第2课时 共价键
[核心素养发展目标] 1.了解共价键、共价化合物的概念,会用电子式表示共价键的形成过程。2.会识别判断共价化合物,熟知分子结构不同的表示方法。3.了解分子间的相互作用力对物质性质的影响,促进宏观辨识与微观探析化学核心素养的发展。
一、共价键与共价化合物
1.从微观角度理解分子的形成过程(以HCl为例)
(1)H原子需获得1个电子达到稳定结构,Cl原子需获得1个电子达到稳定结构。
(2)H原子和Cl原子各提供1个电子形成一对共用电子对,使两原子最外电子层都达到稳定结构并产生强烈的相互作用,从而形成了HCl分子。
(3)用电子式表示HCl的形成过程为H+。
2.共价键
(1)概念:原子间通过共用电子对形成的强烈的相互作用。
(2)成键三要素
①成键微粒:原子;
②成键元素:一般是同种的或不同种的非金属元素;
③成键条件:常见的非金属元素之间(铵盐除外)。
3.共价分子及表示方法
(1)概念:原子之间全部以共价键结合的分子叫作共价分子。
(2)共价分子结构的表示方法
①电子式:如H2 HH,N2。
②结构式:化学上,常用“—”表示一对共用电子对,如氯气分子可表示为“Cl—Cl”,这种图示叫作结构式。
填写下表:
分子 HCl Cl2 H2O NH3 CH4
电子式
结构式 H—Cl Cl—Cl H—O—H
球棍模型
空间填 充模型
4.共价化合物
5.碳原子的成键特点
碳元素位于第二周期ⅣA族,碳原子的电子式为,在化学反应中碳原子既不易失去电子,也不易得到电子,通常与其他原子以共价键相结合。
碳原子的成键特点 碳原子之间的连接方式
键的个数 键的类型
每个碳原子可以形成四对共用电子对 碳碳单键() 碳碳双键() 碳碳三键(—C≡C—) 碳原子之间可以连接成碳链或碳环
碳原子间连接方式的多样性,是有机化合物种类繁多的原因之一。
(1)NH4Cl中全是非金属元素,所以是共价化合物( )
(2)CO2的电子式可以表示为( )
(3)NH3的结构式可以表示为( )
(4)强电解质中一定存在离子键( )
(5)所有物质中均含有化学键( )
答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)×
1.共价化合物中一定含有共价键,含有共价键的化合物一定是共价化合物吗?
提示 不一定,某些离子化合物(如NaOH、NH4Cl等)中既含有离子键,也含有共价键,属于离子化合物。
2.如何用实验的方法证明某化合物是离子化合物还是共价化合物?
提示 将其加热至熔融状态,检测其导电性,如果能导电,证明是离子化合物,如果不能导电,则是共价化合物。
1.下列化学用语中,正确的是( )
A.次氯酸的结构式:H—O—Cl
B.氮气的电子式:
C.CO2分子的电子式:O==C==O
D.用电子式表示氯化氢分子的形成过程:
答案 A
解析 Cl只能形成一对共用电子对,次氯酸的结构式为H—O—Cl,故A正确;氮气中存在氮氮三键,氮气的电子式为,故B错误;二氧化碳属于共价化合物,分子中存在两个碳氧双键,二氧化碳的电子式为,故C错误;氯化氢是共价化合物,不存在离子键,氢原子与氯原子之间形成一对共用电子对,氯原子最外层有7个电子,氯化氢分子的形成过程:,故D错误。
2.下列几种物质:
①MgCl2 ②H2O ③Na2O2 ④Ca(OH)2
⑤HClO ⑥I2
(1)只含有离子键的是________(填序号,下同)。
(2)含有共价键的离子化合物是________。
(3)共价化合物是________。
(4)I2的电子式为________。
答案 (1)① (2)③④ (3)②⑤ (4)
离子化合物与共价化合物的比较
离子化合物 共价化合物
化学键 离子键或离子键和共价健 共价键
达到稳定结构的途径 得失电子 形成共用电子对
构成微粒 阴、阳离子 原子
构成元素 活泼金属元素与活泼非金属元素 不同种的非金属元素
特例 NH4Cl是不含金属元素的离子化合物 AlCl3是含有金属元素的共价化合物
二、分子间作用力
1.分子间作用力
(1)分子间存在着将分子聚集在一起的作用力,叫作分子间作用力。
(2)由分子构成的物质,其熔、沸点和溶解性等物理性质主要由分子间作用力决定。
(3)一般来说结构相似的分子,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔、沸点越高。
2.氢键
(1)氢键不是化学键,通常把氢键看作是一种较强的分子间作用力。氢键比化学键弱,比一般的分子间作用力强。
(2)氢键的形成条件
与氢原子形成氢键的非金属元素原子必须具备很强的吸引电子的能力且原子半径很小。符合此条件的原子常有F、O、N。也就是说,含有F—H键、O—H键、N—H键的分子,如HF、H2O、NH3等分子之间能形成氢键。
(3)分子间形成的氢键会使物质的熔点和沸点升高,水分子间的氢键可使其密度在固态时小于液态时的密度。
(1)分子间作用力可以影响物质的熔、沸点( )
(2)氢键是一种不太强烈的化学键( )
(3)由电离方程式HCl===H++Cl-可知,HCl分子中存在离子键( )
(4)加热熔化氯化钠晶体和加水溶解氯化氢时,均发生化学键的断裂( )
(5)水分子间存在氢键,所以水分子比较稳定( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×
有下列变化:①I2升华,②烧碱熔化,③NaCl溶于水,④HCl溶于水,⑤O2溶于水,⑥Na2O2溶于水(1)上述变化中,未发生化学键破坏的是________(填序号,下同)。
(2)仅发生离子键破坏的是________。
(3)仅发生共价键破坏的是________。
(4)既发生离子键破坏,又发生共价键破坏的是______。
提示 (1)①⑤ (2)②③ (3)④ (4)⑥
化学键、分子间作用力和氢键的比较
相互作用 化学键 分子间作用力 氢键
存在范围 相邻原子(离子)之间 分子之间 某些氢化物分子之间(如HF、H2O、NH3等)
作用力比较 强 很弱 比化学键弱,比分子间作用力强
影响范围 物质的物理性质及化学性质 物质的物理性质 物质的物理性质
1.下列说法错误的是( )
A.含有共价键的化合物一定是共价化合物
B.在共价化合物中一定含有共价键
C.构成单质分子的微粒不一定含有共价键
D.共价键是通过共用电子对形成的
答案 A
解析 含有共价键的化合物不一定是共价化合物,如氢氧化钠中含有共价键,A项错误;必须全部由共价键构成的化合物才是共价化合物,共价化合物中一定含有共价键,不存在离子键,B项正确;稀有气体单质中不含任何化学键,C项正确。
2.下列各项中,能证明HCl是共价化合物的是( )
A.HCl极易溶于水
B.液态HCl不能导电
C.HCl在水溶液中完全电离
D.HCl是无色有刺激性气味的气体
答案 B
解析 液态HCl不能导电说明没有自由移动的离子存在,构成微粒为分子,故氢原子和氯原子之间以共用电子对的形式结合,能证明HCl为共价化合物。
3.下列叙述中,不正确的是( )
A.含有离子键的化合物不一定是离子化合物
B.H2O2的电子式为
C.CaO和NaCl晶体熔化时要破坏离子键
D.熔融态H2SO4不导电
答案 A
4.(1)有下列物质:He、N2、CaO、CH4、Na2S、KOH、NaHCO3、NH4Cl、MgCl2。
①只含共价键的是________;
②只含离子键的是________________;
③既含有共价键又含有离子键的是_________________________________;
④属于共价化合物的是_____________________________________;
⑤属于离子化合物的是____________________________________。
(2)将NaHSO4溶于水,电离方程式为___________________________________________;
NaHSO4在熔融状态下存在的离子为____________________________________________。
(3)设计实验证明NaCl为离子化合物:_______________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①N2、CH4
②CaO、Na2S、MgCl2
③KOH、NaHCO3、NH4Cl
④CH4
⑤CaO、Na2S、KOH、NaHCO3、NH4Cl、MgCl2
(2)NaHSO4===Na++H++SO Na+、HSO
(3)将连接石墨电极和灯泡(或电流表)的导线与直流电源相连,然后将石墨电极插入熔融的NaCl中,灯泡亮(或电流表指针偏转),证明NaCl为离子化合物
题组一 共价键和共价化合物
1.下列各组元素既能形成离子化合物,又能形成共价化合物的是( )
A.C、H、O B.K、Mg、Cl
C.N、Cl、H D.O、S、H
答案 C
解析 根据元素类别和形成化学键的条件分析,A项中元素只能形成共价化合物;B项中元素为ⅠA族、ⅡA族的金属元素和ⅦA族的卤素,它们只能形成离子化合物;C项中元素既可形成共价化合物HCl、NH3,又可形成离子化合物NH4Cl;D项中元素可形成共价化合物H2S、SO2、H2O。
2.下列关于共价键与共价化合物的叙述中正确的是( )
①含金属元素的化合物一定不是共价化合物
②共价化合物中一定只含有共价键
③共价化合物中一定不含离子键
④含有共价键的化合物一定是共价化合物
⑤离子化合物中可能含有共价键
A.②③⑤ B.②③④⑤
C.②③④ D.①②③⑤
答案 A
解析 含金属元素的化合物可能是共价化合物,如氯化铝,①错误;只含有共价键的化合物是共价化合物,②正确;共价化合物只含有共价键,一定不含离子键,③正确;只含有共价键的化合物一定是共价化合物,④错误;离子化合物中可能含有共价键,如氢氧化钠含有离子键和共价键,⑤正确。
3.下表物质与其所含化学键类型、所属化合物类型完全正确的一组是( )
选项 A B C D
物质 MgCl2 CO2 HCl NaOH
所含化学键类型 离子键、共价键 共价键 离子键 离子键、共价键
所属化合物类型 离子化合物 共价化合物 离子化合物 共价化合物
答案 B
解析 A项,MgCl2仅含离子键;C项,HCl含有共价键,是共价化合物;D项,NaOH含有离子键、共价键,是离子化合物。
4.下列物质中均既有离子键又有共价键的一组是( )
A.NaOH、H2O、NH4Cl
B.KOH、Na2O2、NH4Cl
C.MgO、CaBr2、NaCl
D.Na2SO4、HCl、MgCl2
答案 B
解析 A项,H2O中只存在共价键;C项,各物质中均只存在离子键;D项,HCl中只存在共价键,MgCl2中只存在离子键。
题组二 有关物质结构化学用语的考查
5.下列分子的电子式书写正确的是( )
A.氨气:
B.四氯化碳:
C.氮气:
D.二氧化碳:
答案 C
解析 选项A中漏写氮原子未参与成键的电子;B项中氯原子的最外层电子没有全部标出;D项中C、O共用电子对数目标错,碳原子不满足8电子稳定结构,正确写法为。
6.下列用电子式表示物质的形成过程,正确的是( )
A.
B.
C.
D.
答案 D
7.下列有关化学用语的表示错误的是( )
A.氟离子的结构示意图:
B.CO2的结构式:O==C==O
C.CaCl2的电子式:
D.NH4Cl的电子式:
答案 C
解析 C项中两个Cl-应放在Ca2+的两侧。
题组三 分子间作用力
8.关于氢键,下列说法不正确的是( )
A.HF的沸点比HCl的沸点高,是由于HF分子间存在氢键
B.水在结冰时体积膨胀,是由于水分子之间存在氢键
C.NH3的稳定性很强,是因为其分子间能形成氢键
D.在氨水中水分子和氨分子之间也存在着氢键
答案 C
解析 氢键是一种分子间作用力,它的存在使物质的熔、沸点相对较高;水在结冰时体积膨胀,是由于水分子间以氢键相连,形成相对疏松的晶体,从而在结构上有许多空隙;氨分子和水分子之间能以氢键结合,故A、B、D项正确;NH3的稳定性取决于N—H键,而不是氢键,故C项不正确。
9.发生下列变化时,破坏分子间作用力的是( )
A.氯化氢溶于水
B.加热氯酸钾使其分解
C.碘升华
D.氯化钠溶于水
答案 C
解析 HCl溶于水电离:HCl===H++Cl-,破坏共价键;KClO3分解破坏离子键和共价键;NaCl溶于水电离:NaCl===Na++Cl-,破坏离子键;I2升华破坏分子间作用力。
10.下列有关化学键的描述说法正确的是( )
①水分子间以共价键相结合成为冰 ②金属和非金属元素只能形成离子键 ③两个非金属原子间不可能形成离子键 ④任何一种物质中一定含有化学键
A.①③ B.都不正确
C.③ D.②③④
答案 C
解析 ①水分子间以氢键相结合成为冰,氢键不是化学键,故错误;②金属和非金属化合一般形成离子键,可能形成共价键,如氯化铝中只含共价键,故错误;③两个非金属原子间只能以共用电子对结合,则只能形成共价键,故正确;④稀有气体分子中不存在化学键,故错误。
11.北京大学和中国科学院的化学工作者已成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60,实验测知该物质属于离子化合物,具有良好的超导性。下列有关分析正确的是( )
A.K3C60中只有离子键
B.K3C60中不含共价键
C.该物质在熔融状态下能导电
D.K3C60中只含共价键
答案 C
解析 K3C60中K+和C之间形成离子键,C中C原子和C原子之间形成共价键,A、B项错误;根据题给信息,该物质属于离子化合物,在熔融状态下能导电,C项正确;K3C60中既有离子键又有共价键,D项错误。
12.意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的N4气体分子,N4分子结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.N4分子属于一种新型的化合物
B.N4分子中只含有共价键
C.1 mol N4分子所含共价键数为4NA
D.N4沸点比P4(白磷)高
答案 B
解析 N4是单质不是化合物,A项错误;N4分子中只含有共价键,B项正确;由图可知,1 mol N4分子中含有6 mol 共价键,所以含有6NA个共价键,C项错误;相同条件下,气体的沸点比固体的低,故沸点:P4>N4,D项错误。
13.下列反应中,既有离子键的断裂和形成,又有共价键的断裂和形成的是( )
A.N2+3H22NH3
B.2NaCl2Na+Cl2↑
C.2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
D.2NaOH+MgCl2===Mg(OH)2↓+2NaCl
答案 C
14.下面是同学们熟悉的物质:
①O2 ②金刚石 ③NaBr ④H2SO4 ⑤Na2CO3
⑥NH4Cl ⑦NaHSO4 ⑧Ne ⑨Na2O2 ⑩NaOH
(1)这些物质中,只含有共价键的是____________(填序号,下同);只含有离子键的是____________;既含有共价键又含有离子键的是______________;只存在分子间作用力的是__________________。
(2)属于共价化合物的是________;属于离子化合物的是________。
(3)将NaHSO4溶于水,破坏了NaHSO4中的______________;NaHSO4在熔融状态下电离,破坏了________,写出其电离方程式:_______________________________________________。
答案 (1)①②④ ③ ⑤⑥⑦⑨⑩ ⑧
(2)④ ③⑤⑥⑦⑨⑩ (3)离子键和共价键 离子键 NaHSO4===Na++HSO
解析 O2、金刚石中只含有共价键;H2SO4只含有共价键,是共价化合物;NaBr中只含有离子键,是离子化合物;Na2CO3、NH4Cl、NaHSO4、Na2O2、NaOH中都是既含有离子键又含有共价键的离子化合物;稀有气体Ne是单原子分子,不含任何化学键,只存在分子间作用力。NaHSO4溶于水电离时,Na+与HSO之间的离子键被破坏,HSO中H+与SO之间的共价键也被破坏;而在熔融状态电离时只破坏离子键。
15.A、B、C、D是元素周期表中前三周期的四种元素,A能与D形成AD2型离子化合物,AD2中核外电子总数是30;D-的核外电子排布跟Al3+相同;B和C可以形成BC型化合物,BC分子中质子总数是18,BC水溶液是一种强酸。试回答下列问题:
(1)上述四种元素的名称分别是:
A________,B________,C________,D________。
(2)写出化合物AD2的电子式:_____________________________________________。
(3)A单质与热水反应的化学方程式是_______________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)镁 氢 氯 氟
(2)
(3)Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
解析 D-的核外电子排布跟Al3+相同,可知D是F元素,AD2中核外电子总数是30,因为核电荷数等于核外电子数,可计算出A的核电荷数等于12,即A是Mg,BC分子中质子总数是18,BC水溶液是一种强酸,可推知BC是HCl,故A是Mg、B是H、C是Cl、D是F。