第一节 共价键
发
展
目
标
体
系
构
建
1.能从微观角度分析形成共价键的粒子、类型，能辨识物质中含有的共价键的类型及成键方式，了解键能、键长及键角对物质性质的影响。2.理解共价键中σ键和π键的区别，建立判断σ键和π键的思维模型，熟练判断分子中σ键和π键的存在及个数。
一、共价键
1．共价键的概念和特征
原子间通过共用电子对所形成的相互作用。
微点拨：共价键的方向性决定了分子的立体构型，并不是所有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性。
2．共价键的类型(按成键原子的原子轨道重叠方式分类)
(1)σ键
形成
由成键原子的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
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键的电子云形状与σ键的电子云形状有明显差别：每个π键的电子云由两块组成，它们互为镜像，这种特征称为镜面对称；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，另一个是π键；共价三键由一个σ键和两个π键构成。
二、键参数——键能、键长与键角
1．键能
(1)键能是指气态分子中1
mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。键能的单位是kJ·mol－1。键能通常是298.15_K、101_kPa条件下的标准值。例如，H—H的键能为436.0
kJ·mol—1。
(2)下表中是H—X的键能数据
共价键
H—F
H—Cl
H—Br
H—I
键能/(kJ·mol－1
)
568
431.8
366
298.7
①若使2
mol
H—Cl断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收863.6_kJ的能量。
②表中共价键最难断裂的是H—F，最易断裂的是H—I。
③由表中键能数据大小说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小，说明四种分子的稳定性依次减弱，即HF分子最稳定，最难分解，HI分子最不稳定，最易分解。
2．键长
(1)键长是构成化学键的两个原子的核间距，因此原子半径决定化学键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。
(2)键长与共价键的稳定性之间的关系：共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。
(3)下列三种分子中：①H2、②Cl2、③Br2，共价键的键长最长的是③，键能最大的是①。
3．键角
(1)键角是指在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角。在多原子分子中的键角是一定的，这表明共价键具有方向性。键角是描述分子空间结构的重要参数。
(2)根据空间结构填写下列分子的键角：
分子空间结构
键角
实例
正四面体形
109°28′
CH4、CCl4
平面形
120°
苯、乙烯、BF3
三角锥形
107°
NH3
V形(或角形)
105°
H2O
直线形
180°
CO2、CS2、CH≡CH
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)只有非金属原子之间才能形成共价键
(×)
(2)两个原子之间形成共价键时，至少有一个σ键
(√)
(3)σ键和π键都只能存在于共价化合物中
(×)
(4)双原子分子中，键长越短，分子越牢固
(√)
2．原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是( )
A．共价键的方向性
B．共价键的饱和性
C．形成共价键原子的大小
D．共价键的稳定性
B [共价键的饱和性决定各原子相互结合的数量关系。]
3．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________。
[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。
[答案] (1)①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ (2)⑦ (3)①③⑤⑥⑧⑨ (4)②④⑤⑥⑧⑨
σ键与π键的比较
观察下图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构回答：
(1)乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成？
提示：乙烷分子由7个σ键组成；乙烯分子由5个σ键和1个π键组成；乙炔分子由3个σ键和2个π键组成。
(2)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼呢？
提示：乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有1个和2个π键，π键原子轨道重叠程度小，不稳定，容易断裂。而乙烷中没有π键，σ键稳定，不易断裂。
(3)
H原子和H原子、H原子和Cl原子、Cl原子和Cl原子分别均以σ键结合成H2、HCl和Cl2分子，共价键轨道完全相同吗？
提示：不相同。H原子的未成对电子位于1s轨道，Cl原子的未成对电子位于3p轨道，即H原子和H原子成键以1s和1s轨道“头碰头”重叠，H原子和Cl原子以1s和3p轨道“头碰头”重叠，Cl原子和Cl原子以3p和3p轨道“头碰头”重叠。
1．σ键与π键的比较
共价键类型
σ键
π键
电子云重叠方式
沿键轴方向相对重叠
沿键轴方向平行重叠
电子云重叠部位
两原子核之间，在键轴处
键轴上方和下方，键轴处为零
电子云重叠程度
大
小
示意图
键的强度
较大
较小
化学活泼性
不活泼
活泼
成键规律
共价单键是σ键；共价双键中一个是σ键，一个是π键；共价三键中一个是σ键，两个是π键
2.对于σ键和π键应特别注意的问题
(1)s轨道与s轨道形成σ键时，电子并不是只在两核间运动，只是电子在两核间出现的概率大。
(2)因s轨道是球形的，故s轨道与s轨道形成σ键时，无方向性。两个s轨道只能形成σ键，不能形成π键。
(3)两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键。
1．有关CH2===CH—C≡N分子中所含化学键数目的说法正确的是( )
A．3个σ键，3个π键
B．4个σ键，3个π键
C．6个σ键，2个π键
D．6个σ键，3个π键
D [共价单键为σ键，双键中含1个σ键和1个π键，三键中含1个σ键和2个π键，故CH2===CH—C≡N分子中含6个σ键和3个π键。]
2．关于σ键和π键的比较，下列说法不正确的是( )
A．σ键是轴对称的，π键是镜面对称的
B．σ键是“头碰头”式重叠，π键是“肩并肩”式重叠
C．σ键不能断裂，π键容易断裂
D．氢原子只能形成σ键，氧原子可以形成σ键和π键
C [σ键较稳定，不易断裂，而不是不能断裂。]
分子中σ键与π键的判断方法
根据成键原子的价电子数来判断能形成几个共用电子对。如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对时，则先形成1个σ键，另外的原子轨道形成π键。
键参数的应用
键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键长和键角是描述分子空间结构的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的空间结构就确定了。如NH3分子的H—N—H键角是107°，N—H的键长是101
pm，就可以断定NH3分子是三角锥形分子，如图
(1)根据元素周期律可知NH3的稳定性强于PH3，你能利用键参数加以解释吗？
提示：键长：N—H＜P—H，键能：N—H＞P—H，因此NH3更稳定。
(2)一般来说，键长越短，键能越大。但F—F键长短，键能小，请思考其原因。
提示：氟原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两个氟原子形成共价键时，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能不大，F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。
1．共价键参数的应用
(1)键能的应用
①表示共价键的强弱
键能越大，断开化学键时需要的能量越多，化学键越稳定。
②判断分子的稳定性
结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。
③判断化学反应的能量变化
在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形成释放能量，因此反应焓变与键能的关系为ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和；ΔH＜0时，为放热反应；ΔH＞0时，为吸热反应。
(2)键长的应用
①一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子越稳定。
②键长的比较方法
a．根据原子半径比较，同类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短。
b．根据共用电子对数比较，相同的两个原子间形成共价键时，单键键长＞双键键长＞三键键长。
(3)键角的应用
①键长和键角决定分子的空间结构
②常见分子的键角与分子空间结构
化学式
结构式
键角
空间结构
CO2
O===C===O
180°
直线形
NH3
107°
三角锥形
H2O
105°
V形
BF3
120°
平面三角形
CH4
109°28′
正四面体形
2.共价键强弱的判断
(1)由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的原子半径越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。
(2)由键能判断：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越大。
(3)由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越大。
(4)由电负性判断：元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力越大，形成的共价键越稳定。
3．下列说法正确的是( )
A．分子的结构是由键角决定的
B．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
C．CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X(X＝F、Cl、Br、I)的键长、键角均相等
D．H2O分子中两个O—H的键角为180°
B [分子的结构是由键角、键长共同决定的，A项错误；由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X(X＝F、Cl、Br、I)键的键长不相等，C项错误；H2O分子中两个O—H的键角为105°，D项错误。]
4．下列事实不能用键能的大小来解释的是( )
A．氮元素的电负性较大，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．HF比H2O稳定
B [由于N2分子中存在三键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，没有化学键；卤族元素从F到I，原子半径逐渐增大，其氢化物中化学键的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI；由于H—F的键能大于H—O，所以稳定性：HF＞H2O。]
由分子构成的物质，其熔、沸点与共价键的键能和键长无关。而分子的稳定性，由键长和键能决定。
1．下列不属于共价键成键因素的是( )
A．共用电子对在两原子核之间高概率出现
B．共用的电子必须配对
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
D [共价键的成因和本质是，当成键原子相互靠近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反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加，体系的能量降低。]
2．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．HCl C．Cl2 D．N2
B [H2中的σ键是s?s
σ键，Cl2、N2中的σ键都是p?p
σ键。]
3．下列说法正确的是( )
A．若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性
B．基态C原子有两个未成对电子，所以只能形成两个共价键
C．所有共价键都有方向性
D．两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子不仅仅在两核之间，而是绕两个原子核运动
A [如在形成CH4分子的过程中，碳原子2s轨道中的1个电子被激发到2p轨道中，此时碳原子有4个未成对电子，形成4个共价键，B错误；H2分子中的s轨道成键时，因s轨道为球形，故H2分子中的H—H共价键无方向性，C错误；两个原子轨道重叠后，电子在核间出现的概率增大，但不是绕两个原子核运动，D错误。]
4．下列说法中正确的是( )
A．双原子分子中化学键键能越大，分子越稳定
B．双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定
C．双原子分子中化学键键角越大，分子越稳定
D．在双键中，σ键的键能要小于π键
A [共价键键能越大、键长越短，分子越稳定，A正确，B错误；在双原子分子中没有键角，且分子稳定性与键角无关，C错误；一般σ键的重叠程度大于π键，σ键的键能大于π键，D错误。]
5．碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：
化学键
C—C
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O
键能kJ·mol－1
356
413
336
226
318
452
回答下列问题：
(1)通常条件下，比较CH4和SiH4的稳定性强弱：________。
(2)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_______________________________________。
(3)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是_______________
_______________________________________________________________。
[解析] (1)因为C—H的键能大于Si—H键的键能，所以CH4比SiH4稳定。
(2)C—C和C—H的键能比Si—H和Si—Si的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以形成。
(3)C—H的键能大于C—O的，C—H比C—O稳定，而Si—H的键能却远小于Si—O的，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O。
[答案] (1)CH4比SiH4稳定
(2)C—C和C—H的键能较强，不易断裂，所以形成的烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以形成
(3)C—H的键能大于C—O，C—H比C—O稳定，而Si—H的键能却远小于Si—O，所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O
11/11课时分层作业(五) 共价键
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．在氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是( )
A．氯原子的2p轨道和氢原子的1s轨道
B．氯原子的2p轨道和氢原子的2p轨道
C．氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道
D．氯原子的3p轨道和氢原子的3p轨道
C [H原子和Cl原子的核外电子排布式分别为1s1和1s22s22p63s23p5，由此可以看出，H原子的1s轨道和Cl原子的3p轨道上各有一个未成对电子，故两者在形成氯化氢分子时，形成共价键的原子轨道是氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道。]
2．对σ键的认识不正确的是( )
A．σ键不属于共价键，是另一种化学键
B．s?s
σ键与s?p
σ键的对称性相同
C．若分子中含有共价键，则至少含有一个σ键
D．含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同
A [A项，σ键属于共价键；B项，s?s
σ键与s?p
σ键都属于σ键，对称性相同；D项，π键容易断裂，而σ键不易断裂，所以含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同。]
3．香蕉是我们喜爱的水果之一，香蕉产于南方，到北方之前是未成熟的，但买到的却是成熟的香蕉，这是因为喷洒了催熟剂的缘故。其中乙烯就是一种常用的催熟剂，下列对于乙烯中化学键的分析中正确的是( )
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，在该过程断裂的是C—H
σ键
D．乙烯分子中的σ键关于镜面对称
C [在乙烯分子中存在4个C—H
σ键和1个C—C
σ键，同时还含有1个C—C
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碳原子间的π键，B错误；由乙烯制得氯乙烯可看作是乙烯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键是轴对称，D错误。]
4．反映共价键强弱的物理量是( )
A．键能
B．键能、键长
C．键能、键长、键角
D．键长、键角
B [键能可看作是断开共价键所需的能量，键能越大，则断开共价键时所需的能量就越大，含该键的分子就越稳定；键长越长键能反而越小，故反映键的强弱的物理量是键能和键长。]
5．NH3分子的空间结构是三角锥形结构而不是平面正三角形结构，最充分的理由是( )
A．NH3分子内3个N—H键长均相等
B．NH3分子内3个价键的键角和键长均相等
C．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于107°
D．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于120°
C [NH3分子内的键角和键长都相等，可能有两种情况，一是平面正三角形，二是三角锥形结构。如果键角为120°，则必然为平面正三角形。]
6．下列说法不正确的是( )
A．键能越小，表示化学键越牢固，越难以断裂
B．成键的两原子核越近，键长越短，化学键越牢固，性质越稳定
C．破坏化学键时消耗能量，而形成化学键时释放能量
D．键能、键长只能定性地分析化学键的强弱
A [键能越大，断开该键所需的能量越多，化学键越牢固，性质越稳定，故A错误；B、C、D均正确。]
7．根据下表中所列的键能数据，判断下列分子中最不稳定的是( )
化学键
H—H
H—Cl
H—Br
Br—Br
键能/(kJ·mol－1)
436.0
431.8
366
193.7
A.HCl
B．HBr
C．H2
D．Br2
D [键能越小，键长越长，共价键越不牢固，分子越不稳定。]
8．能说明BF3分子中四个原子在同一平面的理由是( )
A．任意两个键的夹角为120°
B．B—F是非极性共价键
C．三个B—F的键能相同
D．三个B—F的键长相等
A [本题考查共价键键参数的运用。当键角为120°时，BF3的立体结构为平面三角形，故分子中四个原子共面。]
9．下列说法中不正确的是( )
A．σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强
B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键
C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．N2分子中有一个σ键，两个π键
C [从原子轨道重叠程度看，π键重叠程度比σ键重叠程度小，故π键稳定性低于σ键，在气体单质分子中存在σ键(如Cl2、H2)、π键(N2中存在σ键和π键)，稀有气体为单原子分子，不存在化学键。]
10．(双选)下列有关化学键类型的判断中正确的是( )
A．全部由非金属元素组成的化合物中可能存在离子键
B．物质中有σ键一定有π键，有π键一定有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C—H和C—C均为σ键
AD [NH4Cl、(NH4)2SO4均是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项正确；共价双键中有一个为σ键，另一个为π键，共价三键中有一个为σ键，另两个为π键，故乙炔(H—C≡C—H)分子中有2个C—H
σ键，C≡C中有1个σ键，2个π键，C项错误；共价单键为σ键，乙烷分子的结构式为，其所含的6个C—H和1个C—C均为σ键，D项正确。]
[素养培优练]
11．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 [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项正确；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式判断是否有π键形成，B项正确；H原子形成分子时，只能形成σ键，不能形成π键，C项正确；原子跟其他原子首先形成σ键，故分子中不可能只有π键而没有σ键。]
12．由短周期前10号元素组成的物质T和X，有如图所示的转化。X不稳定，易分解。下列有关说法正确的是( )
A．为使该转化成功进行，Y可以是酸性KMnO4溶液
B．等物质的量的T、X分子中含有π键的数目均为NA
C．X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍
D．T分子中只含有极性键，X分子中既含有极性键又含有非极性键
A [由球棍模型可知，T为HCHO，X不稳定，易分解，则X为H2CO3，则Y为氧化剂，可以选择氧化性较强的酸性KMnO4溶液，A项正确；等物质的量并不一定是1
mol，B项错误；X分子中含有的σ键个数为5，T分子中含有的σ键个数为3，C项错误；T、X分子中均只含有极性键，无非极性键，D项错误。]
13．碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图所示。下列有关该物质的说法正确的是( )
A．分子式为C3H2O3
B．分子中含6个σ键
C．分子中只有极性键
D．8.6
g该物质完全燃烧得到6.72
L
CO2
A [A.由图示可知，该物质的分子式为C3H2O3。B.分子中碳碳双键和碳氧双键中各有一个σ键，碳氧单键全部是σ键(4个)，碳氢键也是σ键(2个)，共有8个σ键。C.分子中的碳氧键、碳氢键都是极性键，而碳碳键是非极性键。D.8.6
g
该物质的物质的量为0.1
mol，完全燃烧后得到0.3
mol
CO2，只有在标准状况下0.3
mol
CO2的体积才是6.72
L。]
14．(1)1
mol
HCHO分子中含有σ键的数目为___________mol。
(2)CS2分子中，共价键的类型有________。
(3)Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4，1
mol
Ni(CO)4中含有________
mol
σ键。
(4)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型材料，图中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。
[解析] (1)HCHO的结构式为，则1
mol
HCHO分子中含有3
mol
σ键。(2)CS2分子中，C与S原子形成双键，每个双键都是含有1个σ键和1个π键，则含有的共价键类型为σ键和π键。(3)CO分子的电子式为∶C??O∶，故1个CO分子中存在1个σ键，而Ni(CO)4中Ni与CO之间还存在4个σ键，故1
mol
Ni(CO)4中含有8
mol
σ键。(4)由图可看出每个碳原子能与三个碳原子形成单键，故能形成3个σ键。
[答案] (1)3 (2)σ键、π键 (3)8 (4)3
15．下表是一些键能数据/(kJ·mol－1)：
由上表中数据能否得出这样的结论：
(1)半径越小的原子形成的共价键越牢固(即键能越大)。________(填“能”或“不能”)。
(2)非金属性越强的原子形成的共价键越牢固。____________(填“能”或“不能”)。
(3)能否从数据中找出一些规律，请写出一条：______________________
_________________________________________________________。
(4)试预测C—Br键的键能范围：________[解析] 根据表中的有关数据及元素周期律知识分析可知氯原子的原子半径小于硫原子的原子半径，且硫元素的非金属性较氯元素的非金属性弱，但硫硫键的键能大于氯氯键的键能，因此不能说半径越小的原子形成的共价键越牢固，也不能说非金属性越强的原子形成的共价键越牢固。根据表中数据分析可以得出规律：同主族元素与相同原子结合形成共价键时，原子半径越小，共价键越强；根据此规律可知C—Br键的键能介于C—Cl的键能和C—I的键能之间，即218
kJ·mol－1～330
kJ·mol－1。
[答案] (1)不能 (2)不能 (3)能，同主族元素与相同原子结合形成共价键时，原子半径越小，共价键越强 (4)218
kJ·mol－1 330
kJ·mol－1
16．(素养题)Ⅰ.已知氢分子的形成过程示意图如图所示。
氢分子的形成过程示意图
请据图回答问题：
(1)H—H键的键长为________，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是________。
(2)下列说法中正确的是________(填字母)。
A．氢分子中含有一个π键
B．由①到④，电子在核间出现的概率增大
C．由④到⑤，必须消耗外界的能量
D．氢分子中含有一个极性共价键
Ⅱ.几种常见化学键的键能如下表所示。
化学键
Si—O
H—O
O===O
Si—Si
Si—C
键能/kJ·mol－1
452
462.8
497.3
226
X
请回答下列问题：
(1)试比较Si—C键与Si—Si键的键能大小：X________(填“>”“<”或“＝”)226
kJ·mol－1。
(2)H2被认为是21世纪人类最理想的燃料，而又有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。结合Ⅰ中图像，试计算每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为________；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为________(已知1
mol
Si中含有2
mol
Si—Si键，1
mol
SiO2中含有4
mol
Si—O键)。
[解析] Ⅰ.(1)可以直接从题中读出有关数据，H—H键的键长为74
pm；体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。(2)氢分子中含有一个σ键，A项错误；核间距逐渐减小时，两个氢原子的原子轨道会相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大，B项正确；④已经达到稳定状态，当改变构成氢分子的两个氢原子的核间距时，必须消耗外界的能量，C项正确；氢分子中含有一个非极性共价键，D项错误。
Ⅱ.(1)Si—Si的键长比Si—C的键长长，Si—Si的键能比Si—C的键能小。(2)由题图可知H—H的键能为436
kJ·mol－1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为1
000
g÷2
g·mol－1×(462.8
kJ·mol－1×2－436
kJ·mol－1－497.3
kJ·mol－1×)＝120
475
kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452
kJ·mol－1×4
mol－497.3
kJ·mol－1×1
mol－226
kJ·mol－1×2
mol＝858.7
kJ。
[答案] Ⅰ.(1)74
pm ①⑤②③④ (2)BC
Ⅱ.(1)> (2)120
475
kJ 858.7
kJ
7/7
