学年苏教版化学选修三新素养同步学案专题3 第三单元 共价键 原子晶体 Word版含答案.docx
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学年苏教版化学选修三新素养同步学案专题3第三单元共价键原子晶体Word版含答案
第三单元 共价键 原子晶体
1．认识共价键的本质和特性，了解共价键的饱和性与方向性。
2．知道共价键的主要类型σ键和π键形成的原理及强度相对大小。
3．知道共价键的键能、键长等的含义。
4．认识影响共价键键能的主要因素，分析化学键的极性强弱，把握键能与化学反应热之间的内在联系。
5．深化对原子晶体的认识。
6．树立正确的能量观。
共价键的形成和类型
一、共价键的形成
1．概念
通常情况下，吸引电子能力相近的原子之间通过共用电子对形成共价键。
2．成键本质
当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子密度增加，体系的能量降低。
3．共价键的特点
（1）共价键有饱和性
成键过程中，每种元素的原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键。
故在共价分子中，每个原子形成共价键的数目是一定的。
（2）共价键有方向性
成键时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键，且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现的机会越多，体系的能量下降就越多，形成的共价键就越牢固。
（但s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性）
二、共价键的类型
1．σ键和π键
（1）σ键：
原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”的方式重叠而形成的共价键叫σ键。
按形成σ键的原子轨道类型的不同，σ键可分为s sσ键、s pσ键、p pσ键。
图示如下：
（2）π键：
原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键叫π键，其形成过程表示如下：
2．非极性键、极性键和配位键
（1）非极性键
两个成键原子吸引电子的能力相同，共用电子对不发生偏移。
（2）极性键
两个成键原子吸引电子的能力不同，共用电子对发生偏移。
在极性键中，成键原子吸引电子的能力差别越大，共用电子对发生偏移的程度越大，共价键的极性越强。
（3）配位键
由一个原子提供空轨道，另一个原子提供孤电子对形成的共价键。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（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键的个数比是2∶1。
（ ）
（4）形成Cl2分子时，p轨道的重叠方式为
。
（ ）
（5）σ键和π键都只存在于共价分子中。
（ ）
（6）形成配位键的条件是一方有空轨道，另一方有孤电子对。
（ ）
（7）配位键是一种特殊的共价键。
（ ）
（8）配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子。
（ ）
（9）共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子。
（ ）
答案：
（1）×
（2）√ （3）× （4）× （5）× （6）√ （7）√ （8）√ （9）×
2．下列说法正确的是（ ）
A．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：
选B。
NaOH含有离子键和共价键，是离子化合物，A错误；由共价键形成的分子可以是单质分子，不一定是共价化合物，C错误；某些金属元素与非金属元素原子间也能形成共价键，如AlCl3等，D错误。
3．下列说法正确的是（ ）
A．π键是由两个p电子“头碰头”重叠形成的
B．σ键是镜面对称，而π键是轴对称
C．乙烷分子中的键全为σ键，乙烯分子中含σ键和π键
D．H2分子中含σ键，Cl2分子中含π键
解析：
选C。
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键是轴对称，而π键是镜面对称。
分子中所有的单键都是σ键，双键中有一个σ键和一个π键。
4．H2O分子中每个O原子结合2个H原子的根本原因是（ ）
A．共价键的方向性 B．共价键的饱和性
C．共价键的键角D．共价键的键长
解析：
选B。
O原子最外层有2个未成对电子，分别与H原子的核外电子形成共用电子对，O原子即达到8电子稳定结构，故1个O原子只能结合2个H原子，符合共价键的饱和性。
1．σ键和π键的比较
共价键类型
σ键
π键
电子云重叠方式
沿键轴方向相对重叠
沿键轴方向平行重叠
电子云重叠部位
两原子核之间，在键轴处
键轴上方和下方，键轴处为零
电子云重叠程度
大
小
示意图
键的强度
较大
较小
化学活泼性
不活泼
活泼
成键规律
共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键，一个是π键；共价叁键中一个是σ键，两个是π键
2．共价键分类小结
（1）按原子轨道的重叠方式可划分为两种键型，即σ键和π键。
（2）按共用电子对是否发生偏移可划分为非极性键和极性键。
（3）按两原子之间共用电子对的数目，可划分为共价单键、共价双键和共价叁键。
（4）按提供共用电子对的方式可划分为普通共价键和配位键。
3．配位键与共价键的关系
（1）形成过程不同：
配位键实质上是一种特殊的共价键，在配位键中一方提供孤电子对，另一方具有能够接受孤电子对的空轨道。
普通共价键的共用电子对是由成键原子双方共同提供的。
（2）配位键与普通共价键的实质相同。
它们都被成键原子双方共用，如在NH
中有三个普通共价键、一个配位键，但四者是完全相同的。
（3）同普通共价键一样，配位键可以存在于分子中[如Ni（CO）4]，也可以存在于离子中（如NH
）。
下列物质中，只含有极性键的分子是________，既含离子键又含共价键的化合物是________；只存在σ键的分子是________，同时存在σ键和π键的分子是________。
A．CO2 B．CH2Cl2 C．C2H6 D．CaCl2 E．NH4Cl
[解析] A～E的结构式或电子式分别为
A、B、C是由分子构成的，D、E是由阴、阳离子构成的。
由不同元素原子间形成的共价键为极性键，故A、B分子只含有极性键。
共价单键均为σ键，共价双键或叁键中各含1个σ键，其他为π键，故B、C分子中只存在σ键，A分子中同时存在σ键和π键。
D中只含离子键，E中NH
与Cl－之间为离子键，NH
中N—H键为共价键。
[答案] AB E BC A
下列有八种物质：
①CH4 ②CH3CH2OH ③N2 ④HCl ⑤O2 ⑥CH3CH3 ⑦C2H4 ⑧C2H2。
请按要求回答下列问题（填写编号）：
（1）只有σ键的有__________，既有σ键又有π键的有__________。
（2）只含有极性键的化合物有__________，既含有极性键又含有非极性键的化合物有__________。
（3）含有双键的有________，含有叁键的有________。
解析：
本题关键是考查八种物质的结构及共价键的类型。
八种物质的结构式分别为
、
。
利用共价键的特点，容易得出正确答案。
答案：
（1）①②④⑥ ③⑤⑦⑧
（2）①④ ②⑥⑦⑧
（3）⑤⑦ ③⑧
共价键的形成与类型判断
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频率出现
B．共用电子对必须在两原子中间
C．成键后的体系能量降低，趋于稳定
D．两原子核体积大小要适中
解析：
选D。
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；原子核体积的大小与能否形成共价键无必然联系。
2．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s pσ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p pσ键，N2分子中除有p pσ键外，还有p pπ键；C中，某些单原子分子（如He、Ne等稀有气体）中不含有化学键。
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．①②B．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，形成的两个共价键间夹角接近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（ ）
A．H2O2：
H—O===O—H
B．CH3COOOH：
C．CH4S：
D．SiHCl3：
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。
配位键的形成与判断
5．若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是（ ）
A．X、Y只能均是分子
B．X、Y只能均是离子
C．若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对
D．若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y
解析：
选C。
形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必须是一种微粒提供空轨道、一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确；配位键中箭头应指向提供空轨道的X，D项错误。
6．下列不能形成配位键的组合是（ ）
A．Ag＋、NH3 B．BF3、NH3
C．Co3＋、COD．Ag＋、H＋
解析：
选D。
形成配位键的条件：
一方有孤电子对，另一方有空轨道，D选项中，Ag＋和H＋中都只有空轨道而没有孤电子对。
共价键的键能与化学反应的反应热
1．键能：
原子之间形成的共价键的强度。
2．键长：
两原子核间的平均间距。
3．当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠，重叠程度越大，共价键的键能越大，键长越短。
4．化学反应过程中的能量变化是由反应物和生成物中化学键的强弱决定的。
反应物中旧化学键断裂时所吸收的总能量（即反应物中的键能总和）与生成物中新化学键形成时所放出的总能量（即生成物中的键能总和）的差就是此反应的反应热。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）键长是成键两原子半径的和。
（ ）
（2）C===C键的键能等于C—C键的键能的2倍。
（ ）
（3）键长短，键能就一定大，分子就一定稳定。
（ ）
（4）因为O—H键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力依次减弱。
（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）× （4）×
2．实验测得四种结构相似的单质分子的键长、键能的数据如下：
A—A
B—B
C—C
D—D
键长/10－10m
a
0．74
c
1．98
键能/kJ·mol－1
193
b
151
d
已知D2分子的稳定性大于A2，则a________（填“>”或“<”，下同）1．98，d________193；a________c，b________d。
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。
答案：
> > ＜ ＞
3．在30gSiO2晶体中，含有Si—O键的物质的量为（ ）
A．1mol B．1．5mol
C．2molD．2．5mol
解析：
选C。
1molSiO2中含4molSi—O键，30gSiO2是0．5mol，含有Si—O键的物质的量为2mol。
4．已知某些共价键的键能（kJ·mol－1）如下表所示：
键
H—H
Br—Br
I—I
Cl—Cl
H—Cl
H—I
H—Br
键能
436
193
151
243
431
298
366
（1）1molH2在2molCl2中燃烧，放出能量________kJ。
（2）在一定条件下，1molH2与足量的Cl2、Br2、I2（g）分别反应，放出热量由多到少的顺序是________（填字母）。
A．Cl2>Br2>I2B．I2>Br2>Cl2
预测1molH2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热________（填“多”或“少”）。
解析：
由题中数据和由键能求反应热公式可知：
H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g） ΔH＝436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1－2×431kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1，
H2（g）＋Br2（g）===2HBr（g） ΔH＝436kJ·mol－1＋193kJ·mol－1－2×366kJ·mol－1＝－103kJ·mol－1，
H2（g）＋I2（g）===2HI（g） ΔH＝436kJ·mol－1＋151kJ·mol－1－2×298kJ·mol－1＝－9kJ·mol－1。
答案：
（1）183
（2）A 多
1．对物质性质的影响
2．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。
如原子半径：
F＜Cl＜Br＜I，则共价键的牢固程度：
H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，稳定性：
HF＞HCl＞HBr＞HI。
如共用电子对数：
N≡N＞Cl—Cl，则共价键的牢固程度：
N≡N＞Cl—Cl。
（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．共价键的键能与化学反应热
（1）化学反应的实质：
化学反应的实质就是反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。
（2）化学反应过程有能量变化：
反应物和生成物中化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。
（3）放热反应和吸热反应
①放热反应：
旧键断裂吸收的总能量小于新键形成放出的总能量。
②吸热反应：
旧键断裂吸收的总能量大于新键形成放出的总能量。
（4）反应热（ΔH）与键能的关系
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。
注意：
ΔH＜0时，为放热反应；ΔH＞0时，为吸热反应。
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] 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。
[答案] B
（1）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
（2）N≡N键的键能是946kJ/mol，N—N键的键能为193kJ/mol，经过计算后可知N2中________键比________键稳定。
（填“σ”或“π”）
解析：
（1）键能通常取正值，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。
（2）N≡N键中含有1个σ键和2个π键，π键的键能E＝
＝376．5kJ/mol。
因为N≡N键中π键的键能比σ键的键能大，所以N2中π键比σ键稳定。
答案：
（1）C
（2）π σ
键能和键长
1．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。
2．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分子中存在叁键，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。
3．下列说法不正确的是（ ）
A．键能越大，表示化学键越牢固，越难以断裂
B．成键的两原子核越近，键长越短，化学键越牢固，性质越稳定
C．键角是描述分子立体结构的重要参数，其大小与键长、键能的大小无关
D．键能、键长只能定性分析化学键的强弱
解析：
选D。
A项正确，键能用于衡量共价键的强弱；B项正确，键长基本含义就是两成键原子的核间距；C项正确，键角决定立体空间结构，键长、键能决定共价键的强弱；D项错误，键能、键长这两个物理量的引入就是为了定量衡量共价键的强弱。
键能与反应热
4．白磷与氧气可发生反应P4＋5O2===P4O10。
已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—PakJ·mol－1、P—ObkJ·mol－1、P===OckJ·mol－1、O===OdkJ·mol－1。
根据如图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是（ ）
A．（6a＋5d－4c－12b）kJ·mol－1
B．（4c＋12b－6a－5d）kJ·mol－1
C．（4c＋12b－4a－5d）kJ·mol－1
D．（4a＋5d－4c－12b）kJ·mol－1
解析：
选A。
根据ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和计算。
从图中可以看出1个白磷分子中有6个P—P键，所以1molP4中共价键断裂要吸收6akJ的能量，1mol氧气分子中共价键断裂要吸收dkJ的能量；1个P4O10中有4个P===O键和12个P—O键，所以生成1molP4O10需放出（4c＋12b）kJ的能量，所以该化学反应的反应热为（6a＋5d－4c－12b）kJ·mol－1。
5．F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如ClF3、BrF3等。
已知反应Cl2（g）＋3F2（g）===2ClF3（g） ΔH＝－313kJ·mol－1，F—F键的键能为159kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为242kJ·mol－1，则ClF3中Cl—F键的平均键能为________kJ·mol－1。
解析：
设Cl—F键的平均键能为x。
根据反应的焓变＝反应物的键能总和－生成物的键能总和可知，Cl2（g）＋3F2（g）===2ClF3（g）的ΔH＝242kJ·mol－1＋159kJ·mol－1×3－6x＝－313kJ·mol－1，则x＝172kJ·mol－1。
答案：
172
原子晶体
1．概念：
相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。
2．原子晶体中共价键的键能大，所以原子晶体一般具有很高的熔、沸点和很大的硬度。
3．对于结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高，如金刚石（C）、晶体硅（Si）、碳化硅（SiC）三种原子晶体中，由于碳原子的半径比硅原子小，使键长：
C—CC—C>C—Si>Si—Si，所以三种晶体的熔点由高到低的顺序是金刚石>碳化硅>晶体硅。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）由原子直接构成的晶体一定是原子晶体。
（ ）
（2）具有共价键的晶体叫做原子晶体。
（ ）
（3）原子晶体在固态或熔化时都不导电。
（ ）
（4）原子晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应。
（ ）
（5）SO2与SiO2的化学键类型相同，晶体类型也相同。
（ ）
（6）1mol晶体硅中含4molSi—Si键。
（ ）
（7）60gSiO2晶体中含4molSi—O键。
（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）× （4）× （5）× （6）× （7）√
2．金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是（ ）
A．晶体中不存在独立的分子
B．碳原子间以共价键相结合
C．是自然界中硬度最大的物质
D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应
解析：
选D。
在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间立体网状结构，不存在具有固定组成的分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能很高，所以金刚石的硬度很高，故A、B、C选项正确。
但是由于金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项错误。
3．单质硼有无定形和晶体两种，参照下表数据填空：
金刚石
晶体硅
晶体硼
熔点（K）
3823
1683
2573
沸点（K）
5100
2628
2823
摩氏硬度
10
7．0
9．5
（1）晶体硼属于________晶体，理由是______________________________
________________________________________________________________________。
（2）请比较三者熔点高低的顺序，由此说明C、Si、B非金属性强弱的关系：
________________。
解析：
（1）由所给数据，可知晶体硼的熔、沸点很高，硬度很大，比较其熔、沸点和硬度均介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石和晶体硅都是原子晶体，故晶体硼也是原子晶体。
（2）原子晶体的熔、沸点与共价键的键能有关，而键能大小与原子的非金属性有关，非金属性越强，形成的共价键的键能越大，破坏它需要的能量越高，则熔、沸点越高，故非金属性C>B>Si。
答案：
（1）原子 晶体硼的熔、沸点和硬度均介于金刚石和晶体硅两种原子晶体之间，故晶体硼是原子晶体
（2）C>B>Si
1．常见的原子晶体
（1）物质类别
（2）金刚石的结构特点
金刚石的晶体结构模型
①在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。
②晶体中C—C—C夹角为109．5°。
③最小环上有6个碳原子。
④晶体中碳原子个数与C—C键数之比为1∶（4×
）＝1∶2。
（3）二氧化硅的结构特点
二氧化硅的晶体结构模型
①每个硅原子以4个共价单键与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，向空间扩展
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