专题1 共价键
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,叫做共价键。
(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。
3.共价键分类
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键组成。
4.共价键的键参数
①概念
②键参数对分子性质的影响
a.键能越大,键长越短,分子越稳定。
b. INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\12-16.tif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\12-16.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\周淑华\\2022\\看\\一轮\\化学\\化学 人教版 浙江专用 (新教材)\\杨营\\word\\12-16.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../高中化学%20%20考点专题/2023年高考化学一轮复习讲义(浙江版)/12-16.tif" \* MERGEFORMAT
5.化学键的表示方法——电子式
(1)概念:在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子的式子。
(2)电子式书写常见的6大误区
内容 实例
误区1 漏写未参与成键的电子 N2的电子式误写为N N,应写为N N
误区2 化合物类型不清楚,漏写或多写[ ]及错写电荷数 NaCl误写为,应写为;HF误写为,应写为
误区3 书写不规范,错写共用电子对 N2的电子式误写为NN或或
误区4 不考虑原子间的结合顺序 HClO的电子式误写为,应写为
误区5 不考虑原子最外层有几个电子,均写成8电子结构 CH的电子式误写为,应写为
误区6 不考虑AB2型离子化合物中2个B是分开写还是一起写 CaBr2的电子式为;CaC2的电子式为Ca2+[C C]2-
(3)用电子式表示化合物的形成过程
①离子化合物如:NaCl: INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\5-31T.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\5-31T.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\周淑华\\2022\\看\\一轮\\化学\\化学 人教版 浙江专用 (新教材)\\杨营\\word\\5-31T.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../高中化学%20%20考点专题/2023年高考化学一轮复习讲义(浙江版)/5-31T.TIF" \* MERGEFORMAT 。
②共价化合物如:HCl:。
电子式书写方法
INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\新1.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\新1.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\周淑华\\2022\\看\\一轮\\化学\\化学 人教版 浙江专用 (新教材)\\杨营\\word\\新1.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../高中化学%20%20考点专题/2023年高考化学一轮复习讲义(浙江版)/新1.TIF" \* MERGEFORMAT
一、化学键与物质类别的关系
1.现有下列物质:①NaCl ②Na2O ③Na2O2
④NaOH ⑤AlCl3 ⑥H2O ⑦N2 ⑧NH4Cl ⑨CO2 ⑩H2O2
(1)只含离子键的物质有________(填序号,下同),只含共价键的物质有__________。
(2)属于离子化合物的有__________,其中含非极性键的离子化合物有__________,含有非极性键的共价化合物有__________。
答案 (1)①② ⑤⑥⑦⑨⑩ (2)①②③④⑧ ③ ⑩
判断离子化合物和共价化合物的三种方法
INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\5-34.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\5-34.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\周淑华\\2022\\看\\一轮\\化学\\化学 人教版 浙江专用 (新教材)\\杨营\\word\\5-34.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../高中化学%20%20考点专题/2023年高考化学一轮复习讲义(浙江版)/5-34.TIF" \* MERGEFORMAT
二、共价键类型及数目的判断
2.CH4中的化学键从形成过程来看,属于______(填“σ”或“π”)键,从其极性来看属于________键。
答案 σ 极性
3.已知CN-与N2结构相似,推算HCN分子中σ键与π键数目之比为________。
答案 1∶1
4.C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成共价键,且每个碳原子最外层都满足8电子稳定结构,则一个C60分子中π键的数目为________。
答案 30
5.利用CO可以合成化工原料COCl2,COCl2分子的结构式为,每个COCl2分子内含有的σ键、π键数目为________(填字母)。
A.4个σ键 B.2个σ键、2个π键
C.2个σ键、1个π键 D.3个σ键、1个π键
答案 D
6.1 mol丙酮分子中含有的σ键数目为__________。
答案 9NA
通过物质的结构式,可以快速有效地判断键的种类及数目;判断成键方式时,需掌握:共价单键全为σ键,共价双键中有一个σ键和一个π键,共价三键中有一个σ键和两个π键。
三、电子式的书写
7.(1)—OH______________,OH-______________,
H3O+______________,NH______________;
(2)HClO______________,CCl4______________,
CO2______________,N2H4______________;
(3)Na2S______________,NaH______________,
NaBH4______________,Na2O2______________。
答案 (1)
(2) INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\5-32T.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\5-32T.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\周淑华\\2022\\看\\一轮\\化学\\化学 人教版 浙江专用 (新教材)\\杨营\\word\\5-32T.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../高中化学%20%20考点专题/2023年高考化学一轮复习讲义(浙江版)/5-32T.TIF" \* MERGEFORMAT
(3) Na+[H]-
8. 下列关于电子式的表述正确的是
A.HClO的电子式为H
B.SCl2的电子式为
C.用电子式表示HCl的形成过程为H+―→H+[]-
D.已知SCN-中每个原子都达到8电子结构,则其电子式为[]-
【答案】D
【解析】A项,HClO的结构式为H—O—Cl,电子式为H;B项,硫原子最外层有6个电子,氯原子最外层有7个电子,硫原子应分别与2个氯原子形成1对共用电子对,从而达到8电子稳定结构,故其电子式应为;C项,HCl为共价化合物,故其电子式应为H;D项,仿照B项的分析可知正确。
9.[高考组合题](1)联氨(又称肼,N2H4,无色液体)分子的电子式为 ,其中氮的化合价为 。
(2)HClO的电子式为 。
(3)该气体(H2S)分子的电子式为 。
(4)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为 。
(5)H、C、N、O、Na、Al、S、Cl中任选元素组成一种四原子共价化合物,写出其电子式: 。
四、8电子结构的判断
10. 下列分子中,所有原子都满足最外层为8电子结构的是
A.BF3 B.PCl5
C.HCl D.CF2Cl2
【答案】D
【解析】BF3中的B原子的族序数+成键数=3+3=6,所以不满足所有原子最外层为8电子结构,A错误;PCl5中的P原子的族序数+成键数=5+5=10,所以不满足所有原子最外层为8电子结构,B错误;HCl分子中H原子最外层满足2电子结构,C错误;CF2Cl2中,C原子的族序数+成键数=4+4=8,F和Cl原子的族序数+成键数=7+1=8,所以满足所有原子最外层为8电子结构,D正确。
11.下列说法正确的是
A.CaH2晶体中的化学键是共价键
B.某物质在熔融态能导电,则该物质中一定含有离子键
C.N2和Cl2两种分子中,每个原子的最外层都具有8电子稳定结构
D.AlCl3中各原子都满足最外层8电子稳定结构
8电子结构的判断方法
方法一:经验规律法
最外层电子数+|化合价|=8的原子或单核离子皆为8电子结构
方法二:试写结构法
判断某化合物中的某原子最外层是否达到8电子稳定结构,应从其结构式结合原子最外层电子数进行判断,如 ①H2O,O最外层有8个电子,而H最外层只有2个电子。②N2,N原子最外层有5个电子,N与N之间形成三个共价键,所以N2中的N原子最外层达到8电子稳定结构。
五、化学键与物质类别、性质
12. 下列物质既含有离子键又含共价键的是
A.NH3 B.Na2O C.NH4Cl D.H2O2
【答案】C
【解析】氨气分子中N—H原子之间只存在共价键,故A错误;氧化钠中钠离子和氧离子之间只存在离子键,故B错误;氯化铵中铵根离子和氯离子之间存在离子键,铵根离子中 N—H原子之间存在共价键,故C正确;H2O2分子中 H—O、O—O原子之间存在共价键,故D错误。
13.下列物质按只含离子键、只含共价键、既含离子键又含共价键的顺序排列的是
A.氯气 二氧化碳 氢氧化钠
B.氯化钠 过氧化氢 氯化铵
C.氯化钠 过氧化钠 氯化铵
D.氯化钠 氦气 氢氧化钠
六、 化学键的断裂与形成
14. 在下列变化过程中,属于“破坏极性键和非极性键,形成极性键和非极性键”过程的是
A.冰→水→水蒸气→H2和O2
B.2Na+Cl2===2NaCl
C.2H2+O22H2O
D.2H2O2===2H2O+O2↑
【答案】D
【解析】A项,冰转化为水,水转化为水蒸气是物理变化,水蒸气分解形成H2和O2,破坏极性键,形成非极性键,错误;B项,钠是金属,与氯气反应生成氯化钠形成离子键,错误;C项,氢气与氧气反应生成水,破坏非极性键,形成极性键,错误;D项,双氧水分解形成水和氧气,破坏极性键和非极性键,形成极性键和非极性键,正确。
15.下列化学反应中,既有离子键、极性键、非极性键断裂,又有离子键、极性键、非极性键形成的是( )
A.2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑
B.Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2+2NH3↑
C.Cl2+H2OHClO+HCl
D.NH4Cl+NaOHNaCl+NH3↑+H2O
分析物质变化与化学键变化的思维模型
一.熟记共价键的特征和类别
a.不同类别的共价键的辨析
1.(2023汇编,4分)下列有关共价键的说法不正确的是 (填序号)。
①根据共价键的饱和性可知,H2O2的结构式为H—O===O—H
②σ键是原子轨道以“头碰头”的方式相互重叠
③所有共价键都有方向性
④分子中可能既有σ键又有π键,也可能既没有σ键又没有π键
⑤不同非金属元素原子之间形成的共价键都是极性键
⑥σ键能单独形成,而π键一定不能单独形成
⑦离子化合物中不可能存在非极性键
答案:①③⑦
解析:H2O2中O之间以单键结合,故①错误,符合题意。σ键是原子轨道以“头碰头”的方式相互重叠形成,故②正确,不符合题意。s电子的轨道为球形对称,s-s共价键无方向性,其他共价键有方向性,故③错误,符合题意。N2中既有σ键又有π键,稀有气体单质均为单原子分子,既没有σ键又没有π键,故④正确,不符合题意。不同非金属元素原子之间形成的共用电子对会发生偏移,形成极性键,故⑤正确,不符合题意。分子中可只含σ键,但含π键时一定含σ键,则σ键一般能单独形成,而π键一定不能单独形成,故⑥正确,不符合题意。Na2O2中存在O—O非极性键,是离子化合物,故⑦错误,符合题意。
2.(2023汇编,2分)下列有关说法不正确的是( )
A.σ键不一定比π键的强度大
B.键长是形成共价键的两个原子之间的核间距
C.σ键可以绕键轴旋转,π键不能绕键轴旋转
D. 共价键的成键原子只能是非金属原子
答案:D
解析:σ键不一定比π键的强度大,如氮气中σ键强度比π键的小,故A项正确,不符合题意。键长是形成共价键的两个原子之间的核间距,故B项正确,不符合题意。σ键为轴对称,π键为镜面对称,则σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转,故C项正确,不符合题意。金属原子与非金属原子之间也可能形成共价键,如AlCl3中Al与Cl形成的是共价键,故D项错误,符合题意。
b.根据特征判断分子中共价键的类型
1.(经典题,2分)某种叶绿素的结构简式如图所示,其中含有的化学键类型有 (填字母)。
A.σ键 B.π键 C.极性键 D.非极性键
E.配位键 F.金属键 G.氢键
答案:ABCDE
解析:据图分析,其中Mg与N之间形成配位键;该物质中还含有单键和双键,所以该物质中含有σ键和π键;碳碳原子之间形成非极性键;碳氢原子之间是极性键,故A、B、C、D、E项符合题意。
2.(2023汇编,12分)完成下列填空。
①CO2分子中存在 个σ键和 个π键。(2021全国Ⅱ)
②SiCl4与N-甲基咪唑()反应可以得到M2+,其结构如图所示:
1个M2+中含有 个σ键。(2021湖南单科)
③柠檬酸的结构简式如图。1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的σ键的数目为 mol。(2020江苏单科)
④N2分子中σ键与π键的数目比n(σ) ∶n(π)= 。(2018江苏单科)
⑤铁氰化钾{K3[Fe(CN)6]}溶液是检验Fe2+常用的试剂。1 mol [Fe(CN)6]3-含σ键的数目为 。
⑥气态三氧化硫以单分子形式存在,其中共价键的类型有 种。(2018全国Ⅱ)
答案:①2(1分) 2(1分) ②54(2分) ③7(2分) ④1∶2(2分) ⑤12NA(2分)
⑥2(2分)
解析:①CO2的结构式为O===C===O,1个双键中含有1个σ键和1个π键,因此1个CO2分子中含有2个σ键和2个π键。
②M2+的结构中含有单键、双键和配位键,单键和配位键都是σ键,双键中含有1个σ键和1个π键,则中含有12个σ键,则1个中含有
12×4+6=54个σ键。
③由图可知,含3个—COOH、1个—OH,则含4个碳氧单键,3个碳氧双键,单键为σ键,一个双键中含1个σ键,则1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的σ键为7 mol。
④N2的结构式为N≡N,氮氮三键中含有一个σ键和两个π键,因此N2分子中
n(σ)∶n(π)=1∶2。
⑤在[Fe(CN)6]3-中,CN-与铁离子之间有6个配位键,在每个CN-内部有一个σ键,所以1 mol该配合物中含有σ键的数目为12NA。
⑥气态三氧化硫有σ键和π键两种共价键。
3.(2023汇编,15分)有下列物质:①HF ②Cl2 ③C2H6 ④CO2 ⑤NaOH ⑥He ⑦CaC2
(1)只含极性键的分子是 (填化学式,下同);只含有非极性键的分子是 ;既有极性键又有非极性键的分子是 。
(2)只含有σ键的分子是 ;既有σ键又有π键的分子是 。
(3)只存在单键的分子是 ;只存在双键的分子是 。
(4)不存在化学键的是 。
(5)既存在离子键又存在极性键的是 ;既存在离子键又存在非极性键的是 。
答案:(1)HF、CO2(2分) Cl2 (1分) C2H6(1分) (2)HF、Cl2、C2H6(3分) CO2(1分) (3)HF、Cl2、C2H6 (3分) CO2(1分) (4)He(1分) (5)NaOH(1分) CaC2(1分)
解析:(1)HF、CO2中只含极性键;Cl2中只含非极性键;C2H6中既含极性键又含非极性键。
(2)单键为σ键,故HF、Cl2、C2H6中只含σ键;CO2中含有双键,其中含一个σ键和一个π键,故CO2中既有σ键又有π键。
(3)HF、Cl2、C2H6中只有单键,CO2中只有双键。
(4)He为稀有气体,是单原子分子,不存在化学键。
(5)NaOH是离子化合物,有离子键,O—H是极性键;CaC2是离子化合物,存在离子键,C中存在非极性键。
2.键参数及其对分子结构与物质性质的影响
1.(2023汇编,4分)下列说法中正确的是 (填序号)。
①分子的结构是由键角决定的
②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
③分子的键长越长,键能越高,分子越稳定
④CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X键的键长、键角均相等
⑤因为碳氢键键能小于碳氧键,所以CH4熔点低于CO2
⑥H2O分子中的共价键比HF分子中的共价键牢固
⑦H—O键键能为462.8 kJ·mol-1,即18 g H2O 分解成H2和O2时,消耗的能量为
2×462.8 kJ
答案:②
解析:键角为影响分子结构的因素之一,分子的结构不仅仅由键角决定,还与键长等有关系,故①错误。共价键的键长越短、键能越大,共价键越牢固,由该键形成的分子越稳定,故②正确。键能越大,键长越短,分子越稳定,故③错误。原子半径越大,共价键越长,则CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X键的键长由小到大,均为正四面体,键角均相等,故④错误。分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关,CH4的分子间作用力小于CO2,所以CH4熔点低于CO2,与共价键无关,故⑤错误。非金属性F大于O,HF更稳定,则HF分子中的共价键更牢固,故⑥错误。水分解生成氧气和氢气时,焓变=反应物总键能-生成物总键能,氧气和氢气的键能未知,所以无法计算反应热,则18 g H2O分解成H2和O2时,消耗的能量无法计算,故⑦错误。
2.(2020天津模拟,3分)下列事实不能用键能的大小来解释的是( )
A.N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.F2比O2更容易与H2反应
答案:B
解析:虽然N的电负性较大,但是氮气分子内有N≡N,键能大,所以N2的化学性质很稳定,故A项不符合题意。稀有气体是单原子分子,分子内不存在化学键,不能用键能的大小来解释,故B项符合题意。F、Cl、Br、I原子半径逐渐增大,H—F、H—Cl、H—Br、H—I的键能逐渐减小,HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱,故C项不符合题意。H—F键能大于H—O键能,HF更稳定,更容易形成,所以F2比O2更容易与H2反应,故D项不符合题意。
3. (2023汇编,9分)完成下列填空。
(1)1 mol CH3COOH分子中含有σ键的数目为 。
(2)Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物[Zn(NH3)4]Cl2,1 mol该配合物中含有σ键的数目为 。
(3)C的一种氢化物相对分子质量为26,其分子中的σ键与π键的数目之比为 。
(4)配合物[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]与游离的H2NCH2CH2NH2分子相比,其H—N—H键角 (填“较大”“较小”或“相同”),原因是
___________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案:(1)7NA(2分) (2)16NA(2分) (3)3∶2(2分) (4)较大(1分) 与Ti结合后,孤电子对变成了成键电子对,排斥力减小,因此H—N—H的夹角会增大(2分)
解析:(1)CH3COOH分子含有3个C—H键,1个C—C键,1个C—O键,1个O—H键,1个C===O键(其中含1个σ键),共有7个σ键,即1 mol CH3COOH中含有7 mol σ键,即σ键的数目为7NA。
(2)Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物[Zn(NH3)4]Cl2,[Zn(NH3)4]2+中含有12个N—H键及4个配位键,它们都是σ键,则1 mol该配合物中含有σ键的数目为16NA。
(3)C、H形成的相对分子质量为26的物质为C2H2,结构式为H—C≡C—H,单键是σ键,三键中有一个σ键和两个π键,所以σ键与π键的数目之比为3∶2。
(4)游离的H2NCH2CH2NH2中N有 1个孤电子对,配合物[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]中N提供一个孤电子对与Ti形成配位键,孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力,与Ti结合后,孤电子对变成了成键电子对,排斥力减小,因此N—H键之间的夹角会增大。
4. (2023汇编,4分)完成下列填空。
①[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O的空间结构和相应的键角如图所示。
H2O的键角小于NH3的,分析原因
(2021全国Ⅰ)
②锡元素可形成白锡、灰锡、脆锡三种单质。其中灰锡晶体与金刚石结构相似,但灰锡不如金刚石稳定,其原因是 。
答案:①NH3含有一对孤对电子,而H2O含有两对孤对电子,H2O中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大(2分) ②Sn与C同主族,Sn原子半径大,Sn—Sn键的键长更长,键能小,故灰锡不如金刚石稳定(2分)
5.(经典题,2分)关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是( )
A.键长越长,键能越小,共价化合物越稳定
B.通过反应物和生成物分子中键能数据可以预测反应热的大小
C.键角是确定分子立体结构(分子形状)的重要参数
D.同种原子间形成的共价键键长长短总是遵循:三键<双键<单键
答案:A
解析:键长越长,键能越小,化合物越不稳定,键长越短,键能越大,共价化合物越稳定,故A项错误,符合题意。反应热=反应物的总键能-生成物的总键能,则通过反应物和生成物分子中键能数据可以预测反应热的大小,故B项正确,不符合题意。键长和键角都能影响分子的空间构型,键角是描述分子立体结构的重要参数,故C项正确,不符合题意。原子间键能越大,核间距越小,键长越短,同种原子间形成的共价键键能的一般关系为三键>双键>单键,则键长:三键<双键<单键,故D项正确,不符合题意。
6.(经典题,2分)能用共价键键能的大小来解释的是( )
A.通常情况下,Br2呈液态,碘呈固态
B.CH4分子是正四面体空间构型
C.惰性气体一般难发生化学反应
D.N2稳定性强于O2
答案:D
解析:通常情况下,Br2呈液态,碘呈固态,即溴的熔点低,溴单质和碘单质都为分子晶体,且结构相似,相对分子质量大的,分子间作用力大,熔、沸点高,与共价键键能无关,故A项不符合题意。CH4分子是正四面体空间构型,与键角、键长有关,与键能无关,故B项不符合题意。惰性气体一般难发生化学反应,是因为惰性气体元素的原子最外层电子已达稳定状态,所以一般不反应,和键能无关,故C项不符合题意。N2稳定性强于O2,是因为氮气分子的键能大于氧气分子的键能,故D项符合题意。
7.(2021山东济南模拟,2分)表中为C、Si形成的部分化学键的键能数据。下列说法错误的是( )
化学键 C—C C—H C—O C===O Si—Si Si—H Si—O
键能/(kJ·mol-1) 347 413 358 803 226 318 452
A.键能:C—C>Si—Si,因此硬度:金刚石>晶体硅
B.键能:C===O>Si—O,因此熔点:CO2>SiO2
C.CH4的热稳定性大于SiH4,且二者燃烧的产物中SiO2更容易形成
D.CH4与SiH4分子中所含元素的电负性:C>H>Si
答案:B
解析:金刚石和晶体硅都是共价晶体,键能:C-C>Si-Si,因此硬度:金刚石>晶体硅,故A项正确,不符合题意。二氧化硅为共价晶体,二氧化碳为分子晶体,共价晶体熔点高于分子晶体,所以熔点:CO2<SiO2,故B项错误,符合题意。非金属性:C>Si,键能:C-H>Si-H,所以CH4的热稳定性大于SiH4,SiH4更易燃烧生成SiO2,故C项正确,不符合题意。SiH4中Si表现正化合价,H表现负化合价,而C与H形成的化合物中C表现负化合价,表现负价的元素对键合电子吸引能力更强,所以电负性:C>H>Si,故D项正确,不符合题意。
8. (2021广东单科,2分)很多含巯基(-SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如,解毒剂化合物Ⅰ可与氧化汞生成化合物Ⅱ。
化合物Ⅲ也是一种汞解毒剂。化合物Ⅳ是一种强酸。下列说法正确的有 (填字母)。
A.在Ⅰ中S原子采取sp3杂化 B.在Ⅱ中S元素的电负性最大
C.在Ⅲ中C-C-C键角是180° D.在Ⅲ中存在离子键与共价键
E.在Ⅳ中硫氧键的键能均相等
答案:AD
解析:由价层电子对互斥模型可知,中硫原子的价层电子对数=
2+=4,因此硫原子采取sp3杂化,故A项正确。中含有的元素为H、C、O、S、Hg,同周期从左至右,元素的电负性逐渐增大,同主族从上至下,元素的电负性逐渐减小,因此5种元素中电负性最大的为氧元素,故B项错误。中C成键均为单键,因此C采取sp3杂化,所以C-C-C键角接近109°28′,故C项错误。中存在C-H、C-C、C-S、S=O、S-O、S-H共价键和与Na+之间的离子键,故D项正确。中硫氧键分为硫氧单键和硫氧双键,共价键种类不同,因此二者的键能不同,故E项错误。专题1 共价键
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,叫做共价键。
(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。
3.共价键分类
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键组成。
4.共价键的键参数
①概念
②键参数对分子性质的影响
a.键能越大,键长越短,分子越稳定。
b. INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\12-16.tif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\12-16.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\周淑华\\2022\\看\\一轮\\化学\\化学 人教版 浙江专用 (新教材)\\杨营\\word\\12-16.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../高中化学%20%20考点专题/2023年高考化学一轮复习讲义(浙江版)/12-16.tif" \* MERGEFORMAT
5.化学键的表示方法——电子式
(1)概念:在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子的式子。
(2)电子式书写常见的6大误区
内容 实例
误区1 漏写未参与成键的电子 N2的电子式误写为N N,应写为N N
误区2 化合物类型不清楚,漏写或多写[ ]及错写电荷数 NaCl误写为,应写为;HF误写为,应写为
误区3 书写不规范,错写共用电子对 N2的电子式误写为NN或或
误区4 不考虑原子间的结合顺序 HClO的电子式误写为,应写为
误区5 不考虑原子最外层有几个电子,均写成8电子结构 CH的电子式误写为,应写为
误区6 不考虑AB2型离子化合物中2个B是分开写还是一起写 CaBr2的电子式为;CaC2的电子式为Ca2+[C C]2-
(3)用电子式表示化合物的形成过程
①离子化合物如:NaCl: INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\5-31T.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "G:\\2022\\一轮\\化学 人教 浙江 (新教材)\\word\\5-31T.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\周淑华\\2022\\看\\一轮\\化学\\化学 人教版 浙江专用 (新教材)\\杨营\\word\\5-31T.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../高中化学%20%20考点专题/2023年高考化学一轮复习讲义(浙江版)/5-31T.TIF" \* MERGEFORMAT 。
②共价化合物如:HCl:。
电子式书写方法
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一、化学键与物质类别的关系
1.现有下列物质:①NaCl ②Na2O ③Na2O2
④NaOH ⑤AlCl3 ⑥H2O ⑦N2 ⑧NH4Cl ⑨CO2 ⑩H2O2
(1)只含离子键的物质有________(填序号,下同),只含共价键的物质有__________。
(2)属于离子化合物的有__________,其中含非极性键的离子化合物有__________,含有非极性键的共价化合物有__________。
判断离子化合物和共价化合物的三种方法
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二、共价键类型及数目的判断
2.CH4中的化学键从形成过程来看,属于______(填“σ”或“π”)键,从其极性来看属于________键。
3.已知CN-与N2结构相似,推算HCN分子中σ键与π键数目之比为________。
答案 1∶1
4.C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成共价键,且每个碳原子最外层都满足8电子稳定结构,则一个C60分子中π键的数目为________。
5.利用CO可以合成化工原料COCl2,COCl2分子的结构式为,每个COCl2分子内含有的σ键、π键数目为________(填字母)。
A.4个σ键 B.2个σ键、2个π键
C.2个σ键、1个π键 D.3个σ键、1个π键
6.1 mol丙酮分子中含有的σ键数目为__________。
通过物质的结构式,可以快速有效地判断键的种类及数目;判断成键方式时,需掌握:共价单键全为σ键,共价双键中有一个σ键和一个π键,共价三键中有一个σ键和两个π键。
三、电子式的书写
7.(1)—OH______________,OH-______________,
H3O+______________,NH______________;
(2)HClO______________,CCl4______________,
CO2______________,N2H4______________;
(3)Na2S______________,NaH______________,
NaBH4______________,Na2O2______________。
8. 下列关于电子式的表述正确的是
A.HClO的电子式为H
B.SCl2的电子式为
C.用电子式表示HCl的形成过程为H+―→H+[]-
D.已知SCN-中每个原子都达到8电子结构,则其电子式为[]-
9.[高考组合题](1)联氨(又称肼,N2H4,无色液体)分子的电子式为 ,其中氮的化合价为 。
(2)HClO的电子式为 。
(3)该气体(H2S)分子的电子式为 。
(4)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为 。
(5)H、C、N、O、Na、Al、S、Cl中任选元素组成一种四原子共价化合物,写出其电子式: 。
四、8电子结构的判断
10. 下列分子中,所有原子都满足最外层为8电子结构的是
A.BF3 B.PCl5
C.HCl D.CF2Cl2
11.下列说法正确的是
A.CaH2晶体中的化学键是共价键
B.某物质在熔融态能导电,则该物质中一定含有离子键
C.N2和Cl2两种分子中,每个原子的最外层都具有8电子稳定结构
D.AlCl3中各原子都满足最外层8电子稳定结构
8电子结构的判断方法
方法一:经验规律法
最外层电子数+|化合价|=8的原子或单核离子皆为8电子结构
方法二:试写结构法
判断某化合物中的某原子最外层是否达到8电子稳定结构,应从其结构式结合原子最外层电子数进行判断,如 ①H2O,O最外层有8个电子,而H最外层只有2个电子。②N2,N原子最外层有5个电子,N与N之间形成三个共价键,所以N2中的N原子最外层达到8电子稳定结构。
五、化学键与物质类别、性质
12. 下列物质既含有离子键又含共价键的是
A.NH3 B.Na2O C.NH4Cl D.H2O2
13.下列物质按只含离子键、只含共价键、既含离子键又含共价键的顺序排列的是
A.氯气 二氧化碳 氢氧化钠
B.氯化钠 过氧化氢 氯化铵
C.氯化钠 过氧化钠 氯化铵
D.氯化钠 氦气 氢氧化钠
六、 化学键的断裂与形成
14. 在下列变化过程中,属于“破坏极性键和非极性键,形成极性键和非极性键”过程的是
A.冰→水→水蒸气→H2和O2
B.2Na+Cl2===2NaCl
C.2H2+O22H2O
D.2H2O2===2H2O+O2↑
15.下列化学反应中,既有离子键、极性键、非极性键断裂,又有离子键、极性键、非极性键形成的是( )
A.2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑
B.Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2+2NH3↑
C.Cl2+H2OHClO+HCl
D.NH4Cl+NaOHNaCl+NH3↑+H2O
分析物质变化与化学键变化的思维模型
一.熟记共价键的特征和类别
a.不同类别的共价键的辨析
1.(2023汇编,4分)下列有关共价键的说法不正确的是 (填序号)。
①根据共价键的饱和性可知,H2O2的结构式为H—O===O—H
②σ键是原子轨道以“头碰头”的方式相互重叠
③所有共价键都有方向性
④分子中可能既有σ键又有π键,也可能既没有σ键又没有π键
⑤不同非金属元素原子之间形成的共价键都是极性键
⑥σ键能单独形成,而π键一定不能单独形成
⑦离子化合物中不可能存在非极性键
2.(2023汇编,2分)下列有关说法不正确的是( )
A.σ键不一定比π键的强度大
B.键长是形成共价键的两个原子之间的核间距
C.σ键可以绕键轴旋转,π键不能绕键轴旋转
D. 共价键的成键原子只能是非金属原子
b.根据特征判断分子中共价键的类型
1.(经典题,2分)某种叶绿素的结构简式如图所示,其中含有的化学键类型有 (填字母)。
A.σ键 B.π键 C.极性键 D.非极性键
E.配位键 F.金属键 G.氢键
2.(2023汇编,12分)完成下列填空。
①CO2分子中存在 个σ键和 个π键。(2021全国Ⅱ)
②SiCl4与N-甲基咪唑()反应可以得到M2+,其结构如图所示:
1个M2+中含有 个σ键。(2021湖南单科)
③柠檬酸的结构简式如图。1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的σ键的数目为 mol。(2020江苏单科)
④N2分子中σ键与π键的数目比n(σ) ∶n(π)= 。(2018江苏单科)
⑤铁氰化钾{K3[Fe(CN)6]}溶液是检验Fe2+常用的试剂。1 mol [Fe(CN)6]3-含σ键的数目为 。
⑥气态三氧化硫以单分子形式存在,其中共价键的类型有 种。(2018全国Ⅱ)
3.(2023汇编,15分)有下列物质:①HF ②Cl2 ③C2H6 ④CO2 ⑤NaOH ⑥He ⑦CaC2
(1)只含极性键的分子是 (填化学式,下同);只含有非极性键的分子是 ;既有极性键又有非极性键的分子是 。
(2)只含有σ键的分子是 ;既有σ键又有π键的分子是 。
(3)只存在单键的分子是 ;只存在双键的分子是 。
(4)不存在化学键的是 。
(5)既存在离子键又存在极性键的是 ;既存在离子键又存在非极性键的是 。
2.键参数及其对分子结构与物质性质的影响
1.(2023汇编,4分)下列说法中正确的是 (填序号)。
①分子的结构是由键角决定的
②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
③分子的键长越长,键能越高,分子越稳定
④CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X键的键长、键角均相等
⑤因为碳氢键键能小于碳氧键,所以CH4熔点低于CO2
⑥H2O分子中的共价键比HF分子中的共价键牢固
⑦H—O键键能为462.8 kJ·mol-1,即18 g H2O 分解成H2和O2时,消耗的能量为
2×462.8 kJ
2.(2020天津模拟,3分)下列事实不能用键能的大小来解释的是( )
A.N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.F2比O2更容易与H2反应
3. (2023汇编,9分)完成下列填空。
(1)1 mol CH3COOH分子中含有σ键的数目为 。
(2)Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物[Zn(NH3)4]Cl2,1 mol该配合物中含有σ键的数目为 。
(3)C的一种氢化物相对分子质量为26,其分子中的σ键与π键的数目之比为 。
(4)配合物[TiCl4(H2NCH2CH2NH2)]与游离的H2NCH2CH2NH2分子相比,其H—N—H键角 (填“较大”“较小”或“相同”),原因是
___________________________________________________________________________________________________________________________________________。
4. (2023汇编,4分)完成下列填空。
①[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O的空间结构和相应的键角如图所示。
H2O的键角小于NH3的,分析原因
(2021全国Ⅰ)
②锡元素可形成白锡、灰锡、脆锡三种单质。其中灰锡晶体与金刚石结构相似,但灰锡不如金刚石稳定,其原因是 。
5.(经典题,2分)关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是( )
A.键长越长,键能越小,共价化合物越稳定
B.通过反应物和生成物分子中键能数据可以预测反应热的大小
C.键角是确定分子立体结构(分子形状)的重要参数
D.同种原子间形成的共价键键长长短总是遵循:三键<双键<单键
6.(经典题,2分)能用共价键键能的大小来解释的是( )
A.通常情况下,Br2呈液态,碘呈固态
B.CH4分子是正四面体空间构型
C.惰性气体一般难发生化学反应
D.N2稳定性强于O2
7.(2021山东济南模拟,2分)表中为C、Si形成的部分化学键的键能数据。下列说法错误的是( )
化学键 C—C C—H C—O C===O Si—Si Si—H Si—O
键能/(kJ·mol-1) 347 413 358 803 226 318 452
A.键能:C—C>Si—Si,因此硬度:金刚石>晶体硅
B.键能:C===O>Si—O,因此熔点:CO2>SiO2
C.CH4的热稳定性大于SiH4,且二者燃烧的产物中SiO2更容易形成
D.CH4与SiH4分子中所含元素的电负性:C>H>Si
8. (2021广东单科,2分)很多含巯基(-SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如,解毒剂化合物Ⅰ可与氧化汞生成化合物Ⅱ。
化合物Ⅲ也是一种汞解毒剂。化合物Ⅳ是一种强酸。下列说法正确的有 (填字母)。
A.在Ⅰ中S原子采取sp3杂化 B.在Ⅱ中S元素的电负性最大
C.在Ⅲ中C-C-C键角是180° D.在Ⅲ中存在离子键与共价键
E.在Ⅳ中硫氧键的键能均相等