第1讲共价键及其参数.docx

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1、第1讲 共价键及其参数极知识清单基本概念。键；兀键；键参数(键能、键长、键角);视f典题温故材料1已知电负性：N = 3.0, Cl = 3.0o材料2氮气的化学性质不活泼，在高温、高压、催化剂存在的条件下，氮气和氢气作用生成氨气。 空气中的氮气和氧气在雷电的作用下，可反应生成一氧化氮。氯气与氢气的混合气体，若氢气的体积分数大于5%,在强光照射时可能会爆炸。点燃密闭容器中的氢 气与氯气的混合气体时，大量氢气与氯气接触，迅速化合放出大量热，使气体体积急剧膨胀而发生爆炸。问题1氮元素和氯元素的电负性相同，二者对应单质的活泼性是否相同？提示：不同。N2中存在N三N,氮氮三键的键能比较大，断开氮氮三键

2、需要较高的能量，故单质的活泼 性：N2HClHBrHIo因原子半径：FClBrI,故键长：HFHCKHBrHCl HBrHI,稳定性：HFHClHBrHIo问题4判断正误(1)在任何情况下，都是。键比兀键强度大()(2)s-s o键与s-p o键的电子云形状对称性相同()(3R键能单独形成，而兀键一定不能单独形成()(4R键可以绕键轴旋转，兀键一定不能绕键轴旋转()(5)碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键键能的3倍和2倍()答案(l)x (2)4 (3)4 (4)4 (5)xCOC0C0C=O键能(kJmo1)n2NNNNN=N键能(kJmori)(4)Ge与C是同族元素，C原子之间可以形

3、成双键、三键，但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析，原因是答案(i)HF HI 大于(2)376.5 kJ-mol1兀 o(3)CO 断开CO分子的第一个化学键所需要的能量(273.0 kJmol)比断开N2分子的第一个化学键所 需要的能量(523.3 kJmo)小(4)Ge的原子半径大，原子间形成的。单键较长，p-p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形 成兀键通关11 (2020山东日照模拟)氮是一种典型的非金属元素，其单质及化合物在生活和生产中具有广泛 的用途。回答下列问题：(1)磷元素与氮元素同主族，基态磷原子有 个未成对电子，白磷的分子式为P4,其结构如图甲所示

4、。科学家目前合成了 N4分子，N4分子中氮原子的杂化轨道类型是,NNN键角为；N4分解后能产生N2并释放出大量能量，推测其用途可为 o图甲白磷结构H za- H 图乙Zn(NH3)62+(2)NH3与Zn2+可形成Zn(NH3)62+,其部分结构如图乙所示。NH3的立体构型为 oZn(NH3)6+中存在的化学键类型有； NH3分子中HNH键角为107。，判断Zn(NH3)612+ 离子中 HNH 键角(填“”“”或=)107。肿(N2H4)可视为NH3分子中的一个氢原子被一NH2取代形成的另一种氮的氢化物。与N2H4互为等电 子体的分子有(写出一种即可)。解析(1)磷原子的价电子排布式为3s2

5、3P3,基态原子有3个未成对电子；N4分子与P4分子的结构相似, 为正四面体形，N4分子中每个氮原子形成3个。键、含有1对孤电子对，杂化轨道数目为4,氮原子采取sp3 杂化；正四面体中的每个面为正三角形，则NNN键角为60。； N4分解后能产生N2并释放出大量能量, 可以用于制造火箭推进剂或炸药。(2)NH3中氮原子形成3个。键，有1对未成键的孤电子对，杂化轨道数 为4,采取sp3杂化，分子立体构型是三角锥形。Zn(NH3)6十中存在的化学键类型有配位键、共价键，受 配位键的影响，Zn(NH3)62+中HNH键角大于107。等电子体是指原子总数相同、价电子总数相同 的分子或离子。与N2H4互为

6、等电子体的分子有CH3OH、CH3sH等。答案(1)3 sp3 60用于制造火箭推进剂或炸药(其他合理答案也可)(2)三角锥形 配位键、共价键 CH30H(或CH3sH等)通关12碳、硫和钗的相关化合物在药物化学及催化化学等领域应用广泛。回答下列问题：(1)基态钢原子的结构示意图为 o(2)VO r的中心原子上的孤电子对数为, 一个VO中含有 个。键。(3)2-疏基烟酸氧机配合物(图1中W)是副作用小且能有效调节血糖的新型药物。该药物中N原子的杂化方式是 oX、Y、Z三种物质在水中的溶解性由大到小的顺序为，原因是O已知：多原子分子中，若原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的P轨道，则P电子可

7、在多个原 子间运动，形成大兀键。大兀键可用错误!表示，其中加、分别代表参与形成大兀键的原子个数和电子数，如苯分子中的大兀键表示为错误! o下列微粒中存在大兀键的是(填字母)。A. O3B. SO；C. H2SD. NO；CS2分子中大兀键可以表示为 O(4)偏乳酸镂加热分解生成五氧化二机、氨、水。偏铀酸镂的阴离子呈如图2所示的无限链状结构，则偏钢酸镂的化学式为 oWXYZ解析(2)V0厂的中心原子为V, V上的孤电子对数为0, 1个V原子与4个0原子结合形成化学键, 所以一个VO r中含有4个。键。(3)该药物中N原子形成2个。键，1个兀键，N原子的价层电子对数=孤电子对数键个数= 1+2 =

8、 3,所以N原子采取sp2杂化。X中含有斐基，可以与水分子形成氢键，增 强水溶性；Y中含有酯基和苯环，Z中含有酯基，都不利于其在水中的溶解，因此X、Y、Z三种物质在水 中的溶解性由大到小的顺序为XZY。从已知信息来看，形成大兀键的条件是：原子都在同一平面上且 这些原子有相互平行的p轨道。根据价层电子对互斥理论，03的立体构型为V形，SO f的立体构型为正 四面体，H2s的立体构型为V形，NO；的立体构型为平面三角形。因此S0一定不存在大兀键，H2s中H原子没有p轨道，也不存在大兀键，03和NO1可以形成大兀键。所以选A、DoCS2是直线形分子，又 有p轨道，因此可以形成三原子四电子的大兀键:错

9、误!。(4)由题图2可知每个V与3个0形成阴离子，结合题意可知V的化合价为+5,则偏锐酸铁的化学式为NH4Vo3。答案(2)0 4 (3)sp2XZY X中含有竣基，可以与水分子形成氢键，增强水溶性；Y中含有酯基和苯环，Z中含有酯基，都不利于其在水中的溶解AD错误！ (4)NH4VCh通关13碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：化学键CCCHC0SiSiSiHSi0键能/(kJmo)356413336226318452回答下列问题：通常条件下，比较CH4和SiE的稳定性强弱：o硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷垃多，原因是(3)SiH4的稳定性小

10、于CH4,更易生成氧化物，原因是O解析(1)因为CH的键能大于SiH的键能，所以CH4比SiH4稳定。(2)CC和CH的键能比SiH和SiSi的键能都大，因此烷烧比较稳定，而硅烷中SiSi和SiH 的键能较小，易断裂，导致长链硅烷难以形成。(3)CH的键能大于C0的，CH比C0稳定，而SiH的键能却小于Si0的，所以SiH不 稳定而倾向于形成稳定性更强的Si0。答案(1)CH4比SiFU稳定(2)CC和CH的键能较大，不易断裂，所以形成的烷煌比较稳定，而硅烷中SiSi和SiH的键 能较小，易断裂，导致长链硅烷难以形成(3)CH的键能大于C0, CH比C0稳定，而SiH的键能却小于Si0,所以S

11、iH不稳定 而倾向于形成稳定性更强的Si0命题点3等电子原理及其应用通关14 (1)写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子 o(2)根据等电子原理，仅由第二周期元素形成的共价分子中，互为等电子体的是 和；和 o(3)在短周期元素组成的物质中，与NO 3互为等电子体的分子有、o(4)与H20互为等电子体的一种阳离子为(填化学式)，阴离子为 o(5)与OIT互为等电子体的一种分子为(填化学式)。(6)与S03互为等电子体的一价阴离子为，二价阴离子 o(7)与N2互为等电子体的分子是,阴离子是，阳离子是 o(8)与COr互为等电子体的离子为,分子为。(9)与SOK互为等电子体的离子为

12、,分子为 o答案(l)C02、SCN (或 COS 等)(2)N2 CO N20 C02 (3)SO2 03 (4)H2F+ NH (5)HF(6)NO； COr (7)C0 CK(或 Cl) N0+ (8)N0 S03 (9)P01、CIO； CC14思维模型-常见的等电子体粒子通式价电子总数立体构型C02、CNS N02 Nax216直线形COM、NO、SO3ax324平面三角形SO2、O3、NO2ax218V形CCI4、soF poF cio；ax432正四面体形poF soM、coax326三角锥形cr CO、N2、CN-AX10直线形CH4 NHl、SiH4ax48正四面体形NH3、

13、PH3、h3o+ax38三角锥形趣:知识梳理1 .共价键的本质共价键的本质是原子之间形成共用电子对（即原子轨道重叠后,高概率地出现在两个原子核之间的电子 与两个原子核之间的电性作用。）2 .共价键的特征共价键的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。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。共价键的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，而且原子轨 道重叠越多，电子在两核间出现的概率越大，形成的共价键就越牢固。电子所在的原子轨道都有一定的形 状，所以要达

14、到最大重叠，共价键必然有方向性。共价键的方向性决定了分子的空间结构，并不是所有共价键都具有方向性，如两个s轨道上的电子形 成的共价键就没有方向性。3 .共价键的类型分类依据类型形成共价键的原子轨道重叠方式。键电子云“头碰头”重叠匹键电子女“肩并肩，重叠形成共价键的电子对是否偏移极性键共用电子对发生偏移非极性键共用电子对不发生偏移原子间共用电子对的数目里键原子间有一对共用电子对双键原子间有两对共用电子对三键原子间有三对共用电子对初主意一般情况下，两种元素的电负性相差不大时，才能形成共用电子对，形成共价键；当两种元素的电 负性相差很大（大于1.7）时，一般不会形成共用电子对，而形成离子键。（2）同

15、种非金属元素原子间形成的共价键为非极性键，不同种非金属元素原子间形成的为极性键。键与兀键的比较共价键类型。键兀键电子云重叠方式沿键轴方向相对重叠沿键轴方向平行重叠电子云重叠部位两原子核之间，在键轴处键轴上方和下方，键轴处为零电子云重叠程度大小示意图s-s U 键00s-pb 键 OCX3Hp-p b 键键蓝 p-pp健 X00键的强度较大较小化学活泼性不活泼活泼成键规律共价单键是。键；共价双键中一个是。键，一个是兀键；共价三键中一个是。 键，两个是兀键对于。键和兀键应特别注意的问题S轨道与S轨道形成。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。因S轨道是球形的，故S轨道与S轨

16、道形成O键时，无方向性。两个S轨道只能形成。键，不能形成兀 键。两个原子间可以只形成。键，但不能只形成兀键。4 .键参数概念继熊：气态基态原子形成1 mol化学键释放r的最低能量键参数键长:形成共价键的两个原子之间的核间距键鱼：在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角(2)键参数对分子性质的影响键能一 键长= 键角一生分子的稳定性生工分子的立体构型-决定分子的性质(1)键能的应用表示共价键的强弱键能越大，断开化学键时需要的能量越多，化学键越稳定。判断分子的稳定性结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。判断化学反应的能量变化在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形成释放能量

17、，因此反应焰变与键能的关系为“=反应物键能总和一生成物键能总和；时，为放热反应；()时，为吸热反应。(2)键长的应用一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子越稳定。键长的比较方法a.根据原子半径比较，同类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短。b.根据共用电子对数比较，相同的两个原子间形成共价键时，单键键长双键键长三键键长。键角的应用键长和键角决定分子的空间结构。常见分子的键角与分子空间结构化学式结构式键角空间结构C020C0180直线形nh3/H J4I H107三角锥形H2O0/ H H105V形BF3E/FF120平面三角形CH4IH(I12H1109028z正四面体形0注意般情

18、况下，共价键的键能越大，键长越短，分子越稳定。5 .等电子原理(1)等电子体原子总数相同,价电子总数相同的粒子互称为等电子体。例如，N2和CO、。3与SO2是等电子体。(2)等电子原理等电子体具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近，此原理称为等电子原理。例如，CO和N2都 存在三键，性质较稳定。A归纳总结，常见的等电子体及其空间构型微粒通式价电子总数空间构型CO2 SCN，NO2、N；ax216e-直线形COf、NO；、SO3ax324e-平面三角形S02、。3、NO：ax218eV形SOf 、 POfax432e-正四面体形POf、SOf、CIO；ax326e-三角锥形co、n2AX10e

19、-直线形CH4、NH：AX48e-正四面体形视典例精析例题1下列说法正确的是()A.兀键是由两个原子的p轨道“头碰头”重叠形成的B. o键呈镜面对称，兀键呈轴对称C. C2H6中的化学键全为。键，而C2H4中含有。键和兀键D.此中含有。键，而Cb中除含有。键外还含有兀键答案C解析原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为。键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键 为兀键，A项错误；原子轨道重叠方式的不同决定了。键呈轴对称，兀键呈镜面对称，B项错误；分子中所有 的共价单键都是o键，C2H6、H2、。2中都仅含有共价单键，故只含有。键，而C2H4中含有共价双键，因而 含有兀键，C项正确，D项错

20、误。例题2有以下物质：HF,C12,H2。，N2,C2H4,C2H6,H2，H2O2,HCN(HC三N)。(1)只有。键的是(填序号，下同)；既有。键又有兀键的是 o(2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的。键的是 o(3)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。键的是。(4)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。键的是 o解析(1)单键只有。键，双键或三键才含有兀键，故只有。键的是；既有键又有兀键的是 。(2)H原子只有s轨道，题给物质中含有由两个原子的s轨道重叠形成的。键的只有H2o(3)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。键的有。(4)含有由

21、一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的。键，说明构成这种。键的原子中一定没 有H原子，故正确答案为。答案(1)(2)(3)(4)例题3下列说法不正确的是()A.键能越大，表示化学键越牢固，越难断裂B. 一般地，成键的两原子核越近，键长越短，化学键越牢固，形成的物质的性质越稳定C.破坏化学键时吸收能量，形成化学键时释放能量D.碘易升华，这与分子中II的键能大小有关答案D解析键能越大，断裂该键所需的能量越多，化学键越牢固，越难断裂，A项正确；一般情况下，成 键的两原子核越近，键长越短，断开该键越难，化学键越牢固，形成的物质的性质越稳定，B项正确；破 坏化学键时需要吸收能量，形成化学键时释放

22、能量，C项正确；物质的升华属于物理变化，与化学键的键 能大小无关，D项错误。例题4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、HC1、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：HFHClHBrHI；由于HF的键能大于H0,所以稳定性: HFH2Oo&知识通关命题点1共价键分类与。、兀

23、键的判断通关1共价键具有饱和性和方向性，下列有关叙述中，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的B.共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的C.共价键的方向性决定了分子的空间结构D.所有共价键都具有方向性答案D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，故成键 原子的未成对电子数决定了该原子形成的共价键数量，即饱和性，A项正确；形成共价键时，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，则共价键的方向性是由 成键原子轨道的方向性决定的，而共价键的方向性又决定了所形成分子的空间结构，B、C项正确

24、；由于s 轨道是球形对称的，故两个s轨道重叠形成的共价键无方向性，D项错误。通关2根据H原子和F原子的核外电子排布，判断下列关于F2和HF分子中共价键的描述正确的是A.两者都为s-so键B.两者都为p-po键C.前者为p-po键，后者为s-p。键D.前者为s-so键，后者为s-po键答案C解析H原子核外电子排布式为Isl F原子核外电子排布式为Is22s22P5,形成共价键时，F原子的2P 轨道电子参与成键，H原子的1s轨道电子参与成键，则F2分子中的共价键为p-p。键，HF分子中的共价键 为s-p。键。通关3 (1)与NH ：互为等电子体的一种分子为(填化学式)。(2)柠檬酸的结构简式如图所

25、示。1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的。键的数目为 moloCH9COOHHOCCOOHICH9C()()H解析(1)与NH；互为等电子体的分子符合两个条件：一是含有5个原子；二是价电子总数为5+1x4 1=8个，符合条件的分子有CH4、SiH4等。(2)COOH中，C与其中一个0形成双键，并与另一个0形成单键，1 molCOOH中含有2 moi碳 氧。键，C与羟基相连的键为单键，为一个键，所以1 mol柠檬酸中碳原子与氧原子之间形成7 moi。键。答案(DCH4 或 SiH4 (2)7通关4(1)2019全国卷m, 35(4)NH4H2P。4中，P的杂化轨道与0的2P轨道形成键。(2

26、)2018全国卷I , 35(3)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，其中存在的化学键有(填标号)。A.离子键B.。键C.兀键D.氢键(3)2018江苏卷，21A(3)与03分子互为等电子体的一种阴离子为(填化学式)；用分子中。键与 兀键的数目 比/i(o): (兀)=o()解析 由于磷酸分子的结构为H(P()H,则NH4H2P04中的磷原子的杂化类型为sp3杂化，磷原OH子与氧原子形成的是单键或。键。(2)LiAlH4是离子化合物，存在离子键，H和A1间形成的是共价单键，为o键。(3)因为是阴离子，因此在周期表中可将一个0原子左移一个位置变为N原子，即NO1为03的等电子体。答案 sp3

27、a (2)AB (3)NO21 : 2通关5含碳元素的物质是化学世界中最庞大的家族，请填写下列空格。CH4中的化学键从形成过程来看，属于(填“”或“兀”)键，从其极性来看属于 键。(2)已知CM与N2结构相似，推算HCN分子中o键与兀键数目之比为 o(3)C6o分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成共价键，且每个碳原子最外层都满足8电子稳定结构，则C60分子中兀键的数目为 o0(4)利用CO可以合成化工原料C0C12, COC12分子的结构式为|，每个COC12分子内含有的cicC1。键、兀键数目为 OA. 4个O键B. 2个O键、2个兀键C. 2个。键、1个兀键D. 3个。键、1个兀键答案

28、(l)o 极性(2)1 ： 1 (3)30 (4)D通关6计算1 mol下列粒子中o、兀键数目(用Na表示)(1)CO2、o(2)Cu(NH3)42+、o(3)CN_、o(4)C2H50H、o(5)CH3CHO、o0又0、=1答案(1)2Na 2Na (2)16Na0 (3)1Na 2Na (4)8Na 0 (5)6Na INa (6)8Na 2Na题后反思兀键深化理解(l)o兀键的计算方法：单键只有一个。键；双键是一个o键一个兀键；三键是一个。键两个兀键。(2)当成键原子半径越大，兀键越难形成，如Si、0难形成双键。(3)。键与兀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，一般o

29、键比兀键稳定，但N2中兀 键较稳定。(4)并不是所有的共价键都有方向性，如s-so键没有方向性。(5)原子形成共价键时优先形成。键。(6)配位键也属于。键。命题点2共价键的键参数及应用通关7下列能说明BF3分子中4个原子在同一平面的理由是()A.任意两个键的夹角为120B. BF是非极性共价键C. 3个BF的键能相等D. 3个BF的键长相等答案AF解析本题考查共价键键参数的运用。当键角为120。时，BF3的空间结构为 B，故分子中4个原 / F F 子共面，呈平面三角形。通关8下列说法中正确的是（）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

30、子中化学键键角越大，分子越稳定D.在双键中，。键的键能要小于兀键答案A解析共价键键能越大、键长越短，分子越稳定，A正确，B错误；在双原子分子中没有键角，且分子 稳定性与键角无关，C错误；一般。键的重叠程度大于兀键，。键的键能大于兀键，D错误。通关9下列关于物质的组成、结构或性质的叙述正确的是（）A.第三周期主族元素中，第一电离能和电负性最大的都是氯B. HF的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键C.基态原子价电子排布式为（一1川6的元素属于第V1IIB族D.金刚石、金刚砂（SiC）、单晶硅为共价晶体，共价键依次增强，熔点依次升高答案A解析同周期主族元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，电负性逐渐

31、增强，最大的都是C1元素，A 正确；HF的稳定性很强与共价键有关，与分子间氢键无关，B错误；基态原子价电子排布为（一1月6、8*2 元素属于第VIB族，C错误；Si原子半径大于C原子半径，键长：CCCSiSiSi,故熔点：金刚石金刚砂单晶硅，D错误。通关10（深度思考）（1）在HX分子（X代表卤素原子）中，键长最短的是，最长的是； 00键的键长（填大于”“小于”或“等于）0-0键的键长。（2）N三N键的键能为946 kJmoL , NN键的键能为193 kJmol 一】，则一个兀键的平均键能为 kJ-mol_1,说明N2中 键比 键稳定（填飞或兀）。（3）结合事实判断CO和N2相对活泼的是，试用下表中的键能数据解释其相对活泼的原因：