化学新导学笔记人教选修三讲义第二章 第一节 共价键 第1课时.docx

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化学新导学笔记人教选修三讲义第二章第一节共价键第1课时

第一节　共价键

第1课时　共价键的特征与类型

[学习目标定位]　1.熟知共价键的概念与形成，知道共价键的特征——具有饱和性和方向性。

2.能够从不同的角度对共价键分类，会分析σ键和π键的形成及特点。

一、共价键的形成与特征

1.共价键的形成

（1）概念：

原子间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。

（2）成键的粒子：

一般为非金属原子（相同或不相同）或金属原子与非金属原子。

（3）本质：

原子间通过共用电子对（即电子云重叠）产生的强烈作用。

（4）形成条件：

非金属元素的原子之间形成共价键，大多数电负性之差小于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

（1）饱和性

①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，便可和几个自旋状态相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”。

②用电子排布图表示HF分子中共用电子对的形成如下：

③由以上分析可知，F原子与H原子间只能形成1个共价键，所形成的简单化合物为HF。

同理，O原子与2个H原子形成2个共用电子对，2个N原子间形成3个共用电子对。

（2）方向性

除s轨道是球形对称外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点。

在形成共价键时，原子轨道重叠的愈多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键就越牢固，因此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。

共价键的特征及应用

（1）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。

（2）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。

例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.两原子体积大小要适中

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的形成与判断

答案　D

解析　两原子形成共价键时，电子云发生重叠，即电子在两核之间出现的概率更大；两原子电子云重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低；原子的体积大小与能否形成共价键无必然联系。

例2

　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.H3O＋的存在说明共价键不具有饱和性

C.所有共价键都有方向性

D.两个原子轨道发生重叠后，电子仅存在于两核之间

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的特征

答案　A

解析　S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项对；H2O能结合1个H＋形成H3O＋，不能说明共价键不具有饱和性，B项错；H2分子中，H原子的s轨道成键时，因为s轨道为球形，所以H2分子中的H—H键没有方向性，C项错；两个原子轨道发生重叠后，电子只是在两核之间出现的概率大，D项错。

二、共价键的类型

1.σ键

（1）概念：

未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠形成的共价键叫σ键。

（2）类型：

根据成键电子原子轨道的不同，σ键可分为s-sσ键、s-pσ键、p-pσ键。

①s-sσ键：

两个成键原子均提供s轨道形成的共价键。

②s-pσ键：

两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键。

③p-pσ键：

两个成键原子均提供p轨道形成的共价键。

（3）特征

①以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称。

②形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性。

（4）σ键的存在：

共价单键为σ键；共价双键和共价三键中存在一个σ键。

2.π键

（1）概念：

未成对电子的原子轨道采取“肩并肩”的方式重叠形成的共价键叫π键。

（2）特征

①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，这种特征称为镜面对称。

②形成π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时小，π键没有σ键牢固。

（3）π键的存在：

π键通常存在于双键或三键中。

（1）共价键的分类

（2）σ键和π键的比较

键的类型

σ键

π键

原子轨道重叠方式

两个原子的成键轨道沿着键轴的方向以“头碰头”的方式重叠

两个原子的成键轨道以“肩并肩”的方式重叠

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，键轴处为零

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

示意图

例3

　s-pσ键与p-pσ键的区别在于（　　）

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

【考点】共价键的类型

【题点】σ键与π键的比较

答案　B

解析　凡是σ键，都是电子云“头碰头”的重叠。

s-pσ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-pσ键不可能有K层电子云成键。

例4

　下列有关化学键类型的判断不正确的是（　　）

A.s-sσ键与s-pσ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.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键和1个C—C键都为σ键，不存在π键

【考点】共价键的类型

【题点】共价键类型的综合

答案　C

解析　s-sσ键无方向性，s-pσ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；单键都为σ键，乙烷分子结构式为

，其6个C—H键和1个C—C键都为σ键，D项正确；共价三键中有一个为σ键，另外两个为π键，故乙炔（H—C≡C—H）分子中有2个C—Hσ键，C≡C键中有1个σ键、2个π键，C项错。

共价键

1.硫化氢（H2S）分子中两个共价键的夹角接近90°，其原因是（　　）

①共价键的饱和性　②S原子的电子排布　③共价键的方向性　④S原子中p轨道的形状

A.①②B.①③C.②③D.③④

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的特征

答案　D

解析　S原子的价电子排布式是3s23p4，有2个未成对电子，并且分布在相互垂直的两个p轨道中，当与两个H原子配对成键时，形成的两个共价键间夹角接近90°，这体现了共价键的方向性，是由p轨道的伸展方向决定的。

2.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是（　　）

A.H2O2：

H—O==O—H

B.CH3COOOH：

C.CH4S：

D.SiHCl3：

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的特征

答案　A

解析　由共价键的饱和性可知：

C、Si均形成4个共价键，H形成1个共价键，O、S均形成2个共价键。

A项中O原子之间不可能形成双键；B项是过氧乙酸，含有过氧键“O—O”；C项相当于S取代了CH3OH中的氧原子；D项中Si原子形成4个共价键。

3.根据氢原子和氟原子的核外电子排布，对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是（　　）

A.两者都为s-sσ键

B.两者都为p-pσ键

C.前者为p-pσ键，后者为s-pσ键

D.前者为s-sσ键，后者为s-pσ键

【考点】共价键的类型

【题点】σ键与π键的判断

答案　C

解析　氢原子的核外电子排布式为1s1，氟原子的核外电子排布式为1s22s22p5，p轨道上有1个未成对的p电子。

F2是由两个氟原子未成对的p电子轨道重叠形成的p-pσ键，HF是由氢原子中的s轨道与氟原子中的1个p轨道形成的s-pσ键。

4.下列有关σ键和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

【考点】共价键的类型

【题点】σ键与π键的比较

答案　D

解析　本题主要考查σ键和π键的形成。

由于π键的键能小于σ键的键能，所以反应时易断裂，A项正确；在形成分子时为了使其能量最低，必然首先形成σ键，根据形成原子的核外电子排布来判断是否形成π键，所以B项正确，D项错误；像H、Cl原子跟其他原子只能形成σ键。

5.下列分子中含有两个π键的组合是（　　）

①H2O　②CO2　③H—C≡N　④NH3　⑤N2　⑥CH4

A.①③⑥B.②③⑤

C.①②③⑥D.③④⑤⑥

【考点】共价键的类型

【题点】分子中σ键和π键个数的判断

答案　B

解析　H2O分子中含有2个H—O键，不含π键，①错误；CO2的分子中只有两个C==O键，含有两个π键，②正确；H—C≡N的分子中有1个C≡N键，含有两个π键，③正确；NH3分子中含有3个H—N键，不含π键，④错误；N2的分子中有1个N≡N键，含有两个π键，⑤正确；CH4的分子中有4个H—C键，不含π键，⑥错误。

故分子中含有两个π键的是②③⑤。

6.回答下列问题

（1）分析下列化学式中画有横线的元素，选出符合要求的物质并填空。

A.NH3　B.H2O　C.HCl　D.CH4　E.C2H6　F.N2

①所有的价电子都参与形成共价键的是______。

②只有一个价电子参与形成共价键的是______。

③最外层有未参与成键的电子对的是______。

④既有σ键，又有π键的是______。

（2）某有机物的结构式如下图所示：

则分子中有________个σ键，________个π键。

【考点】共价键的综合

【题点】共价键的综合

答案　

（1）①DE　②C　③ABCF　④F　

（2）7　3

解析　

（1）NH3中N原子与3个H原子形成3个σ键，还有一对不成键电子；H2O中O原子与2个H原子形成2个σ键，还有两对不成键电子；HCl中Cl原子与1个H原子形成1个σ键，还有三对不成键电子；CH4中C原子与4个H原子形成4个σ键，所有价电子都参与成键，其分子构型为正四面体形；C2H6中C原子分别与3个H原子及另1个C原子形成4个σ键，所有价电子都参与成键，C—H为极性键，C—C为非极性键；N2中N原子与另1个N原子形成1个σ键，2个π键，还有两对不成键电子。

（2）除共价单键全部为σ键外，双键中有一个为σ键，另一个为π键；三键中有一个为σ键，另两个为π键，故该有机物分子中σ键总数为7，π键总数为3。

[对点训练]

题组一　共价键的形成与判断

1.某元素原子的最外层只有一个电子，它跟卤素相结合时所形成的化学键是（　　）

A.一定是共价键

B.一定是离子键

C.可能是共价键，也可能是离子键

D.以上说法均不正确

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的形成与判断

答案　C

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

答案　B

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的特征

3.下列各组物质中，所有化学键都是共价键的是（　　）

A.H2S和Na2O2B.H2O2和CaF2

C.NH3和N2D.HNO3和NaCl

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的形成与判断

答案　C

解析　A项，Na2O2中既有离子键又有O—O共价键，不正确；B项，CaF2中只有离子键，不正确；D项，NaCl属于离子化合物，没有共价键，不正确。

4.在以离子键为主的化学键中常含有共价键的成分，两种元素的电负性差异越小，其共价键成分越大。

下列各组原子形成的化学键中共价键成分最多的是（　　）

A.K与FB.Na与Cl

C.Al与SD.Mg与Cl

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的形成与判断

答案　C

解析　选项中的7种元素，电负性由小到大的顺序为K

5.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，其共价键数一定等于该元素原子的价电子数

C.基态C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N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子，是由共价键的饱和性决定的

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的特征

答案　D

解析　只有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；在形成CH4分子的过程中，碳原子2s轨道中的1个电子激发到2p空轨道，这样形成了4个未成对电子，C不正确；N原子最外层2p轨道上共有3个未成对电子，1个N原子可以与3个H原子结合形成NH3，此时共价键饱和，D正确。

题组二　有关σ键和π键的考查

6.下列分子中既不存在s-pσ键，也不存在p-pπ键的是（　　）

A.HClB.HFC.CO2D.SCl2

【考点】共价键的类型

【题点】σ键与π键的判断

答案　D

解析　A项和B项，HCl和HF分子中都含有H原子，能提供s电子云与p电子云形成s-pσ键；C项，CO2分子中含有C==O键，有π键存在；D项，SCl2分子中只存在2个p-pσ键（

）。

7.下列物质中σ键和π键数目比为1∶2的是（　　）

A.O2B.HCNC.CO2D.N2

【考点】共价键的类型

【题点】分子中σ键和π键的存在及个数的判断

答案　D

解析　O2的结构式是O==O，分子中两个氧原子形成共价双键，分子中σ键和π键数目比为1∶1，A错误；HCN的结构式是H—C≡N，分子中σ键和π键数目比为1∶1，B错误；CO2的结构式是O==C==O，分子中σ键和π键数目比为1∶1，C错误；N2的结构式是N≡N，分子中σ键和π键数目比为1∶2，D正确。

8.下列关于σ键和π键的说法中，不正确的是（　　）

A.s轨道与s轨道只能“头碰头”重叠而形成s-sσ键

B.s轨道与p轨道只能“头碰头”重叠而形成s-pσ键

C.p轨道与p轨道可以“肩并肩”重叠而形成p-pσ键

D.p轨道与p轨道可以“肩并肩”重叠而形成p-pπ键

【考点】共价键的类型

【题点】σ键与π键的判断

答案　C

解析　s轨道只能形成σ键；p轨道与p轨道可“头碰头”重叠而形成p-pσ键，也可“肩并肩”重叠而形成p-pπ键。

9.下列有关σ键和π键的说法错误的是（　　）

A.在某些分子中，化学键可能只有σ键而没有π键

B.当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键

C.气体单质中，一定有σ键，可能有π键

D.一般情况下，同一个分子中的σ键比π键更稳定些

【考点】共价键的类型

【题点】σ键与π键的比较

答案　C

解析　共价键中一定含σ键，则在分子中，化学键可能只有σ键，而没有π键，A正确；原子形成分子，优先头碰头重叠，则先形成σ键，可能形成π键，B正确；气体单质分子中，可能只有σ键，如Cl2，也可能既有σ键又有π键，如N2，但也可能没有化学键，如稀有气体，C错误；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。

题组三　有关共价键的综合考查

10.下列说法不正确的是（　　）

A.在CH2==CH—C≡N分子中含6个σ键，3个π键

B.2个原子形成的多重共价键中，只能有一个是σ键，而π键可以是一个或多个

C.s电子与s电子间形成的键一定是σ键，p电子与p电子间形成的键一定是π键

D.共价键一定有原子轨道的重叠

【考点】共价键的综合

【题点】共价键的综合

答案　C

11.下列说法正确的是（　　）

A.Cl2是双原子分子，H2S是三原子分子，这是由共价键的方向性决定的

B.H2O与H2S的立体结构一样是由共价键的饱和性决定的

C.并非所有的共价键都有方向性

D.两原子轨道发生重叠后，电子出现在两核间的概率减小

【考点】共价键的形成与特征

【题点】共价键的特征

答案　C

解析　

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

【考点】有关共价键的综合考查

【题点】有关共价键的综合考查

答案　A

解析　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1mol，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。

[综合强化]

13.指出下图所示共价键的名称，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）__________________，___________________________________________________。

（2）__________________，___________________________________________________。

（3）__________________，___________________________________________________。

（4）__________________，___________________________________________________。

【考点】有关共价键的综合考查

【题点】有关共价键的综合考查

答案　

（1）s-sσ键　H2　

（2）s-pσ键　HCl

（3）p-pσ键　Cl2　（4）p-pπ键　N2

14.回答下列问题：

（1）1个CO（NH2）2分子中含有σ键的个数为________。

1mol乙醛分子中含有σ键的数目为________个。

（2）已知CO和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）C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子，该分子中σ键与π键的个数比为____。

【考点】共价键的类型

【题点】分子中σ键和π键的存在个数的判断

答案　

（1）7　6NA（或3.612×1024）　

（2）1∶2　1∶1　（3）5∶1

解析　

（1）乙醛和CO（NH2）2的结构简式分别为

、

，1个CO（NH2）2分子中含有7个σ键。

1mol乙醛中含有σ键6NA个。

（2）N2的结构式为N≡N，推知：

CO结构式为C≡O，1个CO分子含有1个σ键、2个π键；CN－结构式为[C≡N]－，HCN的结构式为H—C≡N，1个HCN分子中σ键与π键均为2个。

（3）设分子式为CmHn，则6m＋n＝16，解之得m＝2，n＝4，即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分子中共含有5个σ键和1个π键。

15.有A、B、C、D、E五种元素，已知：

①它们分别位于3个不同的短周期，核电荷数依次增大。

②E元素的电离能数据见下表（kJ·mol－1）：

I1

I2

I3

I4

……

496

4562

6912

9543

……

③A、E分别都能与D按原子个数比1∶1或2∶1形成化合物。

④B、C分别都能与D按原子个数比1∶1或1∶2形成化合物。

（1）写出两种只含有A、B、D、E四种元素的无水盐的化学式：

________、________。

（2）B2A2分子中存在________个σ键和________个π键。

（3）分别写出③中按原子个数比1∶1和④中按原子个数比1∶2形成的化合物的化学式：

________、________、________、________。

【考点】有关共价键的综合考查

【题点】有关共价键的综合考查

答案　

（1）NaHCO3　CH3COONa（或其他有机酸的盐）　

（2）3　2　（3）H2O2　Na2O2　CO2　NO2

解析　根据五种元素分别位于3个不同的短周期，可知A为H元素；根据E的电离能数据可知E为ⅠA族的碱金属元素，为Na元素；H、Na和O均能形成原子个数比为1∶1或2∶1的化合物，所以D为O元素；原子序数比O小的且与O可以按照原子个数比1∶1或1∶2形成化合物的元素为C元素和N元素，所以B、C分别为C元素和N元素。

予少家汉东，汉东僻陋无学者，吾家又贫无藏书。

州南有大姓李氏者，其于尧辅颇好学。

予为儿童时，多游其家，见有弊筐贮故书在壁间，发而视之，得唐《昌黎先生文集》六卷，脱落颠倒无次序，因乞李氏以归。

读之，见其言深厚而雄博，然予犹少，未能悉究其义．徒见其浩然无涯，若可爱。

是时天下学者杨、刘之作，号为时文，能者取科第，擅名声，以夸荣当世，未尝有道韩文者。

予亦方举进士，以礼部诗赋为事。

年十有七试于州，为有司所黜。

因取所藏韩氏之文复阅之，则喟然叹曰：

学者当至于是而止尔！

因怪时人之不道，而顾己亦未暇学，徒时时独念于予心，以谓方从进士干禄以养亲，苟得禄矣，当尽力于斯文，以偿其素志。