最新高中化学第二章分子结构与性质第一节共价键课时作业.docx
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最新高中化学第二章分子结构与性质第一节共价键课时作业
——教学资料参考参考范本——
【2019最新】高中化学第二章分子结构与性质第一节共价键课时作业
______年______月______日
____________________部门
[目标导航] 1.了解共价键的主要类型σ键和π键,说出σ键和π键的明显差别和一般规律。
2.能应用键参数——键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。
3.理解键能、键长、键角等键参数的概念。
4.了解等电子原理、结合实例说明等电子原理的应用。
一、共价键
1.概念和特征
原子间通过共用电子对形成的化学键为共价键。
特征-
2.类型(按成键原子的原子轨道重叠方式分类)
(1)σ键
形成
成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成
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
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;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-pπ键
p-pπ键的形成
特征
π键的电子云具有镜像对称性,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)σ键、π键的存在规律
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。
【议一议】
1.观察下图乙烷、乙烯和乙炔分子的结构回答:
乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成?
答案 乙烷分子中由7个σ键组成;乙烯分子中由5个σ键和1个π键组成;乙炔分子中由3个σ键和2个π键组成。
二、键参数——键能、键长与键角
1.概念和特点
概 念
特 点
键能
气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量
键能越大,键越稳定
键长
形成共价键的两个原子之间的核间距
键长越短,键能越大,键越稳定
键角
分子内两个共价键之间的夹角
表明共价键有方向性,决定分子的立体结构
2.对物质性质的影响
【议一议】
2.N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强,从键能的角度应如何理解这一化学事实?
答案 由教材表21中键能的数值可知:
H—F>H—O>H—N,而键长:
H—F HF>H2O>NH3,所以N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。 三、等电子体 1.等电子原理 原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的结构特征,它们的许多性质是相近的。 2.等电子体 满足等电子原理的分子称为等电子体。 如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数,属于等电子体,它们的许多性质相似。 【议一议】 3.写出常见的18电子微粒,讨论电子数相同的微粒与等电子体是否相同? 答案 电子数相同的微粒是指微粒中所有的电子数之和相同,但微粒中原子的数目不一定相同,如18电子的微粒有S2-、HS-、Cl-、Ar、K+、Ca2+、H2S、H2O2、N2H4、C2H6、CH3OH等。 等电子体是指原子总数相等、价电子总数相同的微粒,其电子总数不一定相同。 如N2O与CO2,其原子数、价电子数、电子总数相等;SO2和O3其原子数相同、价电子数相同,但电子总数SO2为32,O3电子总数为24,显然电子总数不同。 一、共价键的类型——σ键和π键 【例1】 下列有关化学键类型的判断不正确的是( ) A.s—sσ键与s—pσ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 C 解析 s—sσ键无方向性,s—pσ键轴对称,A项对;在含有共价键的分子中一定有σ键,可能有π键,如HCl、N2等,B项对。 单键都为σ键,乙烷分子结构式为,其6个C—H键和1个C—C键都为σ键,D项正确;共价双键中有一个为σ键,另一个为π键,共价三键中有一个为σ键,另外两个为π键,故乙炔(H—C≡C—H)分子中有2个C—Hσ键,C≡C键中有1个σ键、2个π键,C项错。 规律总结 1.共价键 2.σ键和π键的比较 键类型 σ键 π键 原子轨道重叠方式 沿键轴方向相对重叠 沿键轴方向平行重叠 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 化学活泼性 不活泼 活泼 变式训练1 下列说法中不正确的是( ) A.σ键比π键重叠程度大,形成的共价键强 B.两个原子之间形成共价键时,最多有1个σ键 C.气体单质中,一定有σ键,可能有π键 D.N2分子中有1个σ键,2个π键 答案 C 解析 气体单质分子中,可能有σ键,如Cl2;可能有π键,如N2;也可能没有化学键,如稀有气体。 二、键参数——键能、键长与键角 【例2】 关于键长、键能和键角,下列说法中不正确的是( ) A.键角是描述分子立体结构的重要参数 B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关 C.C===C键等于C—C键键能的2倍 D.因为O—H键的键能小于H—F键的键能,所以O2、F2与H2反应的能力逐渐增强 答案 C 解析 键角是描述分子立体结构的重要参数,如H2O中两个H—O键的键角为105°,故H2O为V形分子,A项正确;键长的大小与成键原子的半径有关,如Cl的原子半径小于I的原子半径,Cl—Cl键的键长小于I—I键的键长,此外,键长还和成键数目有关,如乙烯分子中C===C键的键长比乙炔分子中C≡C键的键长要大,B项正确;C===C键的键能为615kJ·mol-1,C—C键的键能为347.7kJ·mol-1,二者不是2倍的关系,C项错误;O—H键的键能为462.8kJ·mol-1,H—F键的键能为568kJ·mol-1,O—H键与H—F键的键能依次增大,意味着形成这些键时放出的能量依次增大,化学键越来越稳定,O2、F2跟H2反应的能力依次增强,D项正确。 规律总结 共价键强弱的判断 1.由原子半径和共用电子对数判断: 成键原子的原子半径越小,共用电子对数越多,则共价键越牢固,含有该共价键的分子越稳定。 2.由键能判断: 共价键的键能越大,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。 3.由键长判断: 共价键的键长越短,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。 4.由电负性判断: 元素的电负性越大,该元素的原子对共用电子对的吸引力越大,形成的共价键越稳定。 变式训练2 下列说法中正确的是( ) A.分子中键能越大,键长越长,则分子越稳定 B.元素周期表中的第ⅠA族(除H外)和第ⅦA族元素的原子间可能形成共价键 C.水分子可表示为H—O—H,分子中键角为180° D.H—O键的键能为467kJ·mol-1,即18gH2O分解成H2和O2时,消耗能量为934kJ 答案 B 解析 D项中,H—O键键能为467kJ·mol-1,指的是气态基态氢原子和氧原子形成1molH—O键时释放的最低能量,则拆开1molH—O键形成气态氢原子和氧原子所需吸收的能量也为467kJ,18gH2O即1molH2O中含2molH—O键,断开时需吸收934kJ的能量形成气态氢原子和氧原子,再进一步形成H2和O2时,还需释放出一部分能量,故需知H—H键和O===O键的键能,D项错误;查表知Li的电负性为1.0,I的电负性为2.5,其差值为1.5<1.7,所以LiI中存在共价键,B项正确。 三、等电子体的判断和应用 【例3】 (1)根据等电子原理,仅由第二周期元素组成的共价分子中,互为等电子体的是________和________;________和________。 (2)根据等电子原理,由短周期元素组成的粒子,只要其原子数相同,各原子最外层电子数之和相同,也可互称等电子体,它们也具有相似的结构特征。 在短周期元素组成的物质中,与NO2-互为等电子体的分子有: ________。 答案 (1)N2 CO CO2 N2O (2)SO2、O3 解析 (1)仅由第二周期元素组成的共价分子中,即C、N、O、F组成的共价分子,如N2与CO价电子总数均为10,CO2与N2O价电子总数均为16个电子。 (2)依题意,只要原子数相同,各原子最外层电子数之和也相同,即可互称等电子体,NO2-为三原子,各原子最外层电子数之和为(5+6×2+1),SO2、O3也为三原子,各原子最外层电子数之和为6×3=18。 规律总结 1.判断方法 原子总数相同,价电子总数相同的分子。 2.应用 等电子体的许多性质是相近的,空间构型是相同的。 利用等电子体可以: (1)判断一些简单分子或离子的立体构型; (2)利用等电子体在性质上的相似性制造新材料; (3)利用等电子原理针对某物质找等电子体。 3.一些常见的等电子体 二原子10电子的等电子体: N2、CO、CN-、C22- 二原子11电子的等电子体: NO、O2+ 三原子16电子的等电子体: CO2、CS2、N2O、CNO-、N3- 三原子18电子的等电子体: NO2-、O3、SO2 四原子24电子的等电子体: NO3-、CO32-、BF3、SO3(g) 4.等电子体的快速找法 (1)将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n=1,2等)的原子,如N2与CO、N3-和CNO-互为等电子体。 (2)将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位电荷的阳离子(或阴离子),如N2O和N3-互为等电子体。 (3)同主族元素最外层电子数相等,故可将粒子中的元素原子换成同主族元素原子,如O3和SO2互为等电子体。 变式训练3 1991年,Langmuir提出: “凡原子数与价电子总数均相等的物质,其结构相同,物理性质相近”,称为等电子原理。 相应的物质互称为等电子体。 化学科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构与性质。 例如,CH4与NH4+有相同的价电子数及空间构型。 请你根据等电子原理在下表空格处填上相应的化学式: CH4 CO32- C2O42- NH4+ N2H62+ NO2+ 答案 见下表: CH4 C2H6 CO32- CO2 C2O42- NH4+ N2H62+ NO3- NO2+ N2O4 解析 本题考查等电子原理的应用。 等电子体的要求是必须具有相同的原子总数和价电子总数,分子与离子也可以是等电子体。 N2H62+是含有8个原子和14个价电子的微粒,比NH4+多3个原子和6个价电子,NH4+与CH4互为等电子体,而比CH4多3个原子和6个价电子的微粒为C2H6,同理可得其他几组答案。 1.下列关于共价键的说法不正确的是( ) A.H2S分子中两个共价键的键角接近90°的原因是共价键有方向性 B.N2分子中有一个σ键,两个π键 C.两个原子形成共价键时至少有1个σ键 D.在双键中,σ键不如π键稳定 答案 D 2.与NO3-互为等电子体的是( ) A.SO2B.BF3C.CH4D.NO2 答案 B 解析 等电子体是原子总数和价电子总数均相同的粒子,NO3-的原子数是4,价电子数是24,与其相同的是BF3。 3.下列分子中最难断裂成原子的是( ) A.HFB.HClC.HBrD.HI 答案 A 解析 因为原子半径I>Br>Cl>F,电负性F>Cl>Br>I,所以它们与H原子形成的氢化物分子的键能EH-F>EH-Cl>EH-Br>EH-1。 键能越大,化合物越难断裂成原子。 4.下列说法中能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面的是( ) A.任意两个B—F键间的夹角相等 B.3个B—F键键能相等 C.3个B—F键键长相等 D.任间两个B—F键间的夹角为120° 答案 D 解析 键参数中,键能和键长是用于判断共价键稳定性的依据,而键角是判断分子立体构型的依据。 3个B—F键间的夹角均为120°时,正好构成一个以B原子为中心的平面结构,因此4个原子共平面。 5.下面物质的分子中既有σ键,又有π键的是( ) ①HCl ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2 A.①②③B.③④⑤⑥C.①③⑥D.③⑤⑥ 答案 D 解析 当两个原子间能形成多对共用电子对时,要先形 成一个σ键,另外的原子轨道只能形成π键,N2分子中有三个共价键: 一个σ键,两个π键,C2H4分子中两个碳原子之间有两个共价键;一个σ键,一个π键;C2H2分子中碳碳原子之间有三个共价键: 一个σ键,两个π键。 6.某些共价键的键能数据如下表(单位: kJ·mol-1) 共价键 键能 H—H 436 Cl—Cl 243 Br—Br 193 H—Cl 432 H—I 298 I—I 151 N≡N 946 H—O 463 H—N 393 (1)把1molCl2分解为气态原子时,需要________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量。 (2)由表中所列化学键形成的单质分子中,最稳定的是________,最不稳定的是________;形成的化合物分子中最稳定的是________,最不稳定的是________。 (3)试通过键能数据估算下列反应的反应热: H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=________。 答案 (1)吸收 243 (2)N2 I2 H2O HI (3)-185kJ·mol-1 解析 本题主要考查键能的定义以及键能与化学键稳定性的关系。 (1)键能是指气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量,新键形成释放能量,则旧键断裂必然吸收能量,根据能量守恒定律断开1molCl—Cl键吸收的能量等于形成1molCl—Cl键释放的能量。 (2)键能越大,化学键越稳定,越不容易断裂,化学性质越稳定,因此最稳定的单质为N2,最不稳定的单质是I2,最稳定的化合物是H2O,最不稳定的化合物是HI。 (3)ΔH=E(反应物键能之和)-E(生成物键能之和)=(436+243-2×432)kJ·mol-1=-185kJ·mol-1。 [经典基础题] 1.下列说法中正确的是( ) A.p轨道之间以“肩并肩”重叠可形成σ键 B.p轨道之间以“头对头”重叠可形成π键 C.s和p轨道以“头对头”重叠可形成σ键 D.共价键是两个原子轨道以“头对头”方式重叠形成的 答案 C 解析 A项p轨道之间以“肩并肩”重叠形成的是π键;B项p轨道之间以“头对头”重叠可形成σ键;D项形成共价键还可能是两个原子轨道以“肩并肩”重叠形成。 2.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—sσ键 B.s电子与p电子形成s—pσ键 C.p电子与p电子不能形成σ键 D.HCl分子里含一个s—pσ键 答案 C 解析 p电子与p电子若“头碰头”重叠即形成p—pσ键。 3.下列分子中存在的共价键类型完全相同的是( ) A.CH4与NH3B.C2H6与C2H4 C.H2与Cl2D.Cl2与N2 答案 A 解析 A项中全是s—pσ键;B项中C2H6只存在σ键,而C2H4存在σ键和π键;C项中H2中的键为s—sσ键,Cl2中的键为p—pσ键;D项与B项类似。 4.参考下表化学键的键能数据,判断下列分子中受热最稳定的是( ) 化学键 H—H H—F H—Cl H—Br 键能/kJ·mol-1 436 568 431 366 A.H2B.HFC.HClD.HBr 答案 B 解析 共价键的键能越大,越不容易被破坏,意味着化学键越稳定,分子也越稳定。 5.下列说法正确的是( ) A.键角决定了分子的结构 B.共价键的键能越大,共价键越牢固,含有该键的分子越稳定 C.CH4、CCl4中键长相等,键角不同 D.C===C中的键能是C—C中的键能的两倍 答案 B 解析 分子结构是由键角和键长共同决定的,A项错。 CH4、CCl4分子均为正四面体型,它们的键角相同,键长不等,C错。 C===C中的双键由一条σ键和一条π键构成,通常而言σ键键能大于π键键能,故C===C中的键能应小于C—C键键能的两倍,D错。 6.N2的结构可以表示为,CO的结构可以表示为,其中椭圆框表示π键,下列说法中不正确的是( ) A.N2分子与CO分子中都含有三键 B.CO分子与N2分子中的π键并不完全相同 C.N2与CO互为等电子体 D.N2与CO的化学性质相同 答案 D 解析 从题图可以看出,N2分子与CO分子中均含有一个σ键和两个π键,所以二者都含有三键,A项正确;N2分子中的π键是由每个氮原子各提供两个p电子以“肩并肩”方式形成的,而CO分子中的一个π键是由氧原子单方面提供电子对形成的,B项正确;N2与CO的原子总数和价电子总数均相同,互为等电子体,二者化学性质相似,但并不完全相同,C项正确,D项错误。 7.下列说法中正确的是( ) A.在气体单质分子中,一定含有σ键,可能含有π键 B.烯烃比烷烃的化学性质活泼是由于烷烃中只含σ键而烯烃含有π键 C.等电子体结构相似,化学性质相同 D.共价键的方向性决定了原子在形成分子时相互结合的数量关系 答案 B 解析 在单质分子中,可能存在σ键(如H2、Cl2)、π键(如N2分子中存在σ键、π键),而稀有气体为单原子分子,不存在化学键,A项错误;烯烃中含有碳碳双键,其中一个是π键,因π键易断裂,故化学性质较活泼,B项正确;等电子体结构相似,但化学性质不同,C项错误;共价键的方向性决定分子的立体构型,饱和性决定分子中各原子的数量关系,D项错误。 8.能够用键能的大小作为主要依据来解释的是( ) A.常温常压下氯气呈气态而溴单质呈液态 B.硝酸是挥发性酸,而硫酸、磷酸是难挥发性酸 C.稀有气体一般难发生化学反应 D.空气中氮气的化学性质比氧气稳定 答案 D 解析 共价分子构成物质的状态与分子内共价键的键能无关;物质的挥发性与分子内键能的大小无关;稀有气体是单原子分子,无化学键,难发生化学反应的原因是它们的价电子已达稳定结构;氮气比氧气稳定是由于N2分子中共价键的键能(946kJ·mol-1)比O2分子中共价键的键能(497.3kJ·mol-1)大,在化学反应中更难断裂。 9.有以下物质: ①HF,②Cl2,③H2O,④N2,⑤C2H4,⑥C2H6,⑦H2O2,⑧HCN(H—C≡N)。 (1)只含有极性键的是________。 (2)只含有非极性键的是________。 (3)既有极性键,又有非极性键的是________。 (4)只有σ键的是________。 (5)既有σ键,又有π键的是________。 答案 (1)①③⑧ (2)②④ (3)⑤⑥⑦ (4)①②③⑥⑦ (5)④⑤⑧ 解析 根据同种原子形成的共价键是非极性键,不同种原子形成的共价键是极性键,共价单键是σ键,双键中一个是σ键、另一个是π键,共价三键由一个σ键、两个π键组成,进行分析、判断。 [能力提升题] 10.现有四种短周期元素A、B、C、D,已知: ①C、D在同一周期,A、B在同一主族;②它们可以组成化合物A2C、B2C2、DC2、D2A4等;③B的阳离子与C的阴离子的核外电子排布相同;④B2C2同A2C或DC2反应都生成气体C2,B与A2C反应生成气体A2,A2与气体C2按体积比2∶1混合后点燃发生爆炸,其产物是一种常温下常见的无色无味的液体。 请回答: (1)写出元素符号: A________、B________、C________、D________。 (2)在A2C、B2C2、DC2和D2A4中,同时含有离子键和非极性共价键的化合物的电子式为________; 按原子轨道重叠方式,其非极性键的类型是________。 化合物DC2的结构式________。 (3)A2C分子的电子式________,按原子轨道重叠方式,其共价键的类型是________。 D2A4是平面形分子,其分子中含有________个σ键,________个π键。 (4)写出化学方程式或离子方程式: B2C2与A2C反应的化学方程式______________________________________; B2C2与DC2反应的化学方程式______________________________________; B与A2C反应的离子方程式__________________________________________。 答案 (1)H Na O C (2)Na+[·×O··,····O··,···×]2-Na+ p—pσ键 O===C===O (3)H··O··,····H s—pσ键 5 1 (4)2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑ 2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2 2Na+2H2O===2Na++2OH-+H2↑ 解析 由A2与气体C2按体积比2∶1混合后点燃能发生爆炸,其产物是一种常温下常见的无色无味的液体,可知该液体是H2O,A是H元素,C是O元素;由B与A2C反应生成气体A2知,B是Na元素;由B2C2同A2C或DC2反应都生成气体C2知,D是碳元素。 11.已知下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的最低能量(kJ)。 物质 能量(kJ) Cl2 243 Br2 193 I2 151 H2 436 HF 565 HCl 431 HBr 363 HI 297 根据表中数据回答问题: (1)下列物质本身具有的能量最低的是________。 A.H2B.Cl2C.Br2D.I2 (2)下列氢化物中,最稳定的是________。 A.HFB.HClC.HBrD.HI (3)X2+H2===2HX(X代表F、Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应? ________。 (4)相同条件下,X2分别与H2反应,当消耗等物质的量的氢气时,放出或吸收的热量最多的是________。 2molCl2在一定条件下与等物质的量的H2反应,放出或吸收的热量是________kJ。 (5)若无上表中的数据,你能正确回答出问题(4)的第一问吗? ________;你的理由是__________________________________________________________。 答案 (1)A (2)A (3)放热反应 (4)F2 366 (5)能 生成物越稳定,放出的热量就越多,在HX中,HF最稳定 解析 能量越低越稳定,破坏其中的化学键需要的能量就越多,形成其中的键时放出的能量也越多。 12.下列粒子: N2、CO2、NH3、N2O、O2、NO2、NO和CO。 (1)互为等电子体的粒子有
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