能
B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH
C．Cl—Cl键的键能为 kJ·mol－1
D．P—P键的键能为 kJ·mol－1
解析：由已知两个反应可得：
Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(g)
ΔH＝kJ·mol－1，无法求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热；
设Cl—Cl键的键能为x，则：
x＋3×1.2c－5c＝，
x＝kJ·mol－1，
C正确；设P—P键的键能为y，P4为正四面体形结构，共有6个P—P键，由第1个反应得
6y＋×6－4×3×1.2c＝a，
y＝kJ·mol－1；P—P键的键长大于P—Cl键，故P—P键的键能小于P—Cl键。
二、非选择题
11．O3能吸收有害紫外线，保护人类赖以生存的空间。O3分子的结构如下图所示，呈V形，键角116.5°。以一个氧原子为中心，与另外两个氧原子分别构成一个非极性共价键；中间氧原子提供2个电子，旁边两个氧原子各提供1个电子，构成一个特殊的化学键——3个氧原子均等地享有这4个电子。请回答：
(1)题中非极性共价键是__σ____键，特殊的化学键是__π____键。(填“σ”或“π”)
(2)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是__C____。
A．H2O B．CO2
C．SO2 D．BeCl2
(3)原子中没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对，那么O3分子有__5____对孤电子对。
(4)下列有关说法中正确的是__B、D____。
A．臭氧和氧气互为同素异形体，它们在水中的溶解度相近
B．臭氧和氧气的相互转化能保持大气中臭氧的含量基本稳定
C．臭氧转化为氧气和氧气转化为臭氧均需吸收能量
D．向大气中排放氟氯代烃能加快臭氧的分解
解析：同种原子之间形成的共价键是非极性共价键，特殊共价键是中间氧原子提供两个电子分别和两个氧原子各提供的一个电子形成一个三原子四电子的大π键。等电子体的分子结构相似，SO2与O3互为等电子体，所以分子结构相似；O3分子的两端原子各有两对孤电子对，中间原子有一对孤电子对，共5对孤电子对；O2与O3互为同素异形体。
能 力 提 升
一、选择题
1．氨分子、水分子、甲烷分子中共价键的键角分别为a、b、c，则a、b、c的大小关系为( D )
A．a
2．由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各粒子的电子总数相同，则互称为等电子体。以下各组粒子不是等电子体的是( C )
A．He和Li＋ B．O3和NO
C．N2H4和C2H4 D．Na＋和Mg2＋
解析：题给各组粒子中两种粒子的原子数均相同，因此，只要判断它们的电子总数是否相同即可。A、B、D三项中两种粒子的电子总数分别都为2、24、10，符合概念内容，可互称为等电子体；C项中两种粒子的电子总数分别为18、16，不符合等电子体概念。
3．氰气的分子式为(CN)2，结构式为N≡C－C≡N，性质与卤素相似，下列叙述正确的是( A )
A．分子中四原子共直线，是非极性分子
B．N≡C键的键长大于C≡C键的键长
C．分子中含有2个σ键和4个π键
D．氰气不和氢氧化钠溶液发生反应
解析：A．直接连接三键两端原子的原子与三键两端的原子共线，正负电荷重心重合的分子为非极性分子，该反应中所有原子共线，且该分子的正负电荷重心重合，为非极性分子，故A正确；
B．同一周期元素中，原子半径随着原子序数的增大而减小，原子半径越大其键长越长，碳原子半径大于氮原子，所以氰分子中C≡N键长小于C≡C键长，故B错误；
C．共价单键是σ键，共价双键中一个是σ键一个是π键，共价三键中一个是σ键两个是π键，所以氰气分子中含有3个σ键和4个π键，故C错误；
D．根据卤素性质知，卤素单质能和氢氧化钠发生反应，则氰分子也能与氢氧化钠发生反应，故D错误。
4．以下比较中，正确的是( B )
A．微粒半径：F－＞O2－＞Na＋＞Li＋
B．电负性：Cl＞C，酸性：HClO4＞H2CO3
C．分子中的键角：CH4＞H2O＞CO2
D．稳定性：LiCl＜NaCl＜KCl＜RbCl
解析：A．F－、O2－、Na＋电子层结构相同，核电荷数越大离子半径越小，故离子半径O2－＞F－＞Na＋，Li＋电子层最少，故离子半径最小，则微粒半径：O2－＞F－＞Na＋＞Li＋，故A错误；
B．非金属性C＜Cl，非金属性越强电负性越强，最高价含氧酸的酸性越强，故电负性Cl＞C，酸性：HClO4＞H2CO3，故B正确；
C．甲烷为正四面体，二氧化碳为直线型，水为V形，氧原子有2对孤电子对，孤电子对之间排斥大于成键电子对，故其键角小于甲烷，即分子中的键角：CO2＞CH4＞H2O，故C错误；
D．离子电荷相同，自上而下碱金属离子半径减小，故离子键强度LiCl＞NaCl＞KCl＞RbCl，故稳定性LiCl＞NaCl＞KCl＞RbCl，故D错误，故选B。
5．从实验测得不同物质中氧—氧之间的键长和键能的数据如下表：
O—O键
数据
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。该规律性是( B )
A．成键时电子数越多，键能越大
B．键长越短，键能越大
C．成键所用的电子数越少，键能越小
D．成键时电子对越偏移，键能越大
解析：观察表中数据发现，O2与O的键能大者键长短，据此可得O中O—O键的键长比O中的长，所以键能要小。按键长由短到长的顺序为(O—O键)Oz>y>x。
6．白磷与氧气可发生如下反应：P4＋5O2===P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：P—P a kJ/mol、P—O b kJ/mol、P===O c kJ/mol、O===O d kJ/mol。根据下图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是( A )
A．(6a＋5d－4c－12b)kJ/mol B．(4c＋12b－6a－5d)kJ/mol
C．(4c＋12b－4a－5d)kJ/mol D．(4a＋5d－4c－12b)kJ/mol
解析：1 mol P4中有6 mol P—P键，完全断裂需要吸收6a kJ热量，5 mol O2中有5 mol O===O键，完全断裂需要吸收5d kJ热量，1 mol P4O10中有4 mol P===O键和12 mol P—O键，形成P===O键和P—O键放出(4c＋12b)kJ热量，故ΔH＝[6a＋5d－(4c＋12b)]kJ/mol。
二、非选择题
7．原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，X基态原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍，Y基态原子的2p原子轨道上有3个未成对电子，Z是地壳中含量最多的元素，W的原子序数为22。
(1)W基态原子的核外电子排布式为__1s22s22p63s23p63d24s2____，元素X、Y、Z的第一电离能由大到小的顺序为__N＞O＞C____；(用元素符号表达)
(2)与XYZ－互为等电子体的化学式为__CO2；SCN－_____；
(3)1mol H2X2Z4分子中含有σ键的数目为__7×6.02×1023____；
(4)YH3极易溶于水的主要原因是__氨分子与水分子间易形成氢键____。
解析：元素X的原子最外层电子数是其内层的2倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，故X为C元素；Y基态原子的2p轨道上有3个电子，Y的核外电子排布式为1s22s22p3，则Y为N元素；Z是地壳中含量最多的元素，则Z为O元素；W的原子序数为22，则W为Ti。
(1)W核外电子数为22，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2；同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大，氮元素原子2p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能：N>O>C，故答案为：1s22s22p63s23p63d24s2；N>O>C；
(2)原子总数相等、价电子总数相等微粒互为等电子体，与CNO－互为等电子体的为CO2、SCN－等，故答案为：CO2；SCN－；
(3)二元弱酸H2C2O4的结构式为, 1mol H2C2O4分子中含有σ键的数目为7×6.02×1023，故答案为：7×6.02×1023；
(4)氨分子与水分子间易形成氢键，NH3极易溶于水，故答案为：氨分子与水分子间易形成氢键。
8．(1)CH、CH3、CH都是重要的有机反应中间体，它们的电子式分别是______、______、______；其中CH中四个原子是共平面的，三个键角相等，则键角应是__120°____。
(2)叠氮化合物在化学工业上有重要应用。N叫做叠氮离子，请写出3种由三个原子构成的含有与N的电子数相同的粒子的化学式__CO2____、__N2O____、__BeF2____。
(3)N≡N键的键能为946 kJ/mol，N—N键的键能为193 kJ/mol，说明N2中的__π____键比__σ____键稳定(填“σ”或“π”)
(4)CaC2中C与O互为等电子体，O的电子式可表示为__[O⋮⋮O]2－____；1 mol O中含有的π键数目为__2NA____。
(5)PH3在常温下是一种无色、剧毒、易自燃的气体，分子结构和NH3相似。在常温下1体积的水能溶解0.26体积的PH3，PH3和卤化氢(HX)作用生成相应的化合物PH4X，PH4X在水溶液中完全水解(PH结构类似于CH4)。PH3的分子结构的形状是__三角锥形____；在PH中P－H键之间的夹角是__109°____。
分子结构与性质
尽管形形色色、斑斓多彩的物质在外形上或功能上有所差异，却都是由110多种元素构成的。通过化学必修课程的学习，你已经了解到原子之间能够通过强烈的相互作用——化学键结合在一起。那么，为什么原子之间能够以不同类型的化学键互相结合？原子形成的分子为什么会有不同的立体构型？分子之间是否也存在某种相互作用？
物质是由原子、分子、离子等微粒构成的。微粒间的相互作用(化学键或分子间相互作用)理论是物质构成的基本理论。基于这些理论，人们才能深入探讨物质的微观结构和宏观性质之间的关系，从而进一步认识并制备出各种具有特定化学组成和结构的物质。
第一节 共价键
第1课时 共价键的特征和类型
通过化学必修课程的学习你已知道，氢气在氧气中和氯气中燃烧分别生成水(H2O)和氯化氢(HCl)，而且在这两种化合物的分子内部，原子间通过共用电子对形成了一种化学键——共价键。你是否产生过这样的疑问：氢原子为什么会与氧原子或氯原子结合形成稳定的分子？氢原子与氯原子结合成氯化氢分子时原子个数比为1︰1，而氢原子与氧原子结合成水分子时原子个数比却为2︰1，这又是为什么？为什么原子间可以通过共用电子对形成稳定的分子？共价键究竟是怎样形成的，其特征又是怎样的呢？
一、共价键
1．共价键
2．共价键表示方法
化学式
电子式
结构式
H2O2
H—O—O—H
NH3
H2
______
HCl
__H—H____
H—Cl
N2
______
__N≡N____
C2H4
______
______
CO2
______
__O===C===O____
二、σ键与π键
1．σ键
(1)形成：两个原子的某能级上的电子以__头碰头____的形式重叠时形成。
(2)特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键的电子云的图形__不变____，称为__轴对称____。
(3)σ键的类型：“__s－s____σ键”如H2，“s－pσ键”如HCl，“__p－p____σ键”如Cl2。
2．π键
(1)形成：两个原子的p能级上的电子以__肩并肩____的形式重叠时所形成。
(2)特征：电子云由两块组成，分别位于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____，称为__镜面对称____。
(3)π键的类型：常见的：__p－p____π键。
3．σ键、π键的存在规律
共价单键为__σ____键；共价双键中有一个__σ____键、一个__π____键；共价三键由__一____个σ键和__两____个π键组成。
1．思考辨析：
(1)非金属元素只能形成共价键。( × )
(2)所有共价键都有方向性和饱和性。( × )
(3)CS2分子里有一个σ键和一个π键。( × )
(4)两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键。( √ )
2．以下说法正确的是( A )
A．共价化合物内部可能有极性键和非极性键
B．原子或离子间相互的吸引力叫化学键
C．非金属元素间只能形成共价键
D．金属元素与非金属元素的原子间只形成离子键
解析：全部由共价键形成的化合物是共价化合物，则共价化合物内部可能有极性键和非极性键，例如乙酸、乙醇中，A正确；相邻原子之间强烈的相互作用是化学键，包括引力和斥力，B不正确；非金属元素间既能形成共价键，也能形成离子键，例如氯化铵中含有离子键，C不正确；金属元素与非金属元素的原子间大部分形成离子键，但也可以形成共价键，例如氯化铝中含有共价键，D不正确。
3．下列说法正确的是( B )
A．含有共价键的化合物一定是共价化合物
B．分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物
C．由共价键形成的分子一定是共价化合物
D．只有非金属原子间才能形成共价键
解析：A项，某些单质如(H2)与某些离子化合物如(Na2O2)也含有共价键，A错；B项，分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物，B对；C项，由共价键形成的分子也可能是非金属单质，C错；D项，除非金属原子之间可以形成共价键外，电负性之差小于1.7的金属与非金属元素的原子之间也可以形成共价键，故D错。
4．下列有关σ键和π键的说法错误的是( D )
A．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者
B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键
C．有些原子在与其他原子形成分子时，只能形成σ键，不能形成π键
D．在分子中，化学键可能只有π键而没有σ键
解析：当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键，故D项错误。
5．下列物质的分子中，没有π键的是( D )
A．CO2 B．N2
C．CH≡CH D．HClO
解析：双键中有一个σ键、一个π键，三键中有一个σ键、两个π键，故本题只要知道分子中原子之间的连接方式即可。
6．氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是( C )
A．氯原子的2p轨道和氢原子的1s轨道
B．氯原子的2p轨道和氢原子的2p轨道
C．氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道
D．氯原子的3p轨道和氢原子的3p轨道
解析：氯化氢分子中，氢原子的1s轨道与氯原子的3p轨道形成共价键。
知识点一 电子式知识回顾
1．定义
在元素符号周围用小黑点(·)或叉(×)表示原子或离子的最外层电子的式子叫做电子式。
2．原子的电子式
书写原子的电子式时，一般将原子的最外层电子写在元素符号的上、下、左、右四个位置上。例如：
3．离子的电子式
书写离子的电子式时，由于简单阳离子是原子失去最外层电子后形成的，故只写其元素符号，并在元素符号的右上角注明所带电荷数，如Na＋、Mg2＋等；由于简单阴离子得到电子后最外层一般为8电子结构，书写时要在元素符号周围标出电子，用“[ ]”括起来，并在右上角注明所带电荷数，如等；较复杂的
阴、阳离子一般也要用“[ ]”，如。
4．用电子式表示共价化合物、离子化合物的形成过程。如：
①用“―→”连接，不用“===”。
②“―→”两端的物质均用电子式表示。
典例1 下列电子式中，正确的是( C )
解析：NH4Cl的正确电子式为；
NH4Br的正确电子式为；
CaCl2的正确电子式为。
〔变式训练1〕 下列有关表述错误的是( C )
A．IBr的电子式为
B．HClO的结构式为H—O—Cl
C．HIO各原子都满足8电子结构
D．MgO的形成过程可以表示为
解析：I、Br最外层均有7个电子，通过共用一对电子即可达到8电子稳定结构，A正确；B中H、Cl、O三原子之间通过共用电子对形成次氯酸，其电子式为，结构式为H—O—Cl，B正确；HIO的结构与HClO类似，其中I、O两原子的最外层达到8电子稳定结构，H原子最外层只有2个电子，C不正确；D中MgO是离子化合物，正确。
知识点二 共价键的形成及分类
1．σ键与π键的形成
(1)σ键的形成
形成
成键原子的s轨道或
p轨道“头碰头”重叠而形成
类
型
s－s
σ键
H—H的σ键的形成
s－p
σ键
H—Cl的σ键的形成
p－p
σ键
Cl—Cl的σ键的形成
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；σ键的强度较大
(2)π键的形成
形成
由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成
p－pπ键
p－p的π键的形成
特征
π键的电子云具有镜面对称性，即每个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；π键不能旋转；不如σ键稳定，较易断裂。
2．σ键π键的比较
键类型
σ键
π键
原子轨道
重叠方式
沿键轴方向相对
重叠(“头碰头”)
沿键轴方向平行
重叠(“肩并肩”)
原子轨道
重叠部位
两原子核之间，
在键轴处
键轴上方和下方
原子轨道
重叠程度
大
小
键的强度
较大
较小
化学活泼性
不活泼
活泼
成键规律判断
共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键，另一个是π键；共价三键中一个是σ键，另两个是π键
特别提醒：(1)s轨道与s轨道形成σ键时，电子并不是只在两核间运动，只是电子在两核间出现的概率大。
(2)形成共价键的两种元素电负性差别较小，一般电负性差值小于1.7。如H(2.1)与Cl(3.0)，电负性差值为0.9，形成共价键。
(3)形成共价键时，成键的两个原子核都吸引共用电子对，使之处于平衡状态，体系总能量降低。
(4)π键电子云重叠程度比σ键小，因此π键没有σ键牢固，反应中比较活泼。
典例2 下列关于σ键与π键的说法正确的是( A )
A．σ键是以“头碰头”方式形成的共价键，π键是以“肩并肩”方式形成的共价键
B．描述的是π键的形成过程
C．原子轨道以“头碰头”方式相互重叠比以“肩并肩”方式相互重叠的程度小，所以σ键比π键活泼
D．可以表示N2分子中σ键和π键存在的情况
解析：B项中描述的是“头碰头”方式的相互重叠，所以形成的是σ键；σ键的相互重叠程度大于π键，所以σ键更稳定，C项错误；考虑到σ键和π键的相互重叠方式，中间位置形成的是σ键，其他位置形成的是π键，D项错误。
〔变式训练2〕 下列说法中正确的是( D )
A．乙烷分子中，既有σ键，又有π键
B．σ键是镜像对称的，而π键是轴对称的
C．由分子构成的物质中一定含有σ键
D．有些原子在与其他原子形成分子时，只能形成σ键，不能形成π键
解析：A中，乙烷的分子结构式为，只有σ键，无π键；B中，σ键是轴对称，π键是镜像对称；C中，单原子分子(如He、Ne等稀有气体)中不含有化学键；D中，只有当原子之间p电子与p电子之间以“肩并肩”形式重叠时，才能形成π键。
知识点三 共价键的特征及其存在
1．共价键的特征
(1)饱和性。
①一个原子有几个未成对电子，便和几个自旋状态相反的电子配对成键，形成几个共价键。如H、Cl都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，即分子中只有一个共价键，而不能形成H3、HCl2、Cl2分子；一个N有3个未成对电子，两个N可以形成N≡N共价三键，一个N可与3个氢形成，含有3个共价键。
②共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成。
(2)方向性。
共价键形成时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，重叠程度越大，形成的共价键越牢固。同种分子(如HX)中成键原子电子云(原子轨道)重叠程度越大，形成的共价键越牢固，分子结构越稳定。如HX的稳定性：HF>HCl>HBr>HI。
共价键的方向性决定了分子的立体构型。
2．共价键的表示方法
(1)用电子式表示：用小黑点(或×)表示原子最外层电子。
(2)用结构式表示：用一条短线表示一对共用电子。如HClO的电子式为、结构式为H—O—Cl。
3．共价键的存在范围
(1)共价化合物：以共用电子对(形成共价键)形成分子的化合物称为共价化合物。共价化合物的组成粒子(原子)通过共价键结合成分子，因此共价化合物中一定存在共价键。如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。
(2)非金属单质分子中(稀有气体除外)，如O2、F2、H2、C60等。
(3)部分离子化合物中，如Na2SO4中的SO中存在共价键，NaOH中的OH－中存在共价键，NH4Cl中的NH中存在共价键，Na2O2中的O中存在共价键，等等。
典例3 原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的( B )
A．共价键的方向性
B．共价键的饱和性
C．形成共价键原子的大小
D．共价键的稳定性
解析：原子间形成分子时，形成了共价键，共价键具有饱和性和方向性，方向性决定分子的立体构型，饱和性则决定分子中各原子的数量关系。
〔变式训练3〕 下列说法正确的是( A )
A．H—H键无方向性
B．基态碳原子有两个未成对电子，所以最多只能形成2个共价键
C．1个氮原子最多只能与3个氢原子结合形成氨分子，是由共价键的饱和性决定的
D．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
解析：s轨道为球形，在空间的各个方向上s轨道与s轨道形成的共价键都没有方向性，H—H键是由两个1s轨道重叠得到的，故H—H键无方向性，A项正确；除s轨道以外的其他原子轨道都有方向性，当s轨道与其原子轨道重叠或其他原子轨道之间重叠时，共价键都有方向性，D项错误；在形成CH4的过程中，碳原子2s轨道中的1个电子进入2p空轨道，1个2s轨道和3个2p轨道“混合”，形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道，最多可以形成4个共价键，B项错误；1个氮原子可以与3个氢原子结合，还有一对孤电子对可以与H＋形成配位键，即形成NH，此时共价键也饱和，C项错误。
鲍林的贡献
美国化学家鲍林(L.Pauling)一生获得过两次诺贝尔奖。他在关于化学键本质的研究及其在物质结构中的应用方面做出过重大贡献。鲍林把量子力学应用于分子结构的研究，把价键理论扩展到金属和金属间化合物，并发展了原子核结构和核裂变过程实质的理论；同时，他在生物化学研究如蛋白质结构研究方面也卓有建树。鲍林在研究量子化学和其他化学理论时，创造性地提出许多新概念如共价半径、金属半径、电负性标度等，这些概念的应用对现代化学、凝聚态物理的发展都有重大意义。
1．下列物质中，既含有离子键又含有共价键的是( B )
A．氯化钠 B．氢氧化钠
C．水 D．氯气
2．下列对σ键的认识不正确的是( A )
A．σ键不属于共价键，是另一种化学键
B．s－sσ键与s－pσ键的对称性相同
C．分子中含有共价键，则至少含有一个σ键
D．含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同
3．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 ( B )
A．H2 B．HCl
C．Cl2 D．F2
4．下列分子既不存在s－pσ键，也不存在p－pπ键的是( D )
A．HCl B．HF
C．SO2 D．SCl2
解析：A项和B项的分子都含有H原子，能提供s电子云与p电子云形成s－pσ；C项的分子含有S===O键，应有π键存在；D项SCl2分子中只存在2个p－pσ键()。
5．下列不属于共价键成键因素的是( D )
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
解析：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更多；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子的大小与能否形成共价键无必然联系。
6．下列说法正确的是( A )
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．所有共价键都有方向性
D．两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子不仅存在于两核之间，还会绕两核运动
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；H2O只能结合1个H＋形成H3O＋，证明共价键有饱和性，B项错误；H2分子中氢原子的s轨道成键时，因为s轨道呈球形，所以H2中的H—H键没有方向性，C项错误；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。
基 础 巩 固
一、选择题
1．下列关于化学键的说法不正确的是( D )
A．化学键是一种作用力
B．化学键可以是原子间作用力，也可以是离子间作用力
C．化学键存在于分子内部
D．化学键存在于分子之间
解析：化学键是分子内原子之间强烈的相互作用，不是分子间作用力。
2．共价键具有饱和性和方向性，下列关于共价键这两个特征的叙述中，不正确的是( D )
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的轨道的方向性决定的
C．共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系
D．共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
解析：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未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，故A、C两项正确；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大越好，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存在着必然的联系，故B项正确、D项错误。
3．关于乙醇分子的说法正确的是( C )
A．分子中共含有8个极性键
B．分子中不含非极性键
C．分子中只含σ键
D．分子中含有1个π键
解析： 乙醇的结构简式为CH3CH2OH，共有8个共价键，其中C—H、C—O、O—H键为极性键，共7个，C—C键为非极性键，由于全为单键，故无π键。
4．已知：元素X的电负性数值为2.5，元素Y的电负性数值为3.5，元素Z的电负性数值为1.2，元素W的电负性数值为2.4。你认为上述四种元素中，最容易形成共价键的是( B )
A．X与Y B．X与W
C．Y与Z D．Y与W
解析：一般来说，电负性小于1.8的为金属，且电负性越小，金属性越强；电负性大于1.8的为非金属，且电负性越大，非金属性越强，电负性差别小的两元素最可能形成共价键。
5．下列表示原子间形成共价键的化学用语正确的是( D )
解析：H2O2、HF都为共价化合物，其正确的电子式应不带“[ ]”，无阴、阳离子。NH3为共价化合物，结构式中未共用的孤电子对不写在元素符号的周围。
6．下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是( A )
A．CH4与NH3 B．C2H6与C2H4
C．H2与Cl2 D．Cl2与N2
解析：A项中全是s－pσ键；而B项中C2H6只存在σ键，而C2H4存在σ键和π键；C项中H2为s－sσ键，Cl2为p－pσ键；D项中Cl2中只存在σ键，而N2中存在σ键和π键。
7．下列物质的分子中既有σ键又有π键的是( D )
①HCl ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．①②③ B．③④⑤⑥
C．①③⑤ D．③⑤⑥
解析：当两个原子间能形成多对共用电子对时首先形成一个σ键，另外的原子轨道形成π键。N2中存在叁键：一个σ键、两个π键，C2H4中存在C===C双键：一个σ键、一个π键，C2H2中存在C≡C叁键：一个σ键、两个π键。
8．下列说法不正确的是( C )
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．气体单质分子中，一定有σ键，可能有π键
D．N2分子中有1个σ键，2个π键
解析：σ键的“头碰头”重叠比π键“肩并肩”重叠的程度大，所以σ键强，故A正确；s电子只能形成σ键，p电子间优先形成1个σ键且只能形成1个σ键，所以两个原子之间最多有1个σ键，故B正确；稀有气体是单原子分子，不存在化学键，故C错误；N2分子的结构式为N≡N，而三键是由1个σ键和2个π键组成，故D正确。
二、非选择题
9．A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们的核电荷数依次递增，已知：B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，电子总数是E原子电子总数的1/2，F是同周期元素中原子半径最小的元素：D2－与E2＋的电子层结构相同。B与D可以形成三原子化合物甲；A是非金属元素，且A、C、F可形成离子化合物乙。请回答：
(1)F元素的名称是__氯____，E的元素符号是__Mg____。
(2)写出化合物乙的电子式______。
(3)化合物甲有__2____个σ键，__2____个π键。
(4)B、C、D三种元素组成的气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序是__H2O＞NH3＞CH4____。
解析：由B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，知B为碳元素；由B的电子总数是E电子总数的1/2，知E是12号元素Mg；A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们核电荷数依次递增，则F必是第三周期元素，F是同周期元素中原子半径最小的元素，则F为氯元素；D2－与E2＋的电子层结构相同，则D为O元素，C是介于碳和氧之间的元素，即为氮元素；A是非金属元素且A、C、F可形成离子化合物乙，则A为H元素，乙为NH4Cl；B与D可以形成三原子化合物甲，甲为CO2，其结构式为O===C===O，一个双键中有一个σ键，1个π键。
10．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__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)只有σ键的是__①②③⑥⑦⑧____；既有σ键又有π键的是__④⑤⑨____。
(3)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是__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键的是__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键的是__②④⑤⑥⑧⑨____。
解析：(1)由同一种非金属元素形成的共价键是非极性共价键，由不同种非金属元素形成的共价键是极性键，故只含有极性键的是①、③、⑨；只含有非极性键的是②、④、⑦；既有极性键又有非极性键的是⑤、⑥、⑧。
(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，即单键都是σ键，而双键或三键才含有π键，故只有σ键的是①、②、③、⑥、⑦、⑧；既有σ键又有π键的是④、⑤、⑨。
(3)构成H2的H原子都是只有s轨道，故含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的只能是H2。
(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σ共价键中一定含有H原子，故正确答案为①、③、⑤、⑥、⑧、⑨。
(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，说明构成这种σ键的原子中一定没有H原子，故正确答案为④、⑤、⑥、⑧、⑨。
11．a、b、c、d为四种由短周期元素组成的中性粒子，它们都有14个电子，且b、c、d都是共价型分子。回答下列问题：
(1)a单质可由原子直接构成，a单质可用作半导体材料，其原子核外电子排布式为__1s22s22p63s23p2____。
(2)b是双核化合物，常温下为无色无味气体，b的化学式为__CO____。人一旦吸入b气体后，就易引起中毒，是因为__CO一旦被吸入肺里后，会与血液中的血红蛋白结合，使血红蛋白丧失输送氧气的能力____而中毒。
(3)c是双核单质，写出其电子式__︰N⋮⋮N︰____。c分子中所含共价键的类型为__非极性键____(填“极性键”或“非极性键”)。
(4)d是四核化合物，其结构式为__H－C≡C－H____；d分子内所含σ键的数目是__3____，π键的数目是__2____，σ键的强度比π键的强度__大____，原因是__形成σ键的原子轨道的重叠程度比π键的重叠程度大，形成的共价键强____。
能 力 提 升
一、选择题
1．现有如下各说法：
①在水中氢、氧原子间均以化学键相结合；②金属和非金属化合形成离子键；③离子键是阳离子、阴离子的相互吸引；④根据电离方程式：HCl===H＋＋Cl－，判断HCl分子里存在的离子键；⑤H2分子和Cl2分子的反应过程是H2、Cl2分子里共价键发生断裂生成H、Cl原子，而后H、Cl原子形成离子键的过程；⑥任何物质内都存在化学键。
上述各种说法正确的是( B )
A．①②⑤正确 B．都不正确
C．④正确，其他不正确 D．仅①不正确
解析：水中存在分子内H、O原子之间的相互作用，分子间的H、O原子也存在相互作用，而化学键只指分子内相邻原子间强烈的相互作用。故①叙述不正确。离子键不是存在于任何金属和非金属微粒间，只有活泼金属和活泼非金属化合时，才可形成离子键。故②叙述不正确。在离子化合物中，阴、阳离子间存在相互作用，但不单指相互吸引力，还有相互排斥力。故③叙述也不正确。HCl分子中不存在离子，它属于共价化合物，分子中没有离子键。故④叙述不正确。化学反应的本质是旧键断裂、新键形成的过程，但HCl中存在共价键而非离子键。故⑤叙述不正确。稀有气体分子为单原子分子，它们不含化学键，故⑥错。
2．下列变化中释放能量的是( D )
A．1s22s22p63s1―→1s22s22p6
B．N≡N(g)―→N(g)＋N(g)
C．2p2p2p―→2p2p2p
D．2H(g)―→H—H(g)
解析：A项失去3s电子，要吸收能量；B项共价键断裂，吸收能量；C项2px、2py、2pz的能量相等，无能量变化；D项，形成共价键，释放能量。
3．如图表示氢原子的电子云重叠示意图。以下各种说法中错误的是( C )
A．图中电子云重叠意味电子在核间出现的机会多
B．氢原子的核外的s电子重叠形成共价键
C．氢原子的核外电子呈云雾状，在两核间分布得密一些，将两核吸引
D．氢原子之间形成σ键，s－sσ键没有方向性
解析：电子云是对核外电子运动状态的一种形象描述，并不是指电子呈云雾状，图中“小黑点”的疏密只表示电子出现概率的大小。
4．下列用电子式表示物质的形成过程正确的是( D )
解析：A项中HCl是共价化合物，电子式为；B项中NaBr为离子化合物，电子式为；C项中MgF2的电子式为。D项正确。
5．下列说法正确的是( A )
A．1 mol CnH2n＋2分子中含有(3n＋1)mol共价键
B．Na2O2和Na2O晶体中阳离子与阴离子的数目比相同，化学键类型也相同
C．只含有非金属元素的化合物中只有共价键
D．电负性之差小于1.7的两种元素的原子间一定形成共价键
解析：本题考查共价键的形成和存在。烷烃分子中只有C—C键和C—H键，1个CnH2n＋2分子中含有(n－1)个C—C键和(2n＋2)个C—H键，A项正确；Na2O2和Na2O中Na＋与O、Na＋与O2－数目比均为2︰1，但Na2O2中有非极性键而Na2O中无共价键，B项不正确；NH4Cl等铵盐中有离子键、电负性之差小于1.7的Na与H、K与H等均形成离子键，C、D项不正确。
6．下列说法正确的是( C )
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
解析：s轨道是球形对称，所以s－sσ键无方向性，其他所有的共价键都有方向性。共价键的饱和性决定组成分子的原子间的数量关系，共价键的方向性，决定了分子的空间构型。
7．具有下列电子排布式的原子中，不能形成π键的是( C )
A．1s22s22p63s23p4 B．1s22s22p3
C．1s22s22p63s1 D．1s22s22p2
解析：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一个电子，形成的是离子键，而π键是共价键中的一种。
8．(双选)下列有关叙述正确的是( AD )
A．已知NaH是离子化合物，则其电子式是Na＋[︰H]－
B．在PCl5分子中，磷原子满足最外层8电子结构
C．在BCl3分子中，所有原子都满足最外层8电子结构
D．在C2H2HCCH分子中有3个σ键、两个π键
解析：在BCl3分子中，Cl原子达8电子结构，B原子少于8电子；在PCl5分子中Cl原子达8电子结构，P原子多于8电子结构。
9．防晒霜之所以能有效地减轻紫外线对人体的伤害，是因为它所含的有效成分的分子中含有π键，这些有效成分的分子中的π电子可在吸收紫外线后被激发，从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。下列物质中没有防晒效果的是( D )
A．氨基苯甲酸
B．羟基丙酮
C．肉桂酸(C6H5—CH===CH—COOH)
D．酒精
解析：π键只存在于不饱和键中，选项A、B、C中均含有C===O，有π键，而D项中无不饱和键，不含有π键，因而酒精没有防晒效果，故选D项。
二、非选择题
10．(1)指出下图所表示的共价键名称，并列举含有该共价键的一种物质，写出其分子式。
共价键名称 举例
①__s－sσ____，__H2____；
②__s－pσ____，__HCl____；
③__p－pσ____，__Cl2____；
④__pz－pzπ____，__N2____；
⑤__py－pyπ____，__N2____。
(2)某有机物分子的结构简式为，该分子中有__8____个σ键，__2____个π键，有__4____种极性键，__有____(填“有”或“没有”)非极性键。
(3)用电子式表示Cl2、NH3、H2S、CO2分子的形成过程。
解析：(2) 有3个C—Hσ键、2个C—Cσ键、2个C—Oσ键、1个O—Hσ键、C===C和C===O中分别有1个π键；有C—H、C===O、C—O、O—H 4种极性键，还有C===C、C—C非极性键。
11．有三种物质AC2、B2C2、AD4，元素A在自然界中形成的物质种类最多；元素B的单质能在C的气态单质中剧烈燃烧，火焰呈黄色，并生成淡黄色固体B2C2；元素D的负一价阴离子的电子层结构与氩原子相同，则：
(1)A、B、C、D的元素名称分别是__碳____、__钠____、__氧____、__氯____。
(2)AD4分子中含有的共价键类型为__σ键____(填“σ键”或“π键”)。
(3)D的负一价阴离子的电子排布式为__1s22s22p63s23p6____，B2C2的电子式为______，属__离子化合物____(填“离子化合物”或“共价化合物”)。
解析：A在自然界中形成的物质种类最多，是碳元素；淡黄色固体B2C2是Na2O2，即B为Na，C为氧；元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同，D为Cl。
第2课时 共价键的键参数与等电子体
在研究分子结构时发现，CO分子与N2分子结构非常相似，它们的分子中价电子总数都是10，键能都较大，物理性质也非常相似，你知道为什么吗？
一、键参数——键能、键长与键角
1．概念和特点：
概念
特点
键能
__气态基态____原子形成1 mol化学键__释放____的最低能量
键能越大，键越__稳定____
键长
形成共价键的两个原子之间的__核间距____
键长越短，键能__越大____，键越__稳定____
键角
分子内两个__共价键____之间的夹角
表明共价键有__方向性____，决定分子的__立体结构____
2．对物质性质的影响；
二、等电子体
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：满足等电子原理的分子称为等电子体。如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，它们的许多性质相似。
1．下列说法中正确的是( A )
A．双原子分子中化学键键能越大，分子越稳定
B．双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定
C．双原子分子中化学键键角越大，分子越稳定
D．在双键中，σ键的键能要小于π键的键能
解析：在双原子分子中没有键角，故C项错；当其键能越大，键长越短时，分子越稳定，故A项对，B项错；D项中σ键的重叠程度要大于π键的，故σ键的键能要大于π键的键能。
2．根据等电子原理，下列分子或离子与其他选项不属于同一类的是( D )
A．PF B．SiO
C．SO D．SiH4
解析：A、B、C三项为等电子体。四个选项均为5个原子构成的微粒，其中A、B、C三项的价电子总数均为32个，而D项只有8个，故D项不符合。本题考查等电子体的概念，解答时把握两点；①原子数相同，②价电子总数相等。
3．下列关于键长或键角的叙述中正确的是( C )
A．氨分子中两个氢原子间的距离是H—H键的键长
B．氯气中两个氯原子间的距离是Cl—Cl键的键长
C．键长：C≡C
4．已知X—X、Y—Y、Z—Z键的键长分别为198 pm、74 pm、154 pm，则它们单质分子的稳定性是( D )
A．X2>Y2>Z2 B．Z2>Y2>X2
C．Y2>X2>Z2 D．Y2>Z2>X2
解析：共价键的键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子也越稳定，而三种单质的键长由小到大的顺序为：Y—Y
5．下列说法中正确的是( D )
A．在分子中，两个原子间的距离叫键长
B．非极性键的键能大于极性键的键能
C．键能越大，表示该分子越容易受热分解
D．H—Cl的键能为431.8 kJ·mol－1，H—I的键能为298.7 kJ·mol－1，这可说明HCl分子比HI分子稳定
解析：形成共价键的两个原子核间的距离为键长，A错误；键能的大小取决于成键原子的电负性，与键的极性无必然联系，B错误；键能越大，越难断裂化学键，分子越稳定，C错误、D正确。
6．能说明BF3分子中的4个原子处于同一平面的理由是( C )
A．3个B—F的键能相同
B．3个B—F的键长相同
C．3个B—F的键角均为120°
D．3个B—F的键均为σ键
解析：键能和键长是共价键稳定性的重要参数，键角是分子在空间立体结构的重要参数，要学会根据这些参数分析判断分子的结构。当3个B—F的键角均为120°，BF3分子的4个原子处于同一个平面内，且构成平面三角形。其他几个选项虽然能正确描述BF3分子的结构，但无法说明其分子在空间的结构。
知识点一 键参数及其应用
1．键参数与分子性质的关系
分子的键参数与分子的立体构型和分子性质之间的关系可以表示如下：
(1)共价键强弱的判断
①由原子半径和共用电子对数判断。
一般来说，形成共价键的两原子半径之和越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。
如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同(1对)，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，故共价键牢固程度H—F>H—Cl>H—Br>H—I，因此，稳定性HF>HCl>HBr>HI。
②由键能判断。
共价键的键能越大，表示破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。
③由键长判断。
共价键键长越短，破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。
(2)键长和键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的几何构型就确定了。如NH3分子的H—N—H键角是107°，N—H键的键长是101 pm，就可以断定NH3分子是三角锥形分子。如图：
2．共价键的键能与化学反应热
(1)化学反应的实质：
化学反应的实质就是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。
(2)化学反应过程有能量变化：
(3)反应热(ΔH)与键能的关系：
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和
注意：ΔH<0时，为放热反应；ΔH>0时，为吸热反应。
典例1 关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是( C )
A．键角是描述分子立体结构的重要参数
B．键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关
C．键能越大，键长越长，共价化合物越稳定
D．键角的大小与键长、键能的大小无关
解析：A．键长和键角常被用来描述分子的空间结构，键角是描述分子立体结构的重要参数，A正确；B．形成共价键的两原子半径之和越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，键长越短，B正确；C．键能越大，键长越短，共价化合物越稳定，C错误；D．在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角称为键角，其与分子结构有关，与键长、键能无关，D正确。
〔变式训练1〕 能够用键能的大小作为主要依据来解释的是( D )
A．常温常压下氯气呈气态，而溴单质呈液态
B．硝酸是挥发性酸，而硫酸、磷酸是不挥发性酸
C．稀有气体一般难发生化学反应
D．空气中氮气的化学性质比氧气稳定
解析：共价分子构成物质的状态取决于分子间作用力的大小，与分子内共价键的键能无关；物质的挥发性与分子内键能的大小无关；稀有气体是单原子分子，无化学键，难发生化学反应的原因是它们的价电子已形成稳定结构；氮气比氧气稳定，是由于N2分子中共价键的键能(946 kJ·mol－1)比O2分子中共价键的键能(497.3 kJ·mol－1)大，在化学反应中更难断裂。
知识点二 等电子原理及其应用
1．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。此原理称为等电子原理。满足等电子原理的分子互称为等电子体。
提示：①等电子体的价电子总数相同，而组成原子的核外电子总数不一定相同。
②等电子体原理可以拓展到原子数相同，价电子总数相同的微粒，例如N2与CN－互为等电子体。
2．CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，是等电子体，其性质对比如下：
CO分子和N2分子的某些性质
分子
熔点/℃
沸点/℃
在水中的
溶解度(室温)
分子的价
电子总数
CO
－205.05
－191.49
2.3 mL
1 075
10
N2
－210.00
－195.81
1.6 mL
946
10
3．常见等电子体
类型
实例
空间构型
双原子10电子的等电子体
N2，CO，NO＋，C，CN－
直线形
三原子16电子的等电子体
CO2，CS2，N2O，NCO－，NO，N，NCS－，BeCl2(g)
直线形
三原子18电子的等电子体
NO，O3，SO2
V形
四原子24电子的等电子体
NO，CO，BO，CS，BF3，SO3(g)
平面三角形
五原子32电子的等电子体
SiF4，CCl4，BF，SO，PO
四个σ键，
正四面体形
七原子48电子的等电子体
SF6，PF，SiF，AlF
六个σ键，
正八面体形
4．等电子原理的应用
(1)判断一些简单分子或离子的空间构型。
(2)利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。
(3)利用等电子原理针对某物质找等电子体。
典例2 通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是( B )
A．CH4和NH是等电子体，键角均为60°
B．NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构
C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构
D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道
解析：CH4和NH都是正四面体结构，键角均为109°28′，A项不正确；NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构，B项正确；H3O＋和PCl3价电子总数不相等，不是等电子体，C项不正确；B3N3H6结构与苯相似，也存在“肩并肩”式重叠的轨道，D项不正确。故答案为B项。
〔变式训练2〕 (1)根据等电子原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：__N2____和__CO____；__CO2____和__N2O____。
(2)由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有：__SO2、O3____。
解析：(1)仅由第二周期元素组成的共价分子中，即C、N、O、F组成的共价分子，如N2与CO价电子数均为14，CO2与N2O价电子数均为22。
(2)依题意，只要原子数相同，各原子最外层电子数之和也相同，可互称等电子体，NO为三原子，各原子最外层电子数之和为(5＋6×2＋1)，SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和为6×3＝18。
键参数的测定
运用衍射谱、光谱等近代物理方法能够测定分子和晶体中原子间的距离、立体构型以及分子中化学键的强度等。一般而言，借助于数学和量子力学方法，可将衍射谱或光谱信息通过简单的计算转换为键参数。例如，利用转动光谱，可以测定异核双原子分子的键长；从双原子分子的振动光谱中，能够分析化学键的相对强度(键能)；利用X射线衍射、电子衍射和中子衍射方法，能够测定晶体中各原子间的相对位置。
1．已知1mol气态基态氢原子完全结合形成氢气时，释放出的能量为218kJ·mol－1，下列说法中正确的是( B )
A．H—H键的键能为218 kJ·mol－1
B．H—H键的键能为436 kJ·mol－1
C．1 mol气态氢原子的能量低于0.5 mol H2的能量
D．使1 mol H2完全分解至少需要218 kJ的能量
解析：键能是指气态基态原子形成1 mol化学键时释放出的热量，1 mol氢原子只能形成0.5 mol H—H键，故A、D两项不正确，B正确；由能量守恒原理及键能定义知C不正确。
2．下列叙述错误的是( B )
A．π键不能单独存在，一定要和σ键共存
B．化学键包含σ键、π键两种类型
C．两个非金属元素原子之间形成的化学键都是共价键
D．成键的原子间已知轨道重叠越多，共价键越牢固
解析：化学键包括离子键，共价键和金属键，共价键包括σ键和π键。
3．根据π键的成键特征判断C===C的键能与C—C键能的数量关系( C )
A．双键的键能等于单键的键能的2倍
B．双键的键能大于单键的键能的2倍
C．双键的键能小于单键的键能的2倍
D．无法确定
解析：由于π键的键能比σ键键能小，双键中有一个π键和一个σ键，所以双键的键能小于单键的键能的2倍。
4．下列说法中正确的是( A )
A．分子中键能越大，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H—O—H，分子中键角为180°
D．H—O键键能为462.8 kJ·mol－1，即18 g水分解生成H2和O2时，放出能量为(2×462.8)kJ
解析：分子中键能越大，键长越短，分子越稳定，所以A项正确。B项中有些不活泼金属形成的化学键可能是共价键。C项中水分子的两个O—H键的键角小于180°。H—O键的键能是破坏1 mol H—O键所吸收的能量，在一个H2O分子中有两个H—O键，故应吸收能量2×462.8 kJ。而当H、O形成H2和O2，在成键时需放出能量，故应根据公式“ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能”计算，D项错误。
5．下列说法中错误的是( D )
A．非金属元素可能形成离子化合物
B．成键原子间原子轨道重叠的越多，共价键越牢固
C．对双原子分子来说，键能越大，含有该键的分子越稳定
D．键长越长，化学键越牢固
解析：非金属元素可形成共价化合物(如H2O，HCl)，也可形成离子化合物(如NH4Cl)，A项正确；成键原子间原子轨道重叠越多，键长越短，则键能越大，共价键越牢固，分子越稳定，故B、C两项正确，D项错误。
6．根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间构型不相似的是( D )
A．NH和CH4 B．H3O＋和NH3
C．NO和CO D．CO2和H2O
解析：根据等电子原理，CO2和H2O二者原子数相等，但价电子总数不等，不是等电子体，则它们的空间构型不相似。
基 础 巩 固
一、选择题
1．下列说法中正确的是( C )
A．乙烯中碳碳双键的键能是乙烷中碳碳单键的键能的2倍
B．N—O键的极性比C—O键的极性大
C．氮气分子中含有1个σ键和2个π键
D．NH中4个N—H键的键能不同
解析：在共价键的键能中，双键键能不是单键键能的2倍，而是介于单键键能和2倍单键键能之间，A错误；氮和碳元素，氮元素非金属性更强，B错误；NH中4个N—H键的键能相同，D错误；氮气分子中含有三键，则必有1个σ键和2个π键，C正确。
2．下列单质分子中，键长最长，键能最小的是( D )
A．H2 B．Cl2
C．Br2 D．I2
3．下列说法中正确的是( D )
A．难失去电子的原子，获得电子的能力一定强
B．易得到电子的原子所形成的简单阴离子，其还原性一定强
C．分子中键能越大，键长越长，则分子越稳定
D．电子层结构相同的简单离子，核电荷数越多，离子半径越小
解析：难失去电子的原子，获得电子的能力不一定强，如C、Si等；原子得到电子形成阴离子的过程容易，说明其逆向过程困难，阴离子的还原性越弱；分子中键能越大，键长越短，共价键越牢固，分子越稳定。
4．下列事实不能用键能的大小来解释的是( B )
A．N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定
B．稀有气体一般难发生反应
C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱
D．F2比O2更容易与H2反应
解析：本题主要考查键参数的应用。由于N2分子中存在三键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的化学键键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱。由于H－F键的键能大于H—O键，所以二者相比较，更容易生成HF。
5．已知通常分子中所含的键能越大，分子越稳定。参考下表中化学键的键能数据，判断下列分子中，受热时最不稳定的是( D )
化学键
H—H
H—Cl
H—Br
H—I
键能kJ·mol－1
436.0
431.8
366
298.7
A．氢气 B．氯化氢
C．溴化氢 D．碘化氢
6．在白磷(P4)分子中，4个P原子分别处在正四面体的四个顶点，结合有关P原子的成键特点，下列有关白磷的说法正确的是( C )
A．白磷分子的键角为109°28′
B．分子中共有4对共用电子对
C．白磷分子的键角为60°
D．分子中有6对孤电子对
解析：白磷的空间结构为，键角为60°，分子中共有6对共用电子对，有4对孤电子对。
7．NH3分子的空间构型是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，解释该事实的充分理由是( C )
A．NH3分子是极性分子
B．分子内3个N—H键的键长相等，键角相等
C．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于107°
D．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于120°
解析：A、B项事实不充分；D项事实说明的NH3为平面三角形。
8．(2018·高考训练)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，下列说法中不正确的是( D )
A．N2分子与CO分子中都含有三键
B．CO分子中有一个π键是配位键
C．N2与CO互为等电子体
D．N2与CO的化学性质相同
解析：A．根据图象知，氮气和CO都含有两个π键和一个σ键，N2分子与CO分子中都含有三键，故A正确；B．氮气中π键由每个N原子各提供一个电子形成，而CO分子中其中一个π键由O原子提供1对电子形成属于配位键，故B正确；C．N2分子与CO分子中原子总数相同、价电子总数也相同，二者互为等电子体，故C正确；D．N2分子与CO分子的化学性质不相同，故D错误。故选D。
9．下表为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是( B )
A．W、R元素单质分子内都存在非极性键
B．X、Z元素都能形成双原子分子
C．键长W—H
D．键长X—H
P4(g)＋10Cl2(g)===4PCl5(g) ΔH＝bkJ·mol－1，
P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为c kJ·mol－1，PCl3中P—Cl键的键能为1.2ckJ·mol－1。
下列叙述正确的是( C )
A．P—P键的键能大于P—Cl键的键能
B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH
C．Cl—Cl键的键能为 kJ·mol－1
D．P—P键的键能为 kJ·mol－1
解析：由已知两个反应可得：
Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(g)
ΔH＝kJ·mol－1，无法求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热；
设Cl—Cl键的键能为x，则：
x＋3×1.2c－5c＝，
x＝kJ·mol－1，
C正确；设P—P键的键能为y，P4为正四面体形结构，共有6个P—P键，由第1个反应得
6y＋×6－4×3×1.2c＝a，
y＝kJ·mol－1；P—P键的键长大于P—Cl键，故P—P键的键能小于P—Cl键。
二、非选择题
11．O3能吸收有害紫外线，保护人类赖以生存的空间。O3分子的结构如下图所示，呈V形，键角116.5°。以一个氧原子为中心，与另外两个氧原子分别构成一个非极性共价键；中间氧原子提供2个电子，旁边两个氧原子各提供1个电子，构成一个特殊的化学键——3个氧原子均等地享有这4个电子。请回答：
(1)题中非极性共价键是__σ____键，特殊的化学键是__π____键。(填“σ”或“π”)
(2)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是__C____。
A．H2O B．CO2
C．SO2 D．BeCl2
(3)原子中没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对，那么O3分子有__5____对孤电子对。
(4)下列有关说法中正确的是__B、D____。
A．臭氧和氧气互为同素异形体，它们在水中的溶解度相近
B．臭氧和氧气的相互转化能保持大气中臭氧的含量基本稳定
C．臭氧转化为氧气和氧气转化为臭氧均需吸收能量
D．向大气中排放氟氯代烃能加快臭氧的分解
解析：同种原子之间形成的共价键是非极性共价键，特殊共价键是中间氧原子提供两个电子分别和两个氧原子各提供的一个电子形成一个三原子四电子的大π键。等电子体的分子结构相似，SO2与O3互为等电子体，所以分子结构相似；O3分子的两端原子各有两对孤电子对，中间原子有一对孤电子对，共5对孤电子对；O2与O3互为同素异形体。
能 力 提 升
一、选择题
1．氨分子、水分子、甲烷分子中共价键的键角分别为a、b、c，则a、b、c的大小关系为( D )
A．a
2．由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各粒子的电子总数相同，则互称为等电子体。以下各组粒子不是等电子体的是( C )
A．He和Li＋ B．O3和NO
C．N2H4和C2H4 D．Na＋和Mg2＋
解析：题给各组粒子中两种粒子的原子数均相同，因此，只要判断它们的电子总数是否相同即可。A、B、D三项中两种粒子的电子总数分别都为2、24、10，符合概念内容，可互称为等电子体；C项中两种粒子的电子总数分别为18、16，不符合等电子体概念。
3．氰气的分子式为(CN)2，结构式为N≡C－C≡N，性质与卤素相似，下列叙述正确的是( A )
A．分子中四原子共直线，是非极性分子
B．N≡C键的键长大于C≡C键的键长
C．分子中含有2个σ键和4个π键
D．氰气不和氢氧化钠溶液发生反应
解析：A．直接连接三键两端原子的原子与三键两端的原子共线，正负电荷重心重合的分子为非极性分子，该反应中所有原子共线，且该分子的正负电荷重心重合，为非极性分子，故A正确；
B．同一周期元素中，原子半径随着原子序数的增大而减小，原子半径越大其键长越长，碳原子半径大于氮原子，所以氰分子中C≡N键长小于C≡C键长，故B错误；
C．共价单键是σ键，共价双键中一个是σ键一个是π键，共价三键中一个是σ键两个是π键，所以氰气分子中含有3个σ键和4个π键，故C错误；
D．根据卤素性质知，卤素单质能和氢氧化钠发生反应，则氰分子也能与氢氧化钠发生反应，故D错误。
4．以下比较中，正确的是( B )
A．微粒半径：F－＞O2－＞Na＋＞Li＋
B．电负性：Cl＞C，酸性：HClO4＞H2CO3
C．分子中的键角：CH4＞H2O＞CO2
D．稳定性：LiCl＜NaCl＜KCl＜RbCl
解析：A．F－、O2－、Na＋电子层结构相同，核电荷数越大离子半径越小，故离子半径O2－＞F－＞Na＋，Li＋电子层最少，故离子半径最小，则微粒半径：O2－＞F－＞Na＋＞Li＋，故A错误；
B．非金属性C＜Cl，非金属性越强电负性越强，最高价含氧酸的酸性越强，故电负性Cl＞C，酸性：HClO4＞H2CO3，故B正确；
C．甲烷为正四面体，二氧化碳为直线型，水为V形，氧原子有2对孤电子对，孤电子对之间排斥大于成键电子对，故其键角小于甲烷，即分子中的键角：CO2＞CH4＞H2O，故C错误；
D．离子电荷相同，自上而下碱金属离子半径减小，故离子键强度LiCl＞NaCl＞KCl＞RbCl，故稳定性LiCl＞NaCl＞KCl＞RbCl，故D错误，故选B。
5．从实验测得不同物质中氧—氧之间的键长和键能的数据如下表：
O—O键
数据
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。该规律性是( B )
A．成键时电子数越多，键能越大
B．键长越短，键能越大
C．成键所用的电子数越少，键能越小
D．成键时电子对越偏移，键能越大
解析：观察表中数据发现，O2与O的键能大者键长短，据此可得O中O—O键的键长比O中的长，所以键能要小。按键长由短到长的顺序为(O—O键)O
6．白磷与氧气可发生如下反应：P4＋5O2===P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：P—P a kJ/mol、P—O b kJ/mol、P===O c kJ/mol、O===O d kJ/mol。根据下图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是( A )
A．(6a＋5d－4c－12b)kJ/mol B．(4c＋12b－6a－5d)kJ/mol
C．(4c＋12b－4a－5d)kJ/mol D．(4a＋5d－4c－12b)kJ/mol
解析：1 mol P4中有6 mol P—P键，完全断裂需要吸收6a kJ热量，5 mol O2中有5 mol O===O键，完全断裂需要吸收5d kJ热量，1 mol P4O10中有4 mol P===O键和12 mol P—O键，形成P===O键和P—O键放出(4c＋12b)kJ热量，故ΔH＝[6a＋5d－(4c＋12b)]kJ/mol。
二、非选择题
7．原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，X基态原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍，Y基态原子的2p原子轨道上有3个未成对电子，Z是地壳中含量最多的元素，W的原子序数为22。
(1)W基态原子的核外电子排布式为__1s22s22p63s23p63d24s2____，元素X、Y、Z的第一电离能由大到小的顺序为__N＞O＞C____；(用元素符号表达)
(2)与XYZ－互为等电子体的化学式为__CO2；SCN－_____；
(3)1mol H2X2Z4分子中含有σ键的数目为__7×6.02×1023____；
(4)YH3极易溶于水的主要原因是__氨分子与水分子间易形成氢键____。
解析：元素X的原子最外层电子数是其内层的2倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为4，故X为C元素；Y基态原子的2p轨道上有3个电子，Y的核外电子排布式为1s22s22p3，则Y为N元素；Z是地壳中含量最多的元素，则Z为O元素；W的原子序数为22，则W为Ti。
(1)W核外电子数为22，基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2；同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大，氮元素原子2p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能：N>O>C，故答案为：1s22s22p63s23p63d24s2；N>O>C；
(2)原子总数相等、价电子总数相等微粒互为等电子体，与CNO－互为等电子体的为CO2、SCN－等，故答案为：CO2；SCN－；
(3)二元弱酸H2C2O4的结构式为, 1mol H2C2O4分子中含有σ键的数目为7×6.02×1023，故答案为：7×6.02×1023；
(4)氨分子与水分子间易形成氢键，NH3极易溶于水，故答案为：氨分子与水分子间易形成氢键。
8．(1)CH、CH3、CH都是重要的有机反应中间体，它们的电子式分别是______、______、______；其中CH中四个原子是共平面的，三个键角相等，则键角应是__120°____。
(2)叠氮化合物在化学工业上有重要应用。N叫做叠氮离子，请写出3种由三个原子构成的含有与N的电子数相同的粒子的化学式__CO2____、__N2O____、__BeF2____。
(3)N≡N键的键能为946 kJ/mol，N—N键的键能为193 kJ/mol，说明N2中的__π____键比__σ____键稳定(填“σ”或“π”)
(4)CaC2中C与O互为等电子体，O的电子式可表示为__[O⋮⋮O]2－____；1 mol O中含有的π键数目为__2NA____。
(5)PH3在常温下是一种无色、剧毒、易自燃的气体，分子结构和NH3相似。在常温下1体积的水能溶解0.26体积的PH3，PH3和卤化氢(HX)作用生成相应的化合物PH4X，PH4X在水溶液中完全水解(PH结构类似于CH4)。PH3的分子结构的形状是__三角锥形____；在PH中P－H键之间的夹角是__109°____。
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