HF>H2O>NH3，所以N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。
三、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结构特征，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。
【议一议】
3．写出常见的18电子微粒，讨论电子数相同的微粒与等电子体是否相同？
答案 电子数相同的微粒是指微粒中所有的电子数之和相同，但微粒中原子的数目不一定相同，如18电子的微粒有S2－、HS－、Cl－、Ar、K＋、Ca2＋、H2S、H2O2、N2H4、C2H6、CH3OH等。
等电子体是指原子总数相等、价电子总数相同的微粒，其电子总数不一定相同。
如N2O与CO2，其原子数、价电子数、电子总数相等；SO2和O3其原子数相同、价电子数相同，但电子总数SO2为32，O3电子总数为24，显然电子总数不同。
一、共价键的类型——σ键和π键
【例1】 下列有关化学键类型的判断不正确的是（ ）
A．s—sσ键与s—pσ键的对称性不同
B．分子中含有共价键，则至少含有一个σ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
答案 C
解析 s—sσ键无方向性，s—pσ键轴对称，A项对；在含有共价键的分子中一定有σ键，可能有π键，如HCl、N2等，B项对。
单键都为σ键，乙烷分子结构式为
，其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。
规律总结
1．共价键
2．σ键和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
沿键轴方向平行重叠
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，键轴处为零
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
变式训练1 下列说法中不正确的是（ ）
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
答案 C
解析 气体单质分子中，可能有σ键，如Cl2；可能有π键，如N2；也可能没有化学键，如稀有气体。
二、键参数——键能、键长与键角
【例2】 关于键长、键能和键角，下列说法中不正确的是（ ）
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．C===C键等于C—C键键能的2倍
D．因为O—H键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐增强
答案 C
解析 键角是描述分子立体结构的重要参数，如H2O中两个H—O键的键角为105°，故H2O为V形分子，A项正确；键长的大小与成键原子的半径有关，如Cl的原子半径小于I的原子半径，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键的键长要大，B项正确；C===C键的键能为615kJ·mol－1，C—C键的键能为347.7kJ·mol－1，二者不是2倍的关系，C项错误；O—H键的键能为462.8kJ·mol－1，H—F键的键能为568kJ·mol－1，O—H键与H—F键的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定，O2、F2跟H2反应的能力依次增强，D项正确。
规律总结
共价键强弱的判断
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。
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。
4．由电负性判断：
元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力越大，形成的共价键越稳定。
变式训练2 下列说法中正确的是（ ）
A．分子中键能越大，键长越长，则分子越稳定
B．元素周期表中的第ⅠA族（除H外）和第ⅦA族元素的原子间可能形成共价键
C．水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°
D．H—O键的键能为467kJ·mol－1，即18gH2O分解成H2和O2时，消耗能量为934kJ
答案 B
解析 D项中，H—O键键能为467kJ·mol－1，指的是气态基态氢原子和氧原子形成1molH—O键时释放的最低能量，则拆开1molH—O键形成气态氢原子和氧原子所需吸收的能量也为467kJ，18gH2O即1molH2O中含2molH—O键，断开时需吸收934kJ的能量形成气态氢原子和氧原子，再进一步形成H2和O2时，还需释放出一部分能量，故需知H—H键和O===O键的键能，D项错误；查表知Li的电负性为1.0，I的电负性为2.5，其差值为1.5<1.7，所以LiI中存在共价键，B项正确。
三、等电子体的判断和应用
【例3】
（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________和________；________和________。
（2）根据等电子原理，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NO2－互为等电子体的分子有：
________。
答案
（1）N2 CO CO2 N2O
（2）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价电子总数均为10，CO2与N2O价电子总数均为16个电子。
（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，即可互称等电子体，NO2－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。
规律总结
1．判断方法
原子总数相同，价电子总数相同的分子。
2．应用
等电子体的许多性质是相近的，空间构型是相同的。
利用等电子体可以：
（1）判断一些简单分子或离子的立体构型；
（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。
3．一些常见的等电子体
二原子10电子的等电子体：
N2、CO、CN－、C22－
二原子11电子的等电子体：
NO、O2＋
三原子16电子的等电子体：
CO2、CS2、N2O、CNO－、N3－
三原子18电子的等电子体：
NO2－、O3、SO2
四原子24电子的等电子体：
NO3－、CO32－、BF3、SO3（g）
4．等电子体的快速找法
（1）将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n（n＝1，2等）的原子，如N2与CO、N3－和CNO－互为等电子体。
（2）将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加（或减少）n的元素带n个单位电荷的阳离子（或阴离子），如N2O和N3－互为等电子体。
（3）同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中的元素原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。
变式训练3 1991年，Langmuir提出：
“凡原子数与价电子总数均相等的物质，其结构相同，物理性质相近”，称为等电子原理。
相应的物质互称为等电子体。
化学科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构与性质。
例如，CH4与NH4＋有相同的价电子数及空间构型。
请你根据等电子原理在下表空格处填上相应的化学式：
CH4
CO32－
C2O42－
NH4＋
N2H62＋
NO2＋
答案 见下表：
CH4
C2H6
CO32－
CO2
C2O42－
NH4＋
N2H62＋
NO3－
NO2＋
N2O4
解析 本题考查等电子原理的应用。
等电子体的要求是必须具有相同的原子总数和价电子总数，分子与离子也可以是等电子体。
N2H62＋是含有8个原子和14个价电子的微粒，比NH4＋多3个原子和6个价电子，NH4＋与CH4互为等电子体，而比CH4多3个原子和6个价电子的微粒为C2H6，同理可得其他几组答案。
1．下列关于共价键的说法不正确的是（ ）
A．H2S分子中两个共价键的键角接近90°的原因是共价键有方向性
B．N2分子中有一个σ键，两个π键
C．两个原子形成共价键时至少有1个σ键
D．在双键中，σ键不如π键稳定
答案 D
2．与NO3－互为等电子体的是（ ）
A．SO2B．BF3C．CH4D．NO2
答案 B
解析 等电子体是原子总数和价电子总数均相同的粒子，NO3－的原子数是4，价电子数是24，与其相同的是BF3。
3．下列分子中最难断裂成原子的是（ ）
A．HFB．HClC．HBrD．HI
答案 A
解析 因为原子半径I>Br>Cl>F，电负性F>Cl>Br>I，所以它们与H原子形成的氢化物分子的键能EH－F>EH－Cl>EH－Br>EH－1。
键能越大，化合物越难断裂成原子。
4．下列说法中能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面的是（ ）
A．任意两个B—F键间的夹角相等
B．3个B—F键键能相等
C．3个B—F键键长相等
D．任间两个B—F键间的夹角为120°
答案 D
解析 键参数中，键能和键长是用于判断共价键稳定性的依据，而键角是判断分子立体构型的依据。
3个B—F键间的夹角均为120°时，正好构成一个以B原子为中心的平面结构，因此4个原子共平面。
5．下面物质的分子中既有σ键，又有π键的是（ ）
①HCl ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．①②③B．③④⑤⑥C．①③⑥D．③⑤⑥
答案 D
解析 当两个原子间能形成多对共用电子对时，要先形
成一个σ键，另外的原子轨道只能形成π键，N2分子中有三个共价键：
一个σ键，两个π键，C2H4分子中两个碳原子之间有两个共价键；一个σ键，一个π键；C2H2分子中碳碳原子之间有三个共价键：
一个σ键，两个π键。
6．某些共价键的键能数据如下表（单位：
kJ·mol－1）
共价键
键能
H—H
436
Cl—Cl
243
Br—Br
193
H—Cl
432
H—I
298
I—I
151
N≡N
946
H—O
463
H—N
393
（1）把1molCl2分解为气态原子时，需要________（填“吸收”或“放出”）________kJ能量。
（2）由表中所列化学键形成的单质分子中，最稳定的是________，最不稳定的是________；形成的化合物分子中最稳定的是________，最不稳定的是________。
（3）试通过键能数据估算下列反应的反应热：
H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g） ΔH＝________。
答案
（1）吸收 243
（2）N2 I2 H2O HI
（3）－185kJ·mol－1
解析 本题主要考查键能的定义以及键能与化学键稳定性的关系。
（1）键能是指气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量，新键形成释放能量，则旧键断裂必然吸收能量，根据能量守恒定律断开1molCl—Cl键吸收的能量等于形成1molCl—Cl键释放的能量。
（2）键能越大，化学键越稳定，越不容易断裂，化学性质越稳定，因此最稳定的单质为N2，最不稳定的单质是I2，最稳定的化合物是H2O，最不稳定的化合物是HI。
（3）ΔH＝E（反应物键能之和）－E（生成物键能之和）＝（436＋243－2×432）kJ·mol－1＝－185kJ·mol－1。
[经典基础题]
1．下列说法中正确的是（ ）
A．p轨道之间以“肩并肩”重叠可形成σ键
B．p轨道之间以“头对头”重叠可形成π键
C．s和p轨道以“头对头”重叠可形成σ键
D．共价键是两个原子轨道以“头对头”方式重叠形成的
答案 C
解析 A项p轨道之间以“肩并肩”重叠形成的是π键；B项p轨道之间以“头对头”重叠可形成σ键；D项形成共价键还可能是两个原子轨道以“肩并肩”重叠形成。
2．下列有关σ键的说法错误的是（ ）
A．如果电子云图像是由两个s电子重叠形成的，即形成s—sσ键
B．s电子与p电子形成s—pσ键
C．p电子与p电子不能形成σ键
D．HCl分子里含一个s—pσ键
答案 C
解析 p电子与p电子若“头碰头”重叠即形成p—pσ键。
3．下列分子中存在的共价键类型完全相同的是（ ）
A．CH4与NH3B．C2H6与C2H4
C．H2与Cl2D．Cl2与N2
答案 A
解析 A项中全是s—pσ键；B项中C2H6只存在σ键，而C2H4存在σ键和π键；C项中H2中的键为s—sσ键，Cl2中的键为p—pσ键；D项与B项类似。
4．参考下表化学键的键能数据，判断下列分子中受热最稳定的是（ ）
化学键
H—H
H—F
H—Cl
H—Br
键能/kJ·mol－1
436
568
431
366
A.H2B．HFC．HClD．HBr
答案 B
解析 共价键的键能越大，越不容易被破坏，意味着化学键越稳定，分子也越稳定。
5．下列说法正确的是（ ）
A．键角决定了分子的结构
B．共价键的键能越大，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定
C．CH4、CCl4中键长相等，键角不同
D．C===C中的键能是C—C中的键能的两倍
答案 B
解析 分子结构是由键角和键长共同决定的，A项错。
CH4、CCl4分子均为正四面体型，它们的键角相同，键长不等，C错。
C===C中的双键由一条σ键和一条π键构成，通常而言σ键键能大于π键键能，故C===C中的键能应小于C—C键键能的两倍，D错。
6．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分子中都含有三键
B．CO分子与N2分子中的π键并不完全相同
C．N2与CO互为等电子体
D．N2与CO的化学性质相同
答案 D
解析 从题图可以看出，N2分子与CO分子中均含有一个σ键和两个π键，所以二者都含有三键，A项正确；N2分子中的π键是由每个氮原子各提供两个p电子以“肩并肩”方式形成的，而CO分子中的一个π键是由氧原子单方面提供电子对形成的，B项正确；N2与CO的原子总数和价电子总数均相同，互为等电子体，二者化学性质相似，但并不完全相同，C项正确，D项错误。
7．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
答案 B
解析 在单质分子中，可能存在σ键（如H2、Cl2）、π键（如N2分子中存在σ键、π键），而稀有气体为单原子分子，不存在化学键，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，但化学性质不同，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。
8．能够用键能的大小作为主要依据来解释的是（ ）
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、磷酸是难挥发性酸
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
答案 D
解析 共价分子构成物质的状态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达稳定结构；氮气比氧气稳定是由于N2分子中共价键的键能（946kJ·mol－1）比O2分子中共价键的键能（497.3kJ·mol－1）大，在化学反应中更难断裂。
9．有以下物质：
①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2O2，⑧HCN（H—C≡N）。
（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________。
答案
（1）①③⑧
（2）②④ （3）⑤⑥⑦ （4）①②③⑥⑦
（5）④⑤⑧
解析 根据同种原子形成的共价键是非极性键，不同种原子形成的共价键是极性键，共价单键是σ键，双键中一个是σ键、另一个是π键，共价三键由一个σ键、两个π键组成，进行分析、判断。
[能力提升题]
10．现有四种短周期元素A、B、C、D，已知：
①C、D在同一周期，A、B在同一主族；②它们可以组成化合物A2C、B2C2、DC2、D2A4等；③B的阳离子与C的阴离子的核外电子排布相同；④B2C2同A2C或DC2反应都生成气体C2，B与A2C反应生成气体A2，A2与气体C2按体积比2∶1混合后点燃发生爆炸，其产物是一种常温下常见的无色无味的液体。
请回答：
（1）写出元素符号：
A________、B________、C________、D________。
（2）在A2C、B2C2、DC2和D2A4中，同时含有离子键和非极性共价键的化合物的电子式为________；
按原子轨道重叠方式，其非极性键的类型是________。
化合物DC2的结构式________。
（3）A2C分子的电子式________，按原子轨道重叠方式，其共价键的类型是________。
D2A4是平面形分子，其分子中含有________个σ键，________个π键。
（4）写出化学方程式或离子方程式：
B2C2与A2C反应的化学方程式______________________________________；
B2C2与DC2反应的化学方程式______________________________________；
B与A2C反应的离子方程式__________________________________________。
答案
（1）H Na O C
（2）Na＋[·×O··,····O··,···×]2－Na＋ p—pσ键 O===C===O
（3）H··O··,····H s—pσ键 5 1
（4）2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑
解析 由A2与气体C2按体积比2∶1混合后点燃能发生爆炸，其产物是一种常温下常见的无色无味的液体，可知该液体是H2O，A是H元素，C是O元素；由B与A2C反应生成气体A2知，B是Na元素；由B2C2同A2C或DC2反应都生成气体C2知，D是碳元素。
11．已知下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的最低能量（kJ）。
物质
能量（kJ）
Cl2
243
Br2
193
I2
151
H2
436
HF
565
HCl
431
HBr
363
HI
297
根据表中数据回答问题：
（1）下列物质本身具有的能量最低的是________。
A．H2B．Cl2C．Br2D．I2
（2）下列氢化物中，最稳定的是________。
A．HFB．HClC．HBrD．HI
（3）X2＋H2===2HX（X代表F、Cl、Br、I）的反应是吸热反应还是放热反应？
________。
（4）相同条件下，X2分别与H2反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是________。
2molCl2在一定条件下与等物质的量的H2反应，放出或吸收的热量是________kJ。
（5）若无上表中的数据，你能正确回答出问题（4）的第一问吗？
________；你的理由是__________________________________________________________。
答案
（1）A
（2）A （3）放热反应 （4）F2 366 （5）能 生成物越稳定，放出的热量就越多，在HX中，HF最稳定
解析 能量越低越稳定，破坏其中的化学键需要的能量就越多，形成其中的键时放出的能量也越多。
12．下列粒子：
N2、CO2、NH3、N2O、O2、NO2、NO和CO。
（1）互为等电子体的粒子有___________________________________________。
（2）过量Mg可以在N2O中燃
升级会员 