2025年高考化学-一轮复习收官大作02 考点二 共价键（教师版）

【基础知识】分子结构与性质考点二共价键及其参数【必备知识】一、共价键的分类1、共价键的本质及特征共价键是原子间通过共用电子形成的化学键，其特征是具有方向性和饱和性。(1)饱和性：每个原子所能形成共价键的数目是一定的。(2)方向性：在形成共价键时，原子轨道重叠越大，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键越稳定，因此，共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，这就是共价键的方向性。2、分类分类依据类型形成共价键的原子轨道重叠方式σ键轨道“头碰头”重叠π键轨道“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单键原子间有一对共用电子对，σ键双键原子间有两对共用电子对，σ键+π键三键原子间有三对共用电子对，σ键+2π键3、σ键与π键的形成过程（1）σ键：电子云“头碰头”重叠①分类：σ键可分为s­sσ键、s­pσ键、p­pσ键。s­sσ键：两个成键原子均提供s电子形成的共价键。s­pσ键：两个成键原子分别提供s、p电子形成的共价键。p­pσ键：两个成键原子均提供p、p电子形成的共价键。②σ键的特征a．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。b．形成σ键的原子轨道重叠程度大，故σ键有较强的稳定性，优先形成。（2）π键：电子云“肩并肩”重叠π键的特征a．每个π键的电子云由两块组成，它们互为镜面，这种特征称为镜面对称。b．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键稳定。例1、有以下物质：①HF②Cl2③H2O④N2⑤C2H4⑥C2H6⑦H2⑧H2O2⑨HCN(1)只有σ键的是______________(填序号，下同)；既有σ键又有π键的是________。(2)含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是____。(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σ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σ键的是______________。【答案】（1）①②③⑥⑦⑧；④⑤⑨（2）⑦（3）①③⑤⑥⑧⑨（4）②④⑤⑥⑧⑨例2、（1）1mol有________个σ键，________个π键。（2）1mol有________个σ键，________个π键。（3）分子中σ键和π键的比例为______。【答案】（1）8；2（2）10；3（3）9：1二、键参数1、键长（1）概念：键长是构成化学键的两个原子处于平衡位置时的核间距。（2）比较：原子半径越小，共价键的键长越小。同种原子形成共价键键长：单键>双键>三键。例3、设石墨晶体中碳碳键的键长为a，金刚石中碳碳键和键长为b，比较a<b，原因：石墨晶体中碳为sp2杂化，金刚石中碳为sp3杂化，且石墨晶体中碳碳键为σ键和离域大π键，而金刚石中碳碳键为σ键。回答下列问题（1）(2015海南卷)SO3的三聚体环状结构如图所示，该结构中S原子的杂化轨道类型为sp3；该结构中S与O形成的共价键的键长有两类，一类键长约140pm，另一类键长约为160pm，较短的键为（填a或b）。该分子中含有个σ键。（2）（2023海南卷，节选）我国科学家发现一种钒配合物Ⅰ可以充当固氮反应的催化剂，反应过程中经历的中间体包括Ⅱ和Ⅲ。(代表单键、双键或叁键)配合物Ⅱ和Ⅲ中，钒的化合价分别为+4和+3，配合物Ⅱ、Ⅲ和N2三者中，两个氮原子间键长最长的是_______。【答案】（1）a12（2）配合物Ⅱ【解析】（1）a为碳氧双键，b为碳氧单键。（2）配合物Ⅱ是氮氮单键2、键能（1）概念：气态分子中断裂（形成）1mol化学键解离成气态原子所吸收（释放）的能量。（2）比较：同种元素形成共价键键能：单键<双键<三键。（碳碳双键键能不等于碳碳单键键能的两倍）一般键长越长，键能越小。例5、（2014山东卷）石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。1号C与相邻C键能变化是。（填“增大”“减小”或“不变”）【答案】减小【解析】碳原子的杂化方式由sp2杂化变为sp3杂化，碳碳键为σ键和离域大π键，而金刚石中碳碳键为σ键。例6、简答题（1）N2为什么化学性质稳定？（2）比较CH4<NH3<H2O<HF的热稳定性，并说明原因。（3）比较金刚石和晶体硅的熔点，并说明原因。【答案】（1）氮气存在在氮氮三键。（2）因为原子半径C>N>O>F，所为键能C-H<N-H<O-H<F-H。（3）金刚石与硅是共价晶体，熔点由键能决定。因为原子半径C<Si，所以键能Si-Si<C-C。3、键角（1）键长和键角的数值可通过晶体的x射线衍射实验获得。键角表明共价键具有方向性，键角决定分子的空间构型。【概念辨析】碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键的3倍和2倍。（）键长等于成键两原子的半径之和。（）键能是衡量化学键稳定性的参数之一，键能越大，则化学键就越牢固。（）键长与共价键的稳定性没有关系。（）键角是两个相邻共价键之间的夹角，说明共价键有方向性。（）共价键是通过原子轨道重叠并共用电子对而形成的，说明共价键有饱和性。（）共价键的成键原子只能是非金属原子。()在任何情况下，都是σ键比π键强度大。()分子的稳定性与分子间作用力的大小无关。()s-sσ键与s-pσ键的电子云形状对称性相同。()σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成。()σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转。()H2中的共价键不具有方向性。（）B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似，也有大π键。B3N3H6的熔点主要取决于所含化学键的键能(2020·山东)()键能C—C＞Si—Si、C—H＞Si—H，因此C2H6稳定性大于Si2H6(2020·山东，4A)()28gC2H4分子中含有的σ键数目为4NA(2022·辽宁，3B)()【答案】1.×2.×3.√4.×5.√6.√7.×8.×9.√10.√11.√12.√13.√14.×15.√16.×【跟踪练习】1、下列实验事实可以用共价键键能解释的是()A.氯化氢的沸点低于溴化氢B.金刚石熔点高于晶体硅C.氦气的化学性质稳定D.甲烷是正四面体形分子【答案】B2、二氯化二硫(S2Cl2)，非平面结构，常温下是一种黄红色液体，有刺激性恶臭，熔点：－80℃，沸点：137.1℃。下列对于二氯化二硫叙述正确的是（）A.二氯化二硫的电子式为B.分子中既有极性键又有非极性键C.分子中S—Cl的键长大于S—S的键长D.分子中S—Cl的键能小于S—S的键能【答案】B3、(2022·北京，9)由键能数据大小，不能解释下列事实的是()化学键C—HSi—HC=OC—OSi—OC—CSi—Si键能/(kJ·mol－1)411318799358452346222A.稳定性：CH4>SiH4B．键长：C=O<C—OC．熔点：CO2<SiO2D．硬度：金刚石>晶体硅【答案】C【解析】键能越大，键长越短，分子越稳定，CO2是分子晶体，熔点由分子间作用力决定，与化学键无关；金刚石、晶体硅都是共价晶体，共价晶体中键能越大，晶体的硬度越大。4、关于σ键和π键的形成过程，下列说法不正确的是()A．HCl分子中的σ键为两个s轨道“头碰头”重叠形成B．N2分子中的π键为p-pπ键，π键不能绕键轴旋转C．CH4中的碳原子为sp3杂化，4个sp3杂化轨道分别与氢原子s轨道形成σ键D．乙烯(CH2=CH2)中的碳碳之间形成了1个σ键和1个π键【答案】A【解析】HCl分子中的σ键由氢原子提供的未成对电子的1s原子轨道和氯原子提供的未成对电子的3p原子轨道“头碰头”重叠形成，故A错误；N2分子中p轨道与p轨道通过“肩并肩”重叠形成p-pπ键，π键为镜面对称，不能绕键轴旋转，故B正确；CH4中的碳原子为sp3杂化，碳原子的4个sp3杂化轨道分别与氢原子s轨道重叠，形成C—Hσ键，故C正确；CH2=CH2中的碳碳之间形成双键，双键中有1个σ键和1个π键，故D正确。5、已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间以单键结合。下列有关C3N4晶体的说法中错误的是()A、C3N4晶体与金刚石同属于共价晶体B、C3N4晶体中C—N的键长比金刚石中C—C的键长长C、C3N4晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子D、C3N4晶体中含有极性共价键，不含非极性共价键【答案】B【解析】原子半径N<C，故C—N的键长比金刚石中C—C的键长短。6、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．不和氢氧化钠溶液发生反应B．分子中N≡C的键长大于C≡C的键长C．分子中既有极性键，又有非极性键D．分子中含有2个σ键和4个π键【答案】C【解析】氰气性质与卤素相似，能和氢氧化钠溶液发生反应，故A错误；同一周期元素中，原子半径随着原子序数的增大而减小，原子半径越大其键长越长，碳原子半径大于氮原子，所以氰分子中C≡N的键长小于C≡C的键长，故B错误；该分子的结构式为N≡C—C≡N，该分子中含有3个σ键、4个π键，故D错误。7、二茂铁[(C5H5)2Fe]分子是一种金属有机配合物，是燃料油的添加剂，用以提高燃烧的效率和去烟，可作为导弹和卫星的涂料等。它的结构如图所示，下列说法正确的是()A．二茂铁中Fe2＋与环戊二烯离子(C5Heq\o\al(－,5))之间为离子键B．1mol环戊二烯()中含有σ键的数目为5NAC．分子中存在π键D．Fe2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d44s2【答案】C【解析】含有孤电子对和空轨道的原子之间存在配位键，所以二茂铁中Fe2＋与环戊二烯离子(C5Heq\o\al(－,5))之间为配位键，故A错误；一个环戊二烯分子中含有σ键的数目为11，则1mol环戊二烯中含有σ键的数目为11NA，故B错误；碳碳双键之间存在π键，所以该分子中存在π键，故C正确；铁原子核外有26个电子，铁原子失去最外层两个电子变为亚铁离子，根据构造原理可知，亚铁离子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，故D错误。8、MoO3可以催化1,2-丙二醇()获得多种有机物，其反应历程如图所示。下列说法正确的是()A．转化过程中涉及非极性共价键断裂与形成B．反应过程中Mo形成共价键的数目始终保持不变C．如果原料是乙二醇，则主要有机产物是乙二醛和乙烯D．Cu催化氧化1,2-丙二醇所得产物与MoO3催化时相同【答案】A【解析】历程③中有碳碳单键断裂，历程④中有碳碳双键形成，A正确；Mo周围形成共价键数目有6个、4个两种情况，B错误；根据题中信息可知，由历程③反应生成和，由历程④反应生成CH3CH=CH2，若乙二醇为原料历程③反应生成，由历程④反应生成CH2=CH2，C错误；Cu催化氧化1,2-丙二醇生成物为，与MoO3催化产物不同，错误。9、(1)1mol苯酚分子中含有的σ键数目为________。1mol苯酚钠中含有的σ键数目为________。(2)1mol化合物A()中含有的σ键数目为________。(3)[Cu(CH3CN)4]＋是非常稳定的络合离子，配体中σ键和π键个数之比为________。(4)1mol碳酸二乙酯(DEC，)中含有σ键的数目为______。(5)1mol[Ni(NH3)6]SO4中σ键的数目为________。【答案】(1)13NA12NA(2)24NA(3)5∶2(4)17NA(5)28NA【解析】(3)配体CH3CN中含有3个C—H、1个C—C和1个C≡N，故1molCH3CN中含有5NAσ键、2NAπ键，σ键与π键个数之比为5∶2。10、简单题（1）Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、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___________________________________________________________。（2）硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。碳和硅的有关化学键键能如表所示，简要分析和解释下列有关事实：化学键C—CC—HC—OSi—SiSi—HSi—O键能/(kJ·mol－1)365413336226318452①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烃多，原因是____________________________________________________________________________。②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是______________________________。（3）[2020·浙江7月选考，26(1)(2)]①气态氢化物热稳定性HF大于HCl的主要原因是_____________________________________________________________________________。②CaCN2是离子化合