第二章 分子结构与性质第一节 共价键【学习目标】 1.能从微观角度分析形成共价键的微粒、类型，能辨识物质中含有的共价键。2.理解共价键中 σ 键和 π 键的区别，建立 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。3.了解共价键键参数的含义，能用键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。4.通过认识共价键的键参数对物质性质的影响，探析微观结构对宏观性质的影响。【基础知识】一、共价键（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 (即原子轨道重叠)产生的强烈作用。2、共价键的特征(1)饱和性：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)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，原子轨道重叠的越 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。（二）共价键类型1、σ 键形成由两个原子的 s 轨道或 p 轨道“ 头碰头 ”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，共价键电子云的图形 不变 ，这种特征称为轴 对称 ；σ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 π 键特征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 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、一个 π 键；共价三键由一个 σ 键和两个 π 键组成。 共价键的分类 二、键参数——键能、键长与键角（一）键能1、概念气态分子中 1 _mol 化学键解离成气态原子所 吸收 的能量。它通常是 298.15 K、100 kPa 条件下的标准值，单位是 kJ·mol － 1 。2、应用(1)判断共价键的稳定性原子间形成 共价 键时，原子轨道重叠程度越 大 ，释放能量越 多 ，所形成的 共价 键键能越 大 ，共价键越 稳定 。(2)判断分子的稳定性一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越 大 ，分子越 稳定 。(3)利用键能计算反应热ΔH＝ 反应物 总键能－ 生成物 总键能（二）键长和键角1、键长(1)概念：构成化学键的两个原子的 核间距 ，因此 原子半径 决定共价键的键长，原子半径越 小 ，共价键的键长越 短 。(2)应用：共价键的键长越 短 ，往往键能越 大 ，表明共价键越 稳定 ，反之亦然。2、键角(1)概念：在多原子分子中，两个相邻 共价键 之间的夹角。(2)应用：在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有 方向 性，因此键角影响着共价分子的 空间结构 。(3)试根据空间结构填写下列分子的键角分子的空间结构键角 实例正四面体形 109°28′CH4、CCl4平面形 120°苯、乙烯、BF3等三角锥形 107° NH3V 形(角形) 105°H2O直线形 180°CO2、CS2、CH≡CH(4)部分键角图解【考点剖析】考点一　共价键的判断1．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．共价键原子的大小 D．共价键的稳定性答案　B解析　原子间形成分子时，形成了共价键，共价键具有饱和性和方向性，方向性决定分子的空间结构，饱和性则决定原子形成分子时相互结合的数量关系，B 正确。2．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 键答案　D解析　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，故 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，故 B 正确；单键为 σ 键，而双键、三键中有 σ 键和 π 键，则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， 如 HCl，故 C 正确；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，故 D 错误。3．下列有关 σ 键的说法错误的是(　　)A．如果电子云图像是由两个 s 电子重叠形成的，即形成 s-s σ 键B．s 电子与 p 电子形成 s-p σ 键C．p 电子和 p 电子不能形成 σ 键D．HCl 分子中含有一个 s-p σ 键答案　C解析　σ 键是指由两个相同或不相同的原子轨道沿轨道对称轴方向相互重叠而形成的共价键；包括 s-s σ 键、s-p σ 键、p-p σ 键等类型，C 描述不正确。4．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 的空间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，电子在两核间出现的概率减小答案　C解析　Cl2是双原子分子，H2S 是三原子分子，这是由共价键的饱和性决定的，A 不正确；H2O 与 H2S的空间结构一样是由中心原子含有的孤电子对决定的，与共价键的饱和性无关系，B 不正确；例如氢气中的共价键没有方向性，C 正确；两原子轨道发生重叠后，电子在两核间出现的概率增大，D 不正确。5．具有下列电子排布式的原子中，不能形成 π 键的是(　　)A．1s22s22p63s23p4 B．1s22s22p3C．1s22s22p63s1 D．1s22s22p2答案　C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。6．下列分子既不存在 s-p σ 键，也不存在 p-p π 键的是(　　)A．HCl B．HFC．SO2 D．SCl2答案　D解析　共价键是两个原子轨道以“头碰头”或“肩并肩”重叠形成的，s 和 p 轨道以“头碰头”重叠可形成 s-p σ 键，p 轨道之间以“头碰头”重叠可形成 p-p σ 键，p 轨道之间以“肩并肩”重叠可形成 p-p π 键。HCl 分子中存在 s-p σ 键，故 A 错误；HF 分子中存在 s-p σ 键，故 B 错误；SO2分子中存在 p-p σ 键和 p-p π 键，故 C 错误；SCl2分子中只存在 p-p σ 键，故 D 正确。考点二　共价键的应用7．下列物质的化学式和结构式中，从成键情况看不合理的是(　　)A．CH3N： B．CH4S：C．CH2SeO： D．CH4Si：答案　D解析　根据价键理论，C、Si 需要形成四个价键，N、P 形成三个价键，O、Se 形成两个价键，H、Cl、F、Br 形成一个价键。8．对三硫化四磷分子的结构研究表明，该分子中没有不饱和键，且各原子的最外层均已达到了 8个电子的稳定结构。则一个三硫化四磷分子中含有的共价键个数是(　　)A．7 个 B．9 个C．19 个 D．不能确定答案　B解析　三硫化四磷分子中没有不饱和键，且各原子的最外层均已达到了 8 电子的稳定结构，P 元素可形成 3 个共价键，S 元素可形成 2 个共价键，因此一个三硫化四磷分子中含有的共价键个数为＝9 个。9．P 元素的价电子排布为 3s23p3，P 与 Cl 形成的化合物有 PCl3、PCl5，对此判断正确的是(　　)A．磷原子最外层有三个未成对电子，故只能结合三个氯原子形成 PCl3B．PCl3分子中的 P—Cl 键含有 π 键 C．PCl5分子中的 P—Cl 键都是 π 键D．磷原子最外层有三个未成对电子，但是能形成 PCl5，说明传统的价键理论存在缺陷答案　D解析　PCl3的电子式为 ，P—Cl 键都是 σ 键。PCl5分子中有 5 个 P—Cl σ 键，这违背了传统价键理论饱和性原则，说明传统价键理论不能解释 PCl5的结构，即传统价键理论存在缺陷。考点三　共价化合物的电子式10．下列表示原子间形成共价键的化学用语正确的是(　　)A． B． C.D．答案　D解析　H2O2为共价化合物，电子式不应带“[]”，不为阴、阳离子，选项 A 错误；HF 为共价化合物，电子式不应带“[]”，不为阴、阳离子，选项 B 错误；NH3为共价化合物，结构式中未共用的孤电子对不用画出，选项 C 错误；H2O 为共价化合物，氢氧原子各形成一对共用电子对，选项 D 正确。11．下列电子式书写错误的是(　　)A．甲烷　B．氟化钠　C．过氧化氢　D．BF3　答案　D解析　甲烷为共价化合物，碳原子与氢原子之间形成 1 对电子对，A 正确；氟化钠为离子化合物，钠原子失去 1 个电子变为钠离子，而氟原子得到 1 个电子最外层变为 8 电子，带有 1 个单位的负电荷，B 正确；过氧化氢为共价化合物，两个氧原子成键形成 1 对电子对，氧原子与氢原子形成 1 对电子对，C 正确；三氟化硼是共价化合物，没有电子的得失，D 错误。考点四　键参数的理解12．下列事实不能用键能的大小来解释的是(　　)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化学反应C．HF、HCl、HBr、HI 的热稳定性逐渐减弱D．F2比 O2更容易与 H2反应答案　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，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，所以热稳定性逐渐减弱；由于 H—F 的键能大于 H—O，所以二者相比较，更容易生成 HF。13．根据 π 键的成键特征判断 C==C 的键能是 C—C 的键能的(　　)A．2 倍 B．大于 2 倍C．小于 2 倍 D．无法确定答案　C解析　由于 π 键的键能比 σ 键键能小，双键中有一个 π 键和一个 σ 键，所以双键的键能小于单键的键能的 2 倍。14．下列单质分子中，键长最长，键能最小的是(　　) A．H2 B．Cl2 C．Br2 D．I2答案　D解析　键长与原子的半径有关，原子半径越大，形成的分子的键长越长；键能与得失电子的难易有关，得电子越容易，键能越大。四种原子中，I 的原子半径最大，且得电子最难，故 D 项正确。15．关于键长、键能和键角，下列说法错误的是(　　)A．键角是描述分子空间结构的重要参数B．键长是形成共价键的两原子间的核间距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、键能的大小无关答案　C解析　键角是描述分子空间结构的重要参数，如 CO2中的 2 个 C==O 的键角为 180°，故分子为直线形分子，A 正确；键长是形成共价键的两个原子间的核间距，B 正确；键能越大，键长越短，共价键越强，共价化合物越稳定，故 C 错误；键角的大小取决于成键原子轨道的夹角，D 正确。考点五　键参数的应用16．H2和 I2在一定条件下能发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，下列说法正确的是(　　)已知： (a、b、c均大于零)A．H2、I2和 HI 分子中的化学键都是非极性共价键B．断开 2 mol HI 分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJC．相同条件下，1 mol H2(g)和 1 mol I2(g)总能量小于 2 mol HI (g)的总能量D．向密闭容器中加入 2 mol H2(g)和 2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量为 2a kJ答案　B解析　HI 分子中共价键是由不同种非金属形成的，属于极性共价键，A 错误；反应热等于断键吸收的能量与形成化学键放出的能量的差值，则－a＝b＋c－2x，解得x＝，所以断开 2 mol HI 分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ，B 正确；该反应是放热反应，则相同条件下，1 mol H2(g)和 1 mol I2(g)总能量大于 2 mol HI (g)的总能量，C 错误；该反应是可逆反应，则向密闭容器中加入 2 mol H2(g)和 2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量小于 2a kJ，D 错误。17．已知 N2＋O2===2NO 为吸热反应，ΔH＝＋180 kJ·mol－1，其中 N≡N、O==O 的键能分别为 946 kJ·mol－1、498 kJ·mol－1，则 N—O 的键能为(　　)A．1 264 kJ·mol－1 B．632 kJ·mol－1C．316 kJ·mol－1 D．1 624 kJ·mol－1答案　B解析　反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，即 946 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－2x＝180 kJ·mol－1，解得x＝632 kJ·mol－1。18．三氯化磷分子的空间结构不是平面正三角形，其理由叙述中正确的是(　　)A．PCl3分子中 3 个共价键的键角均相等B．PCl3分子中 P—Cl 属于极性共价键C．PCl3分子中 3 个共价键的键长均相等D．PCl3分子中 P—Cl 的 3 个键角都是 100.1°答案　D解析　PCl3分子若是平面正三角形，键角应为 120°。19．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(　　)A．a<b<c B．c<b<aC．b<c<a D．b<a<c答案　D解析　甲烷是正四面体形分子，键角为 109°28′，氨分子是三角锥形分子，键角为 107°，水分子是 V 形分子，键角为 105°，若氨分子、水分子、甲烷分子中共价键的键角分别为a、b、c，则b<a<c。20．对比以下几个反应式：Cl＋Cl―→Cl2　ΔH1＝－247 kJ·mol－1；O＋O―→O2　ΔH2＝－493 kJ·mol－1；N＋N―→N2　ΔH3＝－946 kJ·mol－1。可以得出的结论是(　　)A．在常温下氮气比氧气和氯气稳定B．氮、氧和氯的单质常温下为气体 C．氮、氧和氯都是双原子分子D．氮气、氧气和氯气的密度不同答案　A解析　成键释放出能量时，ΔH3最小，常温下氮气最稳定，A 正确；常温下三种物质均为气体，与上述反应式无关，B 错误；气体的密度与上述反应式无关，D 错误。21．下图为元素周期表前 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(　　)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．第一电离能：X>Y>WD．键长：X—H<W—H，键能：X—H<W—H答案　B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；第一电离能应是 N>P>S，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—H<X—H，D 错误。