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第六章 物质结构与性质
第28讲 化学键
化学
内容索引
考点一 化学键与化合物的类型
考点二 共价键及键参数
第一部分
第二部分
必备知识整合
01
对点题组突破
02
课时作业
第四部分
必备知识整合
01
对点题组突破
02
高考真题演练
第三部分
1.了解化学键的定义,了解离子键、共价键的形成。2.了解共价键的分类、特点,能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。
考点一 化学键与化合物的类型
第
分
部
一
1.化学键
(1)概念:相邻的原子之间强烈的相互作用。
(2)分类
必备知识整合
静电
共用电子对
极性
非极性
项目 离子键 共价键 非极性键 极性键
概念 带________离子之间的相互作用 原子间通过__________所形成的相互作用 成键粒子 __________ ____ 成键实质 阴、阳离子的静电作用 共用电子对与成键原子间的静电作用 (3)离子键、共价键的比较
相反电荷
共用电子对
阴、阳离子
原子
项目 离子键 共价键 非极性键 极性键
形成 条件 活泼____与活泼______经电子得失,形成离子键;或者铵根离子与酸根离子之间形成离子键 ____元素原子之间成键 ______元素原子之间成键
形成的物质 离子化合物 非金属单质(稀有气体除外);某些共价化合物或离子化合物 共价化合物或某些离子化合物
金属
非金属
同种
不同种
2.离子化合物和共价化合物
项目 离子化合物 共价化合物
定义 由______构成的化合物 以__________形成分子的化合物
构成粒子 __________ ____
化学键 类型 一定含有______,可能含有______ 只含有______
离子键
共用电子对
阴、阳离子
原子
离子键
共价键
共价键
3.化学键的表示方法——电子式
(1)概念
在元素符号周围用“·”或“×”来代表原子的__________的式子。
(2)常见物质电子式的书写
最外层电子
原子 钠原子:______
氯原子:____
简单离子 钠离子:____
氟离子:_____________________
Na·
Na+
复杂离子
铵根离子:________________________
氢氧根离子:_____________
非金属单质 氢气:_________________
氮气:________
H∶H
离子化合物
氯化镁:______________________
过氧化钠:_______________
共价化合物
二氧化碳:________________
次氯酸:_________________
(3)用电子式表示化合物的形成过程
①离子化合物,如NaCl:______________________。
②共价化合物,如HCl:____________________________。
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)所有物质中都存在化学键。( )
(2)有化学键断裂的变化一定是化学变化。( )
(3)形成离子键的静电作用指的是阴、阳离子间的静电吸引作用。( )
(4)H、N和S可形成既含有离子键又含有共价键的化合物。( )
(5)由活泼金属元素与活泼非金属元素形成的化学键都是离子键。( )
×
×
×
√
×
1.下列各组物质中化学键的类型和化合物的类型都相同的是( )
A.CaCl2 Na2O HI
B.H2O NaNO3 NH3
C.MgCl2 NaOH NH4Cl
D.H2SO4 H2S CO2
对点题组突破
D
题组一 化学键的存在
解析:CaCl2、Na2O都是离子化合物,且都含有离子键,HI是共价化合物,只含有共价键,故A项不符合题意;H2O、NH3都是共价化合物,都只含有共价键,NaNO3是离子化合物,含有离子键和共价键,故B项不符合题意;MgCl2、NaOH、NH4Cl都是离子化合物,但MgCl2中只含有离子键,NaOH、NH4Cl中除了离子键还含有共价键,故C项不符合题意;H2SO4、H2S、CO2都是共价化合物,都只含有共价键,故D项符合题意。
2.有以下8种物质:①Ne、②HCl、③P4、④H2O2、⑤Na2S、⑥Ca(OH)2、⑦Na2O2、⑧NH4NO3。回答下列问题:
(1)不存在化学键的是__(填序号,下同)。
(2)只存在极性共价键的是__。
(3)只存在非极性共价键的是__。
(4)既存在非极性共价键又存在极性共价键的是__。
(5)只存在离子键的是__。
(6)既存在离子键又存在共价键的是______。
①
②
③
④
⑤
⑥⑦⑧
化学键与物质类别的关系
题组二 电子式的书写与判断
D
4.写出下列粒子的电子式。
(1)—OH__________,H3O+________________。
(2)PH3___________,N2H4___________________。
(3)NaH__________,NaBH4________________。
书写电子式的四个误区
5.A+、B+、C-、D、E五种粒子(分子或离子)中,每个粒子均有10个电子,已知:①A++C-===D+E↑;②B++C-===2D。回答下列问题:
(1)C-的电子式是_________。
(2)分别写出A+和D反应、B+和E反应的离子方程式:__________________
_____________、____________________________。
(3)除D、E外,请再写出两种含10个电子的分子的分子式:_____________
_______________。
(4)除A+、B+外,请再写出两种含10个电子的阳离子:_________________
_________________。
题组三 “10e-”“18e-”粒子的应用
NH3·H2O+H+
CH4、HF(答
案合理即可)
Na+、Mg2+、Al3+
(答任意两个即可)
等电子粒子的判断方法
(1)“10电子”粒子
(2)“18电子”粒子
考点二 共价键及键参数
第
分
部
二
必备知识整合
共用电子对
1.共价键的本质及特征
共价键是原子间通过__________所形成的相互作用,其特征是具有______和______。
方向性
饱和性
2.共价键的分类
(1)根据成键原子轨道重叠方式可分为σ键和π键。
①σ键和π键形成过程
σ键 H2的σ键的形成:
σ键 HCl的σ键的形成:
Cl2的σ键的形成:
π键
②σ键与π键的比较
键型 σ键 π键
成键方向 沿轴方向“头碰头” 平行或“肩并肩”
电子云形状 轴对称 镜面对称
牢固程度 键强度大,不易断裂 键强度较小,容易断裂
旋转 ____旋转 ______旋转
成键判 断规律 共价单键全是σ键;共价双键中一个是σ键,另一个是π键;共价三键中一个是σ键,另两个是π键 可以
不可以
(2)根据共价键的极性与否可分为__________(简称极性键)和____________(简称非极性键)。
极性键产生的原因是成键的两个原子电负性不同,共用电子对向电负性大的元素偏移,造成共价键正、负电中心不重合。非极性键成键的元素相同。
(3)根据成键原子形成共用电子对的数目可分为共价单键、共价双键和共价三键。
极性共价键
非极性共价键
3.键参数
(1)概念
1 mol
核间
距
相邻共价键
(2)键参数对分子性质的影响
①键能越__,键长越__,分子越稳定。
②
大
短
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)所有的共价键都有方向性。( )
(2)σ键能单独形成,而π键不能单独形成。( )
(3)在任何情况下,都是σ键比π键的强度大。( )
(4)键长等于成键两原子的半径之和。( )
(5)碳碳双键的键能是碳碳单键键能的2倍。( )
×
√
×
×
×
对点题组突破
题组一 共价键类型及数目的判断
1.(2024·河南洛阳模拟)下列有关化学键类型的判断不正确的是( )
A.s s σ键与s p σ键的对称性相同
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和1个C—C都为σ键,不存在π键
C
解析:σ键都是轴对称图形,故A正确;共价单键为σ键,双键和三键中均含1个σ键,则分子中含有共价键,则至少含有一个σ键,故B正确;乙炔中的碳碳三键含有一个σ键和2个π键,两个C—H是σ键,乙炔分子中存在3个σ键和2个π键,故C错误;乙烷分子中只存在C—C单键和C—H单键,单键都为σ键,故D正确。
2.(1)下列对HCN、CO2、H2O、CO(NH2)2、C2H4分子中共价键的分析正确的是__。
A.都是σ键,没有π键
B.都是π键,没有σ键
C.除H2O外,都含π键
D.除HCN外,都是σ键
C
解析:HCN的结构式为H—C≡N,既有σ键也有π键;CO2的结构式为O==C==O,既有σ键也有π键;H2O的结构式是H—O—H,只含σ键;CO(NH2)2中含有碳氧双键,故既有σ键也有π键;C2H4中含有碳碳双键,既有σ键也有π键,故选C。
(2)甲、乙、丙三种有机物的结构如下:
甲: 乙:CH2==CH2
丙:CH2==CHCN
①甲分子中有__个σ键,__个π键。
②乙分子中__(填“有”或“没有”)极性键,____(填“是”或“不是”)极性分子。
③丙分子中σ键与π键的数目之比为____。
8
2
有
不是
2∶1
解析:①单键由1个σ键构成,双键由1个σ键和1个π键构成,甲分子中有8个σ键,C==C、C==O上共有2个π键;②乙分子中含有C—H极性键,乙烯分子的正负电荷中心重合,不是极性分子;③丙分子中—CN为—C≡N,三键含有1个σ键和2个π键,分子中σ键与π键的数目之比为6∶3=2∶1。
σ键和π键的判断
(1)由轨道重叠方式判断:“头碰头”重叠为σ键,“肩并肩”重叠为π键。
(2)由物质的结构式判断:通过物质的结构式可以快速有效地判断共价键的种类及数目。共价单键全为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。
(3)由成键轨道类型判断:s轨道形成的共价键全部是σ键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键。
题组二 键参数及其应用
3.关于键长、键能和键角,下列说法错误的是( )
A.键角是描述分子空间结构的重要参数
B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关
C.C==C键能等于C—C键能的2倍
D.因为O—H的键能小于H—F的键能,所以O2、F2与H2反应的能力逐渐增强
C
解析:C==C由一个σ键和一个π键构成,C—C为σ键,二者键能不是2倍的关系,C项错误;原子半径:O>F,键长:O—H>H—F,键能:O—H<H—F,形成化学键时放出的能量:O—H<H—F,H—F更稳定,F2跟H2反应的能力更强,D项正确。
4.硅是重要的半导体材料,构成了现代电子工业的基础。碳和硅的有关化学键键能如表所示,简要分析和解释下列有关事实:
(1)硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是_______________________________________________________
__________________________________________________________。
C—C和C—H的键能较大,所形成的烷烃稳定。而硅烷中Si—Si
化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
键能/ (kJ·mol-1) 347.7 413.4 351 226 318 452
和Si—H的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成
(2)SiH4的稳定性小于CH4,更易生成氧化物,原因是___________________
___________________________________________________________________________________________________________。
C—H的键能大于
C—O,C—H比C—O稳定。而Si—H的键能却小于Si—O,所以Si—H
不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O
高考真题演练
第
分
部
三
×
×
×
√
×
√
×
√
√
√
3.(2022·江苏卷)少量Na2O2与H2O反应生成H2O2和NaOH。下列说法正确的是( )
B.H2O的空间结构为直线形
C.H2O2中O元素的化合价为-1
D.NaOH仅含离子键
C
4.(2024·山东卷)由O、F、I组成化学式为IO2F的化合物,能体现其成键结构的片段如图所示。下列说法正确的是( )
A.图中 代表氟原子
B.该化合物中存在过氧键
C.该化合物中碘原子存在孤对电子
D.该化合物中所有碘氧键键长相等
C
解析:由图中信息可知,白色的小球可形成2个共价键,灰色的小球只形成1个共价键,黑色的大球形成了4个共价键,根据O、F、I的电负性大小(F最大、I最小)及其价电子数可以判断,白色的小球代表氧原子、灰色的小球代表氟原子,黑色的大球代表碘原子,A错误;根据该化合物结构片段可知,每个碘原子与3个氧原子形成共价键,根据均摊法可以判断必须有2个氧原子分别与2个碘原子成键,才能确定该化合物化学式为IO2F,因此,该化合物中不存在过氧键,B错误;碘原子的价电子数为7,该化合物中氟元素的化合价为-1,氧元素的化合价为-2,则碘元素的化合价为
+5,据此可以判断每个碘原子与其他原子形成3个单键和1个双键,碘原子的价电子数不等于其形成共价键的数目,因此,该化合物中碘原子存在孤对电子,C正确;该化合物中既存在I—O单键,又存在I===O双键,单键和双键的键长是不相等的,因此,该化合物中所有碘氧键键长不相等,D错误。
课时作业28
第
分
部
四
一、选择题(每小题3分,共30分。每小题只有1个选项符合题意)
1.下列说法正确的是( )
A.离子键就是使阴、阳离子结合成化合物的静电引力
B.NH4NO3晶体中含共价键,是共价化合物
C.H2O2、N2H4分子中只含有极性共价键
D.某化合物熔融状态能导电,可以证明该化合物内一定存在离子键
D
解析:离子键是阴、阳离子间的静电作用,包括引力和斥力,故A错误;硝酸铵是离子化合物,含有离子键和共价键,故B错误;H2O2的结构式为H—O—O—H,含有极性共价键和非极性共价键,N2H4中也是含有极性共价键和非极性共价键,故C错误;离子化合物在熔融状态下导电,共价化合物在熔融状态下不导电,故D正确。
2.(2025·山东济南历城二中月考)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( )
B
选项 A B C D
物质 MgCl2 CO2 H2O2 NaOH
化学键类型 离子键、共价键 共价键 离子键 离子键
化合物类型 离子化合物 共价化合物 离子化合物 离子化合物
解析:氯化镁中镁离子和氯离子之间只存在离子键,不存在共价键,属于离子化合物,A错误;二氧化碳分子中C、O原子之间只存在共价键,属于共价化合物,B正确;H2O2分子中H、O原子之间和O、O原子之间均只存在共价键,属于共价化合物,C错误;NaOH中钠离子和氢氧根离子之间存在离子键,O、H原子之间存在共价键,属于离子化合物,D错误。
B
4.(2025·河北六校高三期中联考)化学用语是学习化学的重要工具。下列化学用语表述不正确的是( )
C
5.关于σ键和π键的形成过程,下列说法不正确的是( )
A.HCl分子中的σ键为两个s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.CH4中的碳原子为sp3杂化,4个sp3杂化轨道分别与氢原子s轨道形成σ键
D.乙烯(CH2===CH2)中碳碳原子之间形成1个σ键和1个π键
A
解析:HCl分子中的σ键由氢原子提供的未成对电子的1s原子轨道和氯原子提供的未成对电子的3p原子轨道“头碰头”重叠形成,故A错误;N2分子中p轨道与p轨道通过“肩并肩”重叠形成pp π键,π键为镜面对称,不能绕键轴旋转,故B正确;CH4中的碳原子为sp3杂化,碳原子的4个sp3杂化轨道分别与氢原子的1s轨道重叠,形成C—H σ键,故C正确;CH2==CH2中碳碳原子之间形成双键,双键中有1个σ键和1个π键,故D正确。
D
A.CO2只含有非极性共价键
B.0.5 mol HCHO含有1 mol σ键
C.HCHO、CO2分子中只含有σ键
D.H2O中含有极性键
7.(2024·九省联考甘肃卷)含有未成对电子的物质具有顺磁性。下列物质具有顺磁性的是( )
A.N2 B.F2 C.NO D.Be
解析:氮原子的价层电子排布式为2s22p3,N2分子中氮原子的3个2p轨道重叠形成1个σ键和2个π键,不存在未成对电子,A错误;氟原子的价层电子排布式为2s22p5,F2分子中氟原子的一个2p轨道重叠形成共价键,不存在未成对电子,B错误;1个NO分子中含有15个电子,因此NO分子中存在未成对电子,C正确;Be的价层电子排布式为2s2,不存在未成对电子,D错误。
C
8.二茂铁[(C5H5)2Fe]分子是一种金属有机配合物,是燃料油的添加剂,用以提高燃烧的效率和去烟,可作为导弹和卫星的涂料等。它的结构如图所示,下列说法正确的是( )
C.分子中存在π键
D.Fe2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2
C
9.原子序数依次增大的元素a、b、c、d,它们的最外层电子数分别为1、6、7、1。a-的核外电子结构与氦相同,b和c的次外层有8个电子,c-和d+的核外电子结构相同。下列叙述正确的是( )
A.a元素的三种核素的氧化物互为同素异形体
B.a和其他3种元素均能形成共价化合物
C.d和其他3种元素均能形成离子化合物
D.元素a与b、c、d均能形成18电子粒子
C
解析:根据题意可知,a为H,b为S,c为Cl,d为K。H的三种核素的氧化物是化合物,同素异形体是单质,故A错误;H与K形成的KH是离子化合物,故B错误;K与S、Cl、H均能形成离子化合物,故C正确;H与K、S、Cl分别形成KH、H2S、HCl,其中KH为20电子粒子,H2S、HCl为18电子粒子,故D错误。
10.(2025·重庆名校联盟高三期中)A、B、C、D、E是原子序数依次增大的五种常见短周期主族元素,其中A、B、C、D四种元素的原子序数之和为E元素原子序数的2倍。E是短周期中原子半径最大的元素。A、B、C、D四种元素形成的化合物[CA4]+[BD4]-有多种用途,可用来合成纳米管,还可作杀虫剂、催化剂、阻燃剂等,其结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.元素A、C能形成含有非极性键的18电子化合物
B.最简单氢化物的稳定性:C>D
C.元素D、E形成的化合物为共价化合物
D.化合物[CA4]+[BD4]-中各原子均满足8电子稳定结构
A
解析:A、B、C、D、E是原子序数依次增大的五种常见的短周期主族元素,E是短周期中原子半径最大的元素,E为Na;A、B、C、D四种元素的原子序数之和为11×2=22,由化合物[CA4]+[BD4]-的结构可知,A、D只形成1个共价键,A为H、D为F;结合原子序数及形成的离子可知B为B,C为N,符合1+5+7+9=22。H、N能形成含有非极性键的18电子化合物为N2H4,A正确;非金属性:F>N,则最简单氢化物的稳定性:NH3<HF,B错误;NaF为离子化合物,C错误;化合物[NH4]+[BF4]-中氢原子不满足8电子稳定结构,D错误。
二、非选择题(共30分)
11.(10分)现有a~g 7种短周期元素,它们在元素周期表中的位置如图所示,请据此回答下列问题:
(1)元素的原子间反应最容易形成离子键的是__(填字母,下同),容易形成共价键的是__。
A.c和f
B.b和g
C.d和g
D.b和e
B
C
(2)写出由a~g 7种元素形成的、所有原子都满足最外层为8电子结构的任意一种分子的分子式:______________________。
(3)a与e能形成化合物ea5,它的所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子
的最外电子层结构,其电子式为 _____________________,其中所含化学键类型为__________________,该物质能与水剧烈反应生成两种气体,这两种气体的化学式是________。
CCl4(答案合理即可)
极性共价键、离子键
NH3、H2
12.(8分)设NA为阿伏加德罗常数的值。
(3)1 mol [Ni(NH3)6]SO4中σ键的数目为______。
24NA
17NA
28NA
(4)锗与碳是同族元素,碳原子之间可以形成双键、三键,但锗原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析,原因是____________________
__________________________________________________________________________________________。
锗原子半径大,原子间
形成的σ键较长,pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成
π键,不易形成双键或三键
13.(12分)A、B、C、D、E为短周期主族元素,且原子序数依次增大,质子数之和为39,B、C同周期,A、D同主族,A、C常温下能形成两种液态化合物A2C和A2C2,E元素的周期数与主族序数相等。请用化学用语回答下列问题:
(1)B元素在元素周期表中的位置为_________________;由A、C、D三种元素组成的化合物中含有的化学键为______________。
解析:由题给信息分析可知,A、B、C、D、E分别为H、C、O、Na、Al。(1)B为碳元素,位于周期表中第二周期第ⅣA族;由H、O、Na三种元素组成的化合物为NaOH,含有的化学键为离子键、共价键。
第二周期第ⅣA族
离子键、共价键
(3)写出元素E的单质与元素D的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式:_________________________________________________________。
解析:Al与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气,反应的离子方程式为2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑。
(2)写出BC2的电子式:___________________。
2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
(4)常温下,A2C与元素D的单质反应后,所得溶液的pH__(填“<”“=”或“>”)7。
解析:H2O与Na单质反应生成NaOH和氢气,所得溶液呈碱性,pH>7。
>
(5)元素D的单质在一定条件下能与A的单质化合生成一种化合物DA,灼烧该化合物时,火焰呈__色,DA能与水反应放出氢气,若将1 mol DA和1 mol E单质混合加入足量的水,充分反应后生成的气体在标准状况下的体积是____ L。
黄
56
解析:D为Na,A为H,化合物DA是NaH,含钠元素的化合物灼烧时,火焰呈黄色,NaH和水反应的化学方程式为NaH+H2O===NaOH+H2↑,则该反应中消耗1 mol NaH生成1 mol NaOH和1 mol H2,若将1 mol NaH和1 mol Al混合加入足量的水,另外还发生反应:2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑,则又生成1.5 mol H2,故充分反应后总共生成2.5 mol H2,生成的气体在标准状况下的体积是22.4 L·mol-1×2.5 mol=56 L。