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第二章
分子结构与性质
本章概述·素养呈现
尽管形形色色、斑斓多彩的物质在外形上或功能上有所差异，却都是由110多种元素构成的。通过化学必修课程的学习，你已经了解到原子之间能够通过强烈的相互作用——化学键结合在一起。那么，为什么原子之间能够以不同类型的化学键互相结合？原子形成的分子为什么会有不同的立体构型？分子之间是否也存在某种相互作用？
物质是由原子、分子、离子等微粒构成的。微粒间的相互作用(化学键或分子间相互作用)理论是物质构成的基本理论。基于这些理论，人们才能深入探讨物质的微观结构和宏观性质之间的关系，从而进一步认识并制备出各种具有特定化学组成和结构的物质。
第一节 共价键
第1课时 共价键的特征和类型
激趣入题·情境呈现
通过化学必修课程的学习你已知道，氢气在氧气中和氯气中燃烧分别生成水(H2O)和氯化氢(HCl)，而且在这两种化合物的分子内部，原子间通过共用电子对形成了一种化学键——共价键。你是否产生过这样的疑问：氢原子为什么会与氧原子或氯原子结合形成稳定的分子？氢原子与氯原子结合成氯化氢分子时原子个数比为1∶1，而氢原子与氧原子结合成水分子时原子个数比却为2∶1，这又是为什么？为什么原子间可以通过共用电子对形成稳定的分子？共价键究竟是怎样形成的，其特征又是怎样的呢？
新知预习·自主探究
一、共价键
1．共价键
2．共价键表示方法
二、σ键与π键
1．σ键
(1)形成：两个原子的某能级上的原子轨道以__________的形式重叠时形成。
(2)特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键的电子云的图形________，称为__________。
(3)σ键的类型：“________σ键”如H2，“s－pσ键”如HCl，“________σ键”如Cl2。
头碰头
不变
轴对称
s－s
p－p
2．π键
(1)形成：两个原子的p能级上的原子轨道以__________的形式重叠时所形成。
(2)特征：电子云由两块组成，分别位于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________，称为____________。
(3)π键的类型：常见的：________π键。
3．σ键、π键的存在规律
共价单键为_____键；共价双键中有一个_____键、一个_____键；共价三键由______个σ键和______个π键组成。
肩并肩
镜像
镜面对称
p－p
σ
σ
π
一
两
预习自测·初试牛刀
1．思考辨析：
(1)非金属元素只能形成共价键。( )
(2)所有共价键都有方向性和饱和性。( )
(3)CS2分子里有一个σ键和一个π键。( )
(4)两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键。( )
×
×
×
√
2．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
解析：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，自旋状态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。
D
3．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
解析：共价键的饱和性是一个原子中的一个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的共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的，这称共价键的饱和性，故选B。
B
4．下列元素之间难以形成共价键的是( )
A．Na和Cl
B．C和H
C．N和N
D．S和O
解析：Na最外层只有一个电子易失去这一个电子形成Na＋离子，Cl最外层有七个电子，易得一个电子形成Cl－离子，Na和Cl之间形成离子键，故选A。
A
5．下列物质的分子中既有σ键又有π键的是( )
①HCl ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．①②③
B．④⑤⑥
C．①③⑥
D．③⑤⑥
解析：①HCl中只有共价单键，则只有σ键；②H2O中只有共价单键，则只有σ键；③N2中的三键有一个σ键和2个π键；④H2O2中均为共价单键，只有σ键；⑤C2H4中含双键，双键中一个σ键和一个π键；⑥C2H2中含三键，三键中一个σ键和2个π键，则分子中既有σ键又有π键的是③⑤⑥，故选D。
D
6．下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A．σ键一般能单独形成，而π键一般不能单独形成
B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
C．CH3—CH3、CH2===CH2、CH≡CH中碳碳键的键能都相同
D．碳碳双键中有一个σ键，一个π键，碳碳叁键中有一个σ键，两个π键
解析：A项，由于原子轨道先按重叠程度大的“头碰头”方向进行重叠，故先形成σ键。后才能形成π键；B项，σ键为单键，可以绕键轴旋转，π键在双键、叁键中存在，不能绕键轴旋转；C项，键能：C≡C>C===C>C—C；D项，单键均为σ键，双键含1个σ键和1个π键，叁键含1个σ键和2个π键。
C
课堂探究·疑难解惑
你能用电子式表示H2、HCl、CO2的形成过程吗？
知识点一 电子式知识回顾
下列电子式中，正确的是( )
C
典例
1
C
1．观察下图，回答问题：
(1)一个乙烯、乙炔分子中分别有几个σ键和几个π键？
(2)σ键、π键原子轨道重叠方式和稳定性有何区别？
2．(1)H2O分子中两个氢原子和一个氧原子在一条直线上吗？为什么？
(2)哪些物质中含有共价键？
知识点二 共价键的形成及分类
1．(1)提示 一个乙烯分子含有5个σ键和1个π键；一个乙炔分子含有3个σ键和2个π键。
(2)提示 σ键“头碰头”重叠、π键沿键轴方向“肩并肩”重叠；σ键稳定，π键不稳定，化学性质活泼。
2．(1)提示 不在一条直线上，因为共价键具有方向性。
(2)提示 含有共价键的物质有共价化合物、非金属单质分子(稀有气体除外)、部分离子化合物等。
1．σ键与π键的形成
(1)σ键的形成
(2)π键的形成
2．σ键π键的比较
特别提醒：(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)形成共价键的两种元素电负性差别较小，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，形成共价键。
(3)形成共价键时，成键的两个原子核都吸引共用电子对，使之处于平衡状态，体系总能量降低。
(4)π键电子云重叠程度比σ键小，因此π键没有σ键牢固，反应中比较活泼。
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1个σ键
C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．一个N2分子中有1个σ键，2个π键
解析：气体单质分子中，可能有σ键，如Cl2；可能有π键，如N2；也可能没有化学键，如稀有气体分子。
C
典例
2
规律方法指导：对于原子能否形成π键可依据原子的价电子数确定，若达到稳定结构只差一个电子，如H、Cl，则只能形成σ键；若达到稳定结构差两个及两个以上电子，如O、N等，则既能形成σ键，又能形成π键，H2O中氧原子只形成σ键，而O2中既有σ键，又有π键。另外需要注意，分子中存在π键，则一定存在σ键，但若存在σ键，则不一定存在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
解析：σ键较稳定，不易断裂，而不是不能断裂。化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。
C
1．什么是σ键？σ键的特征是什么？
2．什么是π键？π键的特征是什么？
3．哪些共价键是σ键，哪些共价键是π键呢？
知识点三 共价键的特征及其存在
1．提示 形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”方式重叠，这种共价键叫σ键。σ键的特征是：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的形状不变，这种特征称为轴对称。
2．提示 形成共价键的未成对电子的原子轨道，采取“肩并肩”方式重叠，这种共价键叫π键。π键的特征是：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，这种特征称为镜面对称。
3．提示 一般规律是：共价单键是σ键；而共价双键中有一个σ键，另一个是π键；共价三键由一个σ键和两个π键组成。
下列说法中正确的是( )
A．乙烷分子中，既有σ键，又有π键
B．Cl2和N2的共价键类型相同
C．由分子构成的物质中一定含有σ键
D．HCl分子中含一个s－p
σ键
D
典例
3
3．下列说法正确的是( )
A．若把H2S写成H3S，则违背了共价键的饱和性
B．H3O＋的存在说明共价键不应有饱和性
C．所有共价键都有方向性
D．金属元素与非金属元素的原子间只形成离子键
解析：硫原子有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，形成的氢化物为H2S，A项正确；H2O只能结合1个H＋形成H3O＋，证明共价键有饱和性，B项错误；H2分子中氢原子的s轨道成键时，因为s轨道电子云呈球形，所以H2中的H—H键没有方向性，C项错误；AlCl3中含有共价键，D项错误。
A
核心素养·专家博客
鲍林的贡献
美国化学家鲍林(L.Pauling)一生获得过两次诺贝尔奖。他在关于化学键本质的研究及其在物质结构中的应用方面做出过重大贡献。鲍林把量子力学应用于分子结构的研究，把价键理论扩展到金属和金属间化合物，并发展了原子核结构和核裂变过程实质的理论；同时，他在生物化学研究如蛋白质结构研究方面也卓有建树。鲍林在研究量子化学和其他化学理论时，创造性地提出许多新概念如共价半径、金属半径、电负性标度等，这些概念的应用对现代化学、凝聚态物理的发展都有重大意义。
相距很远的两个氢原子相互逐渐接近，在这一过程中体系能量将( )
A．先变大后变小
B．先变小后变大
C．逐渐变小
D．逐渐增大
解析：当两个氢原子由很远的位置逐渐靠近时，原子间先是引力后是斥力，而引力先增大后减小；平衡位置为零；当原子间的距离小于平衡距离时，原子间为斥力，作用力慢慢增大，所以体系能量先变小后变大，故选B。
B第1课时
共价键的特征和类型
1．s－p
σ键与p－p
σ键的区别在于( B )
A．前者是电子云的重叠，后者没有电子云的重叠
B．前者有K层电子云成键，后者肯定无K层电子云成键
C．前者是电子云“头碰头”重叠，后者是电子云“肩并肩”重叠
D．前者是电子云“肩并肩”重叠，后者是电子云“头碰头”重叠
解析：凡是σ键，都是电子云“头碰头”的重叠。s－p
σ键是由s能级的电子云(“球形”)与p能级的电子云(“哑铃形”)以“头碰头”重叠而成键的。由于K层不存在p能级，故p－p
σ键不可能有K层电子云成键。
2．下列分子中，只有σ键没有π键的是( A )
A．CH4
B．N2
C．CH2===CH2
D．CH≡CH
解析：CH4中只有共价单键，只含σ键；N2中含三键，三键中一个σ键2个π键；CH2===CH2中含双键，双键中一个σ键一个π键；CH≡CH中含三键，三键中一个σ键2个π键，故选A。
3．关于乙醇分子的说法正确的是( C )
A．分子中共含有8个极性键
B．分子中不含非极性键
C．分子中只含σ键
D．分子中含有1个π键
解析：乙醇分子中共含7个极性键，一个非极性键，A错；分子中含1个碳碳单键，是非极性键，B错；分子中只含共价单键，只含σ键，C正确；分子中不含双键三键，所以不含π健，D错。
4．氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，性质与卤素相似，下列叙述正确的是( A )
A．分子中既有极性键，又有非极性键
B．分子中N≡C键的键长大于C—C键的键长
C．分子中含有2个σ键和4个π键
D．不和氢氧化钠溶液发生反应
解析：分子中N≡C键是极性键，C—C键是非极性键；成键原子半径越小，键长越短，N原子半径小于C原子半径，故N≡C键比C—C键的键长短；(CN)2分子中含有3个σ键和4个π键；由于与卤素性质相似，故可以和氢氧化钠溶液反应。
5．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( C )
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
解析：由题给条件所有原子均符合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，为一个σ键，一个π键，答案选C。
6．a、b、c、d为四种由短周期元素组成的中性粒子，它们都有14个电子，且b、c、d都是共价型分子。回答下列问题：
(1)a单质可由原子直接构成，a单质可用作半导体材料，其原子核外电子排布式为__1s22s22p63s23p2__。
(2)b是双核化合物，常温下为无色无味气体，b的化学式为__CO__。人一旦吸入b气体后，就易引起中毒，是因为__CO一旦被吸入肺里后，会与血液中的血红蛋白结合，使血红蛋白丧失输送氧气的能力__而中毒。
(3)c是双核单质，写出其电子式____。
(4)d是四核化合物，其结构式为__H—C≡C—H__；d分子内所含σ键的数目是__3__，π键的数目是__2__，σ键的强度比π键的强度__大__，原因是__形成σ键的原子轨道的重叠程度比π键的重叠程度大，形成的共价键强__。
解析：(1)a单质可由原子直接构成，a单质可用作半导体材料，因此是单质硅。硅的原子序数是14，所以其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2
(2)b是双核化合物，常温下为无色无味气体，则b是—氧化碳，化学式为CO。CO一旦被吸入肺里后，会与血液中的血红蛋白结合，使血红蛋白丧失输送氧气的能力，因此人一旦吸入b气体后，就易引起中毒。
(3)c是双核单质，因此c是氮气，其电子式为∶N??N∶。
(4)d是四核化合物，有14个电子，d是乙炔，其结构式为H—C≡C—H；乙炔分子内所含σ键的数目是3个，π键的数目是2个，由于形成σ键的原子轨道的重替程度比π键的重叠程度大，形成的共价键强，所以σ键的强度比π键的强度大。
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-第二章 分子结构与性质
本章概述·素养呈现
尽管形形色色、斑斓多彩的物质在外形上或功能上有所差异，却都是由110多种元素构成的。通过化学必修课程的学习，你已经了解到原子之间能够通过强烈的相互作用——化学键结合在一起。那么，为什么原子之间能够以不同类型的化学键互相结合？原子形成的分子为什么会有不同的立体构型？分子之间是否也存在某种相互作用？
物质是由原子、分子、离子等微粒构成的。微粒间的相互作用(化学键或分子间相互作用)理论是物质构成的基本理论。基于这些理论，人们才能深入探讨物质的微观结构和宏观性质之间的关系，从而进一步认识并制备出各种具有特定化学组成和结构的物质。
第一节 共价键
第1课时 共价键的特征和类型
激趣入题·情境呈现
通过化学必修课程的学习你已知道，氢气在氧气中和氯气中燃烧分别生成水(H2O)和氯化氢(HCl)，而且在这两种化合物的分子内部，原子间通过共用电子对形成了一种化学键——共价键。你是否产生过这样的疑问：氢原子为什么会与氧原子或氯原子结合形成稳定的分子？氢原子与氯原子结合成氯化氢分子时原子个数比为1∶1，而氢原子与氧原子结合成水分子时原子个数比却为2∶1，这又是为什么？为什么原子间可以通过共用电子对形成稳定的分子？共价键究竟是怎样形成的，其特征又是怎样的呢？
新知预习·自主探究
一、共价键
1．共价键
2．共价键表示方法
二、σ键与π键
1．σ键
(1)形成：两个原子的某能级上的原子轨道以__头碰头__的形式重叠时形成。
(2)特征：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键的电子云的图形__不变__，称为__轴对称__。
(3)σ键的类型：“__s－s__σ键”如H2，“s－pσ键”如HCl，“__p－p__σ键”如Cl2。
2．π键
(1)形成：两个原子的p能级上的原子轨道以__肩并肩__的形式重叠时所形成。
(2)特征：电子云由两块组成，分别位于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__，称为__镜面对称__。
(3)π键的类型：常见的：__p－p__π键。
3．σ键、π键的存在规律
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键组成。
预习自测·初试牛刀
1．思考辨析：
(1)非金属元素只能形成共价键。(×)
(2)所有共价键都有方向性和饱和性。(×)
(3)CS2分子里有一个σ键和一个π键。(×)
(4)两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键。(√)
2．下列不属于共价键成键因素的是( D )
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
解析：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，自旋状态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。
3．原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是( B )
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
解析：共价键的饱和性是一个原子中的一个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的共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的，这称共价键的饱和性，故选B。
4．下列元素之间难以形成共价键的是( A )
A．Na和Cl
B．C和H
C．N和N
D．S和O
解析：Na最外层只有一个电子易失去这一个电子形成Na＋离子，Cl最外层有七个电子，易得一个电子形成Cl－离子，Na和Cl之间形成离子键，故选A。
5．下列物质的分子中既有σ键又有π键的是( D )
①HCl ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．①②③
B．④⑤⑥
C．①③⑥
D．③⑤⑥
解析：①HCl中只有共价单键，则只有σ键；②H2O中只有共价单键，则只有σ键；③N2中的三键有一个σ键和2个π键；④H2O2中均为共价单键，只有σ键；⑤C2H4中含双键，双键中一个σ键和一个π键；⑥C2H2中含三键，三键中一个σ键和2个π键，则分子中既有σ键又有π键的是③⑤⑥，故选D。
6．下列关于σ键和π键的理解不正确的是( C )
A．σ键一般能单独形成，而π键一般不能单独形成
B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
C．CH3—CH3、CH2===CH2、CH≡CH中碳碳键的键能都相同
D．碳碳双键中有一个σ键，一个π键，碳碳叁键中有一个σ键，两个π键
解析：A项，由于原子轨道先按重叠程度大的“头碰头”方向进行重叠，故先形成σ键。后才能形成π键；B项，σ键为单键，可以绕键轴旋转，π键在双键、叁键中存在，不能绕键轴旋转；C项，键能：C≡C>C===C>C—C；D项，单键均为σ键，双键含1个σ键和1个π键，叁键含1个σ键和2个π键。
课堂探究·疑难解惑
知识点一 电子式知识回顾
┃┃问题探究__■
你能用电子式表示H2、HCl、CO2的形成过程吗？
┃┃探究提示__■
┃┃知识总结__■
1．定义
在元素符号周围用小黑点(·)或叉(×)表示原子或离子的最外层电子的式子叫做电子式。
2．原子的电子式
书写原子的电子式时，一般将原子的最外层电子写在元素符号的上、下、左、右四个位置上。例如：
3．离子的电子式
书写离子的电子式时，由于简单阳离子是原子失去最外层电子后形成的，故只写其元素符号，并在元素符号的右上角注明所带电荷数，如Na＋、Mg2＋等；由于简单阴离子得到电子后最外层一般为8电子结构，书写时要在元素符号周围标出电子，用“[ ]”括起来，并在右上角注明所带电荷数，如等；较复杂的阴、阳离子一般也要用“[ ]”，如。
4．用电子式表示共价化合物、离子化合物的形成过程。如：
①用“―→”连接，不用“===”。
②“―→”两端的物质均用电子式表示。
┃┃典例剖析__■
典例1
下列电子式中，正确的是( C )
解析：NH4Cl的正确电子式为；
NH4Br的正确电子式为；
CaCl2的正确电子式为。
┃┃变式训练__■
1．下列有关表述错误的是( C )
A．IBr的电子式为
B．HClO的结构式为H—O—Cl
C．HIO各原子都满足8电子结构
D．MgO的形成过程可以表示为·Mg·＋→
解析：I、Br最外层均有7个电子，通过共用一对电子即可达到8电子稳定结构，A正确；B中H、Cl、O三原子之间通过共用电子对形成次氯酸，其电子式为，结构式为H—O—Cl，B正确；HIO的结构与HClO类似，其中I、O两原子的最外层达到8电子稳定结构，H原子最外层只有2个电子，C不正确；D中MgO是离子化合物，正确。
知识点二 共价键的形成及分类
┃┃问题探究__■
1．观察下图，回答问题：
(1)一个乙烯、乙炔分子中分别有几个σ键和几个π键？
(2)σ键、π键原子轨道重叠方式和稳定性有何区别？
2．(1)H2O分子中两个氢原子和一个氧原子在一条直线上吗？为什么？
(2)哪些物质中含有共价键？
┃┃探究提示__■
1．(1)提示 一个乙烯分子含有5个σ键和1个π键；一个乙炔分子含有3个σ键和2个π键。
(2)提示 σ键“头碰头”重叠、π键沿键轴方向“肩并肩”重叠；σ键稳定，π键不稳定，化学性质活泼。
2．(1)提示 不在一条直线上，因为共价键具有方向性。
(2)提示 含有共价键的物质有共价化合物、非金属单质分子(稀有气体除外)、部分离子化合物等。
┃┃知识总结__■
1．σ键与π键的形成
(1)σ键的形成
形成
成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成
类型
s－sσ键
H—H的σ键的形成
s－pσ键
H—Cl的σ键的形成
p－pσ键
Cl—Cl的σ键的形成
特征
以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的形状不变，这种特征称为轴对称；σ键的强度较大
(2)π键的形成
形成
由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成
p－pπ键
p－p的π键的形成
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键稳定，较易断裂。
2．σ键π键的比较
键类型
σ键
π键
原子轨道重叠方式
沿键轴方向相对重叠(“头碰头”)
沿键轴方向平行重叠(“肩并肩”)
原子轨道重叠部位
两原子核之间，在键轴处
键轴上方和下方
原子轨道重叠程度
大
小
键的强度
较大
较小
化学活泼性
不活泼
活泼
成键规律判断
共价单键是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
特别提醒：(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)形成共价键的两种元素电负性差别较小，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，形成共价键。
(3)形成共价键时，成键的两个原子核都吸引共用电子对，使之处于平衡状态，体系总能量降低。
(4)π键电子云重叠程度比σ键小，因此π键没有σ键牢固，反应中比较活泼。
┃┃典例剖析__■
典例2
下列说法中不正确的是( C )
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1个σ键
C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．一个N2分子中有1个σ键，2个π键
解析：气体单质分子中，可能有σ键，如Cl2；可能有π键，如N2；也可能没有化学键，如稀有气体分子。
规律方法指导：对于原子能否形成π键可依据原子的价电子数确定，若达到稳定结构只差一个电子，如H、Cl，则只能形成σ键；若达到稳定结构差两个及两个以上电子，如O、N等，则既能形成σ键，又能形成π键，H2O中氧原子只形成σ键，而O2中既有σ键，又有π键。另外需要注意，分子中存在π键，则一定存在σ键，但若存在σ键，则不一定存在π键。
┃┃变式训练__■
2．关于σ键和π键的比较，下列说法不正确的是( C )
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
解析：σ键较稳定，不易断裂，而不是不能断裂。化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。
知识点三 共价键的特征及其存在
┃┃问题探究__■
1．什么是σ键？σ键的特征是什么？
2．什么是π键？π键的特征是什么？
3．哪些共价键是σ键，哪些共价键是π键呢？
┃┃探究提示__■
1．提示 形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”方式重叠，这种共价键叫σ键。σ键的特征是：以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的形状不变，这种特征称为轴对称。
2．提示 形成共价键的未成对电子的原子轨道，采取“肩并肩”方式重叠，这种共价键叫π键。π键的特征是：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，这种特征称为镜面对称。
3．提示 一般规律是：共价单键是σ键；而共价双键中有一个σ键，另一个是π键；共价三键由一个σ键和两个π键组成。
┃┃知识总结__■
1．共价键的特征
(1)饱和性。
①一个原子有几个未成对电子，便和几个自旋状态相反的电子配对成键，形成几个共价键。如H、Cl都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，即分子中只有一个共价键，而不能形成H3、HCl2、Cl3分子；一个N有3个未成对电子，两个N可以形成N≡N共价三键，一个N可与3个氢形成，含有3个共价键。
②共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成。
(2)方向性。
共价键形成时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，重叠程度越大，形成的共价键越牢固。同种分子(如HX)中成键原子电子云(原子轨道)重叠程度越大，形成的共价键越牢固，分子结构越稳定。如HX的稳定性：HF>HCl>HBr>HI。
共价键的方向性决定了分子的立体构型。
2．共价键的表示方法
(1)用电子式表示：用小黑点(或×)表示原子最外层电子。
(2)用结构式表示：用一条短线表示一对共用电子。如HClO的电子式为、结构式为H—O—Cl。
3．共价键的存在范围
(1)共价化合物：以共用电子对(形成共价键)形成分子的化合物称为共价化合物。共价化合物的组成粒子(原子)通过共价键结合成分子，因此共价化合物中一定存在共价键。如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。
(2)非金属单质分子中(稀有气体除外)，如O2、F2、H2、C60等。
(3)部分离子化合物中，如Na2SO4中的SO中存在共价键，NaOH中的OH－中存在共价键，NH4Cl中的NH中存在共价键，Na2O2中的O中存在共价键，等等。
┃┃典例剖析__■
典例3
下列说法中正确的是( D )
A．乙烷分子中，既有σ键，又有π键
B．Cl2和N2的共价键类型相同
C．由分子构成的物质中一定含有σ键
D．HCl分子中含一个s－p
σ键
解析：A中，乙烷分子的结构式为，只有σ键，无π键；B中，Cl2分子是p－p
σ键，N2分子中除有p－p
σ键外，还有p－p
π键；C中，某些单原子分子(如He、Ne等稀有气体)中不含化学键。
┃┃变式训练__■
3．下列说法正确的是( A )
A．若把H2S写成H3S，则违背了共价键的饱和性
B．H3O＋的存在说明共价键不应有饱和性
C．所有共价键都有方向性
D．金属元素与非金属元素的原子间只形成离子键
解析：硫原子有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，形成的氢化物为H2S，A项正确；H2O只能结合1个H＋形成H3O＋，证明共价键有饱和性，B项错误；H2分子中氢原子的s轨道成键时，因为s轨道电子云呈球形，所以H2中的H—H键没有方向性，C项错误；AlCl3中含有共价键，D项错误。
核心素养·专家博客
鲍林的贡献
美国化学家鲍林(L.Pauling)一生获得过两次诺贝尔奖。他在关于化学键本质的研究及其在物质结构中的应用方面做出过重大贡献。鲍林把量子力学应用于分子结构的研究，把价键理论扩展到金属和金属间化合物，并发展了原子核结构和核裂变过程实质的理论；同时，他在生物化学研究如蛋白质结构研究方面也卓有建树。鲍林在研究量子化学和其他化学理论时，创造性地提出许多新概念如共价半径、金属半径、电负性标度等，这些概念的应用对现代化学、凝聚态物理的发展都有重大意义。
┃┃即时训练__■
相距很远的两个氢原子相互逐渐接近，在这一过程中体系能量将( B )
A．先变大后变小
B．先变小后变大
C．逐渐变小
D．逐渐增大
解析：当两个氢原子由很远的位置逐渐靠近时，原子间先是引力后是斥力，而引力先增大后减小；平衡位置为零；当原子间的距离小于平衡距离时，原子间为斥力，作用力慢慢增大，所以体系能量先变小后变大，故选B。
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-第1课时
共价键的特征和类型
A 级·基础巩固练
一、选择题
1．具有下列电子排布式的原子中，不能形成π键的是( C )
A．1s22s22p63s23p4
B．1s22s22p3
C．1s22s22p63s1
D．1s22s22p2
解析：根据电子排布式可知四种原子分别是S、N、Na、C，其中Na是活泼金属，在化学反应中易失去一个电子，形成的是离子键，而π键是共价键中的一种，S、N、C均能形成π键，答案选C。
2．当H原子和F原子沿z轴结合成HF分子时，F原子和H原子中对称性不一致的轨道是( C )
A．1s
B．2s
C．2px
D．2pz
解析：H与F沿z轴成键而结合成分子，说明成键轨道沿z轴重叠，故氢原子的1s轨道与氟原子的2pz轨道的对称性一致，与px不一致，而s轨道是球形的，一定是对称的。
3．下列关于σ键与π键的说法正确的是( A )
A．σ键是以“头碰头”方式形成的共价键，π键是以“肩并肩”方式形成的共价键
B．描述的是π键的形成过程
C．原子轨道以“头碰头”方式相互重叠比以“肩并肩”方式相互重叠的程度小，所以σ键比π键活泼
D．可以表示N2分子中σ键和π键存在的情况
解析：共价键的分类依据有多种，不同的分类依据可以得到不同的分类结果，从电子云的相互重叠方式来看，如果两个原子的成键轨道沿键轴方向以“头碰头”方式相互重叠，这样形成的共价键为σ键，如果两个原子的成键轨道以“肩并肩”方式相互重叠，这样形成的共价键称为π键，A项正确；B项中描述的是“头碰头”方式的相互重叠，所以形成的是σ键，B项错误；σ键的相互重叠程度大于π键，所以σ键更稳定，C项错误；考虑到σ键和π键的相互重叠方式，中间位置形成的是σ键，其他位置形成的是π键，D项错误。
4．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( D )
A．H2
B．Cl2
C．NaH
D．HF
解析：H2中的σ键由两个原子的1s轨道以“头碰头”方式重叠构建而成，A错误；Cl2中的σ键由两个原子的3p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成，B错误；NaH为离子化合物，不存在共价键，C错误；HF中的σ键由氢原子的1s轨道和氟原子的2p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成，D正确。
5．下列有关σ键和π键的说法错误的是( A )
A．在某些分子中，化学键可能只有π键而没有σ键
B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键
C．σ键的特征是轴对称，π键的特征是镜面对称
D．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者
解析：共价键中一定含σ键，A错误；原子形成分子时，优先“头碰头”重叠，则先形成σ键，可能形成π键，B正确；σ键是“头碰头”重叠形成，可沿键轴自由旋转，为轴对称；而π键是由两个p轨道“肩并肩”重叠形成，重叠程度小，为镜面对称，C正确；π键不稳定，易断裂，则含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者，D正确。
6．下列说法正确的是( D )
A．σ键强度小，容易断裂，而π键强度较大，不易断裂
B．所有共价键都具有方向性
C．含有共价键的化合物一定是共价化合物
D．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键
解析：形成σ键的原子轨道的重叠程度比π键大，形成的共价键强，不易断裂，A项错误；s轨道与s轨道重叠形成的共价键无方向性，B项错误；氢氧化钠是离子化合物，含有氢氧共价键，C项错误；两个原子之间形成共价键时，单键为σ键，双键或三键中只有一个σ键，D项正确。
7．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( D )
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．共价键的方向性是由成键原子的轨道的方向性决定的
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
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键越稳定，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，故B项正确、D项错误。
8．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( B )
A．X与Y
B．X与W
C．Y与Z
D．Y与W
解析：一般来说，电负性小于1.8的为金属，且电负性越小，金属性越强；电负性大于1.8的为非金属，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。
9．下列表示原子间形成共价键的化学用语正确的是( D )
解析：H2O2、HF都为共价化合物，其正确的电子式应不带“[]”，无阴、阳离子。NH3为共价化合物，结构式中未共用的孤电子对不写在元素符号的周围。
10．下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是( A )
A．CH4与NH3
B．C2H6与C2H4
C．H2与Cl2
D．Cl2与N2
解析：A项中全是s－pσ键；而B项中C2H6只存在σ键，而C2H4存在σ键和π键；C项中H2为s－sσ键，Cl2为p－pσ键；D项中Cl2中只存在σ键，而N2中存在σ键和π键。
二、非选择题
11．某有机物的结构式为
则分子中有__7__个σ键，__3__个π键。
解析：分子中5个共价单键是σ键，双键中有1个σ键和1个π键，三键中有1个σ键，另2个是π键，故σ键总数是7，π键总数是3。
12．A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们的核电荷数依次递增，已知：B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，电子总数是E原子电子总数的1/2，F是同周期元素中原子半径最小的元素：D2－与E2＋的电子层结构相同。B与D可以形成三原子化合物甲；A是非金属元素，且A、C、F可形成离子化合物乙。请回答：
(1)F元素的名称是__氯__，E的元素符号是__Mg__。
(2)写出化合物乙的电子式____。
(3)化合物甲中含有__2__个σ键，__2__个π键。
(4)B、C、D三种元素组成的气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序是__H2O＞NH3＞CH4__。
解析：由B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，知B为碳元素；由B的电子总数是E电子总数的1/2，知E是12号元素Mg；A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们核电荷数依次递增，则F必是第三周期元素，F是同周期元素中原子半径最小的元素，则F为氯元素；D2－与E2＋的电子层结构相同，则D为O元素，C是介于碳和氧之间的元素，即为氮元素；A是非金属元素且A、C、F可形成离子化合物乙，则A为H元素，乙为NH4Cl；B与D可以形成三原子化合物甲，甲为CO2，其结构式为O===C===O，一个双键中有一个σ键，1个π键。
13．有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。
(1)只含有极性键的是__①③⑨__；只含有非极性键的是__②④⑦__；既有极性键又有非极性键的是__⑤⑥⑧__。
(2)只有σ键的是__①②③⑥⑦⑧__；既有σ键又有π键的是__④⑤⑨__。
(3)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是__⑦__。
(4)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__①③⑤⑥⑧⑨__。
(5)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__②④⑤⑥⑧⑨__。
解析：(1)由同一种非金属元素形成的共价键是非极性共价键，由不同种非金属元素形成的共价键是极性键，故只含有极性键的是①、③、⑨；只含有非极性键的是②、④、⑦；既有极性键又有非极性键的是⑤、⑥、⑧。
(2)σ键是“头碰头”的方式形成的，而π键是以“肩并肩”的方式形成的，即单键都是σ键，而双键或三键才含有π键，故只有σ键的是①、②、③、⑥、⑦、⑧；既有σ键又有π键的是④、⑤、⑨。
(3)构成H2的H原子只有s轨道，故含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的只能是H2。
(4)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，说明σ共价键中一定含有H原子，故正确答案为①、③、⑤、⑥、⑧、⑨。
(5)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键的原子中没有H原子，故正确答案为②、④、⑤、⑥、⑧、⑨。
B 级·能力提升练
一、选择题
1．化合物X是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式为，下列说法中正确的是( D )
A．X分子中只有极性键没有非极性键
B．X分子中的共用电子对数为11
C．1
mol
X分子中所含的σ键数目为10NA
D．X是共价化合物
解析：A项，N—N键是非极性键，A项不正确；X分子中存在12个共用电子对、11个σ键，B、C项均不正确；X分子中只有共价键，故X是共价化合物，D项正确。
2．下列化学式及结构式中的成键情况，不合理的是( D )
解析：该分子中每个氢原子能形成一个共价键，氮原子形成3个共价键，碳原子形成4个共价键，每个原子都达到稳定结构，A合理；B．该分子中碳形成4个共价键，氢形成一个共价键，氧和硒形成2个共价键，每个原子达稳定结构，B合理；C．该分子中碳形成4个共价键，氢形成一个共价键，硫形成2个共价键，每个原子达稳定结构，C合理；D．该分子中碳和硅形成三个键，不合理，选D。
3．下列有关化学键类型的判断正确的是( D )
A．全部由非金属元素组成的化合物中肯定不存在离子键
B．所有物质中都存在化学键
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C—H键和C—C键都为σ键，不存在π键
解析：NH4Cl全部是由非金属元素组成，却存在离子键，A项不正确；稀有气体原子本身达到稳定结构，不存在化学键，B项不正确；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项不正确；单键都为σ键，乙烷分子结构式为，其C—H键和C—C键都为σ键，D项正确。
4．下列有关化学键类型的判断不正确的是( C )
A．s－s
σ键与s－p
σ键的对称性不同
B．分子中含有共价键，则至少含有一个σ键
C．物质中有π键不一定有σ键，有σ键一定有π键
D．N2分子中存在1个σ键，2个π键
解析：s－s
σ键无方向性，s－p
σ键轴对称，A项对；在含有共价键的分子中一定有σ键，可能有π键，如HCl、N2等，B项对；物质中有π键一定有σ键，有σ键不一定有π键，C项错。
5.下图表示氢原子的电子云重叠示意图。以下各种说法中错误的是( C )
A．图中电子云重叠意味电子在核间出现的机会多
B．氢原子的核外的s电子云重叠形成共价键
C．氢原子的核外电子呈云雾状，在两核间分布的密一些，将两核吸引
D．氢原子之间形成σ键，s－sσ键没有方向性
解析：电子云是对核外电子运动状态的一种形象描述，并不是指电子呈云雾状，图中“小黑点”的疏密只表示电子出现概率的大小。
6．下列用电子式表示物质的形成过程正确的是( D )
解析：A项中HCl是共价化合物，电子式为；B项中NaBr为离子化合物，电子式为；C项中MgF2的电子式为；D项正确。
7．防晒霜之所以能有效地减轻紫外线对人体的伤害，是因为它所含的有效成分的分子中含有π键，这些有效成分的分子中的π电子可在吸收紫外线后被激发，从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。下列物质中没有防晒效果的是( D )
A．氨基苯甲酸
B．羟基丙酮
C．肉桂酸(C6H5—CH===CH—COOH)
D．酒精
解析：π键只存在于不饱和键中，选项A、B、C中均含有C===O，有π键，而D项中不含有π键，因而酒精没有防晒效果，故选D项。
二、非选择题
8．分析下列化学式中画有横线的元素，选出符合要求的物质填空。
A．__N__H3 B．H2__O__ C．H__Cl__ D．__C__H4 E．__C__2H6 F．__N__2
(1)所有的价电子都参与形成共价键的是__D、E__；
(2)只有一个价电子参与形成共价键的是__C__；
(3)最外层有未参与成键的电子对的是__A、B、C、F__；
(4)既有σ键又有π键的是__F__。
解析：NH3中N与3个H形成3个σ键，还有一对未成键电子；H2O中O与2个H形成2个σ键，还有两对未成键电子；HCl中Cl与1个H形成1个σ键，还有三对未成键电子；CH4中C与4个H形成4个σ键，所有价电子都参与成键；C2H6中C分别与3个H及另1个C形成4个σ键，所有电子都参与成键；N2中N与另1个N形成1个σ键，2个π键，还有一对未成键电子。
9．(1)指出下图所表示的共价键名称，并列举含有该共价键的一种物质，写出其分子式。
共价键名称 举例
①__s－sσ键__，__H2__;_
②__s－pσ键__，__HCl__；③__p－pσ键__，__Cl2__;_
④__pz－pzπ键__，__N2__；⑤__py－pyπ键__，__N2__。
(2)某有机物分子的结构简式为，该分子中有__8__个σ键，__2__个π键，有__4__种极性键，__有__(填“有”或“没有”)非极性键。
(3)用电子式表示Cl2、NH3、H2S、CO2分子的形成过程。
解析：(2)有3个C—Hσ键、2个C—Cσ键、2个C—Oσ键、1个O—Hσ键、C===C和C===O中分别有1个π键；有C—H、C===O、C—O、O—H
4种极性键，还有C===C、C—C非极性键。
10．有三种物质AC2、B2C2、AD4，元素A在自然界中形成的化合物种类最多；元素B的单质能在C的气态单质中剧烈燃烧，火焰呈黄色，并生成淡黄色固体B2C2；元素D的负一价阴离子的电子层结构与氩原子相同，则：
(1)A、B、C、D的元素名称分别是__碳__、__钠__、__氧__、__氯__。
(2)AD4分子中含有的共价键类型为__σ键__(填“σ键”或“π键”)。
(3)D的负一价阴离子的电子排布式为__1s22s22p63s23p6__，B2C2的电子式为____，属__离子化合物__(填“离子化合物”或“共价化合物”)。
解析：A在自然界中形成的化合物种类最多，是碳元素；淡黄色固体B2C2是Na2O2，即B为Na，C为氧；元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同，D为Cl。
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-(共37张PPT)
第二章
分子结构与性质
第一节 共价键
第2课时 共价键的键参数与等电子体
激趣入题·情境呈现
在研究分子结构时发现，CO分子与N2分子结构非常相似，它们的分子中价电子总数都是10，键能都较大，物理性质也非常相似，你知道为什么吗？
新知预习·自主探究
一、键参数——键能、键长与键角
1．概念和特点：
气态基态
释放
稳定
核间距
越大
稳定
共价键
方向性
立体结构
2．对物质性质的影响；
二、等电子体
1．等电子原理：____________相同、______________相同的分子具有相似的______________，它们的许多性质是相近的。
2．等电子体：满足等电子原理的分子称为等电子体。如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，它们的许多性质相似。
原子总数
价电子总数
化学键特征
预习自测·初试牛刀
1．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
解析：键能可看做是断开共价键所需的能量，键能越大，断开键时所需的能量越多，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，故选B。
B
2．从键长的角度来判断下列共价键中最稳定的是( )
A．H—F
B．N—H
C．C—H
D．S—H
解析：H—F、H—N、C—H、S—H，它们都是与氢原子形成的共价键，所以只需要判断其他原子的半径大小，电子层越多半径越大，电子层数相同的原子，原子序数越大半径越小，所以4种原子中F的半径最小，H—F核间距最小，共价键最稳定，故选A。
A
3．N—H键键能的含义是( )
A．由N和H形成1
mol
NH3所放出的能量
B．把1
mol
NH3中的共价键全部拆开所吸收的热量
C．拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的热量
D．形成1个N—H键所放出的热量
解析：N—H键的键能是指形成1
mol
N—H键放出的能量或拆开1
mol
N—H键所吸收的能量，不是指形成1个N—H键释放的能量；1
mol
NH3中含3
mol
N—H键，拆开1
mol
NH3或形成1
mol
NH3吸收或放出的能量是1
mol
N—H键键能的3倍，故选C。
C
4．下列说法中能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面的是( )
A．任意两个B—F键间的夹角相等
B．3个B—F键键能相等
C．3个B—F键键长相等
D．任意两个B—F键间的夹角为120°
解析：键参数中，键能和键长是用于判断共价键稳定性的依据，而键角是判断分子立体构型的依据。3个B—F键间的夹角均为120°时，正好构成一个以B原子为中心的平面结构，因此4个原子共平面。
D
解析：A、B、C三项为等电子体。四个选项均为5个原子构成的微粒，其中A、B、C三项的价电子总数均为32个，而D项只有8个，故D项不符合。本题考查等电子体的概念，解答时把握两点；①原子数相同，②价电子总数相等。
D
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
解析：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。
A
课堂探究·疑难解惑
1．什么是键能？通常为正值还是负值？键能越大，化学键越稳定吗？
2．什么是键长？键长越长，物质越稳定吗？
3．什么是键角？CO2和H2O的键角分别是多少？分子的立体构型是什么形状？
知识点一 键参数及其应用
1．提示 键能是气态基态原子形成1
mol化学键释放的最低能量。通常为正值。键能越大，即形成化学键时放出的能量越多，意味着这个化学键越稳定，越不容易被破坏。
2．提示 键长是衡量共价键稳定性的另一个参数，是形成共价键的两个原子之间的核间距。键长越短，往往键能越大，共价键越稳定。
3．提示 在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角称为键角。CO2、H2O的键角分别是180°、104.5°；CO2是直线形分子，水是V形分子。
1．键参数与分子性质的关系
分子的键参数与分子的立体构型和分子性质之间的关系可以表示如下：
(1)共价键强弱的判断
①由原子半径和共用电子对数判断。
一般来说，形成共价键的两原子半径之和越小，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。
如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同(1对)，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，故共价键牢固程度H—F>H—Cl>H—Br>H—I，因此，稳定性HF>HCl>HBr>HI。
②由键能判断。
共价键的键能越大，表示破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。
③由键长判断。
共价键键长越短，破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。
2．共价键的键能与化学反应热
(1)化学反应的实质：
化学反应的实质就是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。
(2)化学反应过程有能量变化：
(3)反应热(ΔH)与键能的关系：
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和
注意：ΔH<0时，为放热反应；ΔH>0时，为吸热反应。
关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是( )
A．键角是描述分子立体结构的重要参数
B．键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关
C．键能越大，键长越长，共价化合物越稳定
D．键角的大小与键长、键能的大小无关
C
典例
1
解析：键长和键角常被用来描述分子的空间结构，键角是描述分子立体结构的重要参数，A正确；形成共价键的两原子半径之和越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，键长越短，B正确；键能越大，键长越短，共价化合物越稳定，C错误；在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角称为键角，其与分子结构有关，与键长、键能无关，D正确。
规律方法指导：(1)键长越短，键能越大，共价键越稳定，共价分子的性质也就越稳定。(2)键长和键角决定分子的立体构型。
1．下列说法中正确的是( )
A．分子中键能越大，表示分子拥有的能量越高，共价键越难断裂
B．分子中键长越长，表示成键原子轨道重叠越大，键越牢固
C．化学键形成的过程是一个吸收能量的过程
D．化学键形成的过程是一个放出能量的过程
解析：键能越大，表示破坏该键需要的能量越大，并不是分子拥有的能量；键长越长，表示成键的两原子的核间距越长，分子越不稳定；化学键的形成是原子由高能量状态向稳定状态(低能量)转变的过程，所以是一个放热过程。
D
1．CO和N2为什么在许多性质上具有相似性？符合什么原理？
2．什么是等电子体？
知识点二 等电子原理及其应用
1．提示 CO和N2具有相等的原子总数、价电子总数，导致它们具有相似的化学结构。符合等电子原理。
2．提示 满足等电子原理的分子称为等电子体。
1．原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。此原理称为等电子原理。满足等电子原理的分子互称为等电子体。
提示：①等电子体的价电子总数相同，而组成原子的核外电子总数不一定相同。
②等电子体原理可以拓展到原子数相同，价电子总数相同的微粒，例如N2与CN－互为等电子体。
2．CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，是等电子体，其性质对比如下：
CO分子和N2分子的某些性质
3.常见等电子体
N2
典例
2
CO
CO2
N2O
SO2
O3
N2O4
第四周期ⅦB族
1
2
核心素养·专家博客
键参数的测定
运用衍射谱、光谱等近代物理方法能够测定分子和晶体中原子间的距离、立体构型以及分子中化学键的强度等。一般而言，借助于数学和量子力学方法，可将衍射谱或光谱信息通过简单的计算转换为键参数。例如，利用转动光谱，可以测定异核双原子分子的键长；从双原子分子的振动光谱中，能够分析化学键的相对强度(键能)；利用X射线衍射、电子衍射和中子衍射方法，能够测定晶体中各原子间的相对位置。
能够用键能的大小作为主要依据来解释的是( )
A．常温常压下氯气呈气态，而溴单质呈液态
B．硝酸是挥发性酸，而硫酸、磷酸是不挥发性酸
C．稀有气体一般难发生化学反应
D．空气中氮气的化学性质比氧气稳定
D
解析：共价分子构成物质的状态取决于分子间作用力的大小，与分子内共价键的键能无关；物质的挥发性与分子内键能的大小无关；稀有气体是单原子分子，无化学键，难发生化学反应的原因是它们的价电子已形成稳定结构；氮气比氧气稳定，是由于N2分子中共价键的键能(946
kJ·mol－1)比O2分子中共价键的键能(497.3
kJ·mol－1)大，在化学反应中更难断裂。第2课时
共价键的键参数与等电子体
1．由短周期元素原子构成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，立体结构相似的是( A )
A．SO2与O3
B．CO2与NO2
C．CS2与NO2
D．PCl3与BF3
解析：各项中原子数均相同，最外层电子数之和分别为A项，18和18；B项，16和17；C项，16和17；D项，26和24。
2．下列分子中，最难分裂成原子的是( A )
A．HF
B．HCl
C．HBr
D．HI
解析：一般来说，原子半径越小，其原子形成的共价键越短，键能越大，就越难断键。原子半径：F
E(H—Cl)>E(H—Br)>E(H—I)，即HF最难分裂成氟原子和氢原子。
3．已知1
mol气态基态氢原子完全结合形成氢气时，释放出的能量为218
kJ·mol－1，下列说法中正确的是( B )
A．H—H键的键能为218
kJ·mol－1
B．H—H键的键能为436
kJ·mol－1
C．1
mol气态氢原子的能量低于0.5
mol
H2的能量
D．使1
mol
H2完全分解至少需要218
kJ的能量
解析：键能是指气态基态原子形成1
mol化学键时释放出的热量，1
mol氢原子只能形成0.5
mol
H—H键，故A、D两项不正确，B正确；由能量守恒原理及键能定义知C不正确。
4．下列能够用“键能”解释的是( A )
A．N2参加反应时，多数需要“高温、高压、催化剂”等苛刻的条件
B．稀有气体一般很难与其他物质发生化学反应
C．碘单质的熔、沸点比溴单质高
D．H2O的沸点比H2S的沸点高
5．下列说法中正确的是( A )
A．分子中键能越大，键长越短，则分子越稳定
B．只有非金属原子之间才能形成共价键
C．水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°
D．H—O键键能为462.8
kJ·mol－1，即18
g水分解生成H2和O2时，放出能量为(2×462.8)kJ
解析：分子中键能越大，键长越短，分子越稳定，所以A项正确；B项中有些不活泼金属形成的化学键可能是共价键；C项中水分子的两个O—H键的键角小于180°；H—O键的键能是破坏1
mol
H—O键所吸收的能量，在一个H2O分子中有两个H—O键，故应吸收能量2×462.8
kJ。而当H、O形成H2和O2，在成键时需放出能量，故应根据公式“ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能”计算，D项错误。
6．已知H—H键的键能为436
kJ·mol－1，N—H键的键能为391
kJ·mol－1，根据热化学方程式：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4
kJ·mol－1，则N≡N键的键能是__946__kJ·mol－1。
解析：化学反应的本质是反应物分子中旧键断裂(吸收能量)，生成物分子中新键形成(放出能量)，反应热等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和。设N≡N的键能为E(N≡N)，则有1
mol·E(N≡N)＋3
mol×436
kJ·mol－1－2
mol×3×391
kJ·
mol－1＝－92.4
kJ·
mol－1×1
mol解得E(N≡N)≈946
kJ·mol－1。
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1
-第2课时 共价键的键参数与等电子体
激趣入题·情境呈现
在研究分子结构时发现，CO分子与N2分子结构非常相似，它们的分子中价电子总数都是10，键能都较大，物理性质也非常相似，你知道为什么吗？
新知预习·自主探究
一、键参数——键能、键长与键角
1．概念和特点：
概念
特点
键能
__气态基态__原子形成1
mol化学键__释放__的最低能量
键能越大，键越__稳定__
键长
形成共价键的两个原子之间的__核间距__
键长越短，键能__越大__，键越__稳定__
键角
分子内两个__共价键__之间的夹角
表明共价键有__方向性__，决定分子的__立体结构__
2．对物质性质的影响；
二、等电子体
1．等电子原理：__原子总数__相同、__价电子总数__相同的分子具有相似的__化学键特征__，它们的许多性质是相近的。
2．等电子体：满足等电子原理的分子称为等电子体。如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，它们的许多性质相似。
预习自测·初试牛刀
1．反映共价键强弱的物理量是( B )
A．键能
B．键能、键长
C．键能、键长、键角
D．键长、键角
解析：键能可看做是断开共价键所需的能量，键能越大，断开键时所需的能量越多，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，故选B。
2．从键长的角度来判断下列共价键中最稳定的是( A )
A．H—F
B．N—H
C．C—H
D．S—H
解析：H—F、H—N、C—H、S—H，它们都是与氢原子形成的共价键，所以只需要判断其他原子的半径大小，电子层越多半径越大，电子层数相同的原子，原子序数越大半径越小，所以4种原子中F的半径最小，H—F核间距最小，共价键最稳定，故选A。
3．N—H键键能的含义是( C )
A．由N和H形成1
mol
NH3所放出的能量
B．把1
mol
NH3中的共价键全部拆开所吸收的热量
C．拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的热量
D．形成1个N—H键所放出的热量
解析：N—H键的键能是指形成1
mol
N—H键放出的能量或拆开1
mol
N—H键所吸收的能量，不是指形成1个N—H键释放的能量；1
mol
NH3中含3
mol
N—H键，拆开1
mol
NH3或形成1
mol
NH3吸收或放出的能量是1
mol
N—H键键能的3倍，故选C。
4．下列说法中能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面的是( D )
A．任意两个B—F键间的夹角相等
B．3个B—F键键能相等
C．3个B—F键键长相等
D．任意两个B—F键间的夹角为120°
解析：键参数中，键能和键长是用于判断共价键稳定性的依据，而键角是判断分子立体构型的依据。3个B—F键间的夹角均为120°时，正好构成一个以B原子为中心的平面结构，因此4个原子共平面。
5．根据等电子原理，下列分子或离子与其他选项不属于同一类的是( D )
A．PF
B．SiO
C．SO
D．SiH4
解析：A、B、C三项为等电子体。四个选项均为5个原子构成的微粒，其中A、B、C三项的价电子总数均为32个，而D项只有8个，故D项不符合。本题考查等电子体的概念，解答时把握两点；①原子数相同，②价电子总数相等。
6．下列说法不正确的是( A )
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
解析：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。
课堂探究·疑难解惑
知识点一 键参数及其应用
┃┃问题探究__■
1．什么是键能？通常为正值还是负值？键能越大，化学键越稳定吗？
2．什么是键长？键长越长，物质越稳定吗？
3．什么是键角？CO2和H2O的键角分别是多少？分子的立体构型是什么形状？
┃┃探究提示__■
1．提示 键能是气态基态原子形成1
mol化学键释放的最低能量。通常为正值。键能越大，即形成化学键时放出的能量越多，意味着这个化学键越稳定，越不容易被破坏。
2．提示 键长是衡量共价键稳定性的另一个参数，是形成共价键的两个原子之间的核间距。键长越短，往往键能越大，共价键越稳定。
3．提示 在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角称为键角。CO2、H2O的键角分别是180°、104.5°；CO2是直线形分子，水是V形分子。
┃┃知识总结__■
1．键参数与分子性质的关系
分子的键参数与分子的立体构型和分子性质之间的关系可以表示如下：
(1)共价键强弱的判断
①由原子半径和共用电子对数判断。
一般来说，形成共价键的两原子半径之和越小，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。
如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同(1对)，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，故共价键牢固程度H—F>H—Cl>H—Br>H—I，因此，稳定性HF>HCl>HBr>HI。
②由键能判断。
共价键的键能越大，表示破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。
③由键长判断。
共价键键长越短，破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。
(2)键长和键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的几何构型就确定了。如NH3分子的H—N—H键角是107°，N—H键的键长是101
pm，就可以断定NH3分子是三角锥形分子。如图：
2．共价键的键能与化学反应热
(1)化学反应的实质：
化学反应的实质就是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。
(2)化学反应过程有能量变化：
(3)反应热(ΔH)与键能的关系：
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和
注意：ΔH<0时，为放热反应；ΔH>0时，为吸热反应。
┃┃典例剖析__■
典例1
关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是( C )
A．键角是描述分子立体结构的重要参数
B．键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关
C．键能越大，键长越长，共价化合物越稳定
D．键角的大小与键长、键能的大小无关
解析：键长和键角常被用来描述分子的空间结构，键角是描述分子立体结构的重要参数，A正确；形成共价键的两原子半径之和越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，键长越短，B正确；键能越大，键长越短，共价化合物越稳定，C错误；在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角称为键角，其与分子结构有关，与键长、键能无关，D正确。
规律方法指导：(1)键长越短，键能越大，共价键越稳定，共价分子的性质也就越稳定。(2)键长和键角决定分子的立体构型。
┃┃变式训练__■
1．下列说法中正确的是( D )
A．分子中键能越大，表示分子拥有的能量越高，共价键越难断裂
B．分子中键长越长，表示成键原子轨道重叠越大，键越牢固
C．化学键形成的过程是一个吸收能量的过程
D．化学键形成的过程是一个放出能量的过程
解析：键能越大，表示破坏该键需要的能量越大，并不是分子拥有的能量；键长越长，表示成键的两原子的核间距越长，分子越不稳定；化学键的形成是原子由高能量状态向稳定状态(低能量)转变的过程，所以是一个放热过程。
知识点二 等电子原理及其应用
┃┃问题探究__■
1．CO和N2为什么在许多性质上具有相似性？符合什么原理？
2．什么是等电子体？
┃┃探究提示__■
1．提示 CO和N2具有相等的原子总数、价电子总数，导致它们具有相似的化学结构。符合等电子原理。
2．提示 满足等电子原理的分子称为等电子体。
┃┃知识总结__■
1．原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。此原理称为等电子原理。满足等电子原理的分子互称为等电子体。
提示：①等电子体的价电子总数相同，而组成原子的核外电子总数不一定相同。
②等电子体原理可以拓展到原子数相同，价电子总数相同的微粒，例如N2与CN－互为等电子体。
2．CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，是等电子体，其性质对比如下：
CO分子和N2分子的某些性质
分子
熔点/℃
沸点/℃
在水中的溶解度(室温)
分子的价电子总数
CO
－205.05
－191.49
2.3
mL
1
075
10
N2
－210.00
－195.81
1.6
mL
946
10
3.常见等电子体
类型
实例
空间构型
双原子10价电子的等电子体
N2，CO，NO＋，C，CN－
直线形
三原子16价电子的等电子体
CO2，CS2，N2O，NCO－，NO，N，NCS－，BeCl2(g)
直线形
三原子18价电子的等电子体
NO，O3，SO2
V形
四原子24价电子的等电子体
NO，CO，BO，CS，BF3，SO3(g)
平面三角形
五原子32价电子的等电子体
SiF4，CCl4，BF，SO，PO
四个σ键，正四面体形
七原子48价电子的等电子体
SF6，PF，SiF，AlF
六个σ键，正八面体形
4.等电子原理的应用
(1)判断一些简单分子或离子的空间构型。
(2)利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。
(3)利用等电子原理针对某物质找等电子体。
┃┃典例剖析__■
典例2
1919年，美国物理化学家朗缪尔提出等电子原理：原子总数相同、价电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。
(1)根据上述原理，仅由第二周期元素的原子构成的共价分子中，互为等电子体的是__N2__和__CO__；__CO2__和__N2O__。
(2)此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素原子构成的粒子，只要其原子总数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有__SO2__、__O3__。
解析：(1)仅由第二周期元素原子构成的共价分子中，N2与CO均有10个价电子，CO2与N2O均有16个价电子。(2)依题意，只要原子总数相同，各原子最外层电子数之和也相同，可互称等电子体，NO为三原子，价电子总数为5＋6×2＋1＝18，SO2、O3也为三原子，价电子总数为6×3＝18。
规律方法指导：等电子体的换算方法(1)将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n＝1,2等)的原子，如N2与CO、N和CNO－互为等电子体。(2)将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N2O和N互为等电子体。(3)同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中的元素原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。
┃┃变式训练__■
2．等电子原理是指两个或两个以上的分子(或离子)，它们的原子数相同，分子(或离子)中价电子数也相同，等电子体具有相似的电子结构、几何构型和性质。
(1)C2O和__N2O4__是等电子体，C2O具有较强的还原性，它能使酸性KMnO4溶液褪色，Mn在元素周期表中的位置是__第四周期ⅦB族__，外围电子排布图为____。
(2)二原子14价电子的等电子体共同特点是物质中都具有共价三键，请举出相应的3个例子__N2、CO、C、CN－(任选3个)__(分子或离子)。每个分子或离子中含__1__个σ键，__2__个π键。
解析：(1)氮原子比碳原子多一个电子，故N2O4与C2O互为等电子体。(2)一个三键中有一个σ键和两个π键。
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键参数的测定
运用衍射谱、光谱等近代物理方法能够测定分子和晶体中原子间的距离、立体构型以及分子中化学键的强度等。一般而言，借助于数学和量子力学方法，可将衍射谱或光谱信息通过简单的计算转换为键参数。例如，利用转动光谱，可以测定异核双原子分子的键长；从双原子分子的振动光谱中，能够分析化学键的相对强度(键能)；利用X射线衍射、电子衍射和中子衍射方法，能够测定晶体中各原子间的相对位置。
┃┃即时训练__■
能够用键能的大小作为主要依据来解释的是( D )
A．常温常压下氯气呈气态，而溴单质呈液态
B．硝酸是挥发性酸，而硫酸、磷酸是不挥发性酸
C．稀有气体一般难发生化学反应
D．空气中氮气的化学性质比氧气稳定
解析：共价分子构成物质的状态取决于分子间作用力的大小，与分子内共价键的键能无关；物质的挥发性与分子内键能的大小无关；稀有气体是单原子分子，无化学键，难发生化学反应的原因是它们的价电子已形成稳定结构；氮气比氧气稳定，是由于N2分子中共价键的键能(946
kJ·mol－1)比O2分子中共价键的键能(497.3
kJ·mol－1)大，在化学反应中更难断裂。
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-第2课时
共价键的键参数与等电子体
A 级·基础巩固练
一、选择题
1．下列说法正确的是( B )
A．键角决定了分子的结构
B．共价键的键能越大，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定
C．CH4、CCl4中键长相等，键角不同
D．C===C键的键能是C—C键的键能的两倍
解析：分子结构是由键角和键长共同决定的，A项错误；CH4、CCl4分子均为正四面体形，它们的键角相同，键长不等，C错误；C===C中的双键由一个σ键和一个π键构成，通常而言σ键键能大于π键键能，因此C===C键的键能应小于C—C键键能的两倍，D错误。
2．根据等电子原理：由短周期元素原子构成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，它们具有相似的结构特征。以下各组微粒结构不相似的是( D )
A．CO和N2
B．O3和NO
C．CO2和N2O
D．N2H4和C2H4
解析：N2H4和C2H4原子数相同，价电子总数分别为14、12，二者不是等电子体，故结构不相似。
3．下列微粒属于等电子体的是( C )
A．12CO2和14CO
B．H2O和NH3
C．NO＋和CN－
D．NO和CO
解析：根据等电子体的条件：原子总数相同、最外层电子数之和相等判断，NO＋和CN－属于等电子体。
4．下列说法中正确的是( C )
A．乙烯中碳碳双键的键能是乙烷中碳碳单键的键能的2倍
B．N—O键的极性比C—O键的极性大
C．氮气分子中含有1个σ键和2个π键
D．NH中4个N—H键的键能不同
解析：在共价键的键能中，双键键能不是单键键能的2倍，而是介于单键键能和2倍单键键能之间，A错误；氮和碳元素，氮元素非金属性更强，N—O键的极性更小，B错误；NH中4个N—H键的键能相同，D错误；氮气分子中含有三键，则必有1个σ键和2个π键，C正确。
5．下列事实不能用键能的大小来解释的是( B )
A．N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．F2比O2更容易与H2反应
解析：本题主要考查键参数的应用。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，分子内部没有化学键；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的化学键键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱；由于H－F键的键能大于H—O键，所以二者相比较，更容易生成HF。
6．下列说法中正确的是( A )
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
解析：在双原子分子中没有键角，C错误；当共价键键能越大、键长越短时，分子越稳定，A正确，B错误；一般σ键的重叠程度要大于π键，σ键的键能大于π键，D错误。
7．NH3分子的空间构型是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，解释该事实的充分理由是( C )
A．NH3分子是极性分子
B．分子内3个N—H键的键长相等，键角相等
C．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于107°
D．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于120°
解析：A、B项解释事实的理由不充分；D项说明的NH3为平面三角形。
8．下列说法正确的是( B )
A．分子中化学键键能越大，键长越长，则分子越稳定
B．元素周期表中第ⅠA族和第ⅦA族元素原子间可能形成共价键
C．水分子的结构式可表示为H—O—H，分子中键角为180°
D．H—O键的键能为463
kJ·mol－1，即18
g
H2O分解成H2和O2时吸收的能量为2×463
kJ
解析：A项，分子中化学键键能越大，键长越短，分子越稳定，错误；B项，元素周期表中第ⅠA族元素有金属元素和非金属元素，第ⅦA族元素是非金属元素，非金属元素与非金属元素原子间能形成共价键，正确；C项，水分子中键角为105°，错误；D项，ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，由于未给出H—H键和O===O键的键能，故无法求出反应吸收的能量，错误。
9．下表为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是( B )
A．W、R元素单质分子内都存在非极性键
B．X、Z元素都能形成双原子分子
C．键长W—HW—H
D．键长X—H解析：由元素在周期表中的位置可知，X为N、W为P、Y为S、R为Ar、Z为Br。白磷单质中存在非极性键，但稀有气体分子为单原子分子，分子中没有化学键，A错误；氮气、溴单质都是双原子分子，B正确；原子半径W>Y，故键长W—H>Y—H，电负性WW—H，C错误；原子半径W>X，故键长W—H>X—H，键长越短，键能越大，故键能W—H10．已知：P4(g)＋6Cl2(g)===4PCl3(g) ΔH＝a
kJ·mol－1，
P4(g)＋10Cl2(g)===4PCl5(g) ΔH＝b
kJ·mol－1，
P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为c
kJ·mol－1，PCl3中P—Cl键的键能为1.2c
kJ·mol－1。
下列叙述正确的是( C )
A．P—P键的键能大于P—Cl键的键能
B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH
C．Cl—Cl键的键能为
kJ·mol－1
D．P—P键的键能为
kJ·mol－1
解析：由已知两个反应可得：
Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(g)
ΔH＝kJ·mol－1，无法求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热；
设Cl—Cl键的键能为x，则：
x＋3×1.2c－5c＝，
x＝kJ·mol－1，C正确；
设P—P键的键能为y，P4为正四面体形结构，共有6个P—P键，由第1个反应得
6y＋×6－4×3×1.2c＝a，
y＝kJ·mol－1；P—P键的键长大于P—Cl键，故P—P键的键能小于P—Cl键。
二、非选择题
11．科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构，例如CH4与NH有相同的电子数和立体构型。依此原理在下表空格中填出相应的化学式：①__C2H6__；②__NO__；③__CO__。
CH4
①
CO
③
NH
N2H
②
N2
解析：根据等电子原理，和N2H是等电子体的是C2H6，和CO是等电子体的是NO，和N2是等电子体的是CO。
12．O3能吸收有害紫外线，保护人类赖以生存的空间。O3分子的结构如下图所示，呈V形，键角116.5°。以一个氧原子为中心，与另外两个氧原子分别构成一个非极性共价键；中间氧原子提供2个电子，旁边两个氧原子各提供1个电子，构成一个特殊的化学键——3个氧原子均等地享有这4个电子。请回答：
(1)题中非极性共价键是__σ__键，特殊的化学键是__π__键。(填“σ”或“π”)
(2)下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是__C__。
A．H2O
B．CO2
C．SO2
D．BeCl2
(3)原子中没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对，那么O3分子有__5__对孤电子对。
(4)下列有关说法中正确的是__B、D__。
A．臭氧和氧气互为同素异形体，它们在水中的溶解度相近
B．臭氧和氧气的相互转化能保持大气中臭氧的含量基本稳定
C．臭氧转化为氧气和氧气转化为臭氧均需吸收能量
D．向大气中排放氟氯代烃能加快臭氧的分解
解析：同种原子之间形成的共价键是非极性共价键，特殊共价键是中间氧原子提供两个电子分别和另两个氧原子各提供的一个电子形成一个三原子四电子的大π键。等电子体的分子结构相似，SO2与O3互为等电子体，所以分子结构相似；O3分子的两端原子各有两对孤电子对，中间原子有一对孤电子对，共5对孤电子对；O2与O3互为同素异形体。
B 级·能力提升练
一、选择题
1．参考下表化学键的键能与键长数据，判断下列分子中，最稳定的是( D )
化学键
H—C
H—N
H—O
H—F
键能/(kJ·mol－1)
413.4
390.8
462.8
568
键长/pm
109
101
96
92
A．CH4
B．NH3
C．H2O
D．HF
解析：从键能的角度分析，四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为HF、H2O、CH4、NH3；从键长的角度分析，四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为HF、H2O、NH3、CH4；综合两方面因素最稳定的是HF。
2．氨分子、水分子、甲烷分子中共价键的键角分别为a、b、c，则a、b、c的大小关系为( D )
A．aB．cC．bD．b解析：NH3、H2O、CH4分子中键角分别为107°、104.5°、109°28′。
3．氰气的分子式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，性质与卤素相似，下列叙述正确的是( A )
A．分子中四原子共直线，是非极性分子
B．N≡C键的键长大于C≡C键的键长
C．分子中含有2个σ键和4个π键
D．氰气不和氢氧化钠溶液发生反应
解析：直接连接三键两端原子的原子与三键两端的原子共线，正负电荷重心重合的分子为非极性分子，该反应中所有原子共线，且该分子的正负电荷重心重合，为非极性分子，故A正确；同一周期元素中，原子半径随着原子序数的增大而减小，原子半径越大其键长越长，碳原子半径大于氮原子，所以氰分子中C≡N键长小于C≡C键长，故B错误；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，所以氰气分子中含有3个σ键和4个π键，故C错误；根据卤素性质知，卤素单质能和氢氧化钠溶液发生反应，则氰分子也能与氢氧化钠溶液发生反应，故D错误。
4．从实验测得不同物质中氧—氧之间的键长和键能的数据如下表：
O—O键数据
O
O
O2
O
键长/10－12m
149
128
121
112
键能/kJ·mol－1
x
y
z＝494
w＝628
其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为w>z>y>x。该规律性是( B )
A．成键时电子数越多，键能越大
B．键长越短，键能越大
C．成键所用的电子数越少，键能越小
D．成键时电子对越偏移，键能越大
解析：观察表中数据发现，O2与O的键能大者键长短，据此可得O中O—O键的键长比O中的长，所以键能要小。按键长由短到长的顺序为(O—O键)Oz>y>x。
5．白磷与氧气可发生如下反应：P4＋5O2===P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：P—P
a
kJ/mol、P—O
b
kJ/mol、P===O
c
kJ/mol、O===O
d
kJ/mol。根据下图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是( A )
A．(6a＋5d－4c－12b)kJ/mol
B．(4c＋12b－6a－5d)kJ/mol
C．(4c＋12b－4a－5d)kJ/mol
D．(4a＋5d－4c－12b)kJ/mol
解析：1
mol
P4中有6
mol
P—P键，完全断裂需要吸收6a
kJ热量，5
mol
O2中有5
mol
O===O键，完全断裂需要吸收5d
kJ热量，1
mol
P4O10中有4
mol
P===O键和12
mol
P—O键，形成P===O键和P—O键放出(4c＋12b)kJ热量，故ΔH＝[6a＋5d－(4c＋12b)]kJ/mol。
二、非选择题
6．(1)CH、—CH3、CH都是重要的有机反应中间体，它们的电子式分别是；其中CH中四个原子是共平面的，三个键角相等，则键角应是__120°__。
(2)叠氮化合物在化学工业上有重要应用。N叫做叠氮离子，请写出3种由三个原子构成的含有与N的电子数相同的粒子的化学式__CO2__、__N2O__、__BeF2__。
(3)N≡N键的键能为946
kJ/mol，N—N键的键能为193
kJ/mol，说明N2中的__π__键比__σ__键稳定(填“σ”或“π”)
(4)CaC2中C与O互为等电子体，O的电子式可表示为____；1
mol
O中含有的π键数目为__2NA__。
(5)PH3在常温下是一种无色、剧毒、易自燃的气体，分子结构和NH3相似。在常温下1体积的水能溶解0.26体积的PH3，PH3和卤化氢(HX)作用生成相应的化合物PH4X，PH4X在水溶液中完全水解(PH结构类似于CH4)。PH3的分子结构的形状是__三角锥形__；在PH中P－H键之间的夹角是__109°28′__。
7．根据氢气分子的形成过程示意图，回答问题。
(1)H—H键的键长为__0.074_nm__，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是__①>⑤>②>③>④__。
(2)下列说法中正确的是__BC__。
A．一个氢气分子中含有一个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．一个氢气分子中含有一个极性共价键
(3)几种常见化学键的键能如下表。
化学键
Si—O
H—O
O===O
Si—Si
Si—C
368
462.8
497.3
226
X
请回答下列问题。
①试比较Si—Si键与Si—C键的键能大小(填“>”“<”或“＝”)：X
kJ·mol－1__>__226
kJ·mol－1。
②H2被喻为21世纪人类最理想的燃料，而更有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”的观点。试计算每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为__120_475_kJ__；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为__522.7_kJ__(已知1
mol
Si中含2
mol
Si—Si键，1
mol
SiO2中含4
mol
Si—O键)。
解析：(1)可以直接从题图中有关数据读出，H—H键的键长为0.074
nm；体系能量由高到低的顺序是①>⑤>②>③>④。
(2)一个氢气分子中含有一个σ键，A项错误；共价键的本质就是高概率地出现在原子核间的电子与原子核间的电性作用，B项正确；④已经达到稳定状态，C项正确；一个氢气分子中含有一个非极性共价键，D项错误。
(3)①Si—Si键的键长比Si—C键的长，键能小。②由题图可知H—H键的键能为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368
kJ·mol－1×4
mol－497.3
kJ·mol－1×1
mol－226
kJ·mol－1×2
mol＝522.7
kJ。
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