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第一节共价键 课标要求1知道共价键的主要类型，了解键和键的形成特点及其本质。2能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。1键的特征是轴对称，键的强度较大；键的特征为镜像对称，一般不如键牢固，比较容易断裂。2共价单键是键；共价双键中有一个键，一个键；共价三键中有一个键和两个键。3键长越短，键能越大，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定，键角决定分子的空间构型，共价键具有方向性和饱和性。4原子总数相同，价电子总数相同的等电子体，具有相似的化学键特征和相近的化学性质。 1本质和特征(1)本质：原子之间形成共用电子对。(2)特征：饱和性决定分子的组成；方向性决定分子的立体构型。2类型(按成键原子轨道的重叠方式分类)(1)键 形成成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成类型ss型sp型pp型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；键的强度较大(2)键形成由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成pp型特征键的电子云具有镜像对称性，即每个键的电子云由两块组成，分别位于由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；键不能旋转；一般不如键牢固，较易断裂现有N2CO2CH2Cl2C2H4四种分子(1)只存在键的分子有哪些？(2)同时存在键和键的分子有哪些？(3)键和键的数目之比为11的是哪种分子？提示：(1)(2)(3)分子中键和键的判断方法(1)根据成键原子的价电子数来判断能形成几个共用电子对。如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是键；如果形成多个共用电子对，则先形成1个键，另外的原子轨道形成键。(2)一般规律：共价单键是键；共价双键中有一个键，另一个是键；共价三键中有一个键，另两个是键。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)键是轴对称而键是镜像对称()(3)一般来说，键比键强度大，更稳定()(4)N2分子中键与键的个数比是21()答案：(1)(2)(3)(4)2下列分子中，只有键而没有键的是()CH4CH3CH3CH2=CH2CHCHABC D解析：选 ACH4和CH3CH3中只有单键没有双键或三键，所以只有键而没有键。 1概念和特点键参数概念特点键能气态基态原子形成1 mol 化学键释放的最低能量键能越大，键越稳定，越不易断裂键长形成共价键的两个原子之间的核间距键长越短，键能越大，键越稳定键角两个共价键之间的夹角表明共价键有方向性，决定分子的立体结构2.对分子性质的影响1根据价键理论分析氮气分子中的成键情况？并解释N2通常稳定的原因。提示：氮原子各自用三个p轨道分别跟另一个氮原子形成一个键和两个键。N2分子中存在NN，键能大，破坏它需要消耗较大的能量，因而通常N2很稳定。2你能比较出HF、HCl、HBr、HI稳定性大小吗？提示：HFHClHBrHI。3BF3键角是120，你能判断出该分子的形状吗？提示：平面三角形。(1)一般地，形成共价键的共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。(2)形成共价键的原子半径越小，键长越短，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HFHClHBrHI，因此，稳定性HFHClHBrHI。(3)键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的立体构型就确定了。如氨分子的HNH键角是107，NH键的键长是101 pm，就可以断定氨分子是三角锥形分子，如图。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)键角是描述分子立体结构的重要参数()(2)键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关()(3)键能越大，键长越长，共价化合物越稳定()(4)键角的大小与键长、键能的大小无关()答案：(1)(2)(3)(4)2下列说法正确的是()A键能越大，表示该分子越容易受热分解B共价键都具有方向性C在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长DHCl键的键能为431.8 kJmol1，HBr键的键能为366 kJmol1，这可以说明HCl比HBr分子稳定解析：选D键能越大，分子越稳定，A错误，D正确；HH键没有方向性，B错误；形成共价键的两个原子之间的核间距叫键长，C错误。 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化学键特征，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。1你能写出与CO2互为等电子体的一种分子和一种阳离子吗？提示：CS2或N2O、NO。2你能写出与NO互为等电子体的一种阴离子和一种分子吗？提示：CO或BO、BF3或SO3(g)。(1)等电子体的寻找方法将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n1,2等)的原子，如N2与CO、N和CNO均互为等电子体。将粒子中一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素的带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N2O和N互为等电子体。同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。(2)常见的等电子体类型实例二原子10电子的等电子体N2、CO、NO、C、CN三原子16电子的等电子体CO2、CS2、N2O、NO、N、BeCl2(g)三原子18电子的等电子体NO、O3、SO2四原子24电子的等电子体NO、CO、BO、BF3、SO3(g)五原子32电子的等电子体SiF4、CCl4、BF、SO、PO1根据等电子原理判断，下列各对粒子中互为等电子体的是()SO2与O3CO2与NO2CS2与NO2PCl3与NF3ABC D解析：选 D由题中信息可知，只要计算出分子中各原子的最外层电子数之和即可判断。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。SO2与O3、PCl3与NF3互为等电子体。2下列物质属于等电子体的一组是()CH4和NHB3H6N3和C6H6F和Mg H2O和CH4ABC D解析：选A等电子体要具备两个条件：一是粒子的原子总数相同，二是粒子的价电子总数相同。分析可知两组属于等电子体，中F和Mg的价电子总数不同，中H2O和CH4的原子总数不相同。三级训练节节过关1下列说法中，不正确的是()A键比键的重叠程度大，形成的共价键强度大B两个原子之间形成共价键时，最多有一个键C气体单质中，一定有键，可能有键DN2分子中有一个键、2个键解析：选C从原子轨道重叠程度看，键轨道的重叠程度比键轨道的重叠程度小，故一般键的稳定性弱于键；在单质分子中存在键(如Cl2、H2)、键(如N2中存在键和键)；稀有气体为单原子分子，不存在化学键。2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个键解析：选C乙醇的结构式为CHHHCHHOH，共含有8个共价键，其中CH、CO、OH键为极性键，共7个，CC键为非极性键。由于乙醇分子中只有单键，故无键。3NH键键能的含义是()A由N和H形成1 mol NH3所放出的能量B把1 mol NH3中的共价键全部拆开所吸收的能量C拆开约6.021023个NH键所吸收的能量D形成约1个NH键所放出的能量解析：选CNH键的键能是指形成1 mol NH键放出的能量或拆开1 mol NH键吸收的能量，不是形成1个NH键释放的能量。1 mol NH3分子中含 有3 mol NH键，拆开1 mol NH3或形成1 mol NH3中的全部共价键，吸收或放出的能量应是NH键键能的3倍。4已知通常分子中所含的键能越大，分子越稳定。参考下表中化学键的键能数据，判断下列分子中，受热时最不稳定的是()化学键HHHClHBrHI键能/(kJmol1)436.0431.8366298.7A氢气B氯化氢C溴化氢 D碘化氢解析：选DHI键的键能最小，分子最不稳定。5美国物理化学家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NH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：CH4COC2ONHN2HNO解析：等电子体要求必须是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。表中第一列的CH4与NH是含有5个原子和8个价电子的等电子体，同理可得其他几组答案。答案：CH4C2H6COCO2C2ONHN2HNONON2O46.W、X、Y、Z是周期表前36号元素中的四种常见元素，其原子序数依次增大。W、Y的氧化物是导致酸雨的主要物质，X的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，Z能形成红色(或砖红色)的Z2O和黑色的ZO两种氧化物。(1)W2中含有_个键_个键。W的气态氢化物稳定性比H2O(g)_(填“强”或“弱”)。(2)Y的基态原子价电子轨道排布式是_，Y的第一电离能比X的_(填“大”或“小”)。(3)Y的最高价氧化物对应水化物的浓溶液与Z的单质反应的化学方程式是_。解析：W、Y的氧化物是导致酸雨的主要物质，且原子序数：YW，则W为氮元素、Y为硫元素；X的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，则X原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，X为铝元素；Z能形成红色(或砖红色)的Z2O和黑色的ZO两种氧化物，则Z为铜元素。答案：(1)12弱(2) 大(3)Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O1下列分子中的键是由一个原子的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()AH2BHClCCl2 DN2解析：选BH2中的键是ss 键，Cl2、N2中的键都是pp 键。2对键的认识不正确的是()A键不属于共价键，是另一种化学键Bss 键与sp 键的对称性相同C分子中含有共价键，则至少含有一个键D含有键的化合物与只含键的化合物的化学性质不同解析：选AA项，键属于共价键；B项，ss 键与sp 键都属于键，对称性相同；D项，键容易断裂，而键不易断裂，所以含有键的化合物与只含键的化合物的化学性质不同。3下列物质的分子中既有键，又有键的是()HClH2ON2H2O2C2H4C2H2ABC D解析：选DN2分子中有三个共价键：一个键，两个键；C2H4中碳碳原子之间有两个共价键：一个键，一个键；C2H2中碳碳原子之间有三个共价键：一个键，两个键。4下列说法中正确的是()A双原子分子中化学键键能越大，分子越稳定B双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定C双原子分子中化学键键角越大，分子越稳定D在双键中，键的键能要小于键解析：选A在双原子分子中没有键角，C错误；当共价键键能越大、键长越短时，分子越稳定，A正确，B错误；一般键的重叠程度要大于键，键的键能大于键，D错误。5根据等电子原理，下列分子或离子与NO有相似结构的是()SO3BF3CH4NO2ABC D解析：选ANO是4原子，24(563124)个价电子(最外层电子数)的粒子，与其原子数相同的只有和。SO3的价电子数为6424；BF3的价电子数为37324，故SO3、BF3与NO是等电子体，结构相似。6根据下表中所列的键能数据，判断下列分子中最不稳定的是()化学键HHHClHBrBrBr键能/(kJmol1)436.0431.8366193.7A.HCl BHBrCH2 DBr2解析：选D键能越小，键长越长，共价键越不牢固，分子越不稳定。7下列各组物质化学性质不相似的是()AHF和H2O BNH3和PH3CCO和N2 DH3O和NH3解析：选ANH3和PH3、CO和N2、H3O和NH3都是等电子体，化学性质相似。8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BH3O离子的存在，说明共价键不应有饱和性C所有共价键都有方向性D两个原子之间形成共价键时，可形成多个键解析：选A由于S原子最外层有6个电子，故最多与2个H原子结合，所以根据共价键饱和性，将H2S写为H3S不正确；共价键不一定都具有方向性，如H2分子中的HH，因为H原子只有1s轨道，1s为球形对称，所以两个H原子成键时沿任何方向重叠形成的共价键都相同；两个原子形成共价键时只能形成一个键。9(1)如图，写出下列价键的名称，并各举一例说明含有这种价键类型的物质。化学键类型举例(2)某有机物的结构式：则分子中有_个键，_个键。解析：(1)中的原子轨道是“头碰头”重叠，属于键，中的原子轨道是“肩并肩”重叠，属于键；(2)共价双键有一个键、一个键，共价三键有一个键、两个键，故 中有7个键，3个键。答案：(1)化学键类型ss 键sp 键pp 键pzpz键pypy键举例H2HClCl2N2N2(2)7310某些共价键的键能数据如下表(单位：kJmol1)：共价键HHClClBrBrHClHI键能436243193432298共价键IINNHOHN键能151946463393(1)把1 mol Cl2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_。(3)试通过键能数据估算下列反应的反应热：H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H_。解析：(1)键能是指气态基态原子形成1 mol 化学键释放的最低能量，新键形成释放能量，则旧键断裂吸收能量，根据能量守恒定律，断开1 mol ClCl键吸收的能量等于形成1 mol ClCl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)H反应物键能之和生成物键能之和(4362432432)kJmol1185 kJmol1。答案：(1)吸收243(2)N2I2H2O(3)185 kJmol11下列说法正确的是()A键是由两个p电子“头碰头”重叠形成的B键是镜像对称，而键是轴对称C乙烷分子中的键全为键，而乙烯分子中含有键和键DH2分子中含键，而Cl2分子中除键外还含有键解析：选C原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为键；键是轴对称，而键是镜像对称；分子中所有的单键都是键，双键和三键中均含键和键。2下列说法正确的是()A键角越大，该分子越稳定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CCH4、CCl4中键长相等，键角不同DCC键由键和键组成，CC键为键，故CC键的键能小于CC键的2倍。3下列有关化学键类型的判断正确的是()A全部由非金属元素组成的化合物中肯定不存在离子键B所有物质中都存在化学键C已知乙炔的结构式为HCCH，则乙炔分子中存在2个键(CH)和3个键(CC)D乙烷分子中只存在键，即6个CH键和1个CC键都为键，不存在键解析：选DNH4Cl全部是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项错误；稀有气体原子达到稳定结构，为单原子分子，不存在化学键，B项错误；单键都为键，乙烷的结构式为 ,6个CH键和1个CC键都为键，D项正确；共价双键中有一个为键，另一个为键，共价三键中有一个为键，另外两个为键，故乙炔分子中有2个CH 键，CC键中有1个键、2个键，C项错误。4氰气的化学式为(CN)2，结构式为NCCN，性质与卤素相似，下列叙述正确的是()A分子中既有极性键，又有非极性键B分子中NC键的键长大于CC键的键长C分子中含有2个键和4个键D不和氢氧化钠溶液发生反应解析：选A分子中NC键是极性键，CC键是非极性键；成键原子半径越小，键长越短，N原子半径小于C原子半径，故NC键比CC键的键长短；(CN)2分子中含有3个键和4个键；由于与卤素性质相似，故(CN)2可以和氢氧化钠溶液反应。5下列说法中正确的是()A分子中键能越大，键长越短，则分子越稳定B只有非金属原子之间才能形成共价键C水分子可表示为HOH，分子中键角为180DHO键键能为463 kJmol1，即18 g水分子生成H2和O2时，放出的能量为2463 kJ解析：选A在分子中键能越大，键长应越短，分子越稳定，A正确；B中有些金属元素也可形成共价键；C中水分子的两个OH键的键角小于180，其分子结构式虽为HOH，但不能表示分子结构的真正立体构型；D中给出的HO键的键能是破坏1 mol HO键所吸收的能量，在H2O分子中有两个HO键，应吸收能量2463 kJ，而当H、O分别形成H2和O2，成键时需放出能量，所以反应放出的总能量应是它们的代数和，故D错误。6下列有关键和键的说法错误的是()A含有键的分子在反应时，键是化学反应的积极参与者B当原子形成分子时，首先形成键，可能形成键C有些原子在与其他原子形成分子时只能形成键，不能形成键D在分子中，化学键可能只有键而没有键解析：选D由于键的强度一般小于键的强度，所以反应时键比键易断裂，A项正确；分子的形成是为了使其能量降低，首先形成键，再根据成键原子的核外电子排布判断是否有键形成，B项正确；H原子形成分子时，只能形成键，不能形成键，C项正确；原子跟其他原子首先形成键，故分子中不可能只有键而没有键。7B3N3H6与C6H6是等电子体，则下列说法不正确的是()AB3N3H6能发生加成反应和取代反应BB3N3H6具有碱性CB3N3H6各原子在同一平面上DB3N3H6不能使酸性高锰酸钾溶液褪色解析：选B苯分子所有原子都在同一平面上，能发生加成反应和取代反应，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，也不具有碱性，而B3N3H6具有相似的性质，故B错误。8下面是从实验中测得的不同物质中氧氧键的键长和键能的数据：OO键数据 OOO2O键长/1012 m149128121112键能/(kJmol1)xyz494w628其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导出键能的大小顺序为wzyx。则该规律是()A成键所用的电子数越多，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成键时共用电子越偏移，键能越大解析：选B观察表中数据发现，O2与O的键能较大者，键长短，O中OO的键长比O中的长，所以键能小。按键长由短到长的顺序为OO2OO，则键能大小顺序应为wzyx。9根据氢分子的形成过程示意图回答问题。(1)HH键的键长为_，中，体系能量由高到低的顺序是_。(2)下列说法中正确的是_。A氢分子中含有一个键B由到，电子在核间出现的概率增大C由到，必须消耗外界的能量D氢分子中含有一个极性共价键(3)已知几种常见化学键的键能如下表：化学键SiOHOOOSiSiSiC键能/(kJmol1)368467498226x请回答下列问题：比较SiSi键与SiC键的键能大小(填“”“”或“”)：x_226 kJmol1。H2被喻为21世纪人类最理想的燃料，而更有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。已知1 mol单质硅含有2 mol SiSi键，1 mol SiO2含4 mol SiO 键，试计算：每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为_；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为_。解析：(1)可以直接从图上有关数据读出，HH键的键长为0.074 nm；体系能量由高到低的顺序是。(2)氢分子中只含有一个键，A错误；共价键的本质就是高概率的出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用，B正确；已经达到稳定状态，C正确；氢分子中只含有一个非极性共价键，D错误。(3)SiSi键的键长比SiC键的键长长，键能小。从图上读出，HH键的键能为436 kJmol1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为1 000 g2 gmol1(467 kJmol12436 kJmol11498 kJmol1)124 500 kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为368 kJmol14498 kJmol11226 kJmol12522 kJ。答案：(1)0.074 nm(2)BC(3)124 500 kJ522 kJ10氮可以形成多种离子，如NO、NH、N、NH、N2H、N2H等，已知N2H与N2H是由中性分子结合质子形成的，类似于NH，因此有类似于NH的性质。(1)写出N2H与碱溶液反应的离子方程式：_。(2)NH的电子式为_。(3)N有_个电子。(4)写出与N是等电子体的物质的化学式_(两种)。(5)据报道，美国科学家卡尔克里斯特于1998年11月合成了一种名为“N5”的物质，由于其具有极强的爆炸性，又称为“盐粒炸弹”。迄今为止，人们对它的结构尚不清楚，只知道“N5”实际上是带正电荷的分子碎片，其结构是对称的，5个N排成V形。如果5个N结合后都达到8电子结构，且含有2个NN，则“N5”分子碎片所带电荷是_。解析：(1)由题给信息可知，N2H是由N2H4与两个H结合而形成的，所以它与OH反应时的物质的量之比为12。(2)NH中氮原子最外层5个电子中的2个电子与2个氢原子形成共价键，氮再得到1个电子达到相对稳定结构，其电子式为HN, H。(3)N是由3个氮原子结合后再得到1个电子而形成的，所以应该有22个电子。(4)与N是等电子体的物质应该也是由3个原子组成，且最外层电子总数为16的粒子，有N2O、CO2等。(5)由“N5”中含有2个NN，可得在中间还有一个氮原子，此氮原子与NN一端的氮原子形成一个配位键，同样与另一个NN一端的氮原子形成一个配位键，这样可得形成氮氮三键的4个氮原子都达到8电子的稳定结构，此时中间的氮原子最外层就有9个电子，很不稳定，会失去1个电子而达到8电子的稳定结构，所以可得“N5”应该是带有一个单位的正电荷。答案：(1)N2H2OH=N2H42H2O(2) (3)22(4)N2O、CO2(其他合理答案也可)(5)一个单位的正电荷
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