学年高中化学第二章分子结构与性质第一节共价键学案新人教版选修3.docx

学年高中化学第二章分子结构与性质第一节共价键学案新人教版选修3.docx

《学年高中化学第二章分子结构与性质第一节共价键学案新人教版选修3.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年高中化学第二章分子结构与性质第一节共价键学案新人教版选修3.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

学年高中化学第二章分子结构与性质第一节共价键学案新人教版选修3

第一节　共价键

1．了解共价键的主要类型σ键和π键，知道σ键和π键的明显差别和一般规律。

　2.理解键能、键长、键角等键参数的概念，并能应用键参数说明简单分子的某些性质。

　3.了解等电子原理，结合实例说明等电子原理的应用。

　共价键

1．本质和特征

（1）本质：

在原子之间形成共用电子对。

（2）特征：

饱和性——决定分子的组成；方向性——决定分子的立体构型。

2．类型（按成键原子的原子轨道的重叠方式分类）

（1）σ键

形成

由两个原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠形成

类型

ss型

H—H的ssσ键的形成

sp型

H—Cl的spσ键的形成

pp型

Cl—Cl的ppσ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

形成

由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成

ppπ键

ppπ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键牢固，较易断裂

（3）判断σ键、π键的一般规律

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．正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例）。

语句描述

正误

阐释错因或列举反例

（1）原子轨道在空间都具有方向性

（2）一般来说，σ键比π键强度大，更稳定

（3）N2分子中σ键与π键的个数之比是2∶1

（4）σ键和π键都只存在于共价分子中

（5）两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键

答案：

（1）×　s原子轨道无方向性

（2）√

（3）×　应为1∶2

（4）×　离子化合物中也存在，如CaC2

（5）√

2．（2019·鞍山高二检测）下列说法中正确的是（　　）

A．乙烷分子中，既有σ键，又有π键

B．Cl2和N2的共价键类型相同

C．由分子构成的物质中一定含有σ键

D．HCl分子中含一个spσ键

解析：

选D。

A中，乙烷分子的结构式为

，只有σ键，无π键；B中，Cl2分子是ppσ键，N2分子中除有ppσ键外，还有ppπ键；C中，某些单原子分子（如He、Ne等稀有气体）中不含化学键。

3．现有：

①N2；②CO2；③CH2Cl2；④C2H4四种分子。

（1）只存在σ键的分子是________。

（2）同时存在σ键和π键的分子是________。

（3）σ键和π键的数目之比为1∶1的是________。

答案：

（1）③　

（2）①②④　（3）②

题组一　σ键和π键的形成与判断

1．关于σ键和π键的比较，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．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．H原子只能形成σ键，O原子可以形成σ键和π键

答案：

C

2．（2019·贵州思南中学高二月考）下列说法错误的是（　　）

A．

中σ键和π键的数目之比为7∶1

B．某元素气态基态原子的逐级电离能（kJ·mol－1）分别为738、1451、7733、10540、13630、17995、21703，当它与氯气反应时可能生成的阳离子是X2＋

C．O

的电子式为[

O⋮⋮O

]2＋，则1molO

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4molN—H键断裂，则形成的π键数目为3NA

解析：

选A。

1分子该有机物中含18个σ键，2个π键，故σ键和π键的数目之比为9∶1，A项错误。

题组二　共价键的特征

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．②③D．③④

解析：

选D。

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，形成的两个共价键的夹角接近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。

4．下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是（　　）

解析：

选A。

由共价键的饱和性可知：

C、Si均形成4个共价键，H形成1个共价键，O、S均形成2个共价键。

A项中O原子之间不可能形成双键，B项是过氧乙酸，含有过氧键“O—O”，C项相当于S取代了CH3OH中的氧原子，D项中Si原子形成4个共价键。

　键参数

1．键能

（1）键能是气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量。

键能的单位是kJ·mol－1。

例如：

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

（2）下表中是H—X键的键能数据。

共价键

H—F

H—Cl

H—Br

H—I

键能/（kJ·mol－1）

568

431.8

366

298.7

①若使2molH—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收863.6_kJ的能量。

②表中共价键最难断裂的是H—F键，最易断裂的是H—I键。

③由表中键能数据大小说明键能与分子稳定性的关系：

HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小，说明四种分子的稳定性依次减弱，即HF分子很稳定，最难分解，HI分子最不稳定，最易分解。

2．键长

（1）键长是指形成共价键的两个原子之间的核间距，因此原子半径决定化学键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。

（2）键长与共价键的稳定性之间的关系：

共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。

（3）现有三种分子H2、Cl2、Br2，共价键的键长最长的是Br2，键能最大的是H2。

3．键角

（1）键角是指在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角。

在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性。

键角是描述分子立体结构的重要参数。

（2）根据立体构型填写下列分子的键角。

分子立体构型

键角

实例

正四面体形

109°28′

CH4、CCl4

平面形

120°

苯、乙烯、BF3

三角锥形

107°

NH3

V形（或角形）

105°

H2O

直线形

180°

CO2、CS2、CH≡CH

1．正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例）。

语句描述

正误

阐释错因或列举反例

（1）键角是描述分子立体结构的重要参数

（2）键长是成键两原子半径的和

（3）C===C键的键能等于C—C键的键能的2倍

（4）O—H键的键能小于H—F键的键能，故O2、F2与H2反应的能力依次减弱

答案：

（1）√

（2）×　键长是成键两原子之间的核间距

（3）×　C===C键的键能小于C—C键的键能的2倍

（4）×　F2与H2反应的能力比O2与H2反应的能力强

2．根据价键理论分析氮气分子中的成键情况，并解释N2通常很稳定的原因。

答案：

两个氮原子各自用三个p轨道分别形成一个σ键和两个π键。

N2分子中存在N≡N键，键能大，破坏它需要消耗较大的能量，因而N2通常很稳定。

3．BF3键角是120°，你能判断出该分子的立体构型吗？

答案：

平面三角形。

1．N—H键键能的含义是（　　）

A．由N和H形成1molNH3所放出的能量

B．把1molNH3中的共价键全部拆开所吸收的热量

C．拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的热量

D．形成1个N—H键所放出的热量

解析：

选C。

N—H键的键能是指形成1molN—H键放出的能量或拆开1molN—H键所吸收的能量，不是指形成1个N—H键释放的能量。

1molNH3中含有3molN—H键，拆开1molNH3或形成1molNH3中的共价键吸收或放出的能量应是1molN—H键键能的3倍。

2．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：

选B。

分子的结构是由键角、键长共同决定的，A项错误；由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X（X＝F、Cl、Br、I）键的键长不相等，C项错误；H2O分子中两个O—H键的键角为105°，D项错误。

3．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．HF比H2O稳定

解析：

选B。

由于N2分子中存在N≡N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，没有化学键；卤族元素从F到I，原子半径逐渐增大，其氢化物中化学键的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性：

HF＞HCl＞HBr＞HI；由于H—F键的键能大于H—O键，所以稳定性HF＞H2O。

　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或离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

（1）概念：

满足等电子原理的分子或离子称为等电子体。

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。

（2）常见的等电子体

类型

实例

两原子、10个价电子的等电子体

N2、CO、NO＋、C

、CN－

三原子、16个价电子的等电子体

CO2、CS2、N2O、NO

、N

、BeCl2（g）

三原子、18个价电子的等电子体

NO

、O3、SO2

四原子、24个价电子的等电子体

NO

、CO

、BF3、SO3（g）

五原子、32个价电子的等电子体

SiF4、CCl4、BF

、SO

、PO

1．正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例）。

语句描述

正误

阐释错因或列举反例

（1）只有原子总数和价电子总数都相同的分子才是等电子体

（2）互为等电子体的物质的物理性质和化学性质都相似

（3）CH4、H2O、NH3、HF均含10个质子和10个电子，故为等电子体

（4）H2O、H2S、H2Se互为等电子体

答案：

（1）×　原子总数和价电子总数都相同的离子也是等电子体，如SO

和PO

（2）×　等电子体具有相似的化学键特征，许多性质相似，并不是都相似

（3）×　等电子体具有相同的原子总数和价电子总数

（4）√

2．你能写出与CO2互为等电子体的一种分子和一种阳离子吗？

答案：

CS2（或N2O）、NO

。

3．你能写出与NO

互为等电子体的一种阴离子和一种分子吗？

答案：

CO

（或BO

）、BF3[或SO3（g）]。

1．下列各对粒子中，空间结构相似的是（　　）

A．CS2与NO2　　　　　　B．CO2与N2O

C．SO2与O2D．PCl3与BF3

解析：

选B。

A选项中CS2的价电子总数为16，NO2的价电子总数为17，故二者不属于等电子体；B选项中CO2和N2O的价电子总数均为16，且均为三原子分子，二者互为等电子体，因此具有相似的空间结构；C选项中SO2和O2原子数目不同，价电子总数也不同，故二者不属于等电子体；D选项中PCl3的价电子总数为26，BF3的价电子总数为24，故二者不属于等电子体。

2．

（1）根据等电子原理判断，下列说法中错误的是________。

A．B3N3H6分子中所有原子均在同一平面上

B．B3N3H6分子中存在双键，可发生加成反应

C．H3O＋和NH3互为等电子体，均为三角锥形结构

D．CH4和NH

互为等电子体，均为正四面体结构

（2）下列微粒组互为等电子体的是________。

A．N2O4和NO2B．Na＋和Cl－

C．SO

和PO

D．NO和O2

解析：

（1）等电子原理是指具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相似的结构特征。

B3N3H6是苯的等电子体，因此，它们的结构相似。

B3N3H6分子中所有的原子均在同一平面上，不存在双键，存在大π键，B错误。

H3O＋和NH3互为等电子体，NH3为三角锥形结构，则H3O＋也是三角锥形结构。

CH4和NH

互为等电子体，CH4是正四面体形结构，所以NH

也是正四面体形结构。

（2）N2O4的原子总数和价电子总数都是NO2的2倍；NO的价电子总数是11，O2的价电子总数是12，故A、D不正确。

Na＋、Cl－均为单原子形成的离子，故B不正确。

答案：

（1）B　

（2）C

3．已知原子总数相同、价电子总数相同的微粒称为等电子体，等电子体的结构和性质相似。

据此回答下列问题：

（1）SCN－、NO

的价电子总数都是16，因此它们的结构与第二周期中的两种元素组成的________分子的结构相同，该分子呈________形。

（2）CO

、NO

等微粒具有相同的通式AX3，且价电子总数都是________，因此它们的结构与由第ⅥA族的两种元素组成的________分子的结构相同，呈________形。

解析：

根据等电子体的概念及常见等电子体即可回答问题。

答案：

（1）CO2（或N2O）　直线　

（2）24　SO3　平面三角

等电子体的应用

（1）利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。

如NH3和H3O＋，原子总数和价电子总数都相　

等，其立体构型相同（三角锥形）；SiCl4、SO

、SiO

、PO

等的原子数目和价电子总数都相等，互为等电子体，都呈正四面体形。

（2）应用于制造新材料。

等电子体不仅有相似的立体构型，而且有相似的性质。

如晶体硅、锗是良好的半导体材料，它们的等电子体AlP、GaAs也都是良好的半导体材料。

（3）利用等电子原理针对某物质找等电子体。

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，如CO2和CS2。

学习小结

1.σ键的特征是轴对称，键的强度较大；π键的特征为镜面对称，一般不如σ键牢固，比较容易断裂。

3.键长越短，键能越大，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定；键角决定分子的立体构型，共价键具有方向性。

2.共价单键是σ键；共价双键由一个σ键和一个π键组成；共价三键由一个σ键和两个π键组成。

4.原子总数和价电子总数均相同的分子或离子互为等电子体，具有相似的化学键特征和相近的某些性质。

课后达标检测[学生用书P69（单独成册）]

一、选择题

1．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（　　）

A．H2　　　　　　　　　　B．HCl

C．Cl2D．N2

解析：

选B。

H2中的σ键是ssσ键，Cl2、N2中的σ键都是ppσ键。

2．已知CN－与N2结构相似，推算HCN分子中σ键与π键数目之比为（　　）

A．1∶3B．2∶1

C．1∶1D．1∶2

解析：

选C。

CN－与N2结构相似，C原子与N原子之间形成三键，则HCN分子的结构式为H—C≡N，1个三键中含有1个σ键、2个π键，单键属于σ键，故HCN分子中σ键与π键数目之比为2∶2＝1∶1。

3．下列说法正确的是（　　）

A．π键是由两个p原子轨道“头碰头”重叠形成的

B．σ键呈镜面对称，而π键呈轴对称

C．乙烷分子中的化学键全为σ键，而乙烯分子中含有σ键和π键

D．H2分子中含σ键，而Cl2分子中除σ键外还含有π键

解析：

选C。

本题考查了σ键和π键的形成方式和特征。

原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键；σ键呈轴对称，而π键呈镜面对称；分子中所有的共价单键都是σ键，共价双键及共价三键中均含σ键和π键。

4．下列说法中正确的是（　　）

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：

选A。

共价键键能越大、键长越短，分子越稳定，A正确，B错误；在双原子分子中没有键角，且分子稳定性与键角无关，C错误；一般σ键的重叠程度大于π键，σ键的键能大于π键的键能，D错误。

5．（2019·瓦房店高级中学高二期中）对三硫化四磷分子的结构研究表明，该分子中没有不饱和键，且各原子的最外层均已达到了8电子结构。

则一个三硫化四磷分子中含有的共价键个数是（　　）

A．7B．9

C．19D．不能确定

解析：

选B。

三硫化四磷分子中没有不饱和键，且各原子的最外层均已达到了8电子结构，P元素可形成3个共价键，S元素可形成2个共价键，因此一个三硫化四磷分子中含有的共价键个数为

＝9个。

6．下列微粒属于等电子体的是（　　）

A．12CO2和14COB．H2O和NH3

C．N2和13COD．NO和CO

解析：

选C。

N2和13CO分子中均含有2个原子、10个价电子，二者互为等电子体。

7．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（　　）

A．N2分子与CO分子中都含有三个化学键

B．N2和CO都含有14个电子

C．N2与CO互为等电子体

D．N2与CO的化学性质相同

解析：

选D。

由题意可知N2分子中N原子之间、CO分子中C、O原子之间都是通过2个π键和1个σ键结合。

N2化学性质相对稳定，CO具有比较强的还原性，两者化学性质不同。

8．（2019·南昌高二检测）关于键长、键能和键角，下列说法中不正确的是（　　）

A．化学键的键能通常为正值

B．键长的长短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．键角的大小与键长的长短、键能的大小无关

解析：

选C。

键能是气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量，通常取正值，A正确；键长的长短与成键原子的半径有关，如Cl原子半径小于I原子半径，故Cl—Cl键的键长小于I—I键的键长，此外，键长还和成键数目有关，如乙烯分子中C===C键的键长比乙炔分子中C≡C键的键长要长，B正确；键能越大，键长越短，共价键越强，共价化合物越稳定，C错误；键角的大小取决于成键原子轨道间的夹角，D正确。

9．（2019·瓦房店高级中学高二期中）下列说法正确的是（　　）

A．氯化氢的分子式是HCl而不是H2Cl，是由共价键的方向性决定的

B．CH4分子的立体构型是正四面体形，是由共价键的饱和性决定的

C．电子云在两个原子核间重叠后，电子在两核间出现的概率增大

D．分子中共价键键长越长，键能越大，则分子越稳定

答案：

C

10．碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图所示。

下列有关该物质的说法正确的是（　　）

A．分子式为C3H2O3

B．分子中含6个σ键

C．分子中只有极性键

D．8.6g该物质完全燃烧得到6.72LCO2

解析：

选A。

A.由图示可知，该物质的分子式为C3H2O3。

B.分子中碳碳双键和碳氧双键中各有一个σ键，碳氧单键全部是σ键（4个），碳氢键也是σ键（2个），共有8个σ键。

C.分子中的碳氧键、碳氢键都是极性键，而碳碳键是非极性键。

D.8.6g该物质的物质的量为0.1mol，完全燃烧后得到0.3molCO2，只有在标准状况下0.3molCO2的体积才是6.72L。

11．由实验测得不同物质中O—O键的键长和键能数据如下表。

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（　　）

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

A.电子数越多，键能越大

B．键长越长，键能越小

C．成键所用的电子数越少，键能越大

D．成键时电子对越偏移，键能越大

解析：

选B。

电子数由多到少的顺序为O

＞O

＞O2＞O

，而键能由大到小顺序为W＞Z＞Y＞X，A错误；对于这些微粒在成键时所用的电子数情况，题中无信息，C错误；这些微粒都是O原子成键，无偏移，D错误。

12．由短周期前10号元素组成的物质T和X，有如图所示的转化。

X不稳定，易分解。

下列有关说法正确的是（　　）

A．为使该转化成功进行，Y可以是酸性KMnO4溶液

B．等物质的量的T、X分子中含有π键的数目均为NA

C．X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍

D．T分子中只含有极性键，X分子中既含有极性键又含有非极性键

解析：

选A。

由球棍模型可知，T为HCHO，X不稳定，易分解，则X为H2CO3，则Y为氧化剂，可以选择氧化性较强的酸性KMnO4溶液，A项正确；等物质的量并不一定是1mol，B项错误；X分子中含有的σ键个数为5，T分子中含有的σ键个数为3，C项错误；T、X分子中均只含有极性键，无非极性键，D项错误。

二、非选择题

13．

（1）如图，写出下列价键的名称，并各举一例说明含有这种价键类型的物质。

①

②

③

④

⑤

化学键类型

举例

（2）某有机物的结构式：

CHHCHCCH，则分子中有________个σ键，________个π键。

解析：

（1）①②③中的原子轨道是“头碰头”重叠，属于σ键，④⑤中的原子轨道是“肩并肩”重叠，属于π键。

（2）共价双键有一个σ键、一个π键，共价三键有一个σ键、两个π键，故CHHCHCCH中有7个σ键、3个π键。

答案：

（1）

①

②

③

④

⑤

化学键类型

ssσ键

spσ键

ppσ键

pzpzπ键

pypyπ键

举例

H2

HCl

Cl2

N2

N2

（2）7　3

14．下表是一些键能数据（单位：

kJ·mol－1）：

化学键

键能

化学键

键能

化学键

键能

化学键

键能

H—H

436

Cl—Cl

243

H—Cl

432

H—O

467

S===S

255

H—S

339

C—F

427

C—O

347

C—Cl

330

C—I

218

H—F

565

回答下列问题：

（1）①由表中数据能否得出下列结论：

半径越小的原子形成的共价键越牢固（即键能越大）________（填“能”或“不能”，下同）；非金属性越强的原子形成的共价键越牢固________。

②能否从数据中找出一些规律，请写出一条：

________________________________

____________________________________________________________________