人教版高中化学选择性必修2第二章分子结构与性质第一节第1课时共价键学案
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选择性必修2第二章分子结构与性质第一节第1课时共价键学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 388.8KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-03-10 17:34:57 | ||
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文档简介
第一节 共价键
第1课时 共价键
[课程标准] 1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键，了解共价键具有饱和性和方向性。 2.知道根据原子轨道的重叠方式，共价键可分为σ键和π键等类型。
任务一 共价键的形成与特征
1．1s和2p原子轨道示意图如下：
2．部分物质及元素的电负性如下表：
物质 H2 HCl NaCl
成键元素 H H H Cl Na Cl
元素的电负性 2.1 2.1 2.1 3.0 0.9 3.0
问题1：分别写出H2、HCl、NaCl的电子式，从共用电子对角度解释共价键的本质。
问题2：分别写出基态H、Cl原子的价层电子轨道表示式，从轨道重叠角度认识H2、HCl中共价键的形成。
问题3：分析表中数据，从电负性角度认识共价键和离子键的形成。
提示：问题1：H∶H、、；成键原子都含有未成对电子，成键时原子间通过共用电子对形成共价键，体系能量降低。
问题2：H：；Cl：；两个氢原子的1s轨道沿键轴方向重叠形成H2中共价键；氢原子的1s轨道和Cl原子的3p轨道沿键轴方向重叠形成HCl中共价键。
问题3：当电负性相同或相差不大时，原子之间形成共价键，当电负性相差较大时，原子之间形成离子键。
一、共价键
1．概念
原子间通过共用电子对形成的化学键。
2．本质
高概率地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。
3．形成元素
通常是电负性相同或差值小的非金属元素原子。
4．表示方法
(1)用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键，如H—H、H—Cl；
(2)“===”表示原子间共用两对电子所形成的共价键(共价双键)；
(3)“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键(共价三键)。
二、共价键的特征
1．共价键的饱和性
每个原子所能形成的共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的，这称为共价键的饱和性。共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。
2．共价键的方向性
在形成共价键时，原子轨道重叠得越多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键越牢固，因此，共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成。共价键的方向性决定着分子的空间结构。
1．正误判断，错误的说明原因。
(1)若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性。
答案：正确。
(2)H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性。
答案：错误，H2O能结合1个H＋形成H3O＋，不能说明共价键不具有饱和性。
(3)所有共价键都有方向性。
答案：错误，H2分子中的H—H键没有方向性。
(4)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的。
答案：正确。
2．从电负性的角度理解共价键、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
任务二 σ键和π键
观察下图中乙烷、乙烯和乙炔分子的球棍模型，回答相关问题。
问题1：乙烯和乙炔分子中的碳原子间，既存在σ键，又存在π键，σ键和π键的成键方式有何不同？
问题2：从乙烷、乙烯和乙炔分子中存在的σ键和π键来看，σ键和π键的存在条件和数目有何规律？
问题3：乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼？
提示：问题1：σ键是原子轨道以“头碰头”方式发生重叠成键；π键是p轨道与p轨道以“肩并肩”方式发生重叠成键。
问题2：σ键可以独立存在，π键不能单独存在。
所有的单键都是σ键；双键中有一个σ键和一个π键；三键中有一个σ键和两个π键。
问题3：乙烯分子中的碳碳双键和乙炔分子中的碳碳三键中分别含有一个和两个π键，π键原子轨道重叠程度较小，不稳定，容易断裂。而乙烷分子中没有π键，σ键原子轨道重叠程度大，比较稳定，不易断裂。
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。
1．正误判断，错误的说明原因。
(1)分子中含有共价键，则至少含有一个σ键。
答案：正确。
(2)s s σ键与p p σ键的电子云图像都呈轴对称。
答案：正确。
(3)s轨道与s轨道不能形成π键，p轨道与p轨道能形成π键。
答案：正确。
(4)乙烯与乙烷化学性质不同，主要是因为乙烯中的π键不如σ键牢固。
答案：正确。
(5)1个1，3 丁二烯(CH2===CHCH===CH2)分子中含有7个σ键、2个π键。
答案：错误，由结构简式可知1个1，3 丁二烯的分子中含有9个σ键、2个π键。
2．回答下列问题。
(1)CH4中的化学键从形成过程来看，属于________(填“σ”或“π”)键。
(2)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__________。
(3)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C60分子中π键的数目为__________。
答案：(1)σ (2)1∶1 (3)30
解析：(1)CH4中含4个C—H，每个单键中含1个σ键；
(2)已知CN－与N2结构相似，N2中氮原子与氮原子间形成氮氮三键，含1个σ键和2个π键，所以CN－中含1个σ键和2个π键，再与H形成1个σ键，则比值为1∶1；
(3)每个碳原子形成的3个键中必然有1个双键，双键个数为碳原子个数的一半，每个双键中含1个π键，所以π键的数目为30个。
1．下列说法不正确的是( )
A．σ键是轴对称的，π键是镜像对称的
B．在气体单质中，一定有σ键，可能有π键
C．两个原子间形成共价键时，最多有一个σ键
D．BF3分子中原子的最外层电子数不全是8
答案：B
解析：A项，σ键是轴对称的，π键是镜像对称的，正确；B项，在稀有气体中，没有化学键，错误；C项，两个原子间形成共价键时，最多有一个σ键，正确；D项，BF3分子中B原子的最外层电子数为6，正确。
2．下列分子中，只有σ键没有π键的是( )
A．CH4 B．N2
C．CH2===CH2 D．CH≡CH
答案：A
解析：两原子间形成共价键，先形成σ键，然后再形成π键，即共价单键全部为σ键，共价双键、共价三键中一定含有一个σ键，其余为π键。
3．下列分子中的σ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( )
A．H2 B．Cl2
C．NaH D．HF
答案：D
解析：A项，氢气分子是由两个1s轨道形成的σ键，不符合题意；B项，Cl2分子是由两个3p轨道形成的σ键，不符合题意；C项，NaH是离子化合物，其中没有共价键，不符合题意；D项，HF是由1s和2p轨道形成的σ键，符合题意。
4．(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键断裂，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键断裂，则生成1.5 mol氮气，形成π键的数目为3NA。
课时测评7 共价键
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
题点一 共价键的形成与特征
1．下列说法正确的是( )
A．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
B．所有共价键都有方向性
C．H原子只能形成σ键，O原子可以形成σ键和π键
D．分子中σ键一定比π键牢固
答案：C
解析：气体单质如N2分子结构式为N≡N，三键含有一个σ键和两个π键，则氮气分子中含有π键，可能不存在σ键，如稀有气体单质中，A错误；共价键的特征是具有方向性和饱和性，但并不是所有共价键都具有方向性，如s s σ键，B错误；氢原子的s轨道只能形成“头碰头”的σ键，氧原子的p轨道可以形成“头碰头”的σ键和“肩并肩”的π键，C正确；一般情况下σ键都比π键强度大，σ键为“头碰头”的方式，π键为“肩并肩”的方式，但在N2分子中氮氮三键比氮氮单键的3倍还要大，说明N2分子中π键比σ键键能大，更牢固，D错误；故选C。
2．共价键具有饱和性和方向性，下列关于共价键这两个特征的叙述中，不正确的是( )
A．共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的
B．共价键的方向性与成键原子的轨道的方向性有关
C．共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系
D．共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
答案：D
解析：一般地，原子的未成对电子一旦配对成键，就不再与其他原子的未成对电子配对成键了，故原子的未成对电子数目决定了该原子形成的共价键具有饱和性，这一饱和性也就决定了该原子成键时最多连接的原子数，故A、C两项正确；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大越好，为了达到原子轨道的最大重叠程度，成键的方向与原子轨道的伸展方向存在着必然的联系，则共价键方向性是由成键电子的轨道方向性决定的，B项正确；共价键的饱和性与原子轨道重叠程度无关，与原子的未成对电子数有关，D项错误。
3．已知：元素X的电负性数值为2.5，元素Y的电负性数值为3.5，元素Z的电负性数值为1.2，元素W的电负性数值为2.4。你认为上述四种元素中，最容易形成共价键的是( )
A．X与Y B．X与W
C．Y与Z D．Y与W
答案：B
解析：一般来说，电负性小于1.8的为金属元素，且电负性越小，金属性越强；电负性大于1.8的为非金属元素，且电负性越大，非金属性越强，电负性差别小的两元素最可能形成共价键。
题点二 σ键和π键的比较与判断
4．下列关于σ键和π键的说法中，不正确的是( )
A．σ键由原子轨道“头碰头”重叠形成
B．N2分子中的π键为p p π键，π键不能绕键轴旋转
C．HCl分子中的σ键为s s σ键
D．p轨道和p轨道之间既能形成π键，又能形成σ键
答案：C
解析：A项，σ键为s或p轨道“头碰头”重叠形成，正确；B项，氮气的结构式为N≡N，分子中含有三键，分别为1个σ键和2个π键，π键为p p π键，π键不能绕键轴旋转，正确；C项，H只有1s轨道，Cl的3p轨道与H的1s轨道以“头碰头”方式重叠形成s p σ键，错误；D项，p轨道和p轨道“头碰头”能形成σ键、“肩并肩”能形成π键，所以p轨道和p轨道既能形成σ键又能形成π键，正确。
5．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键，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键，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。
6．下列分子中，含有两个π键的是( )
①HCN(H—C≡N) ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．①②③⑥ B．③④⑤⑥
C．①③⑥ D．③⑤⑥
答案：C
解析：①H—C≡N的分子中有C≡N键，所以含有两个π键；②H2O分子中没有双键，所以不含有π键；③N2的分子中有N≡N键，所以含有两个π键；④H2O2分子中没有双键，所以不含有π键；⑤C2H4的分子中只有一个C===C键，所以含有一个π键；⑥CH≡CH分子中有C≡C键，所以含有两个π键；所以分子中含有两个π键的是①③⑥；故答案为C项。
7．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N2F2分子中所有原子均符合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，即有一个σ键，一个π键。
8．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键是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：该分子中只有共价单键，则分子中只有σ键，没有π键，故A错误；C—F键是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。
9. 下列关于共价键的描述正确的是( )
A．p p σ键与p p π键的对称性相同
B．HCl分子中的共价键是s p σ键
C．CN－与N2结构相似，CH2===CHCN分子中σ键与π键数目之比为1∶1
D．气体单质中一定存在σ键，可能存在π键
答案：B
解析：A项，σ键为轴对称，π键为镜面对称，则对称性不同，错误；B项，HCl分子中的共价键是H原子的1s轨道与Cl原子的3p轨道形成的s p σ键，正确；C项，CH2===CHCN分子中含有6个σ键和3个π键，所以其数目之比为2∶1，错误；D项，稀有气体是单原子分子，分子中不存在共价键，所以稀有气体中没有σ键，错误。
10．N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，·表示对应原子提供的电子。下列说法错误的是( )
A．N2分子与CO分子中都含σ键和π键
B．N2分子与CO分子中的π键不完全相同
C．电负性：CD．N2分子中含有2个π键，CO分子中含有1个π键
答案：D
解析：从题图可以看出，N2分子与CO分子均含有1个σ键和2个π键，A项正确、D项错误；N2分子中的π键是由每个氮原子各提供一个电子的2p轨道以“肩并肩”的方式形成的，而CO分子中的一个π键是由O原子单方面提供电子对形成的，B项正确；同一周期元素从左到右，电负性逐渐增大，故电负性：C11．回答下列问题：
(1)1 mol CO2中含有的σ键数目为__________。
(2)已知CO与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为__________。
(3)C、H两种元素形成的化合物其相对分子质量为28，该分子中σ键与π键的个数比为__________。
(4)1 mol乙醛()分子中含σ键的数目为____________个，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为________。
(5)CH4、NH3、H2O、HF分子中σ键由多到少的顺序是____________________________。
答案：(1)2NA(或1.204×1024) (2)1∶2
(3)5∶1 (4)6NA(或3.612×1024) 7
(5)CH4＞NH3＞H2O＞HF
解析：(1)CO2分子内含有碳氧双键，双键中一个是σ键，另一个是π键，则1 mol CO2中含有的σ键个数为2NA；(2)N2的结构式为N≡N，推知CO结构式为C≡O，含有1个σ键、2个π键，故此处填1∶2；(3)设分子式为CmHn，则12m＋n＝28，则m＝2，n＝4，即C2H4，结构式为，单键为σ键，双键有1个σ键和1个π键，所以一个C2H4分子中共含有5个σ键和1个π键，故此处填5∶1；(4)乙醛的结构简式为，1个乙醛分子中含6个σ键，故1 mol乙醛中含有σ键6 mol，即6NA个，CO(NH2)2的结构简式为，1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键；(5)CH4、NH3、H2O、HF分子中的σ键数目分别为4、3、2、1，故σ键数目由多到少的顺序是CH4＞NH3＞H2O＞HF。
12．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；(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键的有①③⑤⑥⑧⑨；(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，说明构成这种σ键的原子中一定没有H原子，故正确答案为②④⑤⑥⑧⑨。
13．(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的电子总数，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、2个π键。
14．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，且同主族元素从上到下，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EC2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。
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第1课时 共价键
[课程标准] 1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键，了解共价键具有饱和性和方向性。 2.知道根据原子轨道的重叠方式，共价键可分为σ键和π键等类型。
任务一 共价键的形成与特征
1．1s和2p原子轨道示意图如下：
2．部分物质及元素的电负性如下表：
物质 H2 HCl NaCl
成键元素 H H H Cl Na Cl
元素的电负性 2.1 2.1 2.1 3.0 0.9 3.0
问题1：分别写出H2、HCl、NaCl的电子式，从共用电子对角度解释共价键的本质。
问题2：分别写出基态H、Cl原子的价层电子轨道表示式，从轨道重叠角度认识H2、HCl中共价键的形成。
问题3：分析表中数据，从电负性角度认识共价键和离子键的形成。
提示：问题1：H∶H、、；成键原子都含有未成对电子，成键时原子间通过共用电子对形成共价键，体系能量降低。
问题2：H：；Cl：；两个氢原子的1s轨道沿键轴方向重叠形成H2中共价键；氢原子的1s轨道和Cl原子的3p轨道沿键轴方向重叠形成HCl中共价键。
问题3：当电负性相同或相差不大时，原子之间形成共价键，当电负性相差较大时，原子之间形成离子键。
一、共价键
1．概念
原子间通过共用电子对形成的化学键。
2．本质
高概率地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。
3．形成元素
通常是电负性相同或差值小的非金属元素原子。
4．表示方法
(1)用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键，如H—H、H—Cl；
(2)“===”表示原子间共用两对电子所形成的共价键(共价双键)；
(3)“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键(共价三键)。
二、共价键的特征
1．共价键的饱和性
每个原子所能形成的共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的，这称为共价键的饱和性。共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。
2．共价键的方向性
在形成共价键时，原子轨道重叠得越多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键越牢固，因此，共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成。共价键的方向性决定着分子的空间结构。
1．正误判断，错误的说明原因。
(1)若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性。
答案：正确。
(2)H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性。
答案：错误，H2O能结合1个H＋形成H3O＋，不能说明共价键不具有饱和性。
(3)所有共价键都有方向性。
答案：错误，H2分子中的H—H键没有方向性。
(4)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的。
答案：正确。
2．从电负性的角度理解共价键、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
任务二 σ键和π键
观察下图中乙烷、乙烯和乙炔分子的球棍模型，回答相关问题。
问题1：乙烯和乙炔分子中的碳原子间，既存在σ键，又存在π键，σ键和π键的成键方式有何不同？
问题2：从乙烷、乙烯和乙炔分子中存在的σ键和π键来看，σ键和π键的存在条件和数目有何规律？
问题3：乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼？
提示：问题1：σ键是原子轨道以“头碰头”方式发生重叠成键；π键是p轨道与p轨道以“肩并肩”方式发生重叠成键。
问题2：σ键可以独立存在，π键不能单独存在。
所有的单键都是σ键；双键中有一个σ键和一个π键；三键中有一个σ键和两个π键。
问题3：乙烯分子中的碳碳双键和乙炔分子中的碳碳三键中分别含有一个和两个π键，π键原子轨道重叠程度较小，不稳定，容易断裂。而乙烷分子中没有π键，σ键原子轨道重叠程度大，比较稳定，不易断裂。
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。
1．正误判断，错误的说明原因。
(1)分子中含有共价键，则至少含有一个σ键。
答案：正确。
(2)s s σ键与p p σ键的电子云图像都呈轴对称。
答案：正确。
(3)s轨道与s轨道不能形成π键，p轨道与p轨道能形成π键。
答案：正确。
(4)乙烯与乙烷化学性质不同，主要是因为乙烯中的π键不如σ键牢固。
答案：正确。
(5)1个1，3 丁二烯(CH2===CHCH===CH2)分子中含有7个σ键、2个π键。
答案：错误，由结构简式可知1个1，3 丁二烯的分子中含有9个σ键、2个π键。
2．回答下列问题。
(1)CH4中的化学键从形成过程来看，属于________(填“σ”或“π”)键。
(2)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__________。
(3)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C60分子中π键的数目为__________。
答案：(1)σ (2)1∶1 (3)30
解析：(1)CH4中含4个C—H，每个单键中含1个σ键；
(2)已知CN－与N2结构相似，N2中氮原子与氮原子间形成氮氮三键，含1个σ键和2个π键，所以CN－中含1个σ键和2个π键，再与H形成1个σ键，则比值为1∶1；
(3)每个碳原子形成的3个键中必然有1个双键，双键个数为碳原子个数的一半，每个双键中含1个π键，所以π键的数目为30个。
1．下列说法不正确的是( )
A．σ键是轴对称的，π键是镜像对称的
B．在气体单质中，一定有σ键，可能有π键
C．两个原子间形成共价键时，最多有一个σ键
D．BF3分子中原子的最外层电子数不全是8
答案：B
解析：A项，σ键是轴对称的，π键是镜像对称的，正确；B项，在稀有气体中，没有化学键，错误；C项，两个原子间形成共价键时，最多有一个σ键，正确；D项，BF3分子中B原子的最外层电子数为6，正确。
2．下列分子中，只有σ键没有π键的是( )
A．CH4 B．N2
C．CH2===CH2 D．CH≡CH
答案：A
解析：两原子间形成共价键，先形成σ键，然后再形成π键，即共价单键全部为σ键，共价双键、共价三键中一定含有一个σ键，其余为π键。
3．下列分子中的σ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( )
A．H2 B．Cl2
C．NaH D．HF
答案：D
解析：A项，氢气分子是由两个1s轨道形成的σ键，不符合题意；B项，Cl2分子是由两个3p轨道形成的σ键，不符合题意；C项，NaH是离子化合物，其中没有共价键，不符合题意；D项，HF是由1s和2p轨道形成的σ键，符合题意。
4．(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键断裂，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键断裂，则生成1.5 mol氮气，形成π键的数目为3NA。
课时测评7 共价键
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
题点一 共价键的形成与特征
1．下列说法正确的是( )
A．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
B．所有共价键都有方向性
C．H原子只能形成σ键，O原子可以形成σ键和π键
D．分子中σ键一定比π键牢固
答案：C
解析：气体单质如N2分子结构式为N≡N，三键含有一个σ键和两个π键，则氮气分子中含有π键，可能不存在σ键，如稀有气体单质中，A错误；共价键的特征是具有方向性和饱和性，但并不是所有共价键都具有方向性，如s s σ键，B错误；氢原子的s轨道只能形成“头碰头”的σ键，氧原子的p轨道可以形成“头碰头”的σ键和“肩并肩”的π键，C正确；一般情况下σ键都比π键强度大，σ键为“头碰头”的方式，π键为“肩并肩”的方式，但在N2分子中氮氮三键比氮氮单键的3倍还要大，说明N2分子中π键比σ键键能大，更牢固，D错误；故选C。
2．共价键具有饱和性和方向性，下列关于共价键这两个特征的叙述中，不正确的是( )
A．共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的
B．共价键的方向性与成键原子的轨道的方向性有关
C．共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系
D．共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
答案：D
解析：一般地，原子的未成对电子一旦配对成键，就不再与其他原子的未成对电子配对成键了，故原子的未成对电子数目决定了该原子形成的共价键具有饱和性，这一饱和性也就决定了该原子成键时最多连接的原子数，故A、C两项正确；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大越好，为了达到原子轨道的最大重叠程度，成键的方向与原子轨道的伸展方向存在着必然的联系，则共价键方向性是由成键电子的轨道方向性决定的，B项正确；共价键的饱和性与原子轨道重叠程度无关，与原子的未成对电子数有关，D项错误。
3．已知：元素X的电负性数值为2.5，元素Y的电负性数值为3.5，元素Z的电负性数值为1.2，元素W的电负性数值为2.4。你认为上述四种元素中，最容易形成共价键的是( )
A．X与Y B．X与W
C．Y与Z D．Y与W
答案：B
解析：一般来说，电负性小于1.8的为金属元素，且电负性越小，金属性越强；电负性大于1.8的为非金属元素，且电负性越大，非金属性越强，电负性差别小的两元素最可能形成共价键。
题点二 σ键和π键的比较与判断
4．下列关于σ键和π键的说法中，不正确的是( )
A．σ键由原子轨道“头碰头”重叠形成
B．N2分子中的π键为p p π键，π键不能绕键轴旋转
C．HCl分子中的σ键为s s σ键
D．p轨道和p轨道之间既能形成π键，又能形成σ键
答案：C
解析：A项，σ键为s或p轨道“头碰头”重叠形成，正确；B项，氮气的结构式为N≡N，分子中含有三键，分别为1个σ键和2个π键，π键为p p π键，π键不能绕键轴旋转，正确；C项，H只有1s轨道，Cl的3p轨道与H的1s轨道以“头碰头”方式重叠形成s p σ键，错误；D项，p轨道和p轨道“头碰头”能形成σ键、“肩并肩”能形成π键，所以p轨道和p轨道既能形成σ键又能形成π键，正确。
5．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键，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键，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。
6．下列分子中，含有两个π键的是( )
①HCN(H—C≡N) ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．①②③⑥ B．③④⑤⑥
C．①③⑥ D．③⑤⑥
答案：C
解析：①H—C≡N的分子中有C≡N键，所以含有两个π键；②H2O分子中没有双键，所以不含有π键；③N2的分子中有N≡N键，所以含有两个π键；④H2O2分子中没有双键，所以不含有π键；⑤C2H4的分子中只有一个C===C键，所以含有一个π键；⑥CH≡CH分子中有C≡C键，所以含有两个π键；所以分子中含有两个π键的是①③⑥；故答案为C项。
7．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N2F2分子中所有原子均符合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，即有一个σ键，一个π键。
8．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键是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：该分子中只有共价单键，则分子中只有σ键，没有π键，故A错误；C—F键是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。
9. 下列关于共价键的描述正确的是( )
A．p p σ键与p p π键的对称性相同
B．HCl分子中的共价键是s p σ键
C．CN－与N2结构相似，CH2===CHCN分子中σ键与π键数目之比为1∶1
D．气体单质中一定存在σ键，可能存在π键
答案：B
解析：A项，σ键为轴对称，π键为镜面对称，则对称性不同，错误；B项，HCl分子中的共价键是H原子的1s轨道与Cl原子的3p轨道形成的s p σ键，正确；C项，CH2===CHCN分子中含有6个σ键和3个π键，所以其数目之比为2∶1，错误；D项，稀有气体是单原子分子，分子中不存在共价键，所以稀有气体中没有σ键，错误。
10．N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，·表示对应原子提供的电子。下列说法错误的是( )
A．N2分子与CO分子中都含σ键和π键
B．N2分子与CO分子中的π键不完全相同
C．电负性：C
答案：D
解析：从题图可以看出，N2分子与CO分子均含有1个σ键和2个π键，A项正确、D项错误；N2分子中的π键是由每个氮原子各提供一个电子的2p轨道以“肩并肩”的方式形成的，而CO分子中的一个π键是由O原子单方面提供电子对形成的，B项正确；同一周期元素从左到右，电负性逐渐增大，故电负性：C
(1)1 mol CO2中含有的σ键数目为__________。
(2)已知CO与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为__________。
(3)C、H两种元素形成的化合物其相对分子质量为28，该分子中σ键与π键的个数比为__________。
(4)1 mol乙醛()分子中含σ键的数目为____________个，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为________。
(5)CH4、NH3、H2O、HF分子中σ键由多到少的顺序是____________________________。
答案：(1)2NA(或1.204×1024) (2)1∶2
(3)5∶1 (4)6NA(或3.612×1024) 7
(5)CH4＞NH3＞H2O＞HF
解析：(1)CO2分子内含有碳氧双键，双键中一个是σ键，另一个是π键，则1 mol CO2中含有的σ键个数为2NA；(2)N2的结构式为N≡N，推知CO结构式为C≡O，含有1个σ键、2个π键，故此处填1∶2；(3)设分子式为CmHn，则12m＋n＝28，则m＝2，n＝4，即C2H4，结构式为，单键为σ键，双键有1个σ键和1个π键，所以一个C2H4分子中共含有5个σ键和1个π键，故此处填5∶1；(4)乙醛的结构简式为，1个乙醛分子中含6个σ键，故1 mol乙醛中含有σ键6 mol，即6NA个，CO(NH2)2的结构简式为，1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键；(5)CH4、NH3、H2O、HF分子中的σ键数目分别为4、3、2、1，故σ键数目由多到少的顺序是CH4＞NH3＞H2O＞HF。
12．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；(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键的有①③⑤⑥⑧⑨；(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，说明构成这种σ键的原子中一定没有H原子，故正确答案为②④⑤⑥⑧⑨。
13．(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的电子总数，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、2个π键。
14．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，且同主族元素从上到下，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EC2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。
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