共价键高考总复习.docx

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共价键高考总复习

共价键

知识点一、共价键的形成与特征

1.共价键的形成

（1）概念：

原子间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。

（2）成键的粒子：

一般为非金属原子（相同或不相同）或金属原子与非金属原子。

（3）本质：

原子间通过共用电子对（即电子云重叠）产生的强烈作用。

（4）形成条件：

非金属元素的原子之间形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属原子之间形成共价键。

2.共价键的特征

（1）饱和性

①按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋状态相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”。

②用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下：

③由以上分析可知，F原子与H原子间只能形成1个共价键，所形成的简单化合物为HF。

同理，O原子与2个H原子形成2个共用电子对，2个N原子间形成3个共用电子对。

（2）方向性

除s轨道是球形对称外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点。

在形成共价键时，原子轨道重叠的愈多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键就越牢固，因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，所以共价键具有方向性。

共价键的特征及应用

（1）共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。

（2）共价键的方向性决定了分子的立体构型，并不是所有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性。

例1

　下列不属于共价键成键因素的是（　　）

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

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的形成与判断

答案　D

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概率更大；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子的体积大小与能否形成共价键无必然联系。

例2

　下列说法正确的是（　　）

A.若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性

B.H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性

C.所有共价键都有方向性

D.两个原子轨道发生重叠后，电子仅存在于两核之间

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的特征

答案　A

解析　S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项对；H2O能结合1个H＋形成H3O＋，不能说明共价键不具有饱和性，B项错；H2分子中，H原子的s轨道成键时，因为s轨道为球形，所以H2分子中的H—H键没有方向性，C项错；两个原子轨道发生重叠后，电子只是在两核之间出现的概率大，D项错。

知识点二、共价键的类型

1.σ键

（1）概念：

未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠形成的共价键叫σ键。

（2）类型：

根据成键电子原子轨道的不同，σ键可分为s-sσ键、s-pσ键、p-pσ键。

①s-sσ键：

两个成键原子均提供s轨道形成的共价键。

②s-pσ键：

两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键。

③p-pσ键：

两个成键原子均提供p轨道形成的共价键。

（3）特征

①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。

②形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性。

（4）σ键的存在：

共价单键为σ键；共价双键和共价三键中存在一个σ键。

2.π键

（1）概念：

未成对电子的原子轨道采取“肩并肩”的方式重叠形成的共价键叫π键。

（2）特征

①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，这种特征称为镜面对称。

②形成π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时小，π键没有σ键牢固。

（3）π键的存在：

π键通常存在于双键或三键中。

（1）共价键的分类

（2）σ键和π键的比较

键的类型

σ键

π键

原子轨道重叠方式

两个原子的成键轨道沿着键轴的方向以“头碰头”的方式重叠

两个原子的成键轨道以“肩并肩”的方式重叠

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

示意图

例3

　s-pσ键与p-pσ键的区别在于（　　）

A.前者是电子云的重叠，后者没有电子云的重叠

B.前者有K层电子云成键，后者肯定无K层电子云成键

C.前者是电子云“头碰头”重叠，后者是电子云“肩并肩”重叠

D.前者是电子云“肩并肩”重叠，后者是电子云“头碰头”重叠

【考点】共价键的类型

【题点】σ键与π键的比较

答案　B

解析　凡是σ键，都是电子云“头碰头”的重叠。

s-pσ键是由s能级的电子云（“球形”）与p能级的电子云（“哑铃形”）以“头碰头”重叠而成键的。

由于K层不存在p能级，故p-pσ键不可能有K层电子云成键。

例4

　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

【考点】共价键的类型

【题点】共价键类型的综合

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。

知识点三、共价键参数

1.键能

（1）概念：

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。

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）应用：

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863.6kJ的能量。

②表中共价键最难断裂的是H—F，最易断裂的是H—I。

③由表中键能大小数据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，即最稳定的是HF，最不稳定的是HI。

2.键长

（1）概念：

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）应用：

共价键的键长越短，往往键能越大，这表明共价键越稳定，反之亦然。

3.键角

（1）概念：

在多原子分子中，两个共价键之间的夹角。

（2）应用：

在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性，因此键角决定着共价分子的立体构型。

（3）试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等

三角锥形

107°

NH3

V形（角形）

105°

H2O

直线形

180°

CO2、CS2、CH≡CH

例5

　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

【考点】共价键的键参数

【题点】键能、键长和键角的概念

答案　C

解析　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吸收或放出的能量应是1molN—H键键能的3倍。

例6

　下列分子中的键角最大的是（　　）

A.CO2B.NH3　C.H2OD.CH2==CH2

【考点】共价键的键参数

【题点】键角与分子的立体构型

答案　A

解析　CO2为直线形分子，键角为180°；NH3为三角锥形结构，键角为107°；H2O分子立体构型为V形，键角为105°；CH2==CH2为平面结构，键角为120°，故键角最大的是CO2，A正确。

例7

　实验测得四种结构相似的单质分子的键能、键长的数据如下：

A—A

B—B

C—C

D—D

键长/10－10m

0.74

1.98

键能/kJ·mol－1

193

151

已知D2分子的稳定性大于A2，则a>______；d>________；比较a、c的大小__________；比较b、d的大小__________。

【考点】共价键的键参数

【题点】键长、键能与分子稳定性的关系

答案　1.98　193　ad

解析　结构相似的单质分子中，键长越短，键能越大，分子越稳定。

知识点四、等电子原理

1.比较N2和CO的结构、性质，填写下表空格：

分子

结构

原子数

电子数

价电子数

立体构型

直线形

性质

沸点/℃

－195.81

－191.49

熔点/℃

－210.00

－205.05

液体密度/g·cm－3

0.796

0.793

2.分析比较N2和CO的结构和性质，得出的结论是CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，其性质相近。

3.等电子原理是指原子总数相同、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（主要是物理性质）是相近的。

满足等电子原理的分子互称为等电子体。

常见的等电子体

类型

实例

立体构型

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、NO

、N

、BeCl2（g）

直线形

三原子18电子的等电子体

、O3、SO2

V形

四原子24电子的等电子体

、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

正四面体形

例8

　1919年，Langmuir提出等电子原理：

原子总数相同、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，只要其原子总数相同，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NO

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电子总数均为14，CO2与N2O电子总数均为22。

（2）依题意，只要原子总数相同，价电子总数也相同，即可互称为等电子体，NO

为三原子，其价电子总数为（5＋6×2＋1）＝18，SO2、O3也为三原子，价电子总数均为6×3＝18。

学习小结：

1.共价键的三个键参数，键长、键能可用来判断共价键的稳定性，键角可用于判断分子的立体构型。

2.等电子体原子总数相同，价电子总数相同，但组成原子的核外电子总数不一定相同。

随堂练习：

1.下列各组物质中，所有化学键都是共价键的是（　　）

A.H2S和Na2O2B.H2O2和CaF2

C.NH3和N2D.HNO3和NaCl

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的形成与判断

答案　C

解析　A项，Na2O2中既有离子键又有O—O共价键，不正确；B项，CaF2中只有离子键，不正确；D项，NaCl属于离子化合物，没有共价键，不正确。

2.有A、B、C、D、E五种元素，已知：

①它们分别位于3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）：

……

496

4562

6912

9543

……

③A、E分别都能与D按原子个数比1∶1或2∶1形成化合物。

④B、C分别都能与D按原子个数比1∶1或1∶2形成化合物。

（1）写出两种只含有A、B、D、E四种元素的无水盐的化学式：

________、________。

（2）B2A2分子中存在________个σ键和________个π键。

（3）分别写出③中按原子个数比1∶1和④中按原子个数比1∶2形成的化合物的化学式：

________、________、________、________。

【考点】有关共价键的综合考查

【题点】有关共价键的综合考查

答案　

（1）NaHCO3　CH3COONa（或其他有机酸的盐）　

（2）3　2　（3）H2O2　Na2O2　CO2　NO2

解析　根据五种元素分别位于3个不同的短周期，可知A为H元素；根据E的电离能数据可知E为ⅠA族的碱金属元素，为Na元素；H、Na和O均能形成原子个数比为1∶1或2∶1的化合物，所以D为O元素；原子序数比O小的且与O可以按照原子个数比1∶1或1∶2形成化合物的元素为C元素和N元素，所以B、C分别为C元素和N元素。

3.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：

　　O—O键

数据

键长/10－12m

149

128

121

112

键能/kJ·mol－1

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（　　）

A.成键的电子数越多，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

【考点】共价键的键参数

【题点】键长、键能与共价键及分子稳定性的关系

答案　B

解析　共用一对共用电子对形成一个共价键，所以成键电子数越多，共价键数越多，但键能不一定大，A错误；键长越长，说明轨道的重合程度越小，越容易断裂，键能越小，B正确；成键电子数越多，键能越大，C错误；电子对越偏移说明极性越大，和键能没有必然关系，D错误。

4.已知键能、键长部分数据如下表：

共价键

Cl—Cl

Br—Br

I—I

H—F

H—Cl

H—Br

H—I

H—O

键能

（kJ·mol－1）

242.7

193.7

152.7

568

431.8

366

298.7

462.8

键长（pm）

198

228

267

共价键

C—C

C==C

C≡C

C—H

N—H

N==O

O—O

O==O

键能

（kJ·mol－1）

347.7

615

812

413.4

390.8

607

142

497.3

键长（pm）

154

133

120

109

101

（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）下列有关推断正确的是________。

A.同种元素形成的共价键，稳定性：

三键>双键>单键

B.同种元素形成的双键键能一定小于单键的2倍

C.键长越短，键能一定越大

D.氢化物的键能越大，其稳定性一定越强

（3）在相同条件下，将乙烯、乙炔以同速率通入等体积同浓度的溴的四氯化碳溶液中，下列观察到的现象正确的是________。

A.前者和后者同时褪色

B.前者后褪色，后者先褪色

C.前者先褪色，后者后褪色

D.无法判断

（4）在HX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。

【考点】共价键的键参数

【题点】共价键参数的综合

答案　

（1）ACD　

（2）A　（3）C　（4）HF　HI　大于

解析　

（1）根据表中数据，同主族气态氢化物的键能从上至下逐渐减小，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；还原性与失电子能力有关，还原性：

HI>HBr>HCl>HF，D项正确。

（2）由碳碳键的数据知A项正确；由O—O键、O==O键的键能知，B项错误；C—H键的键长大于N—H键的键长，但是N—H键的键能反而较小，C项错误；由C—H、N—H的键能知，CH4的键能较大，而稳定性较弱，D项错误。

（3）乙烯断裂一个π键，键能为（615－347.7）kJ·mol－1＝267.3kJ·mol－1，乙炔断裂2个π键总键

课后作业：

一、选择题

1．下列说法正确的是（　　）

A．含有共价键的化合物一定是共价化合物

B．由共价键形成的分子一定是共价化合物

C．分子中只有共价键的化合物一定是共价化合物

D．只有非金属原子间才能形成共价键

2．下列各组物质中，所有化学键都是共价键的是（　　）

A．H2S和Na2O2B．H2O2和CaF2

C．NH3和N2D．HNO3和NaCl

3．在氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是（　　）

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2s轨道

4．具有下列电子排布式的原子中，不能形成π键的是（　　）

A．1s22s22p63s23p4B．1s22s22p3

C．1s22s22p63s1D．1s22s22p2

5．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．①②B．①③

C．②③D．③④

6．下列不属于共价键成键因素的是（　　）

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

7．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

8．下列有关σ键的说法中错误的是（　　）

A．如果电子云图像是由两个s电子重叠形成的，即形成ssσ键

B．s电子与p电子形成spσ键

C．p电子与p电子不能形成σ键

D．HCl分子里含一个spσ键

9．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．分子中原子的最外层均满足8电子结构

B．分子中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．不能和氢氧化钠溶液发生反应

10．固体A的化学式为NH5，它的所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子的最外电子层结构，则下列有关说法中，不正确的是（　　）

A．NH5中既有离子键又有共价键

B．NH5的熔、沸点高于NH3

C．1molNH5中含有5molN—H键

D．NH5固体投入少量水中，可产生两种气体

11．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，下列说法不正确的是（　　）

A．N2分子与CO分子中都含有三键

B．N2分子与CO分子中的π键并不完全相同

C．N2分子与CO分子互为等电子体

D．N2分子与CO分子的化学性质相同

12．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立体构型相同，则下列有关说法中正确的是（　　）

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

13．已知N—N、N===N、N≡N键能之比为1．00∶2．17∶4．90，而C—C、C===C、C≡C键能之比为1．00∶1．77∶2．34。

下列有关叙述不正确的是（　　）

A．乙烯分子中σ键、π键的电子云形状对称性不同

B．乙炔分子中π键重叠程度比σ键小，易发生加成反应

C．氮分子中的N≡N键非常牢固，不易发生加成反应

D．氮气和乙炔都易在空气中点燃燃烧

14．从实验测得不同物质中氧—氧键之间的键长和键能数据如下表：

氧—氧键

数据　　　　

键长/10－12m

149

128

121

112

键能/kJ·mol－1

Z＝497．3

W＝628

其中X、Y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能的大小顺序为W>Z>Y>X。

该规律是（　　）

A．成键时电子数越多，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

15．下列说法正确的是（　　）

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．H2O2中既含有σ键，又含有π键

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

16．下列说法中正确的是（　　）

A．稀有气体的化学性质很稳定，是由于其分子间键能较大决定的

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键的键长、键能均相等

D．H2O分子中的两个O—H键的键角为180°

题号

答案

二、非选择题

17．在下列分子中，①HF，②Br2，③H2O，④N2，⑤CO2，⑥H2，⑦H2O2，⑧HCN

分子中只有σ键的是________（填序号，下同），分子中含有π键的是________，分子中所有原子都满足最外层为8个电子结构的是________，分子中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是________，分子中含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是________________，分子中含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是________________。

18．氮是

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