化学课堂导练选修三人教通用版教师用书第2章+分子结构与性质+第一节 共价键.docx

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化学课堂导练选修三人教通用版教师用书第2章+分子结构与性质+第一节共价键

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