2026版高中化学人教版选择性必修2《物质结构与性质》第二章第1课时　共价键

第1课时共价键课时目标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。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。(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)成键本质:当成键原子相互接近时,原子轨道在两个原子核间重叠,电子出现在核间的概率增大,电子带负电,把带正电的两个原子核“黏结”在一起了。(4)形成条件:通常,电负性相同或差值小(一般小于1.7)的非金属元素原子之间或某些金属元素原子与非金属元素原子之间形成共价键。小题对点过(1)用电子式表示下列物质的形成过程。①MgCl2

②AlCl3

③NH3

④NaH

(2)从电负性的角度理解共价键、离子键的形成条件,完成表中内容。原子NaClHClCO电负性0.93.02.13.02.53.5电负性之差(绝对值)结论:当元素的电负性相差很大,化学反应形成的电子对不会被共用,形成的将是键;而键是元素的电负性相差不大的原子之间形成的化学键。

答案(1)①②×Al××+3·Cl‥‥︰—③·N····+3H×—→④(2)2.10.91.0离子共价2.共价键的特征(1)饱和性①含义:一个原子有几个未成对电子,便可和几个自旋方向相反的电子配对成键,这就是共价键的饱和性。②作用:共价键的饱和性决定了分子的组成,即原子形成分子时相互结合的数量关系。(2)方向性①含义:两个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,电子在两核间出现概率越大,形成的共价键越牢固。电子所在的原子轨道都是有一定的形状的,这就是共价键的方向性。②作用:共价键的方向性决定了分子的空间结构。小题对点过(1)NH3分子中为什么N原子是1个,而H原子为3个?

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(2)水分子中的共价键是哪些原子形成的?为什么水分子中的三个原子不在一条直线上?

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(3)所有的共价键都具有饱和性,是不是所有的共价键都有方向性?

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答案(1)N和H原子的电子式分别为·N·‥·和H·,N原子最外层有3个未成对电子,H原子有1个未成对电子,形成共价键时每个N原子只需与3个H原子分别形成3个共用电子对即可达到稳定状态,共价键达到饱和,从而决定了分子中(2)水分子中的共价键是由O原子和H原子形成的单键;共价键的方向性导致水分子中的三个原子不在一条直线上(3)不是的,两个s轨道重叠的共价键没有方向性。因为s轨道为球形,无论从什么方向发生原子轨道重叠,重叠程度都相同(1)共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的。(2)共价键的饱和性决定了分子内部原子的数量关系。(3)共价键的方向性是由成键原子轨道的方向性决定的。1.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是()A.H2O2:H—O==O—HB.N2H4:C.C2H5SH:D.SiHCl3:答案A解析由共价键的饱和性可知:C、Si均形成4个共价键,H、Cl均形成1个共价键,N形成3个共价键,O、S均形成2个共价键。A项中O原子间是双键,且每个氧原子与1个氢原子形成1个单键,则每个氧原子形成3个共价键,与其饱和性不相符。2.下列说法正确的是()A.所有的原子轨道都具有一定的伸展方向,因此所有的共价键都具有方向性B.某原子跟其他原子形成共价键时,其共价键数一定等于该元素原子的价电子数C.基态C原子有两个未成对电子,所以最多只能形成2个共价键D.1个S原子最多只能与2个H原子结合形成H2S分子,是由共价键的饱和性决定的答案D解析s轨道电子在形成共价键时,没有方向性,则不是所有的共价键都具有方向性,故A错误;某原子跟其他原子形成共价键时,其共价键数不一定等于该元素原子的价电子数,例如水分子中氧原子形成2个H—O,但氧原子的价电子数是6,故B错误;基态C原子的价电子数为4,可以形成4个共价键,如CH4中含有4个C—H,故C错误;S原子最外层有6个电子,未成对电子数为2,则1个S原子最多只能与2个H原子结合形成H2S分子,这是由共价键的饱和性决定的,故D正确。对于共价键的错误认识(1)共价键不仅存在于共价化合物中,也可以存在于离子化合物中,如NaOH、NH4Cl中都含有共价键,还可以存在于非金属单质中,如H2、O3等。(2)非金属元素之间并不是只形成共价键,也可以形成离子键,如NH4NO3只由非金属元素组成,但是含有离子键。(3)活泼的金属元素和非金属元素之间也可以形成共价键,如AlCl3中只有共价键。(4)所有共价键都有饱和性,但并不是所有的共价键都有方向性,如氢气中的共价键就没有方向性。二、共价键的形成方式和判断1.σ键形成由成键原子的s轨道或p轨道重叠形成类型s-s型H—H的s-sσ键的形成s-p型H—Cl的s-pσ键的形成p-p型Cl—Cl的p-pσ键的形成特征①轴对称:以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作,共价键的电子云的图形不变;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-pπ键p-pπ键的形成特征①镜面对称:每个π键的电子云由两块组成,它们互为镜像;②π键不能旋转;不如σ键牢固,较易断裂小题对点过(1)画出基态氮原子的轨道表示式,并说明氮分子中的N≡N是由哪些类型的共价键构成的?

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(2)观察如图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构,并回答下列问题。①它们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成?

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②乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼?

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答案(1),在2p能级上有三个未成对电子,分别占据2px、2py、2pz三个原子轨道,当两个氮原子结合成氮分子时,两个氮原子的2px轨道沿x轴方向以“头碰头”的方式发生重叠,形成一个σ键;同时2py-2py和2pz-2pz轨道只能以相互平行的“肩并肩”的方式发生重叠,形成两个π键。(2)①乙烷:7个σ键;乙烯:5个σ键和1个π键;乙炔:3个σ键和2个π键②乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度小,不牢固,容易断裂;而乙烷中没有π键,σ键牢固,不易断裂3.σ键与π键的比较共价键类型σ键π键原子轨道重叠方式“头碰头”重叠“肩并肩”重叠原子轨道重叠部位两原子核之间,在键轴处键轴上方和下方,键轴处为零原子轨道重叠程度大小键的强度较大较小活泼性不活泼活泼4.σ键和π键的一般判断规律共价单键σ键共价双键一个σ键、一个π键共价三键一个σ键、两个π键小题对点过正误判断(1)σ键能单独形成,而π键一定不能单独形成()(2)σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转()(3)双键中一定有1个σ键和1个π键,三键中一定有1个σ键和2个π键()(4)气体单质中一定存在σ键,可能存在π键()(5)乙烯分子中存在着极性键和非极性键;也存在单键和双键,同时也有σ键和π键()答案(1)√(2)√(3)√(4)×(5)√1.比较下列共价键的形成过程,其中形成的是π键的是()答案A解析选项A是2个p轨道“肩并肩”重叠形成的π键;选项B是s轨道与p轨道重叠形成的σ键;选项C是2个p轨道重叠形成的σ键;选项D是2个s轨道重叠形成的σ键。2.1mol乙酸分子中含有的σ键数目为。

一个化合物分子中有个

σ键和π键。

答案7NA93解析1mol乙酸分子中含有3molC—H、1molH—O、1molC—O、1molC—C和1molC==O,故1mol乙酸含有7molσ键。4个碳原子分别与4个H原子形成4个σ键,C与C原子形成3个σ键,2个C原子与2个O原子形成2个σ键,所以共形成9个σ键;C与C原子形成1个π键,2个C原子与2个O原子间形成2个π键,所以共形成3个π键。3.甲、乙、丙、丁四种有机物的结构如下:甲:CH2==CH—C≡CH乙:丙:丁:CH2==CHCN(1)甲分子中有个σ键,个π键。

(2)乙分子中有个σ键,个π键,(填“有”或“没有”)非极性键。

(3)丙分子中碳原子形成个σ键,个π键。

(4)丁分子中σ键与π键的数目之比为。

答案(1)73(2)82有(3)31(4)2∶1解析(1)甲分子中5个单键全是σ键,双键中1个是σ键,另1个是π键,三键中1个是σ键,另2个是π键。故该有机物分子中σ键总数为7,π键总数为3。(3)丙分子中C与O之间形成1个σ键和1个π键,C与2个Cl之间分别形成1个σ键。(4)丁分子中含有1个碳碳双键和1个C≡N键,3个C—H键和1个C—C键,故丁分子中共有6个σ键和3个π键。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意题组一共价键的基本概念1.下列每组物质中含有的化学键类型相同的是()A.NaCl、HCl、H2O、NaOHB.Cl2、Na2S、HCl、SO2C.HBr、CO2、H2O、CS2D.O2、Cl2、O3、He答案C解析NaCl中含有离子键,HCl与H2O分子中含有共价键,NaOH中含有离子键和共价键,故A不符合题意;Cl2、HCl与SO2分子中含有共价键,Na2S中含有离子键,故B不符合题意;HBr、CO2、H2O与CS2分子中含的化学键都是共价键,故C符合题意;O2、Cl2与O3分子中含有共价键,He分子中不存在化学键,故D不符合题意。2.下列不属于共价键成键因素的是()A.共用电子对在两原子核之间高概率出现B.共用的电子必须配对C.成键后体系能量降低,趋于稳定D.两原子核的体积大小要适中答案D解析两原子形成共价键时电子云发生重叠,即共用电子对在两原子核之间出现的概率更高;两原子电子云重叠越多,键越牢固,体系的能量也越低;原子核的体积大小与能否形成共价键无必然联系。故D项不是共价键形成的因素。3.下列说法中,错误的是()A.若把H2O分子写成H3O,违背了共价键的饱和性B.H3O+的存在说明共价键不具有饱和性C.H—O—O—H中的共价键都有方向性,但并非所有共价键都有方向性D.已知N2的分子结构是N≡N,两个N原子间原子轨道发生重叠后,电子不是只存在于两核之间答案B解析O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H2O,A项正确;H2O能结合1个H+形成H3O+,不能说明共价键不具有饱和性,B项错误;H2分子中的H—H没有方向性,C项正确;两个原子轨道发生重叠后,电子只是在两核之间出现的概率大,不是只出现在两原子核之间,D项正确。4.下列关于共价键的说法不正确的是()A.共价键是通过共用电子对形成的B.形成共价键的原子对应元素的电负性相同或相差不大C.一般情况下,一个原子有几个未成对电子就会与几个自旋相反的未成对电子成键D.共价键是通过共用电子对的相互吸引形成,不属于电性作用答案D解析通常情况下,电负性相同或相差不大的元素原子通过共用电子对形成共价键,A、B正确;共价键具有饱和性,一般一个原子有几个未成对电子就会与几个自旋相反的未成对电子成键,C正确;共价键是原子之间通过共用电子对形成,是一种电性作用,D错误。题组二σ键和π键5.下列分子中只存在σ键的是()A.CO2 B.CH4 C.C2H4 D.C2H2答案B解析CO2的结构式为O==C==O,含有σ键和π键,A错误;CH4中C和H以单键相连,只存在σ键,B正确;C2H4为乙烯,其结构简式为CH2==CH2,含有σ键和π键,C错误;C2H2为乙炔,含有碳碳三键,含有σ键和π键,D错误。6.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,答案选C。7.根据氢原子和氟原子的核外电子排布,对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是()A.两者都为s-sσ键B.两者都为p-pσ键C.前者为p-pσ键,后者为s-pσ键D.前者为s-sσ键,后者为s-pσ键答案C解析氢原子的核外电子排布式为1s1,氟原子的核外电子排布式为1s22s22p5,p轨道上有1个未成对的p电子。F2中的共价键是由两个氟原子未成对的p电子重叠形成的p-pσ键,HF中的共价键是由氢原子中的s轨道与氟原子中的p轨道形成的s-pσ键,C正确。8.某有机物的结构简式为CH2==CHC≡CH,则该有机物分子中含有σ键和π键的数目分别为()A.6、3 B.7、3 C.7、4 D.6、4答案B解析单键全部为σ键,双键中有1个σ键和1个π键,三键中有1个σ键和2个π键,故该有机物分子中σ键总数为7,π键总数为3,B项正确。9.有以下物质:①HF,②Cl2,③H2O,④N2,⑤C2H4,⑥C2H6,⑦H2,⑧H2O2,⑨HCN(H—C≡N)。(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)①②③⑥⑦⑧④⑤⑨(2)⑦(3)①③⑤⑥⑧⑨(4)②④⑤⑥⑧⑨解析(1)单键为σ键,双键或三键才含有π键。(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σ键的只有H2。B级素养培优练10.(2025·鹤岗高二质检)下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是()A.CH3CH3 B.CH2==CH2C.CH≡CH D.CH4答案C解析CH3CH3中有7个σ键,没有π键,A错误;CH2==CH2中有5个σ键和1个π键,B错误;HC≡CH中有3个σ键和2个π键,则σ键与π键个数比为3∶2,C正确;CH4中有4个σ键,没有π键,D错误。11.(2025·运城高二期中)下列物质的分子中既有σ键又有π键的是()A.NH3 B.HClOC.C2H2 D.H2O2答案C解析NH3的结构中只存在N—H共价单键,共价单键都是σ键,不存在π键,A不符合题意;HClO的结构中O原子分别与H、Cl原子形成H—O共价单键和O—Cl共价单键,B不符合题意;C2H2的结构式为H—C≡C—H,C—H共价单键是σ键,而碳碳三键中有一个σ键和2个π键,所以C2H2分子含有σ键和π键,C符合题意;H2O2分子中2个O原子形成O—O共价单键,每个O原子分别与1个H原子形成H—O共价单键,D不符合题意。12.下列说法不正确的是()A.共价键一定有原子轨道的重叠B.在CH2==CH—C≡N分子中含6个σ键,4个π键C.2个原子形成的多重共价键中,只能有一个是σ键,而π键可以是一个或多个D.s轨道与s轨道间形成的键一定是σ键,p轨道与p轨道间形成的键不一定是π键答案B解析由两个原子的p轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键,以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键;σ键的电子云图形是轴对称的,而π键的电子云图形是镜面对称的;分子中所有的共价单键都是σ键,共价双键中有一个σ键、一个π键,共价三键中有一个σ键,两个π键。13.由前10号元素组成的物质T和X,有如图所示的转化关系。X不稳定,易分解。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列有关说法正确的是()A.为使该转化成功进行,Y可以是酸性KMnO4溶液B.等物质的量的T、X分子中含有π键的数目均为NAC.X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍D.T分子中只含有极性键,X分子中既含有极性键又含有非极性键答案A解析由题图可知,T为HCHO,X不稳定,易分解,则X为H2CO3,Y为氧化剂,可以选择酸性KMnO4溶液,A项正确;等物质的量并不一定是1mol,B项错误;1个X分子中含有的σ键个数为5,1个T分子中含有的σ键个数为3,C项错误;T、X分子中均只含有极性键,无非极性键,D项错误。14.回答下列问题:(1)1molCO2中含有的σ键数目为。

(2)已知CO和CN-与N2结构相似,CO分子内σ键与π键个数之比为。HCN分子中σ键与π键数目之比为。

(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料,燃烧时发生的反应:N2O4(l)+2N2H4(l)===3N2(g)+4H2O(g)ΔH=-1038.7kJ·mol-1,若该反应中有4molN—H断裂,则形成的π键有mol。

(4)C、H两种元素形成的化合物其相对分子质量为28,该分子中σ键与π键的个数比为。

(5)1mol乙醛()分子中含σ键的数目为个,1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为。

(6)CH4、NH3、H2O、HF分子中σ键由多到少的顺序是。

答案(1)2NA(或1.204×1024)(2)1∶21∶1(3)3(4)5∶1(5)6NA(或3.612×1024)7(6)CH4>NH3>H2O>HF解析(1)CO2分子内含有碳氧双键,双键中一个是σ键,另一个是π键,则1molCO2中含有的σ键个数为2NA;(2)N2的结构式为N≡N,推知CO结构式为C≡O,含