第二章 分子结构与性质 第一节 共价键

知识归纳

（1）共价键的定义

原子间通过_____________（电子云的重叠）所形成的相互作用。

（2）本质：高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用，包括引力和斥力，当引力和斥力达到平衡时即形成了稳定的共价键。

（3）特征

①饱和性：一个原子有几个未成对电子，就会和几个自旋方向相反的未成对电子成键，这就是共价键的饱和性。共价键的饱和性决定了分子内部原子间的数量关系。

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，这样原子轨道重叠越多，形成的键就越牢固，这就是共价键的方向性。共价键的方向性决定了_____________。

（4）共价键的分类

（5）键参数

①键能：气态基态原子形成___________化学键释放的最低能量。键能越大，化学键越稳定。

②键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。键长越短，往往键能越_____，共价键越________。

③键角：在多原子分子中，两个共价键之间的夹角。它是描述分子立体结构的重要参数。

（6）等电子原理

①等电子体：原子总数相同、_________________的粒子互称为等电子体。如N2与CO、O3与SO2是等电子体，但N2与C2H2不是等电子体。

②等电子原理：等电子体具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近，此原理称为等电子原理，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。

③常见的等电子体：N2与CO，CO2与N2O，O3、word/media/image1_1.png与SO2，word/media/image2_1.png、word/media/image3_1.png与SO3，word/media/image4_1.png、word/media/image5_1.png与word/media/image6_1.png，与B3N3H6（硼氮苯）等。

【答案】共用电子对 分子的立体构型 双键 非极性键 1 mol 大 稳定 价电子总数相同

知识重点

一、σ键和π键的对比

要注意以下问题：

（1）s轨道与s轨道重叠形成σ键时，电子不是只在两核间运动，而是在两核间出现的概率较大。

（2）因s轨道是球形的，故s轨道和s轨道形成σ键时，无方向性。两个s轨道只能形成σ键，不能形成π键。

（3）两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键。

有以下物质：①HF ②Cl2 ③H2O ④N2 ⑤C2H4 ⑥C2H6 ⑦H2 ⑧H2O2

⑨HCN()。

（1）只含有极性键的是______________。

（2）只含有非极性键的是______________。

（3）既有极性键，又有非极性键的是______________。

（4）只有σ键的是______________。

（5）既有σ键，又有π键的是______________。

【解析】根据共价键的存在范围、极性键与非极性键的区别、σ键和π键的形成条件和特征，便可得出各题答案。

【答案】（1）①③⑨ （2）②④⑦ （3）⑤⑥⑧

（4）①②③⑥⑦⑧ （5）④⑤⑨

二、共价键的一些规律

1．共价键的存在范围

（1）非金属单质分子中(稀有气体除外)。如O2、F2、H2、C60等。

（2）非金属元素形成的化合物中。如H2SO4、CO2、H2O2、有机物分子等。

（3）某些金属与非金属元素形成的化合物中。如BeCl2、HgCl2、AlCl3等。

2．共价键强弱的判断方法

（1）由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的原子半径越小，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。如原子半径：FH—Cl>H—Br>H—I，稳定性：HF>HCl>HBr>HI。

（2）由键能判断：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。

（3）由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。

3．典型有机物的化学键类型

（1）乙烷的化学键

乙烷的结构简式是CH3—CH3，在乙烷分子中，每个碳原子与3个氢原子形成3个σ键，2个碳原子之间形成1个σ键，所以乙烷分子中共有7个σ键。

（2）乙烯的化学键

乙烯的结构简式是CH2=CH2，在乙烯分子中，每个碳原子与2个氢原子形成2个σ键，2个碳原子之间形成1个σ键和1个π键，所以乙烯分子中共有5个σ键和1个π键。

（3）乙炔的化学键

乙炔的结构简式是，在乙炔分子中，每个碳原子与1个氢原子形成1个σ键，2个碳原子之间形成1个σ键和2个π键，所以乙炔分子中共有3个σ键和2个π键。

（4）苯的化学键

苯的结构简式是或。苯分子中的6个碳原子都以σ键与氢原子结合，每个碳原子以两个σ键与其他碳原子形成环状结构，同时，每个碳原子各有一个垂直于分子平面的p轨道，形成了一个以6个碳原子为中心的π键(称为“大π键”)。苯的这种结构，使任意两个相邻碳原子间形成的共价键的键能和核间距完全相同。

下列说法正确的是

A．离子化合物中不可能存在共价键

B．干冰溶于水时有共价键生成

C．σ键和π键都只能存在于共价分子中

D．除H2、X2(X为F、Cl、Br、I)和稀有气体外，其他非金属单质中都存在π键

【解析】离子化合物NH4Cl中除含有离子键外还含有共价键，A项错误；干冰溶于水生成化合物H2CO3，有H—O键等生成，B项正确；离子化合物Na2O2中存在O—O σ键，离子化合物CaC2中存在C≡C键，含有2个π键，C项错误；P4、金刚石等非金属单质中，都只存在单键(即σ键)，D项错误。

【答案】B

【易错诊断】对离子化合物中也可能存在σ键和π键，原子间成键时首先形成σ键，稀有气体中不存在化学键，P4等非金属单质中不存在π键等知识认识不清楚，不能正确认识σ键、π键的形成和存在导致出错。

三、键参数对分子结构和性质的影响

1．掌握键参数对键的强弱影响：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多；共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多，分子越稳定。

2．键角是判断分子立体构型的重要因素之一，如CO2为直线形；CH4、CCl4、SiH4等为正四面体形；NH3、NCl3为三角锥形；H2O、H2S为V形。

3．键长和键能是衡量共价键强弱的物理量，分子被破坏时，断键的部位与键的强度有关。

下列说法正确的是

A．分子的结构是由键角决定的

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)键的键长、键角均相等

D．H2O分子中两个O—H键的键角为180°

【解析】分子的结构是由键参数——键角、键长决定的，故A项错误；由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X键的键长不相等，C项错误；H2O的分子结构为V形，键角不为180°，D项错误。

【答案】B

好题

1．关于键长、键能和键角，下列说法错误的是

A．键角是描述分子立体结构的重要参数

B．键长是形成共价键的两原子间的核间距

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

2．下列关于共价键的说法错误的是

A．原子之间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键

B．电负性相同或差值小的非金属原子之间形成的化学键为共价键

C．HCl中Cl显−1价是因为共用电子对只在氯原子周围运动

D．H2O分子中有两个O—H共价键

3．关于σ键和π键的比较，下列说法不正确的是

A．σ键是轴对称的，π键是镜面对称的

B．σ键是“头碰头”式重叠，π键是“肩并肩”式重叠

C．σ键不能断裂，π键容易断裂

D．氢原子只能形成σ键，氧原子可以形成σ键和π键

4．下列事实不能用键能的大小来解释的是

A．氮元素的电负性较大，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

5．下列说法中正确的是

A．在气体单质分子中，一定含有σ键，可能含有π键

B．烯烃比烷烃的化学性质活泼是由于烷烃中只含有σ键，而烯烃含有π键

C．等电子体结构相似，化学性质相同

D．共价键的方向性决定了原子在形成分子时相互结合的数量关系

6．下列反应中，有机物化学键的断裂只涉及π键断裂的是

A．CH4的燃烧

B．C2H4的加成反应

C．CH4与Cl2的取代反应

D．C2H4被酸性KMnO4溶液氧化

7．已知乙醇的结构式为，则可判断乙醇分子内不存在的是

A．离子键 B．极性键 C．非极性键 D．分子间作用力

8．已知某些共价键的键能、键长数据如表所示：

（1）下列推断正确的是____________(填字母，下同)。

A．稳定性：HF>HCl>HBr>HI

B．氧化性：I2>Br2>Cl2

C．沸点：H2O>NH3

D．还原性：HI>HBr>HCl>HF

（2）在HX(X=F、Cl、Br、I)分子中，键长最短的是____________，最长的是____________；O—O键的键长____________ (填“大于”“小于”或“等于”)O=O键的键长。

真题

9．下列分子中键角最大的是

A．CH4 B．NH3 C．H2O D．CO2

10．下列有关化学键类型的判断正确的是

A．全部由非金属元素组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H—C≡C—H，则乙炔分子中存在2个σ键（C—H）和3个π键（C≡C）

D．乙烷分子中只存在σ键，即6个C—H键和1个C—C键都为σ键，不存在π键

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

（1）含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是______；

（2）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______；

（3）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______。

12．1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。

（1）根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是____________和____________；____________和____________。

（2）此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，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word/media/image15_1.png互为等电子体的分子有____________、____________。

13．有A、B、C、D、E、F六种元素，已知：

①它们位于三个不同的短周期，核电荷数依次增大。

②E元素的电离能数据见下表(kJ·mol−1)：

③B与F同主族。

④A、E分别都能与D按原子个数比为1∶1或2∶1形成化合物。

⑤B、C分别都能与D按原子个数比为1∶1或1∶2形成化合物。

请回答下列问题：

（1）写出只含有A、B、D、E四种元素的两种无机盐的化学式：_________、_________。

（2）B2A2分子中存在_________个σ键，_________个π键。

（3）人们通常把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能，键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以用于计算化学反应的反应热ΔH，化学反应的反应热等于反应物的键能之和与生成物的键能之和的差，下表列出了上述部分元素形成的化学键的键能：

①1 mol下列四种物质所具有的化学键全部断裂所需要的能量由高到低的顺序为______(用a、b、c表示)。

a．B与D形成的稳定化合物

b．F的单质

c．F与D形成的化合物

②试计算1 mol F单质燃烧时的反应热ΔH=_________ (已知1 mol F原子可以形成2 mol F—F键)。 

参考答案

1．C【解析】键能越大，键长越短。

2．C【解析】共用电子对在成键的两个原子核之间高概率地出现。

3．C【解析】σ键较稳定，不易断裂，而不是不能断裂。化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。

4．B【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键的键能，所以更容易生成HF。

5．B【解析】在气体单质分子中，可能存在σ键(如H2、Cl2)、π键(如N2分子中存在σ键、π键)，也可能不存在化学键(如稀有气体)，A项错误；烯烃中含有碳碳双键，其中一个是π键，因π键易断裂，故化学性质较活泼，B项正确；等电子体结构相似，具有相似的化学键特征，许多性质相近，C项错误；共价键的方向性决定分子的立体构型，饱和性决定分子中各原子的数量关系，D项错误。

6．B【解析】CH4的燃烧和C2H4被酸性KMnO4溶液氧化的反应中断裂了所有化学键，包括单键和双键，CH4与Cl2的取代反应中只有单键断裂。

7．AD【解析】乙醇是共价化合物，分子中含有C—C非极性共价键和C—H、C—O、O—H极性共价键；分子内不存在分子间作用力，A、D项符合题意。

【点评】两个同种非金属元素的原子之间形成的共价键是非极性共价键，如C—C、O—O键；两个不同种非金属元素的原子之间形成的共价键是极性共价键，如H—Cl、H—C、C—O键；活泼金属元素与活泼非金属元素原子之间一般形成离子键，如NaCl。

8．（1）ACD （2）HF HI 大于

【解析】（1）根据表中数据知，同主族元素从上至下气态氢化物的键能逐渐减小，稳定性逐渐减弱，A项正确；从键能看，氯气、溴单质、碘单质的稳定性逐渐减弱，由原子结构知，氧化性也逐渐减弱，B项错误；H2O在常温下为液态，NH3在常温下为气态，则H2O的沸点比NH3的高，C项正确；还原性与得失电子能力有关，还原性：HI>HBr>HCl>HF，D项正确。（2）根据表中数据可以得出结论。

9．D【解析】CH4是正四面体结构，键角为109°28′、NH3是三角锥形，键角约为107°，H2O是Ｖ形分子，两个H—O键的键角为105°，CO2是直线形分子，键角为180°。

10．D【解析】NH4Cl全部是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项错；稀有气体元素原子本身达到稳定结构，稀有气体分子中不存在化学键，B项错；单键都为σ键，乙烷分子的结构式为，分子中的6个C—H键和1个C—C键都为σ键，D项正确；共价双键中有一个为σ键，另一个为π键，共价三键中有一个为σ键，另外两个为π键，故乙炔（H—C≡C—H）分子中有2个C—Hσ键，C≡C键中有1个σ键、2个π键，C项错。

11．（1）⑦ （2）①③⑤⑥⑧⑨ （3）②④⑤⑥⑧⑨

【解析】（1）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。

（2）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。

（3）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共价键的原子中一定没有H原子，故正确答案为：②、④、⑤、⑥、⑧、⑨。

12．（1）N2 CO CO2 N2O （2）SO2 O3

【解析】（1）第二周期元素中，只有B、C、N、O、F可形成共价型分子，同素异形体间显然不能互为等电子体，若为含两个原子的等电子体，则可能是某元素的单质与其相邻元素间形成的化合物，如N2与CO，在此基础上增加同种元素的原子可得其他的等电子体，如N2O和CO2。（2）N的最外层电子数为5+6×2+1=18，则与其互为等电子体的分子可能为O3或SO2。

13．（1）NaHCO3 CH3COONa(或其他合理答案)

（2）3 2 （3）①a>c>b ②−858.7 kJ·mol−1

【解析】由题意可知，E为碱金属，A、E均能与D形成原子个数比为1∶1或2∶1的化合物，说明D 为O，E为Na，A为H。B、C都能与O形成原子个数比为1∶1或1∶2的化合物，则B为C，C为N。B与F同主族，则F为Si。（1）H、C、O、Na四种元素可形成NaHCO3或CH3COONa等盐。（2）1个C2H2分子中含有1个三键和2个单键，有3个σ键和2个π键。（3）①键能越大，形成的物质越稳定。②反应热等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和：ΔH=2ESi—Si+EO=O−4ESi—O=2×226 kJ·mol−1+497.3 kJ·mol−1−4×452 kJ·mol−1=−858.7 kJ·mol−1。

人造假鸡蛋

人造假鸡蛋不是鸡生的，而是人“生”的，但表面上几乎与鸡生的并无二致。这种人造假鸡蛋的主要成分为各种化学物质：蛋壳的主要成分是碳酸钙和少量石膏，蛋清的主要成分是树脂、淀粉、凝固剂、色素等化学物质，蛋黄由色素和树脂制成。虽然与真鸡蛋十分相似，但是这种化学成分拼凑而成的假鸡蛋根本没有任何营养价值，有些甚至会对人体产生危害。

5招辨别真假鸡蛋

（1）假鸡蛋蛋壳的颜色比真鸡蛋亮一些，假鸡蛋摸起来比较粗糙。

（2）假鸡蛋晃动时会有声响，真鸡蛋则没有。

（3）真鸡蛋会有隐隐的腥味，而假鸡蛋则会有一股化学药味。

（4）假鸡蛋的蛋清较稀，容易与蛋黄分离；真鸡蛋的蛋清较稠，和蛋黄较难分离。

（5）假鸡蛋打开后，蛋黄和蛋清会融到一起。

2016 - 2017学年高中化学第二章分子结构与性质2.1共价键新人教版