第2-1-1讲-共价键-(解析版).docx

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第二章 分子结构与性质
第一节 共价键
第1课时 共价键

【典例1】（2021·天津河北·高二期末）下列说法正确的是
A．含有共价键的化合物一定是共价化合物
B．乙醇分子中只含有σ键
C．正四面体结构的分子中的键角一定是109°28′
D．所有的σ键的强度都比π键的大
【答案】B
【详解】
A．共价键是由原子之间通过共用电子对形成的化学键，既可存在于离子化合物中如NaOH等，也可存在于共价化合物中如HCl等，故A错误；
B．乙醇分子中含有C—H键、C—O键、O—H键、C—C键，单键全为σ键，即只含有σ键，故B正确；
C．正四面体结构的分子中的键角不一定是109°28′，如白磷(P4)为正四面体结构，键角为60°，故C错误；
D．σ键的强度不一定比π键的大，例如N2分子中存在的N≡N键能比3个N-N键能大，也比一个N-N和一个N=N键能加起来要大，就说明N≡N中的π键比σ键强，故D错误；
故答案为B。
【典例2】（2021·重庆八中高二阶段练习）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．分子中只含极性键
B．分子中含有2个σ键和4个π键
C．不和氢氧化钠溶液发生反应
D．分子中N≡C键的键长小于C－C键的键长
【答案】D
【详解】
A．氰气的化学式为(CN)2，根据分子结构可知其中含有C-C非极性键和C≡N极性键，A错误；
B．氰气的分子结构式为N≡C－C≡N，其中含3个σ键和4个π键，B错误；
C．氰气的化学式为(CN)2，其性质与卤素相似，卤素单质能够与NaOH溶液反应，则(CN)2也可以可以氢氧化钠溶液发生反应，C错误；
D．由于N原子半径比C原子半径小，N≡C键的键能比C－C键大，导致分子中N≡C键的键长比C－C键的键长小，D正确；
故合理选项是D。
【典例3】（2021·辽宁实验中学高二阶段练习）下列说法正确的是
A．原子轨道与电子云都是用来形象描述电子运动状态的
B．电子的运动状态可从能层、能级、轨道3个方面进行描述
C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．1个乙烯分子中含有4个σ键，1个π键
【答案】A
【详解】
A．原子轨道和电子云都用来描述电子运动状态而不是表示电子运动轨迹，即都是用来形象描述电子运动状态的，故A正确；
B．决定电子运动状态有四个量：主量子数、角量子数、磁量子数、自旋量子数，所以电子的运动状态可从能层、能级、轨道、自旋方向4个方面进行描述，故B错误；
C．气体单质中，不一定有σ键，例如稀有气体，可能有π键，例如氮气等，故C错误；
D．乙烯的结构简式为CH2=CH2，1个乙烯分子中含有5个σ键，1个π键，故D错误；
故选A。
教材知识链接

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(按成键原子的原子轨道的重叠方式分类)
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。
精准变式题

（变式训练1）（2021·黑龙江·绥化市第一中学高二期中）下列分子中既有σ键，又有π键的是_____。
①HCl　②H2O　③乙醛　④H2O2　⑤C2H4　⑥C2H2
A．①②③ B．③④⑤⑥ C．④⑤⑥ D．③⑤⑥
【答案】D
【详解】
①HCl中含有的H-Cl键为σ键，不含π键，①不符合题意；
②H2O的结构式是H-O-H，分子中存在的H-O键为σ键，不含π键，②不符合题意；
③乙醛结构简式是CH3CHO，分子中含有C-H、C-C及C、O双键，共价单键都是σ键；双键中一个是σ键，一个是π键，因此物质分子中既有σ键，又有π键，③符合题意；
④H2O2中存在H-O和O-O键都是共价单键，属于σ键，不含π键，④不符合题意；
⑤C2H4结构简式是CH2=CH2，分子中含有的C-H为σ键，碳碳双键中一个是σ键，一个是π键，因此物质分子中既有σ键，又有π键，⑤符合题意；
⑥C2H2结构简式是CH≡CH，分子中含有的C-H为σ键，碳碳三键中一个是σ键，两个是π键，因此物质分子中既有σ键，又有π键，⑥符合题意；
综上所述可知：分子中既有σ键，又有π键的物质序号是③⑤⑥，故合理选项是D。
（变式训练2）（2021·辽宁沈阳·高二阶段练习）下列关于σ键和π键的说法中，错误的是
A．所有的σ键的强度都比π键大
B．σ键是原子轨道“头碰头”式重叠，π键是原子轨道“肩并肩”式重叠
C．s—sσ键与s—pσ键的电子云形状的对称性相同
D．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
【答案】A
【详解】
A．一般情况下，σ键的强度比π键大，但也有特殊情况，如N≡N中σ键的强度比π键小，A错误；
B．σ键电子云重叠程度较大，是原子轨道“头碰头”式重叠，π键电子云重叠程度较小，是原子轨道“肩并肩”式重叠，B正确；
C．σ键有方向性，；两个成键原子必须沿着对称轴方向接近，才能达到最大重叠，s—sσ键与s—pσ键都是轴对称的，C正确；
D．σ键为单键，可以绕键轴旋转，π键在双键、叁键中存在，不能绕键轴旋转，D正确；
答案选A。
（变式训练3）（2021·浙江·诸暨中学高二期中）下列说法不正确的是
A．乙烯中C=C键的键能小于乙烷中C-C键的键能的2倍
B．σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转
C．在气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．s-p σ键和p-p σ键电子云对称性相同
【答案】C
【详解】
A．碳碳双键中一个是π键，一个是σ键，碳碳单键是σ键，π键的键能一般小于σ键，所以乙烯中C=C键的键能小于乙烷中C-C键的键能的2倍，A正确；
B．σ键为轴对称，可以绕键轴旋转，π键呈镜面对称，无法绕键轴旋转，B正确；
C．气体单质中可能不存在化学键，如稀有气体单质中，C错误；
D．s-p σ键和p-p σ键电子云都是轴对称的，D正确；
综上所述答案为C。

1．（2021·天津蓟州·高二期末）下列物质分子中存在π键的是
A．氢气 B．甲烷 C．乙烯 D．乙醇
【答案】C
【详解】
氢气、甲烷、乙醇中只含有单键，即只含σ键；乙烯中含有碳碳双键，双键中有一个π键，故答案为C。
2．（2021·广东肇庆·高二期末）某有机物的结构简式为，该分子中键与键的个数比为
A．9∶1 B．8∶1 C．7∶1 D．6∶1
【答案】D
【详解】
由有机物的结构可知，该分子中键数目为18个，键数目为3个，综上所述，故选D。
3．（2021·北京·101中学高二期末）σ键可由两个原子的s轨道、一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以及一个原子的p轨道和另一个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠而成。则下列分子中的σ键是由一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是
A．H2 B．HF C．Cl2 D．F2
【答案】B
【详解】
A．基态H原子的核外电子排布式为1s1，H2分子中的σ键是由一个H原子的s轨道和另一个H原子的s轨道以“头碰头”方式重叠而成，A不符合题意；
B．基态H原子的核外电子排布式为1s1，基态F原子的核外电子排布式为1s22s22p5，HF分子中的σ键是由一个H原子的s轨道和一个F原子的p轨道以“头碰头”方式重叠而成，B符合题意；
C．基态Cl原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5，Cl2分子中的σ键是由一个Cl原子的p轨道和另一个Cl原子的p轨道以“头碰头”方式重叠而成，C不符合题意；
D．基态F原子的核外电子排布式为1s22s22p5，F2分子中的σ键是由一个F原子的p轨道和另一个F原子的p轨道以“头碰头”方式重叠而成，D不符合题意；
选B。
4．（2021·辽宁沈阳·高二阶段练习）下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是
A．CH4与C2H2 B．H2O与HCl
C．H2与Cl2 D．Cl2与N2
【答案】B
【分析】
根据单键为σ键，双键和三键中既有σ键又有π键，结合分子结构判断。
【详解】
A．CH4分子中存在s－pσ键，C2H2分子中存在σ键和π键，所以共价键类型不完全相同，故A错误；
B．H2O与HCl都含有H原子，分子中的共价键均是s电子云与p电子云形成的s－pσ键，故B正确；
C．H2分子中存在s—sσ键，Cl2分子中存在p—pσ键，所以共价键类型不完全相同，故C错误；
D．Cl2分子中只有单键，全部为σ键，N2分子中有三键既有σ键又有π键，所以共价键类型不完全相同，故D错误。
故选B。
5．（2021·河北·张家口市宣化第一中学高二期中）已知、和键能之比为：：，而、和键能之比为：：，下列说法正确的是
A．键一定比π键稳定 B．较易发生加成反应
C．乙烯、乙炔较易发生加成反应 D．乙烯、乙炔中的π键比键稳定
【答案】C
【详解】
A．键不一定比键强度大，如氮气中键的强度比π键强度小，故A错误；
B．键能大不易发生加成反应，故B错误；
C．乙烯和乙炔中π键的键能小易断裂，所以乙烯、乙炔较易发生加成反应，故C正确；
D．乙烯、乙炔中的键比π键稳定，故D错误；
故选C。
6．（2021·四川省内江市第六中学高二阶段练习）下列关于σ键和π键的理解不正确的是
A．σ键一般能单独形成，而π键一般不能单独形成
B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
C．CH3－CH3、CH2=CH2、CH≡CH中碳碳键的键能都相同
D．碳碳双键中有一个σ键，一个π键，碳碳叁键中有一个σ键，两个π键
【答案】C
【详解】
A．由于原子轨道先按重叠程度大的“头碰头”方向进行重叠，故先形成σ键。后才能形成π键，A正确；
B．σ键为单键，可以绕键轴旋转，π键在双键、叁键中存在，不能绕键轴旋转，B正确；
C．键能大小顺序为：键能：C≡C＞C=C＞C—C，C错误；
D．单键均为σ键，双键含1个σ键和1个π键，叁键含1个σ键和2个π键，D正确；
故选C。
7．（2020·四川省荥经中学高二期中）下列有关δ键与π键说法中，错误的是
A．氮分子中的化学键是1个σ键，2个π键
B．δ键与π键的对称性相同
C．分子中含有共价键，则至少含有一个δ键
D．含有π键的化合物与只含δ键的化合物的化学性质不同
【答案】B
【详解】
A．氮气中含有氮氮三键，所以含有1个δ键，2个π键，A项正确；
B．π键有三个对称面，一条二重旋转轴，一个对称中心，δ键有无数个对称面，一条∞旋转轴，一个对称中心，B项错误；
C．共价单键为δ键，双键和三键中均含1个δ键，则分子中含有共价键，则至少含有一个δ键，C项正确；
D．含有π键的化合物，化学键易断裂，性质较活泼，含δ键的化合物性质稳定，则化学性质不同，D项正确；
答案选B。
8．（2021·四川省内江市第六中学高二阶段练习）下列关于化学键的说法，认识错误的有几个
①s-s σ键与s-p σ键的电子云对称性不同
②键不能单独存在，一定要和键共存
③含有键的化合物与只含键的化合物的化学性质不同
④两个非金属元素的原子之间形成的化学键都是共价键
⑤分子中含有共价键，则一定只含有一个键
⑥成键的原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固
⑦1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子，是由共价键的饱和性决定的
A．1个 B．2个 C．3个 D．4个
【答案】B
【详解】
①键与键的对称性相同，均为轴对称，①项错误；
②分子中可以只含键，键不能单独存在，一定要和键共存，②项正确；
③键不稳定，易断裂，含有键的化合物化学性质较活泼，与只含键的化合物的化学性质不同，③项正确；
④非金属原子常以共用电子对形成化学键，两个非金属元素的原子之间形成的化学键都是共价键，④项正确；
⑤分子中含有共价键，不一定只含有一个键，如水分子中含有2个键，⑤项错误；
⑥成键的原子间原子轨道重叠越多，成键原子间的距离越小，共价键越牢固，⑥项正确；
⑦N原子最外层有5个电子，有三个末成对电子，1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子，是由共价键的饱和性决定的，⑦项正确；
综上所述①⑤错误；
答案选B。
9．（2021·浙江·宁波市北仑中学高二期中）已知N—N、N=N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C=C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，下列说法正确的是
A．σ键一定比π键稳定
B．N2较易发生加成反应
C．乙烯、乙炔较易发生加成反应
D．乙烯、乙炔中的π键比σ键稳定
【答案】C
【详解】
A．根据N—N、N=N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，N≡N、N=N中π键比σ键稳定，故A错误；
B．N≡N、N=N中π键比σ键稳定，难发生加成，故B错误；
C．根据C—C、C=C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，C=C，C≡C中π键比σ键弱，π键不稳定，较易发生加成，故C正确；
D．根据C—C、C=C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，C=C，C≡C中π键比σ键弱，π键没有σ键稳定，故D错误；
故选C。
10．（2021·河北·曹妃甸一中高二阶段练习）某物质可溶于水、乙醇，熔点为，其分子的结构简式如图所示。下列说法不正确的是

A．该分子中含有极性共价键
B．该物质中键和键的个数比为
C．该分子中原子最外层均达到8电子稳定结构的为C、N
D．该分子中的共价键按原子轨道重叠方式划分为3种
【答案】BD
【详解】
A．不同原子间的共价键为极性共价键，该分子中含有极性共价键，故A正确；

B．每个单键是1个σ键，每个双键含有1个σ键和1个π键，每个三键含有1个σ键和2个π键，则该物质分子中σ键和π键的个数比为，故B错误；
C．该物质中C和N都达到8电子稳定结构，H原子没有达到8电子稳定结构，故C正确；
D．按原子轨道重叠方式共价键分为2种，“头碰头”重叠形成σ键，“肩并肩”重叠形成π键，故D错误；
故选BD。
11．（2021·云南·马关县第一中学校高二阶段练习）下列有关化学键类型的判断不正确的是
A．s-­s σ键与s­-p σ键的对称性不同
B．分子中含有共价键，则至少含有一个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(C—H)和3个π键(C≡C)
D．乙烷分子中只存在σ键，即6个C—H键和1个C—C键都为σ键，不存在π键
【答案】AC
【详解】
A．σ键都是轴对称图形，故A错误；
B．共价单键为σ键，双键和三键中均含1个σ键，则分子中含有共价键，则至少含有一个σ键，故B正确；
C．乙炔中的碳碳三键中含有一个σ键，2个π键，两个C—H键是σ键，乙炔分子中存在3个σ键和2个π键，故C错误；
D．乙烷分子中只存在C—C单键和C—H单键，单键都为σ键，故都是σ键，故D正确；
故选AC。
【点睛】
单键中只有σ键，双键含有1个σ键和1个π键；三键中含有1个σ键和2个π键。
12．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)①②③⑥⑦⑧　④⑤⑨ (2)⑦
(3)①③⑤⑥⑧⑨ (4)②④⑤⑥⑧⑨
【解析】　
(1)单键只有σ键，双键或三键才含有π键，故只有σ键的是①②③⑥⑦⑧；既有σ键又有π键的是④⑤⑨。
(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。
(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键的有①③⑤⑥⑧⑨。
(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，说明构成这种σ键的原子中一定没有H原子，故正确答案为②④⑤⑥⑧⑨。
13．（2021·山东·新泰市第一中学高二阶段练习）(1)橙红色晶体羰基钴的熔点为52℃，可溶于多数有机溶剂。该晶体中三种元素电负性由大到小的顺序为_______(填元素符号)。配体中键与键数目之比是_______。
(2)中键与键之间的夹角为180°，并有对称性，分子中每个原子最外层均满足8电子稳定结构，其结构式为_______，1个分子中含有_______个键。
【答案】 1∶2 4
【详解】
(1)一般来说，元素非金属性越强，电负性越大，因此三种元素电负性由大到小的顺序为。与的结构相似，所以配体中键与键数目之比是1∶2。
(2)中键与键之间的夹角为180°，并有对称性，分子中每个原子最外层均满足8电子稳定结构，结构式为，1个键中含有2个键，因此1个分子中含有4个键。
14．（2021·福建省武平县第一中学高二阶段练习）碳族元素的单质及其化合物是一类重要物质。请回答下列问题：
(1)锗(Ge)是用途很广的半导体材料，基态Ge原子的核外电子中，有_______个未成对电子。
(2) 光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是_______。
(3) COCl2俗称光气，分子中C原子采取sp2杂化成键，光气分子的结构式为_______，其中碳氧原子之间共价键是_______(填序号)。
a.2个σ键 b.2个π键 c.1个σ键，1个π键
(4) GeCl4可水解生成一种氧化物和一种无氧酸，其化学反应方程式为： _______。
(5) 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_______。
【答案】2 O>Ge>Zn c GeCl4+2H2O=4HCl+GeO2 Ge原子半径大，原子间形成的σ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π键
【详解】
(1)基态锗(Ge)的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2，4p轨道两个电子未成对，所以有2个未成对电子。
(2) 元素的金属性越强，其电负性越小；元素的非金属性越强，其电负性越大；所以Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是O>Ge>Zn。
(3) COCl2分子中C原子采取sp2杂化成键，C原子与氯原子之间形成C-Cl单键，故C原子与O原子之间形成C=O双键，所以光气的结构式为：，双键中含有1个σ键、1个π键，答案选c。
(4) GeCl4可水解生成一种氧化物和一种无氧酸，所以生成了HCl和GeO2，根据原子守恒可知其化学反应方程式为：GeCl4+2H2O=4HCl+GeO2。
(5) Ge与C是同族元素，但是Ge电子层数更多，原子半径更大，原子间形成的σ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π键。
15．（2021·北京·101中学高二期末）回答下列问题：
（1）石墨烯是一种零距离半导体，而且有非常好的热传导性能，是由碳原子构成的单层片状结构的新材料(结构示意图如图)，可由石墨剥离而成，具有很好应用前景。

①石墨烯中碳碳键的键角为____。
②已知几种常见化学键的键能如表：
化学键
Si—O
H—O
O=O
Si—Si
Si—C
键能/kJ·mol-1
368
467
498
226
x
i.比较Si—Si键与Si—C键的键能大小：x____(填“＞”“＜”或“=”)226kJ·mol-1。
ii.H2被誉为21世纪人类最理想的燃料，而更有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。已知1mol单质硅含有2molSi—Si键，1molSiO2含4molSi—O键，试计算：1molSi完全燃烧放出的热量约为____。
（2）立体异构是有机化合物和无机化合物中都存在的同分异构现象。N2F2存在顺式和反式两种同分异构体，据此事实，判断N2F2分子中两个氮原子之间的键型组成为____。
A．仅有一个σ键 B．仅有一个π键 C．一个σ键，一个π键 D．两个σ键
写出N2F2分子的顺式异构体的结构式____。
【答案】
（1） 120° ＞ 522kJ
（2） C
【分析】
（1）①石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料，可由石墨剥离而成，其中碳原子采取sp2杂化，形成平面六元并环结构，其中碳碳键的键角为120°；答案为：120°。
②i.由于C原子半径小于Si原子半径，则键长：Si—Si键大于Si—C键，键能：Si—Si键小于Si—C键，故x＞226kJ/mol；答案为：＞。
ii.Si燃烧反应的化学方程式为Si+O2SiO2，根据∆H=反应物的键能总和-生成物的键能总和，则该反应的∆H=2E（Si—Si）+E（O=O）-4E（Si—O）=2×226kJ/mol+498kJ/mol-4×368kJ/mol=-522kJ/mol，即1molSi完全燃烧放出的热量约为522kJ；答案为：522kJ。
（2）基态N原子的核外电子排布式为1s22s22p3，基态F原子的核外电子排布式为1s22s22p5；由于N2F2存在顺式和反式两种同分异构体，故两个N原子间形成氮氮双键，N2F2的结构式可表示为F—N=N—F，双键中含一个σ键、一个π键，即两个氮原子之间的键型组成为一个σ键、一个π键，选C；顺式结构中两个F原子在双键的同一侧，顺式异构体的结构式为；答案为：C，。