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分子结构与性质
第二章
第一节 共价键
第1课时 共价键
1.能从微观角度分析共价键的形成,认识共价键的形成粒子与类型,能辨识物质中含有的共价键。2.会分析共价键中σ键和π键的形成及特点,理解σ键和π键的区别,能熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数。
共价键
知识点1
1.共价键的形成及本质
概念 原子间通过 所形成的相互作用
本质 当成键原子相互接近时, 在两个原子核间重叠,电子出现在核间的概率 ,电子带 电,把带 电的两个原子核“黏结”在一起了,即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
成键粒子 通常电负性相同或差值小的 原子间形成共价键
共用电子对
原子轨道
增大
负
正
非金属元素
一对电子
两对电子
三对电子
[深度思考1]
金属元素与非金属元素之间能不能形成共价键
【答案】 能,如AlCl3。
2.共价键的特征
特征 概念 作用
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,便可和几个自旋相反的电子配对成键。即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 决定原子形成分子时互相结合的数量关系
方向性 共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成,这就是共价键的方向性。在形成共价键时,原子轨道重叠越多,电子在核间出现的概率越大,所形成的共价键就越牢固 决定分子的空间结构
[深度思考2]
(1)所有的共价键都有方向性吗
【答案】 (1)并不是所有的共价键都有方向性,如H2中的共价键就没有方向性。
(2)氢气分子是双原子分子而稀有气体都以单个原子形式存在,请从微观角度阐明其原因。
【答案】 (2)氢原子K层上有1个电子,K层需2个电子才能达到稳定状态,故两个氢原子需共用1对电子形成双原子分子;而稀有气体元素原子最外层均已达稳定结构,故稀有气体均以单个原子形式存在。
1.判断正误。
(1)非金属元素间一定形成共价键。( )
(2)共价键只存在于共价化合物中。( )
(3)所有的共价键都有饱和性。( )
(4)电负性相同或差值小的非金属原子之间形成的化学键是共价键。( )
(5)共价键的饱和性决定不能形成H3S、H2Cl和Cl3等分子。( )
×
×
√
√
√
2.(2025·广东汕头月考)含有非极性共价键的盐是( )
[A]Na2C2O4 [B]Na2O2
[C]NaCN [D]CH3COOH
【解析】 Na2C2O4含有C—C,是含有非极性共价键的盐,故A符合题意;Na2O2属于过氧化物,不属于盐,故B不符合题意;NaCN是含有极性共价键的盐,故C不符合题意;CH3COOH属于酸,故D不符合题意。
A
3.下列关于共价键的说法正确的是( )
[A]共价键只存在于非金属原子之间
[B]两个原子形成共价键时,原子之间只能存在一个共用电子对
[C]两个原子形成共价键时,每个原子周围都有8个电子
[D]共价键是原子间通过共用电子对所形成的相互作用
D
【解析】 共价键不仅存在于非金属原子之间,也存在于金属原子与非金属原子之间,如AlCl3中存在共价键,是共价化合物,A错误;两个原子形成共价键时,原子之间也可能存在多个共用电子对,如O2、N2,B错误;两个原子形成共价键时,不是每个原子周围都有8个电子,如HF中H的周围只有2个电子,C错误。
4.下列说法不正确的是( )
[A]①②④ [B]②③④⑤
[C]①③⑤ [D]①②③④
D
【解析】 ①稀有气体为单原子结构,不存在化学键,错误;②只含有共价键的化合物是共价化合物,错误;③离子键就是阳离子、阴离子间的强相互作用力,不仅仅是静电引力,错误;④HCl 溶于水,在水分子的作用下发生电离,HCl为共价化合物,不存在离子键,错误;⑤H2O、H2O2中均含有H—O极性共价键,H2O2中还含有O—O非极性共价键,化学键类型不完全一样,正确。
归纳总结
共价键的存在范围
(1)非金属单质中(稀有气体除外)。如O2、F2、H2、C60等。
(2)非金属元素形成的化合物中。如H2SO4、CO2、H2O2、有机物分子等。
(3)某些金属与非金属元素形成的共价化合物中。如BeCl2、HgCl2、
AlCl3等。
(4)某些离子化合物中。如Na2O2、NH4Cl等。
共价键的分类
知识点2
1.σ键和π键(按电子云的重叠方式分类)
共
价
键 σ
键 原子轨道“ ”重叠形成的共价键
π
键 原子轨道“ ”重叠形成的共价键
头碰头
肩并肩
2.σ键与π键的类型
(1)σ键的常见类型。
头碰头
形成 成键原子的s轨道或p轨道“ ”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 为轴做旋转操作,共价键的电子云的图形 ,这种特征称为
连线
不变
轴对称
(2)π键的常见类型——p-p π键。
形成 由两个原子的p轨道“ ”重叠形成
p-p型
特征 ①π键的电子云具有 对称性,即每个π键的电子云由两块组成,分别位于由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 ;
②π键不能旋转;一般不如σ键牢固,比较容易
肩并肩
镜面
镜像
断裂
3.判断σ键和π键的一般规律
(1)共价单键都是 键。
(2)共价双键和共价三键中有一个键是 键,其他的都是 键。
σ
σ
π
[深度思考]
下列为乙烷、乙烯和乙炔的分子结构:
7
乙烷分子中含有 个σ键、 个π键;乙烯分子中含有 个σ键、
个π键;乙炔分子中含有 个σ键、 个π键。
0
5
1
3
2
1.判断正误。
(1)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。( )
(2)含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同。( )
(3)p-p σ键的电子云图形呈轴对称。( )
(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。
( )
√
√
√
√
×
2.(2025·山东济宁月考)下列说法不正确的是( )
[A]σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转
[B]共价键一定有原子轨道的重叠
[C]所有的σ键的强度都比π键大
[D]s-s σ键与s-p σ键的电子云图形的对称性相同
C
【解析】 σ键为单键,可以绕键轴旋转,π键在双键、三键中存在,不能绕键轴旋转,A正确;σ键电子云重叠程度较大,是原子轨道“头碰头”式重叠,π键电子云重叠程度较小,是原子轨道“肩并肩”式重叠,共价键一定有原子轨道的重叠,B正确;一般情况下,σ键的强度比π键大,但也有特殊情况,如N≡N 中σ键的强度比π键小,C错误;s-s σ键与s-p σ键的电子云图形都是轴对称的,D正确。
3.下列分子中既含σ键又含π键的是( )
D
[A] [B] [C] [D]
水
乙醇
氨
乙醛
(CH3CHO)
【解析】 水分子中只有单键,全部是σ键,A不符合题意;乙醇分子中只有单键,全部是σ键,B不符合题意;氨分子中只有单键,全部是σ键,C不符合题意;乙醛分子中含有单键和碳氧双键,既含σ键又含π键,D符合题意。
4.(2025·广东深圳月考)下列关于σ键与π键的说法正确的是( )
[A]两个原子形成共价键时,形成的σ键数只能为1
[B]s-s σ键与p-p σ键的对称性不同
[C]σ键和π键不能同时存在于离子化合物中
[D] 可以表示N2分子中σ键和π键存在的情况
A
【解析】 两个原子之间可以形成共价单键、共价双键、共价三键,共价单键中含有1个σ键,共价双键中含有1个σ键和1个 π键,共价三键中含有1个σ键和
2个π键,A正确;s-s σ键与p-p σ键均为σ键,σ键具有轴对称的特征,B错误;σ键和π键能同时存在于离子化合物中,如CH3COONa为离子化合物,CH3COONa中既含有σ键又含有π键,C错误;N2分子中存在氮氮三键,1个三键中存在1个σ键、2个π键,根据σ键和π键的形成方式,中间位置形成的是σ键,则N2分子中σ
键和π键的存在情况如图所示, ,D错误。
5.下列有关σ键与π键的说法错误的是( )
[A]含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者
[B]当原子形成分子时,首先形成σ键,可能形成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
D
【解析】 由于π键的强度一般小于σ键的强度,所以反应时π键比σ键易断裂,A正确;分子的形成是为了使其能量降低,首先形成σ键,再根据成键原子的核外电子排布判断是否有π键形成,B正确,D错误;氢原子形成分子时,只能形成σ键,不能形成π键,C正确。
规律方法
1.σ键与π键的区别
项目 σ键 π键
原子轨道重叠方式 沿键轴方向“头碰头”重叠 沿键轴方向“肩并肩”重叠
类型 s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键 p-p π键
原子轨道重叠部分 两原子核之间,在键轴处 键轴上方和下方,键轴处
为零
规律方法
原子轨道重叠程度 大 小
键的强度 较大 较小
活泼性 不活泼 活泼
键的存在 共价单键为σ键,共价双键、共价三键中含有一个σ键 共价双键、共价三键分别含有1个、2个π键。两原子间最多能形成2个 π键
规律方法
2.σ键与π键的判断方法第一节 共价键
第1课时 共价键
[学习目标] 1.能从微观角度分析共价键的形成,认识共价键的形成粒子与类型,能辨识物质中含有的共价键。2.会分析共价键中σ键和π键的形成及特点,理解σ键和π键的区别,能熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数。
知识点1 共价键
1.共价键的形成及本质
概念 原子间通过共用电子对所形成的相互作用
本质 当成键原子相互接近时,原子轨道在两个原子核间重叠,电子出现在核间的概率增大,电子带负电,把带正电的两个原子核“黏结”在一起了,即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
成键 粒子 通常电负性相同或差值小的非金属元素原子间形成共价键
表示 方法 (1)用一条短线表示原子间共用一对电子所形成的共价键,如H—H; (2)用“”表示原子间共用两对电子所形成的共价键,如CC; (3)用“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键,如C≡C
[深度思考1]
金属元素与非金属元素之间能不能形成共价键
【答案】 能,如AlCl3。
2.共价键的特征
特征 概念 作用
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,便可和几个自旋相反的电子配对成键。即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 决定原子形成分子时互相结合的数量关系
方向性 共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成,这就是共价键的方向性。在形成共价键时,原子轨道重叠越多,电子在核间出现的概率越大,所形成的共价键就越牢固 决定分子的空间结构
[深度思考2]
(1)所有的共价键都有方向性吗
(2)氢气分子是双原子分子而稀有气体都以单个原子形式存在,请从微观角度阐明其原因。
【答案】 (1)并不是所有的共价键都有方向性,如H2中的共价键就没有方向性。
(2)氢原子K层上有1个电子,K层需2个电子才能达到稳定状态,故两个氢原子需共用1对电子形成双原子分子;而稀有气体元素原子最外层均已达稳定结构,故稀有气体均以单个原子形式存在。
1.判断正误。
(1)非金属元素间一定形成共价键。( × )
(2)共价键只存在于共价化合物中。( × )
(3)所有的共价键都有饱和性。( √ )
(4)电负性相同或差值小的非金属原子之间形成的化学键是共价键。( √ )
(5)共价键的饱和性决定不能形成H3S、H2Cl和Cl3等分子。( √ )
2.(2025·广东汕头月考)含有非极性共价键的盐是( )
[A]Na2C2O4 [B]Na2O2
[C]NaCN [D]CH3COOH
【答案】 A
【解析】 Na2C2O4含有C—C,是含有非极性共价键的盐,故A符合题意;Na2O2属于过氧化物,不属于盐,故B不符合题意;NaCN是含有极性共价键的盐,故C不符合题意;CH3COOH属于酸,故D不符合题意。
3.下列关于共价键的说法正确的是( )
[A]共价键只存在于非金属原子之间
[B]两个原子形成共价键时,原子之间只能存在一个共用电子对
[C]两个原子形成共价键时,每个原子周围都有8个电子
[D]共价键是原子间通过共用电子对所形成的相互作用
【答案】 D
【解析】 共价键不仅存在于非金属原子之间,也存在于金属原子与非金属原子之间,如AlCl3中存在共价键,是共价化合物,A错误;两个原子形成共价键时,原子之间也可能存在多个共用电子对,如O2、N2,B错误;两个原子形成共价键时,不是每个原子周围都有8个电子,如HF中H的周围只有2个电子,C错误。
4.下列说法不正确的是( )
①任何分子内均存在化学键 ②含有共价键的化合物就是共价化合物 ③离子键就是阳离子、阴离子间的静电引力 ④根据电离方程式HClH++Cl-可以判断HCl中存在离子键 ⑤H2O与 H2O2的化学键类型不完全一样
[A]①②④ [B]②③④⑤
[C]①③⑤ [D]①②③④
【答案】 D
【解析】 ①稀有气体为单原子结构,不存在化学键,错误;②只含有共价键的化合物是共价化合物,错误;③离子键就是阳离子、阴离子间的强相互作用力,不仅仅是静电引力,错误;④HCl 溶于水,在水分子的作用下发生电离,HCl为共价化合物,不存在离子键,错误;⑤H2O、H2O2中均含有H—O极性共价键,H2O2中还含有O—O非极性共价键,化学键类型不完全一样,正确。
共价键的存在范围
(1)非金属单质中(稀有气体除外)。如O2、F2、H2、C60等。
(2)非金属元素形成的化合物中。如H2SO4、CO2、H2O2、有机物分子等。
(3)某些金属与非金属元素形成的共价化合物中。如BeCl2、HgCl2、AlCl3等。
(4)某些离子化合物中。如Na2O2、NH4Cl等。
知识点2 共价键的分类
1.σ键和π键(按电子云的重叠方式分类)
共 价 键 σ 键 原子轨道“头碰头”重叠形成的共价键
π 键 原子轨道“肩并肩”重叠形成的共价键
2.σ键与π键的类型
(1)σ键的常见类型。
形成 成键原子的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
(2)π键的常见类型——p-p π键。
形成 由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成
p-p型
特征 ①π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; ②π键不能旋转;一般不如σ键牢固,比较容易断裂
3.判断σ键和π键的一般规律
(1)共价单键都是 σ键。
(2)共价双键和共价三键中有一个键是 σ键,其他的都是 π键。
[深度思考]
下列为乙烷、乙烯和乙炔的分子结构:
乙烷分子中含有 个σ键、 个π键;乙烯分子中含有 个σ键、 个π键;乙炔分子中含有 个σ键、 个π键。
【答案】 7 0 5 1 3 2
1.判断正误。
(1)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。( √ )
(2)含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同。( √ )
(3)p-p σ键的电子云图形呈轴对称。( √ )
(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。( √ )
(5)1个1,3-丁二烯(CH2CHCHCH2)分子中含有7个σ键、2个π键。( × )
2.(2025·山东济宁月考)下列说法不正确的是( )
[A]σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转
[B]共价键一定有原子轨道的重叠
[C]所有的σ键的强度都比π键大
[D]s-s σ键与s-p σ键的电子云图形的对称性相同
【答案】 C
【解析】 σ键为单键,可以绕键轴旋转,π键在双键、三键中存在,不能绕键轴旋转,A正确;σ键电子云重叠程度较大,是原子轨道“头碰头”式重叠,π键电子云重叠程度较小,是原子轨道“肩并肩”式重叠,共价键一定有原子轨道的重叠,B正确;一般情况下,σ键的强度比π键大,但也有特殊情况,如N≡N 中σ键的强度比π键小,C错误;s-s σ键与s-p σ键的电子云图形都是轴对称的,D正确。
3.下列分子中既含σ键又含π键的是( )
[A] [B] [C] [D]
水 乙醇 氨 乙醛 (CH3CHO)
【答案】 D
【解析】 水分子中只有单键,全部是σ键,A不符合题意;乙醇分子中只有单键,全部是σ键,B不符合题意;氨分子中只有单键,全部是σ键,C不符合题意;乙醛分子中含有单键和碳氧双键,既含σ键又含π键,D符合题意。
4.(2025·广东深圳月考)下列关于σ键与π键的说法正确的是( )
[A]两个原子形成共价键时,形成的σ键数只能为1
[B]s-s σ键与p-p σ键的对称性不同
[C]σ键和π键不能同时存在于离子化合物中
[D]可以表示N2分子中σ键和π键存在的情况
【答案】 A
【解析】 两个原子之间可以形成共价单键、共价双键、共价三键,共价单键中含有1个σ键,共价双键中含有1个σ键和1个 π键,共价三键中含有1个σ键和2个π键,A正确;s-s σ键与p-p σ键均为σ键,σ键具有轴对称的特征,B错误;σ键和π键能同时存在于离子化合物中,如CH3COONa为离子化合物,CH3COONa中既含有σ键又含有π键,C错误;N2分子中存在氮氮三键,1个三键中存在1个σ键、2个π键,根据σ键和π键的形成方式,中间位置形成的是σ键,则N2分子中σ键和π键的存在情况如图所示,,D错误。
5.下列有关σ键与π键的说法错误的是( )
[A]含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者
[B]当原子形成分子时,首先形成σ键,可能形成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】 由于π键的强度一般小于σ键的强度,所以反应时π键比σ键易断裂,A正确;分子的形成是为了使其能量降低,首先形成σ键,再根据成键原子的核外电子排布判断是否有π键形成,B正确,D错误;氢原子形成分子时,只能形成σ键,不能形成π键,C正确。
1.σ键与π键的区别
项目 σ键 π键
原子轨道重叠方式 沿键轴方向“头碰头”重叠 沿键轴方向“肩并肩”重叠
类型 s-s σ键、s-p σ键、p-p σ键 p-p π键
原子轨道重叠部分 两原子核之间,在键轴处 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
活泼性 不活泼 活泼
键的存在 共价单键为σ键,共价双键、共价三键中含有一个σ键 共价双键、共价三键分别含有1个、2个π键。两原子间最多能形成2个 π键
2.σ键与π键的判断方法
课时作业
(分值:66分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 共价键的形成与特征
1.(2025·江苏扬州月考)下列物质只含有极性键的是( )
[A]NH3 [B]H2 [C]NaCl [D]H2O2
【答案】 A
【解析】 NH3中只含有N—H极性键,故A符合题意;H2含有非极性键,不含有极性键,故B不符合题意;NaCl中只含有离子键,故C不符合题意;H2O2中含有O—H极性键和O—O非极性键,故D不符合题意。
2.下列各组物质中,所含有的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】 Na2O2中既含有离子键又含有O—O共价键,A不正确;CaF2中只含有离子键,B不正确;NaCl中只含有离子键,D不正确。
3.(2025·浙江台州月考)下图是p-p π键的形成过程示意图,下列相关叙述中不正确的是( )
[A]原子核对核外电子的吸引力促使两个原子轨道相互靠拢
[B]两个原子的p轨道以“肩并肩”的方式重叠形成π键
[C]每个π键有两个重叠区域,它们互为镜像,称为镜面对称
[D]每个π键有一个重叠区域,其电子云密度最大,将两个原子核“黏结”在一起
【答案】 D
【解析】 原子核对核外电子的吸引力促使两个原子轨道相互靠拢,两个原子的p轨道以“肩并肩”的方式重叠形成π键,A、B正确;每个π键有两个重叠区域,在平面上下呈镜面对称,即有两个密度较大的重叠区域,负电荷中心吸引两个原子核,使两个原子靠近到一定距离时,核与核的正电荷、核外电子与核外电子间排斥力与吸引力相等,形成了π键,C正确,D错误。
4.下列说法正确的是( )
[A]所有的原子轨道都具有一定的伸展方向,因此所有的共价键都具有方向性
[B]某原子跟其他原子形成共价键时,其共价键数目一定等于该元素原子的价电子数
[C]基态碳原子有两个未成对电子,所以最多只能形成2个共价键
[D]1个氮原子最多只能与3个氢原子结合形成NH3,是由共价键的饱和性决定的
【答案】 D
【解析】 由2个s原子轨道重叠形成的共价键没有方向性,其他原子轨道重叠形成的共价键都有方向性,故A不正确;非金属元素的原子形成的共价键数目一般等于该原子最外层的未成对电子数,不能说一定等于该元素原子的价电子数,故B不正确;基态碳原子的价电子数为4,可以形成4个共价键,如CH4中含有4个C—H,故C不正确;氮原子最外层2p轨道上共有3个未成对电子,1个氮原子可以与3个氢原子结合形成NH3,此时共价键饱和,故D正确。
知识点2 共价键的分类
5.下列物质中,属于含有σ键的电解质的是( )
[A]Ba(OH)2 [B]C2H5OH
[C]Na2O [D]SiO2
【答案】 A
【解析】 在水溶液或熔融状态下能够导电的化合物为电解质,所有的酸、碱、盐和大多数金属氧化物均为电解质。OH-中含有σ键,Ba(OH)2为强碱,属于电解质,A符合题意;C2H5OH不属于电解质,B不符合题意;Na2O中不含有σ键,属于电解质,C不符合题意;SiO2为非金属氧化物,含有σ键,但不属于电解质,D不符合题意。
6.下列对分子中σ键重叠方式的分析不正确的是( )
[A] [B] [C] [D]
H2 HCl Cl2 ClF
两个原子的s轨道重叠 氢原子的s轨道和氯原子的p轨道重叠 一个氯原子的s轨道和另一个氯原子的p轨道重叠 氯原子的p轨道和氟原子的p轨道重叠
【答案】 C
【解析】 H2中σ键重叠方式是两个原子的1s轨道重叠,A正确;HCl中σ键重叠方式是氢原子的1s轨道和氯原子的3p轨道重叠,B正确;Cl2中σ键重叠方式是两个氯原子的3p轨道重叠,C错误;ClF中σ键重叠方式是氯原子的3p轨道和氟原子的2p轨道重叠,D正确。
7.下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
[A]σ键能单独形成,而π键一定不能单独形成
[B]气体单质中一定存在σ键,可能存在π键
[C]σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转
[D]碳氧双键中有1个σ键、1个π键,碳氮三键中有1个σ键、2个π键
【答案】 B
【解析】 单键是σ键,双键是1个σ键和1个π键,三键是1个σ键和2个π键,则σ键能单独形成,而π键一定不能单独形成,A、D正确;稀有气体是由单原子构成,不存在化学键,B错误;σ键呈轴对称,可以绕键轴旋转,π键呈镜面对称,一定不能绕键轴旋转,C正确。
知识点3 σ键和π键的综合考查
8.石灰氮(CaCN2)是一种氮肥,与土壤中的H2O反应生成氰胺(H2N—C≡N),氰胺可进一步转化为尿素[CO(NH2)2]。下列有关说法正确的是( )
[A]H2O的电子式为H+]2-H+
[B]1个H2N—C≡N分子中含3个σ键
[C]H2N—C≡N分子中σ键与π键的个数之比为2∶1
[D]已知CO(NH2)2中含有CO,1个CO(NH2)2分子中含有2个π键
【答案】 C
【解析】 H2O是共价化合物,电子式为H,A错误;单键都是σ键,三键中含有1个σ键,则1个 H2N—C≡N分子中含4个σ键,B错误;1个H2N—C≡N分子中含4个σ键、
2个π键,故σ键与π键的个数之比为2∶1,C正确;1个 CO(NH2)2分子中只含有1个双键,其余为单键,故1个 CO(NH2)2分子中含有1个π键,D错误。
能力提升
9.乙烯除了被用作化工原料,还可以调节植物生长,可用于催熟果实。下列对于乙烯中化学键的分析正确的是( )
[A]在乙烯分子中有一个σ键、一个π键
[B]乙烯在发生加成反应时,断裂的是碳原子间的σ键
[C]乙烯可以在一定条件下制得氯乙烯,在该过程中断裂的是C—H σ键
[D]乙烯分子中的σ键关于镜面对称
【答案】 C
【解析】 CH2CH2分子中存在五个σ键和一个π键,A错误;由于σ键要比π键稳定,故乙烯在发生加成反应时断裂的是π键,B错误;由乙烯制得氯乙烯可看作是乙烯分子中的一个氢原子被氯原子取代,故断裂的是C—H σ键,C正确;σ键关于轴对称,D错误。
10.(2025·甘肃兰州月考)下列有关化学键类型的叙述正确的是( )
[A]化合物NH5所有原子最外层均满足2个或8个电子的稳定结构,则1 mol NH5中含有5NA个N—H σ键(NA表示阿伏加德罗常数的值)
[B]乙烯酮的结构简式为CH2CO,其分子中含有极性键和非极性键,且含有的σ键与π键数目之比为1∶1
[C]已知乙炔的结构式为H—C≡C—H,则乙炔分子中存在2个σ键(C—H)和3个π键(C≡C)
[D]乙烷分子中只存在σ键,不存在π键
【答案】 D
【解析】 NH5即NH4H,为离子化合物,1 mol NH5中含有4NA个σ键,还含有离子键,A错误;CH2CO中含有非极性键和极性键,CH2CO分子中含有4个σ键和2个π键,即含有的σ键与π键数目之比为2∶1,B错误;乙炔分子中存在3个σ键和2个π键,C错误;乙烷分子中全部是单键,只存在σ键,不存在π键,D正确。
11.硝基胍的结构简式如图所示(“→”是一种特殊的共价单键,属于σ键)。下列说法正确的是( )
[A]硝基胍分子中只含极性键,不含非极性键
[B]氮原子间只能形成σ键
[C]硝基胍分子中σ键与π键的个数比是5∶1
[D]10.4 g硝基胍中含有11×6.02×1023个原子
【答案】 C
【解析】 分子中N—N为非极性键,A错误;氮原子间可以形成σ键和π键,B错误;分子中含有4个N—H、1个CN、1个 NO、2个C—N、1个N—N和 1个N→O,σ键与π键的个数比是 5∶1,C正确;硝基胍的分子式为CH4O2N4,相对分子质量为104,10.4 g该物质的物质的量为0.1 mol,含有1.1×6.02×1023个原子,D错误。
12.科学家实现了二氧化碳到淀粉的人工合成,有关物质的转化过程示意图如图所示。下列说法不正确的是(设NA为阿伏加德罗常数的值)( )
[A]1 mol C3分子中所含极性共价键的电子对数为10NA
[B]人工合成淀粉为解决粮食危机提供了新思路
[C]CO2合成甲醇,每消耗1 mol CO2,转移电子数为6NA
[D]由C6→淀粉的过程中只涉及C—O和O—H的断裂
【答案】 D
【解析】 由C3的结构简式可知,C3分子中含有H—O、C—O、C—H和CO极性共价键,则1 mol C3分子中所含极性共价键的电子对数为10NA,A正确;利用CO2为原料人工合成淀粉,为解决粮食危机提供了新思路,B正确;CO2合成甲醇,每消耗1 mol CO2时生成
1 mol CH3OH,碳元素由+4价降为-2价,转移6 mol电子,转移电子数为6NA,C正确;根据流程图分析可知,该过程中涉及C—O、O—H和O—P的断裂,D错误。
13.(10分)有以下物质:①HF、②Cl2、③H2O、④N2、⑤C2H4、⑥C2H6、⑦H2、⑧H2O2、⑨HCN
(H—C≡N)。用代表物质的序号回答下列问题。
(1)(4分)只含有σ键的是 ;既含有σ键又含有π键的是 。
(2)(2分)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是 。
(3)(2分)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)(2分)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)单键全部是σ键,双键或三键中含有σ键和π键,故只含有σ键的是①②③⑥⑦⑧;既含有σ键又含有π键的是④⑤⑨。(2)氢原子只含有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,即⑦。(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氢原子,故符合题意的有②④⑤⑥⑧⑨。
14.(8分)回答下列问题。
(1)(2分)1 mol CO2中含有σ键的个数为 。
(2)(2分)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的1个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料,燃烧时发生的反应是N2O4(l)+2N2H4(l)3N2(g)+
4H2O(g) ΔH=-1 038.7 kJ·mol-1。若该反应中有4 mol N—H断裂,则形成的π键有
mol。
(3)(2分)C、H形成的某化合物分子中共有16个电子,该分子中σ键与π键的个数比为 。
(4)(2分)1 mol乙醛(CH3CHO)中含有σ键的个数为 ,1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为 。
【答案】 (1)1.204×1024
(2)3
(3)5∶1
(4)3.612×1024 7
【解析】 (1)CO2中存在碳氧双键,双键中含有一个σ键和一个π键,则1 mol CO2中含有σ键的个数为1.204×1024。(2)反应中有4 mol N—H断裂,即有1 mol N2H4参加反应,生成
1.5 mol N2,则形成的π键有3 mol。(3)设该化合物的分子式为CmHn,则有6m+n=16,解得m=2,n=4,则该化合物为C2H4,结构式为,单键为σ键,双键有1个σ键和1个π键,所以1个C2H4分子中含有5个σ键和1个π键。(4)乙醛和CO(NH2)2的结构简式分别为和,故1 mol 乙醛中含有3.612×1024个σ键,1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。
15.(12分)(2025·广东深圳月考)X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6;Y元素是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素;Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子,与X、Y不同族;W是一种常见元素,可以形成多种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。
(1)(2分)Y2分子中存在的σ键和π键个数之比为 。
(2)(4分)X元素的一种氧化物XO和XY-与Y2结构相似,XO分子内σ键与π键个数之比为 。X、Y与氢元素形成的一种化合物HXY分子中σ键与π键个数之比为 。
(3)(2分)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应的水化物的浓溶液反应的化学方程式:
。
(4)(2分)W的基态原子的价层电子排布式为 。
(5)(2分)X元素的一种单质是一种由单层X原子构成的平面结构新型材料(如图),1号X与相邻X形成σ键的个数为 。
【答案】 (1)1∶2 (2)1∶2 1∶1
(3)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
(4)3d64s2 (5)3
【解析】 X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6,则X是C;Y元素是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素,则Y是N;Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子,与X、Y不同族,则Z是S;W是一种常见元素,可以形成多种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体,则W是Fe。(1)N2的结构式为N≡N,分子中有1个σ键、2个π键。(2)X元素的氧化物CO和CN-与N2结构相似,推知CO的结构式为C≡O,分子中含有1个σ键、2个π键;CN-的结构式为[C≡N]-,HCN的结构式为H—C≡N,HCN分子中σ键与π键均为2个。(3)C与浓硫酸加热时反应生成CO2、SO2和H2O。(4)铁的原子序数为26,其基态原子的价层电子排布式为3d64s2。(5)由题图可看出每个碳原子能与其他三个碳原子形成单键,即能形成3个σ键。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第一节 共价键
第1课时 共价键
课时作业
(分值:66分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 共价键的形成与特征
1.(2025·江苏扬州月考)下列物质只含有极性键的是( )
[A]NH3 [B]H2 [C]NaCl [D]H2O2
【答案】 A
【解析】 NH3中只含有N—H极性键,故A符合题意;H2含有非极性键,不含有极性键,故B不符合题意;NaCl中只含有离子键,故C不符合题意;H2O2中含有O—H极性键和O—O非极性键,故D不符合题意。
2.下列各组物质中,所含有的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】 Na2O2中既含有离子键又含有O—O共价键,A不正确;CaF2中只含有离子键,B不正确;NaCl中只含有离子键,D不正确。
3.(2025·浙江台州月考)下图是p-p π键的形成过程示意图,下列相关叙述中不正确的是( )
[A]原子核对核外电子的吸引力促使两个原子轨道相互靠拢
[B]两个原子的p轨道以“肩并肩”的方式重叠形成π键
[C]每个π键有两个重叠区域,它们互为镜像,称为镜面对称
[D]每个π键有一个重叠区域,其电子云密度最大,将两个原子核“黏结”在一起
【答案】 D
【解析】 原子核对核外电子的吸引力促使两个原子轨道相互靠拢,两个原子的p轨道以“肩并肩”的方式重叠形成π键,A、B正确;每个π键有两个重叠区域,在平面上下呈镜面对称,即有两个密度较大的重叠区域,负电荷中心吸引两个原子核,使两个原子靠近到一定距离时,核与核的正电荷、核外电子与核外电子间排斥力与吸引力相等,形成了π键,C正确,D错误。
4.下列说法正确的是( )
[A]所有的原子轨道都具有一定的伸展方向,因此所有的共价键都具有方向性
[B]某原子跟其他原子形成共价键时,其共价键数目一定等于该元素原子的价电子数
[C]基态碳原子有两个未成对电子,所以最多只能形成2个共价键
[D]1个氮原子最多只能与3个氢原子结合形成NH3,是由共价键的饱和性决定的
【答案】 D
【解析】 由2个s原子轨道重叠形成的共价键没有方向性,其他原子轨道重叠形成的共价键都有方向性,故A不正确;非金属元素的原子形成的共价键数目一般等于该原子最外层的未成对电子数,不能说一定等于该元素原子的价电子数,故B不正确;基态碳原子的价电子数为4,可以形成4个共价键,如CH4中含有4个C—H,故C不正确;氮原子最外层2p轨道上共有3个未成对电子,1个氮原子可以与3个氢原子结合形成NH3,此时共价键饱和,故D正确。
知识点2 共价键的分类
5.下列物质中,属于含有σ键的电解质的是( )
[A]Ba(OH)2 [B]C2H5OH
[C]Na2O [D]SiO2
【答案】 A
【解析】 在水溶液或熔融状态下能够导电的化合物为电解质,所有的酸、碱、盐和大多数金属氧化物均为电解质。OH-中含有σ键,Ba(OH)2为强碱,属于电解质,A符合题意;C2H5OH不属于电解质,B不符合题意;Na2O中不含有σ键,属于电解质,C不符合题意;SiO2为非金属氧化物,含有σ键,但不属于电解质,D不符合题意。
6.下列对分子中σ键重叠方式的分析不正确的是( )
[A] [B] [C] [D]
H2 HCl Cl2 ClF
两个原子的s轨道重叠 氢原子的s轨道和氯原子的p轨道重叠 一个氯原子的s轨道和另一个氯原子的p轨道重叠 氯原子的p轨道和氟原子的p轨道重叠
【答案】 C
【解析】 H2中σ键重叠方式是两个原子的1s轨道重叠,A正确;HCl中σ键重叠方式是氢原子的1s轨道和氯原子的3p轨道重叠,B正确;Cl2中σ键重叠方式是两个氯原子的3p轨道重叠,C错误;ClF中σ键重叠方式是氯原子的3p轨道和氟原子的2p轨道重叠,D正确。
7.下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
[A]σ键能单独形成,而π键一定不能单独形成
[B]气体单质中一定存在σ键,可能存在π键
[C]σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转
[D]碳氧双键中有1个σ键、1个π键,碳氮三键中有1个σ键、2个π键
【答案】 B
【解析】 单键是σ键,双键是1个σ键和1个π键,三键是1个σ键和2个π键,则σ键能单独形成,而π键一定不能单独形成,A、D正确;稀有气体是由单原子构成,不存在化学键,B错误;σ键呈轴对称,可以绕键轴旋转,π键呈镜面对称,一定不能绕键轴旋转,C正确。
知识点3 σ键和π键的综合考查
8.石灰氮(CaCN2)是一种氮肥,与土壤中的H2O反应生成氰胺(H2N—C≡N),氰胺可进一步转化为尿素[CO(NH2)2]。下列有关说法正确的是( )
[A]H2O的电子式为H+]2-H+
[B]1个H2N—C≡N分子中含3个σ键
[C]H2N—C≡N分子中σ键与π键的个数之比为2∶1
[D]已知CO(NH2)2中含有CO,1个CO(NH2)2分子中含有2个π键
【答案】 C
【解析】 H2O是共价化合物,电子式为H,A错误;单键都是σ键,三键中含有1个σ键,则1个 H2N—C≡N分子中含4个σ键,B错误;1个H2N—C≡N分子中含4个σ键、
2个π键,故σ键与π键的个数之比为2∶1,C正确;1个 CO(NH2)2分子中只含有1个双键,其余为单键,故1个 CO(NH2)2分子中含有1个π键,D错误。
能力提升
9.乙烯除了被用作化工原料,还可以调节植物生长,可用于催熟果实。下列对于乙烯中化学键的分析正确的是( )
[A]在乙烯分子中有一个σ键、一个π键
[B]乙烯在发生加成反应时,断裂的是碳原子间的σ键
[C]乙烯可以在一定条件下制得氯乙烯,在该过程中断裂的是C—H σ键
[D]乙烯分子中的σ键关于镜面对称
【答案】 C
【解析】 CH2CH2分子中存在五个σ键和一个π键,A错误;由于σ键要比π键稳定,故乙烯在发生加成反应时断裂的是π键,B错误;由乙烯制得氯乙烯可看作是乙烯分子中的一个氢原子被氯原子取代,故断裂的是C—H σ键,C正确;σ键关于轴对称,D错误。
10.(2025·甘肃兰州月考)下列有关化学键类型的叙述正确的是( )
[A]化合物NH5所有原子最外层均满足2个或8个电子的稳定结构,则1 mol NH5中含有5NA个N—H σ键(NA表示阿伏加德罗常数的值)
[B]乙烯酮的结构简式为CH2CO,其分子中含有极性键和非极性键,且含有的σ键与π键数目之比为1∶1
[C]已知乙炔的结构式为H—C≡C—H,则乙炔分子中存在2个σ键(C—H)和3个π键(C≡C)
[D]乙烷分子中只存在σ键,不存在π键
【答案】 D
【解析】 NH5即NH4H,为离子化合物,1 mol NH5中含有4NA个σ键,还含有离子键,A错误;CH2CO中含有非极性键和极性键,CH2CO分子中含有4个σ键和2个π键,即含有的σ键与π键数目之比为2∶1,B错误;乙炔分子中存在3个σ键和2个π键,C错误;乙烷分子中全部是单键,只存在σ键,不存在π键,D正确。
11.硝基胍的结构简式如图所示(“→”是一种特殊的共价单键,属于σ键)。下列说法正确的是( )
[A]硝基胍分子中只含极性键,不含非极性键
[B]氮原子间只能形成σ键
[C]硝基胍分子中σ键与π键的个数比是5∶1
[D]10.4 g硝基胍中含有11×6.02×1023个原子
【答案】 C
【解析】 分子中N—N为非极性键,A错误;氮原子间可以形成σ键和π键,B错误;分子中含有4个N—H、1个CN、1个 NO、2个C—N、1个N—N和 1个N→O,σ键与π键的个数比是 5∶1,C正确;硝基胍的分子式为CH4O2N4,相对分子质量为104,10.4 g该物质的物质的量为0.1 mol,含有1.1×6.02×1023个原子,D错误。
12.科学家实现了二氧化碳到淀粉的人工合成,有关物质的转化过程示意图如图所示。下列说法不正确的是(设NA为阿伏加德罗常数的值)( )
[A]1 mol C3分子中所含极性共价键的电子对数为10NA
[B]人工合成淀粉为解决粮食危机提供了新思路
[C]CO2合成甲醇,每消耗1 mol CO2,转移电子数为6NA
[D]由C6→淀粉的过程中只涉及C—O和O—H的断裂
【答案】 D
【解析】 由C3的结构简式可知,C3分子中含有H—O、C—O、C—H和CO极性共价键,则1 mol C3分子中所含极性共价键的电子对数为10NA,A正确;利用CO2为原料人工合成淀粉,为解决粮食危机提供了新思路,B正确;CO2合成甲醇,每消耗1 mol CO2时生成
1 mol CH3OH,碳元素由+4价降为-2价,转移6 mol电子,转移电子数为6NA,C正确;根据流程图分析可知,该过程中涉及C—O、O—H和O—P的断裂,D错误。
13.(10分)有以下物质:①HF、②Cl2、③H2O、④N2、⑤C2H4、⑥C2H6、⑦H2、⑧H2O2、⑨HCN
(H—C≡N)。用代表物质的序号回答下列问题。
(1)(4分)只含有σ键的是 ;既含有σ键又含有π键的是 。
(2)(2分)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是 。
(3)(2分)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)(2分)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)单键全部是σ键,双键或三键中含有σ键和π键,故只含有σ键的是①②③⑥⑦⑧;既含有σ键又含有π键的是④⑤⑨。(2)氢原子只含有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,即⑦。(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氢原子,故符合题意的有②④⑤⑥⑧⑨。
14.(8分)回答下列问题。
(1)(2分)1 mol CO2中含有σ键的个数为 。
(2)(2分)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的1个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料,燃烧时发生的反应是N2O4(l)+2N2H4(l)3N2(g)+
4H2O(g) ΔH=-1 038.7 kJ·mol-1。若该反应中有4 mol N—H断裂,则形成的π键有
mol。
(3)(2分)C、H形成的某化合物分子中共有16个电子,该分子中σ键与π键的个数比为 。
(4)(2分)1 mol乙醛(CH3CHO)中含有σ键的个数为 ,1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为 。
【答案】 (1)1.204×1024
(2)3
(3)5∶1
(4)3.612×1024 7
【解析】 (1)CO2中存在碳氧双键,双键中含有一个σ键和一个π键,则1 mol CO2中含有σ键的个数为1.204×1024。(2)反应中有4 mol N—H断裂,即有1 mol N2H4参加反应,生成
1.5 mol N2,则形成的π键有3 mol。(3)设该化合物的分子式为CmHn,则有6m+n=16,解得m=2,n=4,则该化合物为C2H4,结构式为,单键为σ键,双键有1个σ键和1个π键,所以1个C2H4分子中含有5个σ键和1个π键。(4)乙醛和CO(NH2)2的结构简式分别为和,故1 mol 乙醛中含有3.612×1024个σ键,1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。
15.(12分)(2025·广东深圳月考)X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6;Y元素是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素;Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子,与X、Y不同族;W是一种常见元素,可以形成多种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。
(1)(2分)Y2分子中存在的σ键和π键个数之比为 。
(2)(4分)X元素的一种氧化物XO和XY-与Y2结构相似,XO分子内σ键与π键个数之比为 。X、Y与氢元素形成的一种化合物HXY分子中σ键与π键个数之比为 。
(3)(2分)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应的水化物的浓溶液反应的化学方程式:
。
(4)(2分)W的基态原子的价层电子排布式为 。
(5)(2分)X元素的一种单质是一种由单层X原子构成的平面结构新型材料(如图),1号X与相邻X形成σ键的个数为 。
【答案】 (1)1∶2 (2)1∶2 1∶1
(3)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
(4)3d64s2 (5)3
【解析】 X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6,则X是C;Y元素是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素,则Y是N;Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子,与X、Y不同族,则Z是S;W是一种常见元素,可以形成多种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体,则W是Fe。(1)N2的结构式为N≡N,分子中有1个σ键、2个π键。(2)X元素的氧化物CO和CN-与N2结构相似,推知CO的结构式为C≡O,分子中含有1个σ键、2个π键;CN-的结构式为[C≡N]-,HCN的结构式为H—C≡N,HCN分子中σ键与π键均为2个。(3)C与浓硫酸加热时反应生成CO2、SO2和H2O。(4)铁的原子序数为26,其基态原子的价层电子排布式为3d64s2。(5)由题图可看出每个碳原子能与其他三个碳原子形成单键,即能形成3个σ键。
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