高中化学2022春人教版 选择性必修2 第二章 第一节 第1课时 共价键（学案+课时练 word版含解析）
文档属性
| 名称 | 高中化学2022春人教版 选择性必修2 第二章 第一节 第1课时 共价键（学案+课时练 word版含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-03-13 15:17:58 | ||
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文档简介
第一节 共价键
第1课时 共价键
[核心素养发展目标] 1.能从微观角度分析形成共价键的微粒、类型，能辨识物质中含有的共价键。2.理解共价键中σ键和π键的区别，建立σ键和π键的思维模型，熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数。
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。
(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(即原子轨道重叠)产生的强烈作用。
2．共价键的特征
(1)饱和性
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)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，原子轨道重叠的越多，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，如图所示。
1．NH3分子中为什么N原子是1个，而H原子为3个？
提示 N和H原子的电子式分别为和H·，N原子最外层有3个未成对电子，H原子有1个未成对电子，形成共价键时每个N原子只需与3个H原子分别形成3个共用电子对即可达到稳定状态，共价键达到饱和，从而决定了分子中H原子个数。
2．从电负性角度理解共价键、离子键的形成条件，完成表中内容。
原子 Na Cl H Cl C O
电负性 0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5
电负性之差(绝对值)
结论：当元素的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是_____键；而________键是元素的电负性相差不大的原子之间形成的化学键。
答案 2.1 0.9 1.0 离子 共价
1．正误判断
(1)形成共价键后体系的能量降低，趋于稳定( )
(2)共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的( )
(3)共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系( )
(4)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的( )
(5)原子轨道在空间都具有方向性( )
答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)×
2．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．H2O与H2S的空间结构一样是由共价键的饱和性决定的
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
答案 C
解析 Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的饱和性决定的，A不正确；例如氢气中的共价键没有方向性，C正确；两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率增大，D不正确。
3．下列各组物质中，所有化学键都是共价键的是( )
A．H2S和Na2O2 B．H2O2和CaF2
C．NH3和N2 D．HNO3和NaCl
答案 C
解析 A项，Na2O2中既有离子键又有O—O共价键，不符合题意；B项，CaF2中只有离子键，不符合题意；D项，NaCl中只有离子键，不符合题意。
对于共价键的错误认识
(1)共价键不仅存在于共价化合物中，也可以存在于离子化合物中，如NaOH、NH4Cl中都含有共价键，还可以存在于非金属单质中，如H2、O3等。
(2)非金属元素之间并不是只形成共价键，也可以形成离子键，如铵盐NH4NO3只由非金属元素组成，但是含有离子键。
(3)活泼的金属元素和非金属元素之间也可以形成共价键，如AlCl3中只有共价键。
(4)所有共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如s s σ键就没有方向性。
二、共价键类型(按成键原子的原子轨道的重叠方式分类)
1．σ键
形成 由两个原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠形成
类型 s s型
s p型
p p型
特征 以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变，这种特征称为轴对称；σ键的强度较大
2.π键
形成 由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成
p p π键
特征 π键的电子云具有镜面对称性，即每个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；π键不能旋转；不如σ键牢固，较易断裂
3.判断σ键、π键的一般规律
共价单键为σ键；共价双键中有一个σ键、一个π键；共价三键由一个σ键和两个π键构成。
观察如图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构，并回答下列问题。
(1)它们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？
提示 乙烷：7个σ键，乙烯：5个σ键和1个π键，乙炔：3个σ键和2个π键。
(2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼？
提示 乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含1个和2个π键，π键原子轨道重叠程度小，不牢固，容易断裂；而乙烷中没有π键，σ键牢固，不易断裂。
(3)在气体单质分子中，一定含有σ键，可能含有π键吗？
提示 稀有气体的单质分子中不含化学键；多原子分子中一定含有σ键，可能含有π键。
1．下列说法对σ键和π键的认识不正确的是( )
A．分子中只要含有共价键，则至少含有一个σ键
B．s s σ键、p p σ键与s p σ键都是轴对称的
C．p p σ键和p p π键的重叠方式是相同的
D．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者
答案 C
解析 单键为σ键，双键和三键中均含1个σ键，所以分子中含有共价键，则至少含有一个σ键，故A正确；因s s σ键、p p σ键与s p σ键的电子云均为“头碰头”重叠，则为轴对称，故B正确；p p σ键和p p π键的重叠方式是不相同的，p p σ键是“头碰头”重叠而p p π键是“肩并肩”重叠，故C错误；π键不稳定，易断裂，则含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者，故D正确。
2．丁烯二酸(HOOCCH==CHCOOH)分子结构中含有σ键、π键的个数分别是( )
A．4个σ键，1个π键 B．11个σ键，3个π键
C．4个σ键，3个π键 D．9个σ键，5个π键
答案 B
解析 分子中含有1个C==C，2个C==O、2个C—H、2个C—O、2个C—C、2个O—H，其中C==C、C==O含有σ键、π键，其他都为σ键，则分子中含有11个σ键、3个π键。
3．有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。
(1)只有σ键的是________________(填序号，下同)；既有σ键又有π键的是__________。
(2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是__________________________________。
(3)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______________。
(4)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__________。
答案 (1)①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨
(2)⑦
(3)①③⑤⑥⑧⑨
(4)②④⑤⑥⑧⑨
解析 (1)单键只有σ键，双键或三键才含有π键，故只有σ键的是①②③⑥⑦⑧；既有σ键又有π键的是④⑤⑨。
(2)H原子只有s轨道，题给物质中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的只有H2。
共价键的分类
1．下列关于共价键的说法正确的是( )
A．共价键只存在于共价化合物中
B．只含有共价键的物质一定是共价化合物
C．非金属元素的原子只能通过共价键形成共价分子
D．离子化合物中可能含有极性键也可能含有非极性键
答案 D
2．下列有关σ键和π键的说法错误的是( )
A．π键是原子轨道“肩并肩”方式重叠形成的共价键
B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键
C．σ键较π键稳定
D．苯分子中含有12个σ键和3个π键
答案 D
3．下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是( )
A．CH4与NH3 B．C2H6与C2H4
C．H2与Cl2 D．Cl2与N2
答案 A
解析 分子中全是s p σ键，A正确；C2H6只存在σ键，而C2H4存在σ键和π键，B错误；H2为s s σ键，Cl2为p p σ键，C错误；Cl2中只存在σ键，而N2中存在σ键和π键，D错误。
4．在N2F2分子中，所有原子均符合8电子稳定结构，则该分子中两个氮原子之间的键型构成是( )
A．仅有一个σ键
B．仅有一个π键
C．一个σ键，一个π键
D．一个σ键，两个π键
答案 C
解析 由题给条件所有原子均符合8电子稳定结构可知，其结构式应为F—N==N—F，则两个氮原子之间为氮氮双键，含有一个σ键和一个π键。
5．(1)分子中σ键和π键的比例为______________。
(2)已知反应N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(l)，若该反应中有4 mol N—H断裂，则形成的π键的数目为________。
答案 (1)9∶1 (2)3NA
解析 (1)共价单键是σ键，共价双键中含有1个π键、1个σ键，又因分子两边的单键碳原子还分别含有2个C—H，所以σ键和π键的比例为9∶1。(2)若该反应中有4 mol N—H断裂，则生成1.5 mol氮气，形成π键的数目为3NA。
题组一 共价键的形成与特征
1．原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是( )
A．共价键的方向性 B．共价键的饱和性
C．共价键原子的大小 D．共价键的稳定性
答案 B
解析 原子间形成分子时，形成了共价键，共价键具有饱和性和方向性，方向性决定分子的空间结构，饱和性则决定原子形成分子时相互结合的数量关系。
2．下列说法正确的是( )
A．若把H2S写成H3S，则违背了共价键的饱和性
B．H3O＋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．两个原子轨道发生重叠后，两核中的电子不仅存在于两核之间，还会绕两核运动
答案 A
解析 硫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项正确；H2分子中氢原子的s轨道成键时，因为s轨道呈球形，所以H2中的H—H没有方向性，C项错误；两个原子轨道发生重叠后，只有共用电子对在两核之间绕两个原子核运动，D项错误。
3．从电负性的角度来判断下列元素的原子之间易形成共价键的是( )
A．K和Cl B．H和F
C．K和F D．Ca和O
答案 B
解析 一般电负性相差不大的非金属元素原子之间容易形成共价键。
题组二 共价键的类型及判断
4．下列有关σ键和π键的说法错误的是( )
A．H只能形成σ键，O可以形成σ键和π键
B．两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键
C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键
D．在分子中，化学键可能只有π键而没有σ键
答案 D
解析 单键为σ键，而双键、三键中有σ键和π键，则有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键，如HCl，故C正确；共价键中一定含σ键，则在分子中，化学键可能只有σ键，而没有π键，故D错误。
5．下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A．σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转
B．H2分子中的σ键是s s σ键，HClO分子中的σ键都是p p σ键
C．C2H4分子和N2H4分子中都含有5个σ键
D．σ键以“头碰头”方式重叠，π键以“肩并肩”方式重叠
答案 B
解析 σ键为轴对称，π键为镜面对称，则σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转，故A正确；H只有1s轨道上的电子，O的2p轨道上的电子与H的1s轨道上的电子以“头碰头”方式重叠形成s p σ键，故B错误；乙烯分子中氢原子和碳原子之间存在共价单键，为σ键，碳碳原子之间存在共价双键，有1个σ键和1个π键，则C2H4分子中有5个σ键和1个π键，N2H4中只有5个共价单键，即含有5个σ键，故C正确；π键为p电子“肩并肩”重叠形成，而σ键为s或p电子“头碰头”重叠形成，故D正确。
6．下列一定既含有σ键又含有π键的分子是( )
①N2O ②H2O2 ③N2 ④C3H6 ⑤HCHO ⑥Na2O2
A．①②③ B．①③④
C．①③⑤ D．③④⑥
答案 C
解析 ②中均为单键，④可能为环丙烷，此时均为单键，⑥为离子化合物且含O—O单键，均不符合，只有①③⑤为既含有σ键又有含π键的分子。
7．防晒霜之所以能有效地减轻紫外线对人体的伤害，是因为其有效成分的分子中含有π键，这些分子中的 π键电子可以在吸收紫外线后被激发，从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。下列物质没有防晒效果的是( )
A．氨基苯甲酸
B．羟基丙酮
C．肉桂酸(C6H5—CH==CH—COOH)
D．酒精
答案 D
8．下列物质的分子中既有σ键又有π键，并含有非极性键的是( )
①NH3 ②N2 ③H2O ④HCl ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．②⑤⑥ B．①②⑤⑥
C．②③④ D．②④⑥
答案 A
解析 ①NH3中存在H—N，只有σ键，故错误；②N2的结构式为N≡N，含有σ键和π键，N与N之间为非极性键，故正确；③H2O中只存在H—O，即只有σ键，故错误；④HCl的结构式为H—Cl，只存在σ键，故错误；⑤C2H4中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价双键，含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确；⑥C2H2中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价三键，所以含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确。
9．据报道，大气中存在一种潜在的温室气体SF5—CF3(结构如图)，虽然其数量有限，但它是已知气体中吸热最高的。关于SF5—CF3的说法正确的是( )
A．分子中有σ键也有π键
B．C—F是s p σ键
C．分子中不是所有原子都满足8电子稳定结构
D．0.1 mol SF5—CF3分子中电子数为8 mol
答案 C
解析 只有共价单键，则分子中只有σ键，没有π键，故A错误；C—F是p p σ键，故B错误；一个SF5—CF3分子中有94个电子，则0.1 mol SF5—CF3分子中电子数为9.4 mol，故D错误。
10．碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图所示。下列有关该物质的说法正确的是( )
A．分子中含6个σ键
B．分子式为C3H2O3
C．分子中只有极性键
D．8.6 g该物质完全燃烧得到6.72 L CO2
答案 B
解析 根据题图中该分子的结构可知该物质的分子式为C3H2O3,1个分子中含有4个C—O、1个C==C，2个C—H、1个C==O，其中单键均为σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，因此分子中含8个σ键，故A错误、B正确；该分子中的C—H、C—O等为极性键，C==C为非极性键，故C错误；未给出CO2所处的状态，不能根据其物质的量计算体积，故D错误。
11．(2020·石家庄高二检测)若a g C2H4和C3H6的混合物含有b个C—H，则阿伏加德常数可以表示为( )
A. B. C. D.
答案 B
解析 C2H4和C3H6的最简式均为CH2，1 mol CH2中含碳氢键的数目为2NA，a g混合物中CH2的物质的量为 mol，C—H的物质的量为 mol，含碳氢键的数目为b，NA＝＝＝。
12．在下列化学反应中，所断裂的共价键中，仅仅断裂σ键的是( )
A．N2＋3H22NH3
B．2C2H2＋5O22H2O＋4CO2
C．Cl2＋H22HCl
D．C2H4＋H2C2H6
答案 C
解析 氮气中π键断裂，故A不选；乙炔中π键断裂，故B不选；氯气、氢气中均为σ键断裂，故C选；乙烯中π键断裂，故D不选。
13．分析下列化学式中画横线的元素，选出符合要求的物质填空。
A．NH3 B．H2O C．HCl D．CH4 E．C2H6 F．N2
(1)所有的价电子都参与形成共价键的是_____________________________(填字母，下同)。
(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σ键又有π键的是_____________________________________________________。
答案 (1)DE (2)C (3)ABCF (4)F
解析 NH3中氮原子与3个氢原子形成3个σ键，还有一对不成键电子；H2O中氧原子与2个氢原子形成2个σ键，还有两对不成键电子；HCl中氯原子与1个氢原子形成1个σ键，还有三对不成键电子；CH4中碳原子与4个氢原子形成4个σ键，所有价电子都参与成键；C2H6中碳原子分别与3个氢原子及另1个碳原子形成4个σ键，所有电子都参与成键；N2中1个氮原子与另1个氮原子形成1个σ键，2个π键，还有一对不成键电子。
14．回答下列问题：
(1)1 mol CO2中含有的σ键数目为________。
(2)已知CO和CN－与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为________。HCN分子中σ键与π键数目之比为________。
(3)C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子，该分子中σ键与π键的个数之比为________。
(4)1 mol乙醛分子中含有 σ键的数目为________，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为________。
答案 (1)2NA (2)1∶2 1∶1 (3)5∶1 (4)6NA 7
15．(1)如图所示的分子中，有________个σ键，________个π键。
(2)X、Y、Z是元素周期表中的短周期元素，其中X、Y同周期，Y、Z同主族，Y原子最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数，X原子最外层的p能级中只有一个轨道填充了2个电子，而且这三种元素可以形成化合物YX2、ZX2。根据上述信息回答下列问题：
①写出下列元素符号：X________，Y________，Z________。
②YX2分子中含________个σ键，含________个π键。
答案 (1)10 3 (2)①O C Si ②2 2
解析 (1)该分子中有6个C—H、2个C—C、1个C==C、1个C≡C，单键全是σ键，双键中有1个σ键和1个π键，三键中有1个σ键和2个π键，故该分子中共有10个σ键和3个π键。(2)①X、Y、Z元素的符号分别是O、C、Si。②CO2分子的结构式为O==C==O，故其中含2个σ键，含2个π键。
16．下表为前20号元素中的某些元素性质的一些数据：
元素 A B C D E F G M I J K
原子半径/ (10－10m) 1.02 1.86 0.74 1.43 0.77 1.10 0.99 1.54 0.75 1.17 1.34
最高价态 ＋6 ＋1 — ＋3 ＋4 ＋5 ＋7 ＋1 ＋5 ＋4 ＋1
最低价态 －2 — －2 — －4 －3 －1 — －3 －4 —
试回答下列问题：
(1)以上11种元素中第一电离能最小的是______(填字母)。
(2)写出下列反应的化学方程式。
M2C2与EC2反应：___________________________________________________________。
(3)上述E、F、G三种元素中的某两种元素形成的化合物中，每一个原子都满足8电子稳定结构的是__________(写分子式)。比元素B原子序数大5的元素基态原子的电子排布式是____________________________________________________________________________。
(4)元素E与氢元素可形成分子式为E2H4的分子，1个分子中共形成____个σ键和____个π键。
答案 (1)B (2)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
(3)CCl4、PCl3 1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1
(4)5 1
解析 (1)同周期元素从左到右第一电离能呈增大的趋势，故同周期中第一电离能最小的元素在第ⅠA族，由元素化合价可知，位于第ⅠA族的有B、M、K三种元素，且同主族从上到下，原子半径越大，第一电离能越小，故第一电离能最小的为B。(2)由化合价和原子半径可判断A为S元素，B为K元素，C为O元素，D为Al元素，E为C元素，F为P元素，G为Cl元素，M为Na元素，I为N元素，J为Si元素，K为Li元素，故M2C2与FC2的反应即为Na2O2与CO2的反应。(3)比B(K元素)原子序数大5的元素为24号元素Cr，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。(4)E2H4为C2H4,1个C2H4分子中有5个σ键和1个π键。
第1课时 共价键
[核心素养发展目标] 1.能从微观角度分析形成共价键的微粒、类型，能辨识物质中含有的共价键。2.理解共价键中σ键和π键的区别，建立σ键和π键的思维模型，熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数。
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。
(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(即原子轨道重叠)产生的强烈作用。
2．共价键的特征
(1)饱和性
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)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，原子轨道重叠的越多，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，如图所示。
1．NH3分子中为什么N原子是1个，而H原子为3个？
提示 N和H原子的电子式分别为和H·，N原子最外层有3个未成对电子，H原子有1个未成对电子，形成共价键时每个N原子只需与3个H原子分别形成3个共用电子对即可达到稳定状态，共价键达到饱和，从而决定了分子中H原子个数。
2．从电负性角度理解共价键、离子键的形成条件，完成表中内容。
原子 Na Cl H Cl C O
电负性 0.9 3.0 2.1 3.0 2.5 3.5
电负性之差(绝对值)
结论：当元素的电负性相差很大，化学反应形成的电子对不会被共用，形成的将是_____键；而________键是元素的电负性相差不大的原子之间形成的化学键。
答案 2.1 0.9 1.0 离子 共价
1．正误判断
(1)形成共价键后体系的能量降低，趋于稳定( )
(2)共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的( )
(3)共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系( )
(4)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的( )
(5)原子轨道在空间都具有方向性( )
答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)×
2．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．H2O与H2S的空间结构一样是由共价键的饱和性决定的
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
答案 C
解析 Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的饱和性决定的，A不正确；例如氢气中的共价键没有方向性，C正确；两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率增大，D不正确。
3．下列各组物质中，所有化学键都是共价键的是( )
A．H2S和Na2O2 B．H2O2和CaF2
C．NH3和N2 D．HNO3和NaCl
答案 C
解析 A项，Na2O2中既有离子键又有O—O共价键，不符合题意；B项，CaF2中只有离子键，不符合题意；D项，NaCl中只有离子键，不符合题意。
对于共价键的错误认识
(1)共价键不仅存在于共价化合物中，也可以存在于离子化合物中，如NaOH、NH4Cl中都含有共价键，还可以存在于非金属单质中，如H2、O3等。
(2)非金属元素之间并不是只形成共价键，也可以形成离子键，如铵盐NH4NO3只由非金属元素组成，但是含有离子键。
(3)活泼的金属元素和非金属元素之间也可以形成共价键，如AlCl3中只有共价键。
(4)所有共价键都有饱和性，但并不是所有的共价键都有方向性，如s s σ键就没有方向性。
二、共价键类型(按成键原子的原子轨道的重叠方式分类)
1．σ键
形成 由两个原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠形成
类型 s s型
s p型
p p型
特征 以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变，这种特征称为轴对称；σ键的强度较大
2.π键
形成 由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成
p p π键
特征 π键的电子云具有镜面对称性，即每个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；π键不能旋转；不如σ键牢固，较易断裂
3.判断σ键、π键的一般规律
共价单键为σ键；共价双键中有一个σ键、一个π键；共价三键由一个σ键和两个π键构成。
观察如图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构，并回答下列问题。
(1)它们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？
提示 乙烷：7个σ键，乙烯：5个σ键和1个π键，乙炔：3个σ键和2个π键。
(2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼？
提示 乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含1个和2个π键，π键原子轨道重叠程度小，不牢固，容易断裂；而乙烷中没有π键，σ键牢固，不易断裂。
(3)在气体单质分子中，一定含有σ键，可能含有π键吗？
提示 稀有气体的单质分子中不含化学键；多原子分子中一定含有σ键，可能含有π键。
1．下列说法对σ键和π键的认识不正确的是( )
A．分子中只要含有共价键，则至少含有一个σ键
B．s s σ键、p p σ键与s p σ键都是轴对称的
C．p p σ键和p p π键的重叠方式是相同的
D．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者
答案 C
解析 单键为σ键，双键和三键中均含1个σ键，所以分子中含有共价键，则至少含有一个σ键，故A正确；因s s σ键、p p σ键与s p σ键的电子云均为“头碰头”重叠，则为轴对称，故B正确；p p σ键和p p π键的重叠方式是不相同的，p p σ键是“头碰头”重叠而p p π键是“肩并肩”重叠，故C错误；π键不稳定，易断裂，则含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者，故D正确。
2．丁烯二酸(HOOCCH==CHCOOH)分子结构中含有σ键、π键的个数分别是( )
A．4个σ键，1个π键 B．11个σ键，3个π键
C．4个σ键，3个π键 D．9个σ键，5个π键
答案 B
解析 分子中含有1个C==C，2个C==O、2个C—H、2个C—O、2个C—C、2个O—H，其中C==C、C==O含有σ键、π键，其他都为σ键，则分子中含有11个σ键、3个π键。
3．有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。
(1)只有σ键的是________________(填序号，下同)；既有σ键又有π键的是__________。
(2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是__________________________________。
(3)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______________。
(4)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__________。
答案 (1)①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨
(2)⑦
(3)①③⑤⑥⑧⑨
(4)②④⑤⑥⑧⑨
解析 (1)单键只有σ键，双键或三键才含有π键，故只有σ键的是①②③⑥⑦⑧；既有σ键又有π键的是④⑤⑨。
(2)H原子只有s轨道，题给物质中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的只有H2。
共价键的分类
1．下列关于共价键的说法正确的是( )
A．共价键只存在于共价化合物中
B．只含有共价键的物质一定是共价化合物
C．非金属元素的原子只能通过共价键形成共价分子
D．离子化合物中可能含有极性键也可能含有非极性键
答案 D
2．下列有关σ键和π键的说法错误的是( )
A．π键是原子轨道“肩并肩”方式重叠形成的共价键
B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键
C．σ键较π键稳定
D．苯分子中含有12个σ键和3个π键
答案 D
3．下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是( )
A．CH4与NH3 B．C2H6与C2H4
C．H2与Cl2 D．Cl2与N2
答案 A
解析 分子中全是s p σ键，A正确；C2H6只存在σ键，而C2H4存在σ键和π键，B错误；H2为s s σ键，Cl2为p p σ键，C错误；Cl2中只存在σ键，而N2中存在σ键和π键，D错误。
4．在N2F2分子中，所有原子均符合8电子稳定结构，则该分子中两个氮原子之间的键型构成是( )
A．仅有一个σ键
B．仅有一个π键
C．一个σ键，一个π键
D．一个σ键，两个π键
答案 C
解析 由题给条件所有原子均符合8电子稳定结构可知，其结构式应为F—N==N—F，则两个氮原子之间为氮氮双键，含有一个σ键和一个π键。
5．(1)分子中σ键和π键的比例为______________。
(2)已知反应N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(l)，若该反应中有4 mol N—H断裂，则形成的π键的数目为________。
答案 (1)9∶1 (2)3NA
解析 (1)共价单键是σ键，共价双键中含有1个π键、1个σ键，又因分子两边的单键碳原子还分别含有2个C—H，所以σ键和π键的比例为9∶1。(2)若该反应中有4 mol N—H断裂，则生成1.5 mol氮气，形成π键的数目为3NA。
题组一 共价键的形成与特征
1．原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是( )
A．共价键的方向性 B．共价键的饱和性
C．共价键原子的大小 D．共价键的稳定性
答案 B
解析 原子间形成分子时，形成了共价键，共价键具有饱和性和方向性，方向性决定分子的空间结构，饱和性则决定原子形成分子时相互结合的数量关系。
2．下列说法正确的是( )
A．若把H2S写成H3S，则违背了共价键的饱和性
B．H3O＋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．两个原子轨道发生重叠后，两核中的电子不仅存在于两核之间，还会绕两核运动
答案 A
解析 硫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项正确；H2分子中氢原子的s轨道成键时，因为s轨道呈球形，所以H2中的H—H没有方向性，C项错误；两个原子轨道发生重叠后，只有共用电子对在两核之间绕两个原子核运动，D项错误。
3．从电负性的角度来判断下列元素的原子之间易形成共价键的是( )
A．K和Cl B．H和F
C．K和F D．Ca和O
答案 B
解析 一般电负性相差不大的非金属元素原子之间容易形成共价键。
题组二 共价键的类型及判断
4．下列有关σ键和π键的说法错误的是( )
A．H只能形成σ键，O可以形成σ键和π键
B．两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键
C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键
D．在分子中，化学键可能只有π键而没有σ键
答案 D
解析 单键为σ键，而双键、三键中有σ键和π键，则有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键，如HCl，故C正确；共价键中一定含σ键，则在分子中，化学键可能只有σ键，而没有π键，故D错误。
5．下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A．σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转
B．H2分子中的σ键是s s σ键，HClO分子中的σ键都是p p σ键
C．C2H4分子和N2H4分子中都含有5个σ键
D．σ键以“头碰头”方式重叠，π键以“肩并肩”方式重叠
答案 B
解析 σ键为轴对称，π键为镜面对称，则σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转，故A正确；H只有1s轨道上的电子，O的2p轨道上的电子与H的1s轨道上的电子以“头碰头”方式重叠形成s p σ键，故B错误；乙烯分子中氢原子和碳原子之间存在共价单键，为σ键，碳碳原子之间存在共价双键，有1个σ键和1个π键，则C2H4分子中有5个σ键和1个π键，N2H4中只有5个共价单键，即含有5个σ键，故C正确；π键为p电子“肩并肩”重叠形成，而σ键为s或p电子“头碰头”重叠形成，故D正确。
6．下列一定既含有σ键又含有π键的分子是( )
①N2O ②H2O2 ③N2 ④C3H6 ⑤HCHO ⑥Na2O2
A．①②③ B．①③④
C．①③⑤ D．③④⑥
答案 C
解析 ②中均为单键，④可能为环丙烷，此时均为单键，⑥为离子化合物且含O—O单键，均不符合，只有①③⑤为既含有σ键又有含π键的分子。
7．防晒霜之所以能有效地减轻紫外线对人体的伤害，是因为其有效成分的分子中含有π键，这些分子中的 π键电子可以在吸收紫外线后被激发，从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。下列物质没有防晒效果的是( )
A．氨基苯甲酸
B．羟基丙酮
C．肉桂酸(C6H5—CH==CH—COOH)
D．酒精
答案 D
8．下列物质的分子中既有σ键又有π键，并含有非极性键的是( )
①NH3 ②N2 ③H2O ④HCl ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．②⑤⑥ B．①②⑤⑥
C．②③④ D．②④⑥
答案 A
解析 ①NH3中存在H—N，只有σ键，故错误；②N2的结构式为N≡N，含有σ键和π键，N与N之间为非极性键，故正确；③H2O中只存在H—O，即只有σ键，故错误；④HCl的结构式为H—Cl，只存在σ键，故错误；⑤C2H4中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价双键，含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确；⑥C2H2中的氢原子和碳原子之间存在共价单键、碳碳之间存在共价三键，所以含有σ键和π键，C与C之间为非极性键，故正确。
9．据报道，大气中存在一种潜在的温室气体SF5—CF3(结构如图)，虽然其数量有限，但它是已知气体中吸热最高的。关于SF5—CF3的说法正确的是( )
A．分子中有σ键也有π键
B．C—F是s p σ键
C．分子中不是所有原子都满足8电子稳定结构
D．0.1 mol SF5—CF3分子中电子数为8 mol
答案 C
解析 只有共价单键，则分子中只有σ键，没有π键，故A错误；C—F是p p σ键，故B错误；一个SF5—CF3分子中有94个电子，则0.1 mol SF5—CF3分子中电子数为9.4 mol，故D错误。
10．碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图所示。下列有关该物质的说法正确的是( )
A．分子中含6个σ键
B．分子式为C3H2O3
C．分子中只有极性键
D．8.6 g该物质完全燃烧得到6.72 L CO2
答案 B
解析 根据题图中该分子的结构可知该物质的分子式为C3H2O3,1个分子中含有4个C—O、1个C==C，2个C—H、1个C==O，其中单键均为σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，因此分子中含8个σ键，故A错误、B正确；该分子中的C—H、C—O等为极性键，C==C为非极性键，故C错误；未给出CO2所处的状态，不能根据其物质的量计算体积，故D错误。
11．(2020·石家庄高二检测)若a g C2H4和C3H6的混合物含有b个C—H，则阿伏加德常数可以表示为( )
A. B. C. D.
答案 B
解析 C2H4和C3H6的最简式均为CH2，1 mol CH2中含碳氢键的数目为2NA，a g混合物中CH2的物质的量为 mol，C—H的物质的量为 mol，含碳氢键的数目为b，NA＝＝＝。
12．在下列化学反应中，所断裂的共价键中，仅仅断裂σ键的是( )
A．N2＋3H22NH3
B．2C2H2＋5O22H2O＋4CO2
C．Cl2＋H22HCl
D．C2H4＋H2C2H6
答案 C
解析 氮气中π键断裂，故A不选；乙炔中π键断裂，故B不选；氯气、氢气中均为σ键断裂，故C选；乙烯中π键断裂，故D不选。
13．分析下列化学式中画横线的元素，选出符合要求的物质填空。
A．NH3 B．H2O C．HCl D．CH4 E．C2H6 F．N2
(1)所有的价电子都参与形成共价键的是_____________________________(填字母，下同)。
(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σ键又有π键的是_____________________________________________________。
答案 (1)DE (2)C (3)ABCF (4)F
解析 NH3中氮原子与3个氢原子形成3个σ键，还有一对不成键电子；H2O中氧原子与2个氢原子形成2个σ键，还有两对不成键电子；HCl中氯原子与1个氢原子形成1个σ键，还有三对不成键电子；CH4中碳原子与4个氢原子形成4个σ键，所有价电子都参与成键；C2H6中碳原子分别与3个氢原子及另1个碳原子形成4个σ键，所有电子都参与成键；N2中1个氮原子与另1个氮原子形成1个σ键，2个π键，还有一对不成键电子。
14．回答下列问题：
(1)1 mol CO2中含有的σ键数目为________。
(2)已知CO和CN－与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为________。HCN分子中σ键与π键数目之比为________。
(3)C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子，该分子中σ键与π键的个数之比为________。
(4)1 mol乙醛分子中含有 σ键的数目为________，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为________。
答案 (1)2NA (2)1∶2 1∶1 (3)5∶1 (4)6NA 7
15．(1)如图所示的分子中，有________个σ键，________个π键。
(2)X、Y、Z是元素周期表中的短周期元素，其中X、Y同周期，Y、Z同主族，Y原子最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数，X原子最外层的p能级中只有一个轨道填充了2个电子，而且这三种元素可以形成化合物YX2、ZX2。根据上述信息回答下列问题：
①写出下列元素符号：X________，Y________，Z________。
②YX2分子中含________个σ键，含________个π键。
答案 (1)10 3 (2)①O C Si ②2 2
解析 (1)该分子中有6个C—H、2个C—C、1个C==C、1个C≡C，单键全是σ键，双键中有1个σ键和1个π键，三键中有1个σ键和2个π键，故该分子中共有10个σ键和3个π键。(2)①X、Y、Z元素的符号分别是O、C、Si。②CO2分子的结构式为O==C==O，故其中含2个σ键，含2个π键。
16．下表为前20号元素中的某些元素性质的一些数据：
元素 A B C D E F G M I J K
原子半径/ (10－10m) 1.02 1.86 0.74 1.43 0.77 1.10 0.99 1.54 0.75 1.17 1.34
最高价态 ＋6 ＋1 — ＋3 ＋4 ＋5 ＋7 ＋1 ＋5 ＋4 ＋1
最低价态 －2 — －2 — －4 －3 －1 — －3 －4 —
试回答下列问题：
(1)以上11种元素中第一电离能最小的是______(填字母)。
(2)写出下列反应的化学方程式。
M2C2与EC2反应：___________________________________________________________。
(3)上述E、F、G三种元素中的某两种元素形成的化合物中，每一个原子都满足8电子稳定结构的是__________(写分子式)。比元素B原子序数大5的元素基态原子的电子排布式是____________________________________________________________________________。
(4)元素E与氢元素可形成分子式为E2H4的分子，1个分子中共形成____个σ键和____个π键。
答案 (1)B (2)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
(3)CCl4、PCl3 1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1
(4)5 1
解析 (1)同周期元素从左到右第一电离能呈增大的趋势，故同周期中第一电离能最小的元素在第ⅠA族，由元素化合价可知，位于第ⅠA族的有B、M、K三种元素，且同主族从上到下，原子半径越大，第一电离能越小，故第一电离能最小的为B。(2)由化合价和原子半径可判断A为S元素，B为K元素，C为O元素，D为Al元素，E为C元素，F为P元素，G为Cl元素，M为Na元素，I为N元素，J为Si元素，K为Li元素，故M2C2与FC2的反应即为Na2O2与CO2的反应。(3)比B(K元素)原子序数大5的元素为24号元素Cr，其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。(4)E2H4为C2H4,1个C2H4分子中有5个σ键和1个π键。