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第三单元 共价键 共价晶体
1.共价键
(1)概念:原子间通过共用电子对所形成的相互作用。
(2)形成:以H2分子的形成为例
当两个氢原子相互接近时,若两个氢原子核外电子的自旋方向相反,它们的1s原子轨道发生
知识点 1 共价键的形成与特征
必备知识 清单破
重叠,导致两个氢原子的电子更多地处于两个原子核之间,即电子在核间区域出现的概率增
加。体系的能量降低,形成共价键。
(3)键的形成条件:非金属元素的原子之间形成共价键,大多数元素电负性之差小于1.7的金属
与非金属原子之间形成共价键。
2.共价键的特征
归纳总结 配位键与一般共价键的形成实质相同,都是通过共用电子对形成的,但二者在形
成过程上不同。
如N 的四个共价键中有三个一般共价键和一个配位键,但四个N—H键的键参数是完全相
同的。
1.σ键和π键
(1)成键方式
σ键:原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”的方式重叠。
π键:原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方式重叠。
(2)分类依据:成键原子的原子轨道的重叠方式。
(3)特点:一般地,σ键原子轨道重叠程度大,键的强度大;π键原子轨道重叠程度小,键的强度
小。
知识点 2 共价键的类型
类型 形成 元素 共用电子对 偏移情况 原子电性
非极 性键 同种 元素 两原子电负性相同,
共用电子对不偏移 两原子都不显电性
极性 键 不同种 元素 共用电子对偏向电负
性较大的原子 电负性较大的原子显
负电性,电负性较小
的原子显正电性
2.极性键和非极性键
3.配位键——特殊共价键
(1)概念:成键原子一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成的共价键。
(2)表示方法:配位键常用A→B表示,其中A是提供孤电子对的原子,B是接受孤电子对或提供
空轨道的原子。
特别提醒 (1)并不是所有的共价键都具有方向性,由于s轨道是球形的,故2个s轨道重叠形成
的共价键就没有方向性,如H—H键。
(2)①所有的共价键都有饱和性。
②共价键的饱和性决定了分子的组成,共价键的方向性决定了分子的空间结构。
1.键能
在101 kPa、298 K条件下,1 mol气态AB分子生成1 mol气态A原子和1 mol气态B原子的过程
中所吸收的能量,称为AB间共价键的键能。如101 kPa、298 K条件下,使1 mol H2离解成2
mol气态氢原子吸收的能量为436 kJ,即H—H键的键能为436 kJ·mol-1。键能越大,形成化学键
时放出的能量越多,意味着化学键越稳定,越不容易被破坏。
2.键长
两原子形成共价键时原子核间的平均间距叫做该共价键的键长。一般而言,化学键的键长越
短,键能越大,化学键越稳定,键越难被破坏。当两个原子形成共价键时,原子轨道发生重叠,重
叠程度越大,键长越短,键能越大。
知识点 3 共价键的键能与化学反应的反应热
3.键能与反应热的关系
E1、E2分别表示反应物和生成物的键能。
ΔH=E1-E2
1.概念:晶体中所有原子通过共价键结合,形成空间网状结构。
2.典型的共价晶体——金刚石
在金刚石晶体中,每个碳原子以共价键跟其他4个碳原子结合形成4个共价单键,键角为109°28'。
金刚石晶体中C原子个数与C—C键个数之比为1∶(4× )=1∶2。金刚石结构中最小的环上
有6个C原子,且6个C原子不在同一平面内,每个碳原子被12个六元环共用。金刚石晶胞中含
8个C原子。
3.共价晶体的物理性质
熔点高,硬度大,不导电,难溶于一般溶剂。
知识点 4 共价晶体
4.常见的共价晶体
(1)某些非金属单质,如晶体硼(B)、晶体硅(Si)和金刚石等。
(2)某些非金属化合物,如金刚砂(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
1.SiO2是二氧化硅的分子式。这种说法对吗 ( )
二氧化硅为共价晶体,晶体中不存在单个分子,其化学式表示的是Si与O的最简整数
比。
2.所有共价键都有方向性。这种说法对吗 ( )
如s-s σ键没有方向性。
3.乙烷、乙烯和乙炔分子中共价键的种类和数目均相同。这种说法对吗 ( )
从共价键的极性来考虑,乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键均有极性共价键和非极
性共价键,但是它们的数目不完全相同。从共价键的成键方式来考虑,乙烷分子中共价键均
为σ键,乙烯和乙炔分子中的共价键有σ键和π键;1个乙烷分子中的共价键有7个σ键;1个乙烯
分子中有5个σ键和1个π键;1个乙炔分子中有3个σ键和2个π键。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
4.只含有共价键的晶体都是共价晶体。这种说法对吗 ( )
H2O、HCl等都只含共价键,但它们均属于分子晶体,不属于共价晶体。
5.键长越短,键能一定越大。这种说法对吗 ( )
如Cl—Cl键键长为198 pm,键能为243 kJ/mol,N—N键键长为141 pm,键能为159 kJ/
mol。一般,对于结构相似的共价晶体来说,共价键的键长越长,键能越小。
提示
提示
关键能力 定点破
定点 1 共价键的特征与类型
1.共价键的特征
(1)共价键的饱和性
因为每个原子所能提供的未成对电子的数目是一定的,在共价键的形成过程中,一个原子中
的未成对电子与另一个原子中的未成对电子配对成键后,一般来说就不能再与其他原子的未
成对电子配对成键了,即每个原子所能形成共价键的总数是一定的,所以共价键具有饱和
性。
(2)共价键的方向性
除s轨道是球形对称的外,其他的原子轨道在空间上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,电子在两核间出现的概率越大,体系的能量越低,所形成的共价键就
越牢固,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。
2.共价键的类型
(1)共价键的分类
分类标准 类型
共用电子对数 单键、双键、三键
共用电子对是否偏移 极性键、非极性键
原子轨道重叠方式 σ键、π键
(2)σ键与π键
σ键 π键
原子轨道 重叠方式 沿核间连线方向以“头碰
头”方式重叠 在核间连线两侧以“肩并
肩”方式重叠
原子轨道 重叠部位 两原子核之间 键轴上方和下方,键轴处为零
原子轨道 重叠程度 大 小
键的强度 较大 较小
(3)一般情况下非极性键和极性键的判断
典例 下列有关σ键和π键的判断不正确的是 ( )
A.s-s σ键与s-p σ键的电子云图的对称性相同
B.分子中含有共价键,则至少含有一个σ键
C.已知乙炔的结构式为H—C C—H,则1个乙炔分子中存在2个σ键(C—H)和3个π键
(C C)
D.乙烷分子中只存在σ键,即6个C—H键和1个C—C键都为σ键,不存在π键
思路点拨 σ键和π键的判断思路
化学式—→结构式—→
解析 s-s σ键与s-p σ键的电子云图都是轴对称的,A项正确;在含有共价键的分子中一定有σ
键,可能有π键,B项正确;1个共价三键中有一个为σ键,另外两个为π键,故1个乙炔(H—C C
—H)分子中有2个C—H σ键,C C键中有1个σ键、2个π键,C项错误;单键都为σ键,乙烷分
子的结构式为 ,其6个C—H键和1个C—C键都为σ键,D项正确。
答案 C
1.金刚石(晶体硅)晶胞
金刚石(晶体硅)晶胞的每个顶点和面心均有1个C(Si)原子,晶胞内部有4个C(Si)原子,每个金
刚石(晶体硅)晶胞中含有8个C(Si)原子。
2.二氧化硅晶胞
SiO2晶体结构相当于在晶体硅结构中每个Si—Si键中间插入一个O原子,参照晶体硅晶胞模
型,在SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点,有6个Si原子位于立方晶胞的面心,有4个
定点 2 金刚石(晶体硅)、二氧化硅、碳化硅的晶胞特点
Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体,均匀排列于晶胞内。每个SiO2晶胞中含有
8个Si原子和16个O原子。
3.碳化硅晶胞
a.每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体结构,向空间伸展形
成空间网状结构。
b.每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子。
典例 用NA表示阿伏加德罗常数的值,下列关于SiO2晶体的叙述中,正确的是 ( )
A.通常状况下,60 g SiO2晶体中含有的分子数为NA
B.60 g SiO2晶体中,含有2NA个Si—O键
C.晶体中与同一硅原子相连的4个氧原子处于同一四面体的4个顶点
D.SiO2晶体中含有1个硅原子、2个氧原子
思路点拨 硅晶体 二氧化硅晶体
解析 60 g SiO2晶体即1 mol SiO2,晶体中含有Si—O键4 mol (4NA);SiO2晶体中不含分子,只含
硅原子和氧原子,硅、氧原子个数比为1∶2,故选C。
答案 C第2课时 共价键键能与化学反应的反应热 共价晶体
基础过关练
题组一 共价键的键能、键长及应用
1.N—H键键能的含义是( )
A.由N和H形成1molNH3所放出的能量
B.把1molNH3中的共价键全部拆开所吸收的能量
C.101kPa、298K条件下拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的能量
D.形成1个N—H键所放出的能量
2.(经典题)下列叙述中的距离属于键长的是( )
A.氨分子中两个氢原子间的距离
B.氯分子中两个氯原子间的距离
C.金刚石中任意两个相邻的碳原子核间的距离
D.氯化氢中氯原子和氢原子间的距离
3.(经典题)下列事实中,能够用键能解释的是( )
A.氮气的化学性质比氧气稳定
B.常温常压下,溴呈液态,碘呈固态
C.稀有气体一般很难发生化学反应
D.硝酸易挥发,硫酸难挥发
4.工业上制备粗硅的反应为2C+SiO2Si+2CO↑,若C过量,还会生成SiC。已知CO的结构式为CO。下列叙述错误的是( )
A.1个CO分子内含有1个σ键和2个π键
B.键能:C—H键>Si—H键,因此甲硅烷没有甲烷稳定
C.键长:C—Si键Si
D.1molSiO2含有NA个SiO2分子
题组二 键能与反应热
5.已知几种共价键的键能如下:
化学键 H—N Cl—Cl H—Cl
键能/(kJ·mol-1) 391 946 243 431
下列说法错误的是( )
A.键能:>NN>N—N
B.H(g)+Cl(g)HCl(g) ΔH=-431kJ·mol-1
C.H—N键的键能小于H—Cl键的键能,所以NH3的沸点高于HCl
D.2NH3(g)+3Cl2(g)N2(g)+6HCl(g) ΔH=-457kJ·mol-1
6.已知某些化学键键能如下,下列说法不正确的是( )
化学键 H—H Cl—Cl Br—Br H—Cl H—Br
键能/(kJ·mol-1) 436 243 194 432 a
A.根据以上信息可得出H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-185kJ·mol-1
B.根据原子半径可知键长:H—Cl键C.可以根据H—Cl键和H—Br键的键能大小判断HCl和HBr的热稳定性
D.常温下Cl2和Br2的状态不同,与Cl—Cl键和Br—Br键的键能有关
7.N和P同处于第ⅤA族,已知有关氮、磷的单键和三键的键能数据如表:
化学键 N—N P—P
键能/(kJ·mol-1) 159 946 197 489
结合计算,从键能角度解释氮的单质以N2而磷单质以P4()形式存在的原因 。
题组三 共价晶体的结构与性质
8.下列关于二氧化硅晶体的说法不正确的是( )
A.晶体中每个硅原子与4个氧原子相连
B.晶体中硅、氧原子个数比为1∶2
C.晶体中最小环上的原子数为8
D.晶体中硅、氧原子最外层都满足8电子结构
9.下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是( )
A.SiO2的晶体结构中,每个Si原子与2个O原子直接相连
B.通常状况下,1molSiO2晶体中含有化学键数为2NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C.金刚石的空间网状结构中,由共价键形成的最小环上有6个碳原子
D.1mol金刚石中含有4NA个C—C键(NA表示阿伏加德罗常数的值)
10.根据下列性质判断,属于共价晶体的物质是( )
A.熔点2700℃,导电性好,延展性好
B.无色晶体,熔点3500℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂
C.无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点800℃,熔化时能导电
D.熔点-56.6℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电
11.中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔,是碳材料科学的一大进步。
下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是 ( )
A.金刚石中最小环为六元环,通过旋转单键,六元环中的六个C可以在同一平面上
B.石墨晶体中存在共价键、分子间作用力、离子键等多种类型作用力
C.等质量的石墨和金刚石中σ键数目之比为3∶4
D.三种物质均能导电
12.砷化镓是一种新型半导体材料,应用广泛。图甲为它的立方晶胞结构图,图乙为该晶胞沿y轴的投影图。该晶胞的边长为dpm,在三维坐标系中a、b两点的原子分数坐标分别为(0,1,0)、(1,0,1)。下列说法错误的是( )
甲 乙
A.As和Ga原子间的最短距离为dpm
B.Ga原子的配位数为4
C.c点的原子分数坐标为()
D.As原子填充在Ga原子形成的正四面体空隙中
能力提升练
题组一 键能与键长的应用
1.据李时珍《本草纲目》记载:“柳叶煎之,可疗心腹内血、止痛,治疥疮”,利用现代技术,人们从自然界的柳叶中提取出了一种重要的化学物质水杨酸(结构如图),并用它来合成止痛药阿司匹林。下列对水杨酸的分析不正确的是( )
A.水杨酸分子中CO键的键长小于C—O键的键长
B.水杨酸分子中苯环上碳碳键的键能是碳碳单键键能的两倍
C.水杨酸分子中的所有C原子一定位于同一个平面上
D.水杨酸分子中苯环上碳碳键的键角比水分子中氢氧键间的键角大
2.化学家已发现在高压下氮气会聚合成高聚氮晶体,该晶体中相邻氮原子间以氮氮单键连接形成空间网状结构,每个氮原子最外层均满足8电子稳定结构。这种高聚氮的N—N键键能为160kJ/mol(N2中键的键能为942kJ/mol)。下列有关高聚氮的说法不正确的是( )
A.该晶体中每个氮原子与其他3个氮原子相连
B.高聚氮晶体属于分子晶体,它与N2互为同素异形体
C.理论上该高聚氮可作为高能炸药,爆炸后生成氮气,通过计算得该反应为放热反应
D.常温常压下氮气比高聚氮晶体稳定
3.0.2%~0.5%的过氧乙酸(化学式为CH3COOOH,结构式如图所示)溶液是一种高效消毒剂,下列说法错误的是( )
A.O能形成O—O、OO,但不能形成,是由于共价键具有饱和性
B.CH4中C—H键的键能小于H2O中H—O键的键能
C.键长:C—CD.过氧乙酸分子中σ键和π键的数目之比为8∶1
题组二 共价晶体的结构及有关计算
4.砷化镓晶胞结构如图甲所示,晶胞参数为apm,将Mn掺杂到晶体中得到稀磁性半导体材料,其晶体结构如图乙所示,下列说法错误的是( )
A.甲中Ga和As的最短距离为apm
B.甲中As原子位于以Ga为顶点的正四面体的体心
C.乙所示晶体中与Mn最近且等距离的As的个数为4
D.乙中Ga原子与As原子的个数比为7∶8
5.氮化硼晶体的结构与金刚石相似,其晶胞如图所示。
(1)在一个晶胞中,含有硼原子 个,氮原子 个。
(2)已知氮化硼晶胞参数为γcm,则在此晶胞中,任意两个原子之间的最短距离是 cm,D、E原子之间的距离是 cm。
(3)以晶胞边长为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标。已知三个原子分数坐标参数:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,1,0),则E为 。
(4)氮化硼晶胞的俯视投影图是 。
(5)设NA为阿伏加德罗常数的值,则氮化硼晶体的密度为 g/cm3。(用代数式表示)
答案与分层梯度式解析
第2课时 共价键键能与化学反应的反应热 共价晶体
基础过关练
1.C 101kPa、298K条件下,1mol气态AB分子生成1mol气态A原子和1mol气态B原子的过程中所吸收的能量,称为AB间共价键的键能,合理选项为C。
2.C 键长是指形成共价键的两个原子核间的距离,仅仅说成是原子间的距离是错误的。A项,NH3分子中的两个H原子间不存在化学键,错误;B、D项,未指出是核间距离,错误。
3.A 键比键的键能大而难以断裂,所以氮气的化学性质比氧气稳定,A符合题意;常温常压下,溴呈液态,碘呈固态,与分子间作用力有关,与分子内的共价键的键能无关,B不符合题意;稀有气体一般很难发生化学反应的原因是其原子的最外层已达稳定状态,稀有气体不含化学键,C不符合题意;硫酸、硝酸的挥发性与分子内的共价键的键能无关,D不符合题意。
4.D CO的结构式为CO,则1个CO分子内含有1个σ键和2个π键,A正确;原子半径:CSi—H键,因此甲硅烷没有甲烷稳定,B正确;碳化硅和单晶硅均属于共价晶体,原子半径:CSi,C正确;SiO2为共价晶体,不含SiO2分子,D不正确。
5.C 键能:>NN>N—N,A项正确;由表格数据可知,H—Cl键的键能为431kJ·mol-1,则由键能的定义可知H(g)+Cl(g)HCl(g) ΔH=-431kJ·mol-1,B项正确;NH3的沸点高于HCl是因为NH3能形成分子间氢键,而氯化氢不能形成分子间氢键,与键能大小无关,C项错误;2NH3(g)+3Cl2(g)N2(g)+6HCl(g) ΔH=6E(N—H)+3E(Cl—Cl)-E()-6E(H—Cl)=(391×6+243×3-946-431×6)kJ·mol-1=-457kJ·mol-1,D项正确。
6.D 反应热=反应物总键能-生成物总键能,可得H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=+436kJ·mol-1+243kJ·mol-1-2×432kJ·mol-1=-185kJ·mol-1,A正确;Cl的原子半径小于Br原子,则键长:H—Cl键H—Br键,推测a<432,B正确;对于结构相似的物质,键能越大物质的热稳定性越大,可以根据H—Cl键和H—Br键的键能大小判断HCl和HBr的热稳定性,C正确;键能:Cl—Cl键>Br—Br键,说明Cl2比Br2稳定,而Cl2与Br2的状态由两者的分子间作用力决定,D不正确。
7.答案 3倍的N—N键的键能小于键的键能,而3倍的P—P键的键能大于键的键能
8.C 由二氧化硅晶体结构图可知,每个硅原子连有4个氧原子,每个氧原子连有2个硅原子,硅原子、氧原子个数比为1∶2;晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子,最小环上的原子总数为12;晶体中每个硅原子形成四对共用电子对,每个氧原子形成两对共用电子对,二者都满足最外层8电子结构。
9.C SiO2的晶体结构中,每个Si原子与4个O原子直接相连,A错误;1molSiO2中含有4molSi—O键,B错误;金刚石的空间网状结构中,由共价键形成的最小环上有6个碳原子,C正确;金刚石中每个C原子与周围四个C原子形成4个C—C键,每个C—C键为两个C原子共用,因此属于每个C原子的成键数目是4×=2,1mol金刚石中含有NA个C原子,故含有2NA个C—C键,D错误。
10.B 共价晶体的熔点高,一般不能导电,延展性差,故A不符合题意;无色晶体,熔点3500℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂,符合共价晶体的性质特点,故B符合题意;无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点800℃,熔化时能导电,不符合共价晶体的性质特点,故C不符合题意;熔点-56.6℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电,不符合共价晶体的性质特点,故D不符合题意。
11.C 金刚石中最小环为六元环,但其为空间网状结构,六元环中的六个碳原子不共面,A项错误;石墨晶体中不存在离子键,B项错误;金刚石中1个碳原子与周围4个碳原子形成σ键,而石墨中1个碳原子与周围3个碳原子形成σ键,等质量的石墨和金刚石中σ键数目之比为3∶4,C项正确;金刚石不能导电,D项错误。
12.A 由图甲所示的晶胞结构可知,Ga位于晶胞的顶点和面心,由均摊法可得1个晶胞中所含Ga的个数为×6=4,含As原子个数为4,As和Ga原子间的最短距离为晶胞体对角线长的,即dpm,A项错误;Ga原子的配位数为4,B项正确;由分析可知,c点的原子分数坐标为(),C项正确;根据晶胞结构可知,As原子占据Ga原子形成的正四面体空隙,D项正确。
能力提升练
1.B CO键的键能大于C—O键,CO键的键长小于C—O键,A项正确;水杨酸分子中苯环上碳碳键的键能介于碳碳单键和碳碳双键,比碳碳单键键能的两倍小,B项错误;根据水杨酸的结构可知水杨酸分子中的C原子均在同一平面上,C项正确;水杨酸分子中苯环上碳碳键的键角为120°,水分子中氢氧键间的键角为104°30',D项正确。
2.B 该晶体中相邻氮原子间以氮氮单键连接形成空间网状结构,每个氮原子最外层均满足8电子稳定结构,该晶体中每个氮原子与其他3个氮原子相连,A正确;该晶体中相邻氮原子间以氮氮单键连接形成空间网状结构,属于共价晶体,B错误;该高聚氮晶体中每个氮原子与其他3个氮原子相连,高聚氮的N—N键键能为160kJ/mol,键的键能为942kJ/mol,3×160kJ/mol<942kJ/mol,即当含N原子数相同时高聚氮晶体总能量高于N2,理论上该高聚氮作为高能炸药爆炸后生成氮气的反应为放热反应,C正确;由C项分析知常温常压下氮气比高聚氮晶体稳定,D正确。
3.C O原子的最外层有6个电子,其中4个为孤对电子,2个为单电子,则O能形成O—O、OO,但不能形成,这是由于共价键具有饱和性,A项正确;由于O的原子半径小于C,则键长:C—H>H—O,键能:C—HCC>,C项错误;单键均为σ键,1个双键中含1个σ键、1个π键,则过氧乙酸分子中σ键和π键的数目之比为8∶1,D项正确。
4.D 甲中Ga和As的最短距离为砷化镓晶胞体对角线长的,即apm,A项正确;甲中砷原子位于以Ga为顶点的正四面体的体心,B项正确;乙中位于面心的锰原子与2个砷原子的距离最近,则晶体中距锰原子最近且等距离的砷原子的个数为4,C项正确;乙中位于顶点和面心的镓原子个数为7×,图乙所示晶体结构中砷原子个数为4,则Ga原子与As原子的个数比为27∶32,D项错误。
5.答案 (1)4 4 (2))
(4)b (5)
解析 (1)硼原子位于晶胞体内,氮原子位于顶点和面心,在一个晶胞中,含有硼原子4个,氮原子个数为8×=4。
(2)已知氮化硼晶胞参数为γcm,则在此晶胞中,任意两个原子之间的最短距离为紧邻的N与B之间的距离,即最短距离为晶胞体对角线长的,则是γcm,D、E之间的距离为晶胞边长的,即γcm。
(3)已知三个原子分数坐标参数:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,1,0),则由E原子的位置知,E的原子分数坐标为()。
(4)由晶胞示意图知,氮化硼晶胞的俯视投影图是b。
(5)1个氮化硼晶胞内含有的氮原子和硼原子均为4个,则晶胞的质量为g,氮化硼晶胞的边长为γcm,则晶胞体积为γ3cm3,晶体的密度为g/cm3。
12第三单元 共价键 共价晶体
第1课时 共价键的形成及类型
基础过关练
题组一 共价键的形成和特征
1.下列不属于共价键成键因素的是( )
A.电子在两原子核之间高概率出现
B.未成对电子必须配对
C.成键后体系能量降低,趋于稳定
D.两原子核体积大小要适中
2.(经典题)共价键具有饱和性和方向性,下列有关叙述不正确的是 ( )
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伸展方向有关
C.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
D.共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
3.下列说法正确的是( )
A.只有非金属原子之间才能形成共价键
B.所有共价键都具有方向性
C.某原子跟其他原子形成共价键时,共价键数一定等于该元素原子的外围电子数
D.1个Р最多只能与3个H结合形成PH3,是由共价键的饱和性决定的
题组二 σ键与π键
4.(教材习题改编)下列物质中,属于既含σ键又含π键的化合物是( )
A.N2 B.CO2
C.C2H6O D.H2O2
5.下列关于σ键和π键的说法中正确的是( )
A.σ键和π键都可以绕键轴旋转
B.气体单质分子中一定有σ键,可能含π键
C.HCHO分子中σ键与π键的数目之比为1∶3
D.CC键中σ键比π键重叠程度大,故CC键中σ键强于π键
6.下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A.CH4中的化学键均是σ键
B.σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转
C.CH3—CH3、CH2CH2、中的σ键都是碳碳键
D.一个碳碳双键中有一个σ键、一个π键,一个碳碳三键中有一个σ键、两个π键
7.有以下物质:
①HF ②Cl2 ③H2O ④N2 ⑤C2H4
⑥C2H6 ⑦H2 ⑧H2O2 ⑨
(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 。
题组三 极性键与非极性键
8.下列物质中含有非极性共价键的是( )
A.CO2 B.F2
C.MgCl2 D.HClO
9.下列说法中,正确的是( )
A.双原子分子中的共价键,一定是非极性键
B.任何原子的原子核都是由质子和中子构成的
C.非极性键也可能存在于离子化合物中
D.质子数相同的微粒,它们的化学性质基本相同
10.现有6种物质:
①N2 ②NaOH ③C2H4 ④Na2O2
⑤H2O2 ⑥NH4Cl
下列说法正确的是( )
A.既存在单键又存在双键的分子只有③
B.既存在非极性键又存在极性键的极性分子是③⑤
C.既存在σ键又存在π键的分子只有①
D.既存在离子键又存在极性键的是②④⑥
题组四 σ键、π键数目的判断
11.化合物X是一种新型锅炉水除氧剂,其结构式为,设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A.C原子与O原子间形成的π键的重叠程度比σ键的重叠程度大
B.1个X分子中的共用电子对数目为11
C.1molX分子中所含的σ键数目为10NA
D.X是共价化合物
12.下列分子中σ键与π键数目之比为1∶1的是 ( )
A.N2 B.HCN
C.C2H4 D.C2H2
13.下列关于共价键的描述正确的是( )
A.p-pσ键与p-pπ键的对称性相同
B.HCl分子中的共价键是s-pσ键
C.CH2CH—CN分子中σ键与π键数目之比为6∶1
D.在某些分子中,化学键可能只有π键而没有σ键
14.设NA 为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是( )
A.杂化轨道可用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤对电子
B.中σ键和π键数目之比为5∶1
C.1mol中含有的π键数目为2NA
D.HCHO分子中σ键与π键数目之比为 3∶1
15.回答下列问题:
(1)1molCO2中含有的σ键数目为 (设NA为阿伏加德罗常数的值)。
(2)已知CO、CN-与N2结构相似,CO分子内σ键与π键个数之比为 。HCN分子内σ键与π键数目之比为 。
(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被氨基取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料,燃烧时发生反应的热化学方程式如下:
N2O4(l)+2N2H4(l)3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1038.7kJ·mol-1
若该反应中有4molN—H键断裂,则形成的π键有 mol。
(4)CH4、NH3、H2O、HF分子中,共价键的极性由强到弱的顺序是
(用化学式表示)。
答案与分层梯度式解析
第三单元 共价键 共价晶体
第1课时 共价键的形成及类型
基础过关练
1.D 共价键的成因是当成键原子相互靠近时,原子轨道发生重叠,自旋状态不同的未成对电子形成共用电子对,两原子核间的电子云密度增大,体系的能量降低。
特别提醒 (1)形成σ键时,电子并不是只在两核间运动,只是在两核间出现的概率增大。
(2)形成共价键的两种元素电负性差值较小,一般电负性差值小于1.7。如H(2.1)与Cl(3.0),电负性差值为0.9,二者形成共价键。
(3)形成共价键时,成键的两个原子的原子核都吸引共用电子对,使之处于平衡状态,体系能量降低。
2.D 一般,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,故共价键的饱和性由原子的未成对电子数决定,共价键的饱和性也就决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系,故A、C正确,D错误;形成共价键时,原子轨道重叠的程度越大,共价键越稳定,原子轨道都有一定的形状,要达到最大重叠,共价键需表现出方向性(s-sσ键无方向性),故B正确。
3.D 金属原子和非金属原子间也可以形成共价键,如AlCl3中就存在着Al和Cl间的共价键,A错误;H2中的H—H键是由两个氢原子的s轨道重叠形成的,没有方向性,B错误;某原子跟其他原子形成共价键时,共价键数不一定等于该元素原子的外围电子数,如H2O中,O的外围电子数为6,H2O中的1个O共形成了2个共价键,C错误。
4.B 1个N2分子中含有1个σ键和2个π键,但N2不属于化合物,A错误;1个CO2分子中含有2个σ键和2个π键,B正确;C2H6O中只存在单键,只含有σ键,不含π键,C错误;H2O2中只含有σ键,不含π键,D错误。
归纳提升 共价单键是σ键;一个共价双键中含一个σ键,一个π键;一个共价三键中含一个σ键,两个π键。
5.D π键不能绕键轴旋转,A项错误;稀有气体分子是单原子分子,其没有σ键也没有π键,B项错误;HCHO分子中σ键与π键的数目之比为3∶1,C项错误;σ键的原子轨道采用“头碰头”的方式重叠成键,π键的原子轨道以“肩并肩”的方式重叠成键,前者比后者重叠程度大,所以CC键中σ键强于π键,D项正确。
6.C CH4分子中只含C—H键,C—H键是σ键,A正确;σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转,B正确;、、中均含键,键为σ键,C错误;一个碳碳双键中有一个σ键、一个π键,一个碳碳三键中有一个σ键、两个π键,D正确。
7.答案 (1)①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨
(2)⑦
解析 (1)单键为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。
8.B A项,CO2中碳原子和氧原子之间存在极性共价键;B项,F2中只有F—F非极性键;C项,MgCl2中只存在镁离子和氯离子之间的离子键;D项,HClO中只存在极性共价键。故选B。
9.C 双原子分子中的共价键可能是非极性键(如H—H键),也可能是极性键(如H—Cl键),故A错误H原子核中只有质子,没有中子,故B错误;离子化合物中可能含有非极性键,如Na2O2中存在非极性键,故C正确;质子数相同的微粒可能为原子、分子、离子,化学性质可能不同,故D错误。
10.A 只有③中既有双键又有单键,A项正确;③为非极性分子,B项错误;③中既有σ键,又有π键,C项错误;④含有离子键和非极性键,不存在极性键,D项错误。
11.D C原子与O原子间形成的π键的重叠程度比σ键的重叠程度小,A项不正确;1个X分子中存在12对共用电子对、11个σ键,B、C项均不正确;X分子中只有共价键,X是共价化合物,D项正确。
12.B N2的结构式为,1个键中含有1个σ键和2个π键,则σ键和π键数目之比为1∶2,A项错误;HCN的结构式为,1个HCN分子中含有1个单键和1个三键,则σ键和π键数目之比为1∶1,B项正确;C2H4的结构式为,1个C2H4分子中含有4个单键和1个双键,则σ键和π键数目之比为5∶1,C项错误;C2H2的结构式为,1个C2H2分子中含有2个单键和1个三键,则σ键和π键数目之比为3∶2,D项错误。
13.B p-pσ键呈轴对称,p-pπ键呈镜面对称,二者的对称性不同,A不正确;HCl分子中的共价键是s-pσ键,B正确;1个分子中含有6个σ键和3个π键,σ键与π键数目之比为2∶1,C不正确;π键不能单独存在,一定和σ键共存,D不正确。
14.B 杂化轨道可用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤对电子,A正确;该分子中含有16个单键和2个双键,则σ键和π键数目之比应为9∶1,B错误;一个中仅含有一个碳碳三键,一个三键中存在一个σ键和两个π键,所以1mol中含有2NA个π键,C正确;HCHO结构式为,分子中σ键与π键数目之比为3∶1,D正确。
15.答案 (1)2NA (2)1∶2 1∶1 (3)3 (4)HF>H2O>NH3>CH4
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1molCO2中含有的σ键数目为2NA。
(2)N2的结构式为,推知CO结构式为,1个CO分子中含有1个σ键、2个π键;HCN分子结构式为,1个HCN分子中所含σ键与π键数均为2。
(3)反应中有4molN—H键断裂,则有1molN2H4参加反应,生成1.5molN2,形成的π键有3mol。
(4)两个成键原子的电负性差值越大,它们形成的共价键的极性就越强,由于电负性:F>O>N>C,因此四种元素与H形成的共价键的极性:F—H>O—H>N—H>C—H。
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