高二化学人教版选修三教学案第二章 第一节 共价键含答案.docx
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高二化学人教版选修三教学案第二章第一节共价键含答案
1．知道共价键的主要类型σ键和π键。
2．能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。
3．结合实例说明“等电子原理”的应用。
细读教材记主干
1．共价键是原子间通过共用电子对形成的相互作用。
HCl分子的形成：
2．由同种原子形成的共价键，共价键不偏向任何一方原子，这样的共价键称为非极性共价键，如H－H键。
由不同种原子形成的共价键，共用电子对偏向吸引电子能力强的一方，这样的共价键称为极性共价键，如H－Cl键。
3．σ键的特征是轴对称，键的强度较大；π键的特征为镜像对称，不如σ键牢固，比较容易断裂。
4．键长越短，键能越大，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定，键角决定分子的空间构型，共价键具有方向性。
5．原子总数相同，价电子总数相同的等电子体，具有相似的化学键特征和相近的化学性质。
[新知探究]
1．概念：
原子间通过共用电子对形成的化学键。
2．本质：
在原子之间形成共用电子对。
3．特征：
4．类型（按成键原子的原子轨道重叠方式分类）：
（1）σ键：
形成
成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成
类
型
ss型
sp型
pp型
续表
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；②σ键的强度较大
（2）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，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的平面的两侧，如果以它们之间含原子核的平面为镜面，它们互为镜像；②π键不能旋转；不如σ键牢固，较易断裂
（3）价键轨道：
由原子轨道相互重叠形成的σ键和π键的总称。
[名师点拨]1．共价键的特征
（1）饱和性
因为每个原子所能提供的未成对电子的数目是一定的，因此在共价键的形成过程中，一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个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共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的，所以共价键具有饱和性。
（2）方向性
除s轨道是球形对称外，其他的原子轨道都具有一定的空间取向。
在形成共价键时，原子轨道重叠得愈多，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。
2．共价键的类型
分类标准
类 型
共用电子对数
单键、双键、三键
共用电子对的偏移程度
极性键、非极性键
原子轨道重叠方式
σ键、π键
3.σ键与π键比较
键的类型
σ键
π键
电子云
重叠方式
沿键轴方向
“头碰头”重叠
沿键轴方向
“肩并肩”重叠
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
重叠程度
大
小
键的强度
强度大，不易断裂
强度小，易断裂
化学活泼性
不活泼
活泼
成键电子
ss、sp、pp
pp
[对点演练]
1．（2016·浙江柯桥高二检测）下列说法正确的是（ ）
A．π键是由两个p轨道“头碰头”重叠形成的
B．σ键就是单键，π键就是双键
C．乙烷分子中的键全为σ键而乙烯分子中含σ键和π键
D．H2分子中含σ键，而Cl2分子中含π键
解析：
选C π键为p电子“肩并肩”重叠形成，而σ键为s或p电子“头碰头”重叠形成，A错误；σ键是单键，双键是由一个σ键和一个π键形成，B错误；乙烷分子中均为单键，乙烯中含C===C键，有1个π键，则乙烷分子中的键全为σ键，而乙烯分子中含σ键和π键，C正确；氢气、氯气中均为共价单键，则H2分子含σ键，Cl2分子中也含σ键，均不含π键，D错误。
[新知探究]
1．概念和特点
键参数
概念
特点
键能
气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量
键能越大，键越稳定，越不易断裂
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
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.对分子性质的影响
[名师点拨] 键参数的意义
1．键能
（1）表示共价键的强弱
原子形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，体系能量降低得越多，释放出的能量越多，形成的共价键的键能越大，意味着共价键越稳定。
（2）表示分子的稳定性
键能越大，分子越稳定。
例如：
化学键
H—F
H—Cl
H—Br
H—I
键能（kJ/mol）
568
431.8
366
298.7
由此可判断稳定性：
HF>HCl>HBr>HI。
（3）通过键能判断物质的反应活性大小
例如，非金属性N>P，N比P更容易得到电子，有更大的反应活性，但P—P键的键能为201kJ/mol，N≡N键的键能为946kJ/mol，故N2比P4的反应活性小。
2．键长
（1）意义：
一般来说，键长越短，键能就越大，键就越稳定，分子就越牢固，受热时就越难分解。
（2）影响因素：
影响共价键长短的因素是成键原子的半径。
原子半径越小，键长越短。
3．键角
（1）键角决定分子的立体结构。
（2）多原子分子中共价键间形成键角，表明共价键具有方向性。
（3）常见分子中的键角：
CO2分子中的键角为180°，为直线形分子；H2O分子中键角为105°，为V形分子；CH4分子中键角为109°28′，为正四面体形分子。
[对点演练]
2．[双选]（2016·福建四地六校联考）从实验测得不同物质中氧氧之间的键长和键能的数据：
数据 O—O键
O
O
O2
O
键长（10－12m）
149
128
121
112
键能（kJ/mol）
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（ ）
A．成键的电子数越多，键能越大
B．键长越长，键能越小
C．成键所用的电子数越少，键能越大
D．成键时电子对越偏移，键能越大
解析：
选A、B 由题意知，所含电子数O
>O
>O2>O
，要形成相对稳定结构，成键电子数必然增多，且键能依次增大，故A正确、C错误；键长越长，说明轨道的重合程度越小，越容易断裂，键能越小，故B正确；电子对越偏移说明极性越大，和键能没有必然关系，故D错误。
[新知探究]
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。
[名师点拨] 等电子体的判断方法
（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－均互为等电子体。
（2）将粒子中一个或几个原子换成原子序数增加（或减少）n的元素的带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，故可将粒子中原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。
[对点演练]
3．（2016·宁夏师大附中高二检测）根据等电子原理，等电子体之间结构相似、物理性质也相近。
以下各组粒子不能互称为等电子体的是（ ）
A．CO和N2 B．O3和SO2
C．CO2和N2OD．N2H4和C2H4
解析：
选D CO和N2的原子个数都为2，价电子数：
前者为10，后者为10，原子数和价电子数都相等，属于等电子体，A错；O3和SO2的原子个数都为3，价电子数：
前者为18，后者为18，原子数和价电子数都相等，属于等电子体，B错；CO2和N2O的原子个数都为3，价电子数：
前者为16，后者为16，原子数和价电子数都相等，属于等电子体，C错；N2H4和C2H4的原子个数都为6，价电子数：
前者为14，后者为12，原子数相等，但价电子数不相等，不属于等电子体，D正确。
1．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．两个原子轨道发生重叠后，两核间的电子不仅存在于两核之间，还会绕两核运动
解析：
选A 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轨道呈球形，所以H2中的H—H键没有方向性，C项错误；两个原子轨道发生重叠后，只有共用电子对在两核之间绕两个原子核运动，D项错误。
2．（2016·成都高二检测）下列对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．ssσ键与spσ键的对称性相同
C．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键的化合物化学性质不同
解析：
选A 因σ键和π键均属于共价键，故A错误；因ssσ键与spσ键的电子云均为头碰头重叠，则为轴对称图形，故B正确；单键为σ键，双键中有1个σ键，所以分子中含有共价键，则至少含有一个σ键，故C正确；π键不稳定，易断裂，则含有π键的化合物，性质活泼，所以含有π键的化合物与只含σ键的化合物化学性质不同。
3．下列说法中错误的是（ ）
A．p轨道之间以“肩并肩”重叠可形成σ键
B．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
C．s和p轨道以“头碰头”重叠可形成σ键
D．含有π键和σ键的分子在反应时，π键总是先断裂，优先参与化学反应
解析：
选A p电子的原子轨道“肩并肩”重叠形成的是π键，故A错误；如H原子只含有s电子，而s电子只能形成σ键，故B正确；s和p电子的原子轨道以“头碰头”重叠可形成σ键，故C正确；形成π键的轨道重叠程度要比形成σ键的轨道重叠程度小，因而π键比σ键易断裂，易发生化学反应，故D正确。
4．（2016·晋江高二检测）σ键可由两个原子的s轨道、一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以及一个原子的p轨道和另一个原子的p轨道“头碰头”方式重叠构建而成。
则下列分子中的σ键是由两个原子的s、p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是（ ）
A．H2 B．Cl2 C．NaH D．HF
解析：
选D 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．下列说法中正确的是（ ）
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键的键长、键角均相等
D．H2O分子中两个O—H键的键角为180°
解析：
选B 键长和键能决定共价键的稳定性，键长和键角决定分子的空间构型，A项错误，B项正确；由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X键的键长不相等，C项错误；H2O分子中的键角为105°，D项错误。
6．
（1）如图所示，写出下列价键的名称，并各举一例说明含有这种价键类型的物质。
①
②
③
④
⑤
化学键类型
举例
（2）某有机物的结构式如下：
则分子中有________个σ键，________个π键。
解析：
（1）①②③中的原子轨道是“头碰头”重叠，属σ键，④⑤中的原子轨道是“肩并肩”重叠，属π键。
（2）共价双键有一个σ键、一个π键，共价三键有一个σ键、两个π键，故
中有7个σ键，3个π键。
答案：
（1）
①
②
③
④
⑤
化学键
类型
ssσ键
spσ键
ppσ键
pzpzπ键
pypyπ键
举例
H2
HCl
Cl2
N2
N2
（2）7 3
一、选择题
1．下列说法中，不正确的是（ ）
A．σ键比π键的重叠程度大，形成的共价键强度大
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、2个π键
解析：
选C 本题考查的是σ键、π键的区别与联系。
从原子轨道重叠程度看，π键轨道的重叠程度比σ键轨道的重叠程度小，故π键的稳定性弱于σ键；在单质分子中存在σ键（如Cl2、H2）、π键（如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。
2．（2016·宝鸡高二检测）下列说法中正确的是（ ）
A．分子中共价键键能越高，键长越长，则分子越稳定
B．元素周期表中的第ⅡA族和第ⅦA族元素的原子间不能形成共价键
C．水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°
D．N—N、N===N、N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，说明N2分子中π键键能>σ键键能
解析：
选D 分子中键能越大，键长越短，则分子越稳定，键能越小键长越长则分子越不稳定，A错误；金属和非金属化合可能形成离子键，也可能形成共价键，B错误；水分子可表示为H—O—H，分子中键角为105°，C错误。
3．（2016·桓台高二检测）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．③④⑤⑥ C．③⑤⑥ D．①③⑥
解析：
选C ①HCl只有σ键；②H2O只有σ键；③N2既有σ键又有π键；④H2O2只有σ键；⑤C2H4既有σ键又有π键；⑥C2H2既有σ键又有π键。
所以分子中既有σ键又有π键的有③⑤⑥，C项正确。
4．关于乙醇分子的说法正确的是（ ）
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：
选C 乙醇的结构式为
，共含有8个共价键，其中CH、CO、OH键为极性键，共7个，CC键为非极性键。
由于全为单键，故无π键。
5．下列分子中键角最大的是（ ）
A．CH4 B．NH3 C．H2O D．CO2
解析：
选D CH4是正四面体结构，键角为109°28′，NH3是三角锥形，键角约为107°，H2O是V形分子，两个HO键的键角为105°，CO2是直线形分子，键角为180°。
6．（2016·雅安高二检测）下列物质中σ键和π键数目比为1∶2的是（ ）
A．O2 B．HCN C．CO2 D．N2
解析：
选D A项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1∶1，错误；B项HCN的结构式是H—C≡N，分子中σ键和π键数目比为1∶1，错误；C项CO2的结构式是O===C===O，分子中σ键和π键数目比为1∶1，错误；D项N2的结构式是N≡N，分子中σ键和π键数目比为1∶2，正确。
7．（2016·福建四地六校联考）共价键是有饱和性和方向性的，下列有关叙述不正确的是（ ）
A．共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定
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的原子的数量关系
D．共价键的饱和性与原子轨道的重叠程度有关
解析：
选D 一般的，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和C正确；形成共价键时，原子轨道重叠的程度越大越多，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就存在着必然的联系，故B正确；同理可知D错误。
8．下列事实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．稀有气体一般难以发生化学反应
D．空气中氮气的化学性质比氧气稳定
解析：
选D 通过共价键形成的分子，其物质聚集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，A错误；物质的挥发性与分子内键能的大小无关，B错误；稀有气体是单原子分子，无化学键，难以发生化学反应的原因是它们的价电子层已形成稳定结构，C错误；氮气比氧气稳定是由于N2中共价键的键能（946kJ/mol）比O2中共价键的键能（497.3kJ/mol）大，共价键在化学反应中难以断裂。
9．[双选]（2016·连云港高二检测）原子总数相同、电子总数或价电子总数相同的互为等电子体，等电子体具有结构相似的特征。
下列各对粒子中，空间结构相似的是（ ）
A．CS2与NO2 B．CO2与N2O
C．SO2与O3D．PCl3与BF3
解析：
选B、C CS2与NO2原子总数相同，电子总数或价电子总数不相同，不能互为等电子体，A错误；CO2与N2O原子总数相同，电子总数相同，互为等电子体，结构相似，B正确；SO2与O3原子总数相同，价电子总数相同，互为等电子体，结构相似，C正确；PCl3与BF3原子总数相同，电子总数或价电子总数不相同，不能互为等电子体，D错误。
10．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．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：
选A 分子中N≡C键是极性键，C—C键是非极性键，A正确；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，B错误；（CN）2分子中含有3个σ键和4个π键，C错误；由于与卤素性质相似，故可以和氢氧化钠溶液反应，D错误。
11．（2016·天门高二检测）碳酸亚乙酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图。
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．8.6g该物质完全燃烧得到6.72LCO2
解析：
选A 由碳酸亚乙酯的结构简式判断该物质的分子式为C3H2O3，A正确；由碳酸亚乙酸的结构简式判断该分子中含8个σ键，B错误；碳酸亚乙酯分子中的碳碳双键为非极性键，C错误；缺少温度和压强无法确定8.6g该物质完全燃烧得到CO2的体积，D错误。
12．（2016·衡水高二检测）最新报道：
科学家首次用X射线激发技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。
反应过程的示意图如图：
下列说法正确的是（ ）
A．CO和O生成CO2是吸热反应
B．在该过程中，CO断键形成C和O
C．CO和O和生成了具有极性共价键的CO2
D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
解析：
选C 根据能量—反应过程的图像知，状态Ⅰ的能量高于状态Ⅲ的能量，故该过程是放热反应，A错误；根据状态Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可以看出整个过程中CO中的C和O形成的化学键没有断裂，B错误；由图Ⅲ可知，生成物是CO2，具有极性共价键，C正确；状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程，D错误。
二、非选择题
13．（2016·襄阳高二检测）X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的四种常见元素，其相关信息如表：
元素
相关信息
X
X的基态原子核外3个能级上有电子，且每个能级上的电子数相等
续表
元素
相关信息
Y
Y元素的激发态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p34s1
Z
Z和Y同周期，Z的电负性大于Y
W
W的一种核素的质量数为63，中子数为34
（1）Y离子半径________Z离子半径（填“>”、“＝”或“<”）。
（2）XY2是一种常用的溶剂，一个XY2的分子中存在________个σ键，________个π键。
（3）在H—Y、H—Z两种共价键中，键的极性较强的是________，键长较长的是________。
解析：
X的基态原子核外3个能级上有电子，且每个能级上的电子数相等，则X是碳元素；Y元素的激发态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p34s1，则Y的原子序数是16，是硫元素；Z和Y同周期，Z的电负性大于Y，则Z是氯元素；W的一种核素的质量数为63，中子数为34，则质子数＝63－34＝29，因此W是铜元素。
（1）核外电子排布相同的离子，其离子半径随原子序数的增大而减小，则硫离子半径>氯离子半径。
（2）CS2是一种常用的溶剂，结构式为S===C===S。
由于双键是由1个σ键1个π键构成的，因此一个CS2的分子中存在2个σ键，2个π键。
（3）氯元素的非金属性强于硫元素，因此在H—Y、H—Z两种共价键中，键的极性较强的是H—Cl；硫原子半径大于氯原子半径，因此键长较长的是H—S。
答案：
（1）>
（2）2 2 （3）H—Cl H—S
14．海洋是资源的宝库，蕴藏着丰富的化学元素，如氯、溴、碘等。
（1）在光照条件下，氯气和氢气反应过程如下：
①Cl2―→Cl＋Cl ②Cl＋H2―→HCl＋H
③H＋Cl2―→HCl＋Cl……
反应②中形成的化合物的电子式为________；反应③中被破坏的化学键属于________（填“极性”或“非极性”）键。
（2）卤素单质及化合物在许多性质上都存在着递变规律。
下列有关说法正确的是________。
a．卤化银的颜色按AgCl、AgBr、AgI的顺序依次加深
b．卤化氢的键长按H—F、H—Cl、H—Br、H—I的顺序依次减小
c．卤化氢的还原性按HF、HCl、HBr、HI的顺序依次减弱
d．卤素单质与氢气化合按F2、Cl2、Br2、I2的顺序由难变易
（3）卤素单质的键能大小如图所示。
由图推断：
①非金属性强的卤素，其单质分子的化学键________（填“容易”、“不容易”或“不一定容易”）断裂。
②卤素单质键能大小与键长的关系为_________________________。
解析：
（1）同一元素组成的双原子分子为非极性分子，不同种元素组成的分子为极性分子。
（2）AgCl呈白色，AgBr呈淡黄色、AgI呈黄色，故颜色逐渐加深。
F、Cl、Br、I的原子半径逐渐增大，非金属性逐渐减弱，H—F、H—Cl、H—Br、H—I的键长逐渐增大，氢化物的还原性逐渐增强，氢化物稳定性逐渐减弱，单质与H2的化合能力逐渐减弱。
（3）①从题图可以看出，Cl的非金属性比I的强，但Cl2的键能比I2的大，说明非金属性强的元素，其单质的化学键不一定容易断裂。
②F、Cl、Br、I的原子半径逐渐增大，单质分子键长也逐渐增大，从题图中可以看出，除F2外，键长增大，键能减小。
答案：
（1）HC
非极性
（2）a
（3）①不一定容易 ②除F2外，键长增大，键能减小
15．（2016·沈阳高二检测）W、X、Y、Z四种元素的原子序数依次增大。
其中Y原子的L电子层中，成对电子与未成对电子占据的轨道数相等，且无空轨道；X原子的L电子层中未成对电子数与Y相同，但还有空轨道；W、Z的原子序数相差10，且Z原子的第一电离能在同周期中最低。
（1）写出下列元素的元素符号：
W________，X________，Y________，Z________。
（2）XW4分子中，根据电子云重叠方式的不同，分子里共价键的主要类型为__________________。
（3）写出Y原子价层电子的排布图________。
（4）X的一种氢化物相
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