HF>H2O>NH3，所以N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。
课堂互动探究
一、共价键
1．正确认识σ键和π键
（1）σ键与π键的实质相同，都是由共用电子对而形成的化学键。
（2）σ键与π键由于原子轨道的重叠程度不同从而导致了两者的稳定性不同。
（3）由于s轨道没有方向性，所以两个s轨道只能形成σ键，不能形成π键。
（4）两个原子之间可以只形成σ键，但不能只形成π键。
2．分子中σ键和π键的判断方法
（1）成键原子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，则先形成一个σ键，另外的原子轨道形成π键。
（2）一般规律：
共价单键是σ键；共价双键中有一个σ键，另一个是π键；共价三键中有一个σ键，另两个是π键。
[即时练]
1．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键易断裂
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
答案 D
解析 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；在分子形成时为了使其能量最低，必然首先形成σ键，根据形成的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；H原子跟其他原子只能形成σ键，故C项正确。
2．（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肯定不存在离子键
B．物质中有σ键不一定有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键和3个π键
D．乙烷分子中只存在σ键，即C—H键和C—C键均为σ键
答案 BD
解析 NH4Cl、（NH4）2SO4均是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项错误；H、Cl等只有一个未成对电子，因而只能形成σ键，即有σ键不一定有π键；若形成π键一定是原子间已形成σ键，即有π键一定有σ键，B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3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键和1
个C—C键均为σ键，D项正确。
规律方法
（1）大多数铵盐是只含非金属元素的化合物，少数铵盐含有金属元素，如（NH4）2Cr2O7。
（2）稀有气体不存在化学键。
（3）共价单键是σ键，双键和三键中存在π键，中学化学里常见的双键，除C===C键以外，还有C===O键，三键除C≡C键以外，还有N≡N键、C≡N键等。
二、键参数——键能、键长与键角
1．一般地，形成共价键的共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。
2．形成共价键的原子半径越小，键长越短，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。
3．键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，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，这个分子的立体构型就确定了。
如氨分子的H—N—H键角是107°，N—H键的键长是101pm，就可以断定氨分子是三角锥形分子，如图。
[即时练]
3．键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是（ ）
A．键角是描述分子空间构型的重要参数
B．因为H—O键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱
C．水分子可表示为H—O—H，分子中的键角为180°
D．H—O键的键能为463kJ·mol－1，即18gH2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2×463kJ
答案 A
解析 H—O键、H—F键的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定，O2、F2与H2反应的能力逐渐增强，B项错误；水分子呈V形，键角为105°，C项错误；H—O键的键能为463kJ·mol－1，指的是断开1molH—O键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为463kJ,18gH2O即1molH2O中含2molH—O键，断开时需吸收2×463kJ的能量形成气态氢原子和气态氧原子，再进一步形成H2和O2时，还会因形成化学键而释放出一部分能量，D项错误。
4．最近意大利罗马大学的FulvioCacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子。
N4分子结构如图所示，已知断裂1molN—N键吸收167kJ热量，生成1molN≡N键放出942kJ热量，根据以上信息和数据，下列说法正确的是（ ）
A．N4属于一种新型的化合物
B．N4与N2互为同素异形体
C．N4沸点比P4（白磷）高
D．1molN4气体转变为N2将吸收882kJ热量
答案 B
解析 N4属于一种新型的单质，与N2互为同素异形体，其结构与白磷结构类似，白磷的相对分子质量大于N4，所以白磷沸点高。
1molN4中含6molN—N，断键时需吸收1002kJ热量，生成1molN2时放出942kJ热量，所以1molN4气体转变为2molN2将放出882kJ热量。
规律方法
键参数的应用
（1）由键能可推断物质的稳定性，键能越大，物质的稳定性越强。
（2）由键能数据可判断反应放热或吸热。
因为化学反应过程是断旧键成新键的过程，根据断键过程吸收的总能量和成键过程放出的总能量的差值即可判断。
（3）由键长和键角判断分子的构型。
三、等电子原理
1．常见的等电子体
2．等电子原理的应用
（1）利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。
如NH3和H3O＋，原子和价电子总数都相等，其立体构型相似（三角锥形）；SiCl4、SO
、SiO
、PO
等的原子数目和价电子总数都相等，互为等电子体，都呈四面体构型。
（2）应用于制造新材料。
等电子体不仅有相似的立体构型，而且有相似的性质。
如晶体硅、锗是良好的半导体材料，它们的等电子体AlP、GaAs也都是良好的半导体材料。
[即时练]
5．以下各组粒子不能互称为等电子体的是（ ）
A．CO和N2B．CO
和SO3
C．CO2和N2OD．N2H4和C2H4
答案 D
解析 CO和N2的原子个数都为2，价电子数都为10，原子数和价电子数都相等，互为等电子体，故A不符合题意；CO
和SO3的原子个数都为4，价电子数都为24，原子数和价电子数都相等，互为等电子体，故B不符合题意；CO2和N2O的原子个数都为3，价电子数都为16，原子数和价电子数都相等，互为等电子体，故C不符合题意；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，不能互为等电子体，故D符合题意。
6．科学家常用等电子体来预测不同物质的结构与性质，例如NH
与CH4有相同的价电子总数和空间构型。
依此原理在下面的空格中填写相应的化学式或离子式。
答案
解析 由NH
与CH4互为等电子体可得其组成特点：
C原子与N原子互换后改变了微粒的价电子总数，若要保持价电子总数不变，只需调整微粒所带电荷数即可，据此可写出相应的等电子体。
规律方法
等电子体的寻找方法
（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。
本课归纳总结
1.共价键
本质：
原子之间形成共用电子对（或电子云重叠）
特征：
具有方向性和饱和性
键参数：
键长、键能可用来判断共价键的稳定性，键角可用于判断分子的立体构型。
2．等电子原理
等电子体原子总数相同，价电子总数相同，但组成原子的核外电子总数不一定相同。
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1．π键在有机化合物中广泛存在。
下列说法正确的是（ ）
A．烯烃比烷烃的化学性质活泼是由于烷烃中只含σ键，而烯烃中只含π键
B．乙醇分子中既含σ键也含π键，但π键数少于σ键数
C．结构式为
的有机物中只含共价键，且σ键与π键个数之比为7∶3
D．乙烯分子和乙炔分子中含有的π键数目不同，但含有的σ键和π键总数相同
答案 C
解析 烯烃中也含有σ键，A错误；乙醇中只含σ键，不含π键，B错误；选项C给出的结构式中含有4个碳氢σ键，3个碳碳σ键，1个碳碳双键（1个π键），1个碳碳三键（2个π键），C正确；乙烯分子中含有5个σ键，1个π键，乙炔中含有3个σ键，2个π键，D错误。
2．下列说法正确的是（ ）
A．双原子分子中化学键键能越大，分子越牢固
B．双原子分子中化学键键长越长，分子越牢固
C．双原子分子中化学键键角越大，分子越牢固
D．在同一分子中，σ键与π键的原子轨道重叠程度相同，只是重叠的方式不同
答案 A
解析 分子的稳定程度主要由键能决定，键长越短键能越大；一般情况下σ键要比π键的原子轨道重叠程度大，重叠方式前者为“头碰头”、后者为“肩并肩”。
3．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：
________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）218kJ·mol－1 330kJ·mol－1
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如下规律：
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键的键能和C—I键的键能之间，即218～330kJ·mol－1。
4．等电子体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。
（1）SiO
、SO3、NO
三种粒子________（填“是”或“不是”）等电子体，其中Si、S、N三种基态原子的第一电离能的大小关系为______________。
（2）C2O
和________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原子在元素周期表中的位置是________________，外围电子排布式为________。
（3）两原子14个电子的等电子体的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：
________（分子或离子）。
每个分子或离子中含________个σ键，________个π键。
答案
（1）是 N>S>Si
（2）N2O4 第四周期ⅦB族 3d54s2
（3）N2、CO、CN－ 1 2
解析
（1）三种粒子均为四原子24价电子微粒，属于等电子体。
（2）搜索C2O
的等电子体，首先想到将C替换为N，然后凑足价电子总数，此微粒可以是N2O4。
（3）两原子14个电子的微粒首先应想到N2，然后以N2为基础，尝试替换为C原子和O原子，使价电子总数相等即可。
课时作业
A篇 知识对点训练
知识点一 共价键
1．下列元素的原子间易形成共价键的是（ ）
A．Na和ClB．K和F
C．H和ClD．Ca和O
答案 C
解析 Na和Cl形成的是离子键，A错误；K和F形成的是离子键，B错误；H和Cl均是非金属元素，形成的是共价键，C正确；Ca和O形成的是离子键，D错误。
2．在氯化氢分子中，形成共价键的原子轨道是（ ）
A．Cl原子的2p轨道和H原子的1s轨道
B．Cl原子的2p轨道和H原子的2p轨道
C．Cl原子的3p轨道和H原子的1s轨道
D．Cl原子的3p轨道和H原子的3p轨道
答案 C
解析 H原子只有1s轨道，Cl原子中最外电子层上未成对的电子是3p轨道上的电子，所以C项正确。
3．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．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__________。
答案
（1）DE
（2）C （3）ABCF （4）F
解析 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；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，所有电子都参与成键；N2中N原子与另1个N原子形成1个σ键，2个π键，还有一对不成键电子。
知识点二 键参数——键能、键长与键角
4．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、磷酸是难挥发性酸
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
答案 D
解析 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；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；氮气比氧气稳定是由于N2中共价键的键能（946kJ·mol－1）比O2中共价键的键能（497.3kJ·mol－1）大，在化学反应中难以断裂。
5．下列有关化学键的比较一定错误的是（ ）
A．键能：
C—N＜C===N＜C≡N
B．键长：
I—I＞Br—Br＞Cl—Cl
C．分子中的键角：
H2O＞CO2
D．相同元素原子间形成的共价键键能：
σ键＞π键
答案 C
解析 C、N原子间形成的化学键，三键键能最大，单键键能最小，A项正确；双原子分子中原子半径越大，键长越长，B项正确；H2O分子的H—O—H键角是105°，CO2分子的O===C===O键角是180°，C项错误；一般情况下，相同元素原子之间形成的σ键的键能比π键的大，D项正确。
6．已知某些共价键的键能、键长数据如表所示：
（1）下列推断正确的是________（填字母，下同）。
A．稳定性：
HF＞HCl＞HBr＞HI
B．氧化性：
I2＞Br2＞Cl2
C．沸点：
H2O＞NH3
D．还原性：
HI＞HBr＞HCl＞HF
（2）下列有关推断正确的是________。
A．同种元素原子形成的共价键的稳定性：
三键＞双键＞单键
B．同种元素原子形成的双键的键能一定小于单键的2倍
C．键长越短，键能一定越大
（3）在HX（X＝F、Cl、Br、I）分子中，键长最短的是________，最长的是________；O—O键的键长________（填“大于”“小于”或“等于”）O===O键的键长。
答案
（1）ACD
（2）A （3）HF HI 大于
解析
（1）根据表中数据知，同主族元素从上至下气态氢化物的键能逐渐减小，稳定性逐渐减弱，A项正确；氯气、溴单质、碘单质的氧化性也逐渐减弱，B项错误；H2O在常温下为液态，NH3在常温下为气态，则H2O的沸点比NH3的高，C项正确；还原性与失电子能力有关，还原性：
HI＞HBr＞HCl＞HF，D项正确。
（2）键能越大，化学键越稳定，越不容易断裂，由表中碳碳键的数据知A项正确；由O—O键、O===O键的键能知，B项错误；C—H键的键长大于N—H键的键长，但是N—H键的键能反而较小，C项错误。
知识点三 等电子原理
7．N2的结构可以表示为
，CO的结构可以表示为
，其中椭圆框表示π键，下列说法不正确的是（ ）
A．N2分子与CO分子中都含有三键
B．N2分子与CO分子中的π键并不完全相同
C．N2分子与CO分子互为等电子体
D．N2分子与CO分子性质完全相同
答案 D
解析 从图示可以看出，N2分子和CO分子中均含有一个σ键和两个π键，所以二者都含有三键，A项正确；N2分子中的π键是由每个N原子各提供两个p电子以“肩并肩”的方式重叠形成的，而CO分子中的一个π键是O原子单方面提供电子形成的，B项正确；N2与CO的原子总数和价电子总数均相同，互为等电子体，其性质相似，但并不完全相同，C项正确，D项错误。
8．（双选）下列各组粒子中，空间结构相似的是（ ）
A．CS2与NO2B．CO2与N2O
C．SO2与O3D．PCl3与BF3
答案 BC
解析 A选项中CS2的价电子总数为16，NO2的价电子总数为17，故二者不属于等电子体，空间结构不相似；B选项中CO2和N2O的价电子总数均为16，且均为3原子分子，二者互为等电子体，因此具有相似的空间结构；C选项中SO2和O3的价电子总数均为18，且均为3原子分子，二者互为等电子体，因此具有相似的空间结构；D选项中PCl3的价电子总数为26，BF3的价电子总数为24，故二者不属于等电子体，空间结构不相似。
B篇 综合提升训练
9．下列不属于共价键成键因素的是（ ）
A．形成共用电子对
B．成键原子的原子轨道在空间重叠
C．形成化学键，体系能量降低，趋于稳定
D．两原子体积大小要适中
答案 D
解析 共价键的本质是在原子之间形成共用电子对。
两原子形成共价键时原子轨道发生重叠，两原子的原子轨道重叠越多，键越牢固，体系的能量也越低，但对成键原子体积的大小没有要求。
综上所述，D项错误。
10．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
答案 B
解析 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键的键能大于H—O键，所以稳定性HF＞H2O。
11．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________（填序号，下同）。
（2）只含有非极性键的是________。
（3）既有极性键，又有非极性键的是________。
（4）只有σ键的是________。
（5）既有σ键，又有π键的是________。
答案
（1）①③⑨
（2）②④⑦ （3）⑤⑥⑧
（4）①②③⑥⑦⑧ （5）④⑤⑨
12．氮可以形成多种离子，如N3－、NH
、N
、NH
、N2H
、N2H
等，已知N2H
与N2H
是由中性分子结合质子形成的，类似于NH
，因此有类似于NH
的性质。
（1）写出N2H
与碱溶液反应的离子方程式_____________________________。
（2）NH
的电子式为____________________。
（3）N
有__________个电子。
（4）写出与N
互为等电子体的物质的化学式________________________（两种）。
（5）等电子体的微粒往往具有相似的结构，试预测N
的构型：
__________。
答案
（1）N2H
＋2OH－===N2H4＋2H2O
（2）[H
H]－ （3）22
（4）N2O、CO2（其他合理答案也可） （5）直线形
解析
（1）由题给信息可知，N2H
是由N2H4与两个H＋结合而形成的，所以它与碱反应时的物质的量的比为1∶2。
（2）NH
可由氮最外层5个电子中的2个电子与2个氢原子形成共价键，氮再得到1个电子，从而形成NH
。
（3）N
是由3个氮原子结合后再得到1个电子而形成，所以应该有22个电子。
（4）与N
等电子体的物质应该也是由3个原子组成，且价电子数为16的粒子，如N2O、CO2等。
（5）由N
与CO2是等电子体，所以类比CO2可得N
应是直线形的构型。
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