化学（人教版）：选修3第2章第一节共价键

欢迎进入化学课堂 第一节共价键 为了揭示共价分子的结构 美国化学家路易斯于1916年提出了共价键的概念 指出两个原子可以通过共用电子对使每个原子都达到稀有气体元素原子的稳定结构而形成分子 这一概念未能揭示共价键的本质和特性 为了解决路易斯概念的不足 出现了由德国化学家海特勒和伦敦等人提出后由鲍林等人发展的现代价键理论 指出原子中的一个未成对电子只能与另一个原子中的一个自旋方向与其相反的未成对电子形成共价键 两个原子形成共价键是有关的原子轨道要发生有效重叠 1932年 美国化学家慕里肯和德国化学家洪特又提出了分子轨道理论 在形成共价键时各原子的原子轨道要共同组成新的分子轨道 那么 如何用共价键的现代理论来认识共价键的形成与实质 又如何用这些理论来解释常见共价分子的结构呢 1 知道共价键的主要类型中 键和 键的形成过程 能够判断共价键中的 键和 键 借助各原子轨道特征 理解 键和 键的特征和性质 2 了解共价键键参数的意义 能用键能 键长 键角等键参数说明简单分子的某些性质 3 能结合实例说明 等电子原理 的意义和应用 1 概念 原子间通过形成的化学键 共用电子对 3 类型 1 键 头碰头 连线 不变 轴对称 较大 2 键 肩并肩 镜像对称 两原子核 镜像 不能 牢固 断裂 共价键的特征和类型 1 共价键的特征 饱和性因为每个原子所能提供的未成对电子的数目是一定的 因此在共价键的形成过程中 一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个未成对电子配对成键后 一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配对成键了 即每个原子所能形成共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的 所以共价键具有饱和性 方向性除s轨道是球形对称的外 其他的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 2 类型 3 键与 键 s轨道与s轨道重叠形成 键时 电子不是只在两核间运动 而是电子在两核间出现的概率增大 因s轨道是球形的 故s轨道和s轨道形成 键时 无方向性 两个s轨道只能形成 键 不能形成 键 两个原子间可以只形成 键 但不能只形成 键 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1个 键 两个 键C 两个原子形成共价键时至少有1个 键D 在双键中 键的键能小于 键的键能 解析 A项S原子的价电子构型是3s23p4 有2个未成对电子 并且分布在相互垂直的3px和3py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 是由轨道的伸展方向决定的 B项N2分子中有三个化学键 其中有一个 键两个 键 C项 两个原子形成的共价键 首先有一个 键 其余为 键 D项 键的重叠程度比 键大 故键能 键大于 键 答案 D 气态基态 释放 最低能量 稳定 被打断 核间距 越大 稳定 共价键 方向性 空间构型 键参数的特点及其应用 1 共价键的键能和键长反映了共价键的强弱程度 键长和键角常被用来描述分子的空间构型 2 一般来讲 形成共价键的两原子半径之和越小 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HF HCl HBr HI中 分子的共用电子对数相同 1对 因F Cl Br I的原子半径依次增大 故共价键牢固程度H F H Cl H Br H I 因此 稳定性HF HCl HBr HI 氧族元素气态氢化物的稳定性递变规律可用类似的方法加以解释 同理 可用共价键牢固程度解释酸性HF HCl HBr HI及H2S H2Se H2Te 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 键长越短 键能越大 4 有机物中碳原子与碳原子形成的共价键的键长规律如下 C C C C C C 5 键能与化学反应过程中的能量关系化学反应的实质是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物分子内新化学键的形成 化学反应过程中 旧键断裂所吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量 反应为吸热反应 否则 反应为放热反应 反应热 H 反应物总键能 生成物总键能 反应物和生成物的化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化 2 参考下表中化学键的键能数据 分析下列分子中受热时最稳定的是 A H2B HFC HID HCl解析 共价键的键长越短 键能越大 则共价键越牢固 含有该键的分子越稳定 答案 B 1 等电子原理及等电子体等电子原理 的分子具有相似的 它们的许多性质是相近的 满足等电子原理的分子称为等电子体 原子总数相同 价电子总数相同 化学键特征 2 等电子体实例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 其性质对比如下 等电子体的判断和利用 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 判断一些简单分子或离子的立体构型 利用等电子体在性质上的相似性制造新材料 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 3 1919年 Langmuir提出等电子体的概念 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 也可互称为等电子体 等电子体的结构相似 物理性质相近 根据上述原理 下列各对粒子中 空间结构相似的是 A SO2与O3B CO2与NO2C CS2与NO2D PCl3与BF3 解析 由题中信息可知 只要算出分子中各原子的最外层电子数之和即可判断 B的最外层电子数为3 C的最外层电子数为4 N P的最外层电子数为5 O S的最外层电子数为6 答案 A 2011 广州高二质检 在下列分子中 HF Br2 H2O N2 CO2 H2 H2O2 HCN 分子中只有 键的是 分子中含有 键的是 分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是 分子中含有由两个原子的s轨道重叠形成 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 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 键的是 本题是对共价键与分子结构的关系进行判断 答案 键存在的规律 1 共价单键全部是 键 2 共价双键中 一个是 键 一个是 键 3 共价三键中 一个是 键 两个是 键 1 关于乙醇分子的说法正确的是 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 键D 分子中含有1个 键 答案 C 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 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 键能越大思路指引 解答本题要注意以下两点 1 键长越长键能越小 2 共价键的本质 自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对时 原子轨道发生重叠 电子数由多到少的顺序为 O22 O2 O2 O2 键能大小顺序为W Z Y X A项错误 这些微粒都是O成键 无偏移 D项错误 对于这些微粒在成键时所用电子情况 题中无信息 已有的知识中也没有 说明这不是本题考查的知识点 答案 B 共价键的键能与物质的稳定性共价键的键能越大 表示该共价键越牢固 即完全断开时消耗的能量越多 反之 键能越小 完全断开时消耗的能量越少 共价键越不牢固 而组成物质的分子中可以有许多化学键 因此由化学键的牢固性推测物质的稳定性时要注意几点 1 对于双原子分子 其分子内只含一个共价键 则由键的稳定性可以推出该物质分子的稳定性 2 共价键的牢固程度与其化学活泼性不是完全相同的 如CC键或CC键 依据键能数据是较牢固的共价键 但由于该类键中的 键部分是由原子轨道的侧面重叠所得 所以容易破坏而发生化学反应 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 A族 除H外 和 A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键键能为463kJ mol 1 即18gH2O分解成H2和O2时 消耗能量为2 463kJ 解析 D项中H O键键能为463kJ 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463kJ 18gH2O即1molH2O中含2molH O键 断开时需吸收2 463kJ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OO键的键能 故D项错误 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 答案 B 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 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均为14个电子 CO2与N2O均为22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 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 答案 1 N2COCO2N2O 2 SO2 O3 1 可将等电子原理扩大到离子 应用更为广泛 2 应用等电子原理的前提是原子总数必须相同 其次是价电子总数相同 对主族元素来说 必须是最外层电子数相同而不是总电子数相同 如CO2和CS2是等电子体 而CH4和NH3不是等电子体 1 下列对HCl Cl2 H2O NH3 CH4一组分子中 共价键形成方式分析正确的是 A 都是 键 没有 键B 都是 键 没有 键C 既有 键 又有 键D 除CH4外 都是 键 答案 A 2 氰气的化学式为 CN 2 结构式为NCCN 性质与Cl2相似 下列叙述正确的是 A 在一定条件下可发生加成反应B 分子中NC键的键长大于C C键的键长C 分子只含有2个 键和4个 键D 不和NaOH溶液反应 解析 三键中有一个 键 两个 键 键易断裂而发生加成反应 A项正确 N比C原子半径小 NC比CC键长小 更比C C键长小 B项错 CN 2分子还含一个C C 键 2个C N 键 故 键有3个 C项错 CN 2与Cl2性质相似 可与NaOH溶液反应 D项错 答案 A 3 下列事实不能用键能的大小来解释的是 A N元素的电负性较大 但N2的化学性质很稳定B 惰性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 解析 本题主要考查键参数的应用 由于N2分子中存在三键 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 惰性气体都为单原子分子 分子内部没有化学键 卤族元素从F到I原子半径逐渐增大 其氢化物中的键长逐渐变长 键能逐渐变小 所以稳定性逐渐减弱 由于H F的键能大于H O 所以二者比较更容易生成HF 答案 B 解析 从图示可以看出 N2分子和CO分子中均含有一个 键和两个 键 所以二者都含有三键 A项正确 N2分子中的 键是由每个N原子各提供两个p电子以 肩并肩 的方式重叠形成 而CO分子中的一个 键是O原子单方面提供电子形成的 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 其性质相似 但并不完全相同 C项正确 D项错误 答案 D 5 分析下列化学式中划有横线的元素 选出符合要求的物质 填空 A NH3B H2OC HClD CH4E C2H6F N2 1 所有的价电子都参与形成共价键的是 2 只有一个价电子参与形成共价键的是 3 最外层有未参与成键的电子对的是 4 既有 键又有 键的是 解析 NH3中N原子与3个H原子形成3个 键 还有一对不成键电子 H2O中O原子与2个H原子形成2个 键 还有两对不成键电子 HCl中Cl原子与1个H原子形成1个 键 还有三对不成键电子 CH4中C原子与4个H原子形成4个 键 所有价电子都参与成键 C2H6中C原子分别与3个H原子及另1个C原子形成4个 键 所有电子都参与成键 N2中N原子与另1个N原子形成1个 键 2个 键 还有一对不成键电子 答案 1 D E 2 C 3 A B C F 4 F 6 某些化学键的键能如下表所示 单位 kJ mol 1 1 以上化学键中最稳定的是 2 1molH2在2molCl2中燃烧 放出热量为 kJ 3 在一定条件下 1molH2与足量的Cl2 Br2 I2分别反应 放出的热量由多到少的顺序是 A Cl2 Br2 I2B Br2 Cl2 I2C Br2 I2 Cl2 4 1molH2在足量的F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热 解析 键能越高 共价键越稳定 所以由表可知H H最稳定 由题中数据和键能与反应热的关系可知 H2 Cl2 2HCl H 436 0kJ mol 1 242 7kJ mol 1 2 431 8kJ mol 1 184 9kJ mol 1 H2 Br2 2HBr H 436 0kJ mol 1 193 7kJ mol 1 2 366kJ mol 1 102 3kJ mol 1 H2 I2 2HI H 436 0kJ mol 1 152 7kJ mol 1 2 298 7kJ mol 1 8 7kJ mol 1 另外根据F2 Cl2 Br2 I2的活泼性也可判断与H2反应放热的相对多少 答案 1 H H 2 184 9 3 A 4 多 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全