【基礎知識】分子結構與性質考點二共價鍵及其參數【必備知識】一、共價鍵的分類1、共價鍵的本質及特征共價鍵是原子間通過共用電子形成的化學鍵，其特征是具有方向性和飽和性。(1)飽和性：每個原子所能形成共價鍵的數目是一定的。(2)方向性：在形成共價鍵時，原子軌道重疊越大，電子在核間出現的概率越大，所形成的共價鍵越穩定，因此，共價鍵將盡可能沿著電子出現概率最大的方向形成，這就是共價鍵的方向性。2、分類分類依據類型形成共價鍵的原子軌道重疊方式σ鍵軌道“頭碰頭”重疊π鍵軌道“肩并肩”重疊形成共價鍵的電子對是否偏移極性鍵共用電子對發生偏移非極性鍵共用電子對不發生偏移原子間共用電子對的數目單鍵原子間有一對共用電子對，σ鍵雙鍵原子間有兩對共用電子對，σ鍵+π鍵三鍵原子間有三對共用電子對，σ鍵+2π鍵3、σ鍵與π鍵的形成過程（1）σ鍵：電子云“頭碰頭”重疊①分類：σ鍵可分為s-sσ鍵、s-pσ鍵、p-pσ鍵。s-sσ鍵：兩個成鍵原子均提供s電子形成的共價鍵。s-pσ鍵：兩個成鍵原子分別提供s、p電子形成的共價鍵。p-pσ鍵：兩個成鍵原子均提供p、p電子形成的共價鍵。②σ鍵的特征a．以形成化學鍵的兩原子核的連線為軸作旋轉操作，共價鍵電子云的圖形不變，這種特征稱為軸對稱。b．形成σ鍵的原子軌道重疊程度大，故σ鍵有較強的穩定性，優先形成。（2）π鍵：電子云“肩并肩”重疊π鍵的特征a．每個π鍵的電子云由兩塊組成，它們互為鏡面，這種特征稱為鏡面對稱。b．形成π鍵時原子軌道重疊程度比形成σ鍵時小，π鍵沒有σ鍵穩定。例1、有以下物質：①HF②Cl2③H2O④N2⑤C2H4⑥C2H6⑦H2⑧H2O2⑨HCN(1)只有σ鍵的是______________(填序號，下同)；既有σ鍵又有π鍵的是________。(2)含有由兩個原子的s軌道重疊形成的σ鍵的是____。(3)含有由一個原子的s軌道與另一個原子的p軌道重疊形成的σ鍵的是______________。(4)含有由一個原子的p軌道與另一個原子的p軌道重疊形成的σ鍵的是______________。【答案】（1）①②③⑥⑦⑧；④⑤⑨（2）⑦（3）①③⑤⑥⑧⑨（4）②④⑤⑥⑧⑨例2、（1）1mol有________個σ鍵，________個π鍵。（2）1mol有________個σ鍵，________個π鍵。（3）分子中σ鍵和π鍵的比例為______。【答案】（1）8；2（2）10；3（3）9：1二、鍵參數1、鍵長（1）概念：鍵長是構成化學鍵的兩個原子處于平衡位置時的核間距。（2）比較：原子半徑越小，共價鍵的鍵長越小。同種原子形成共價鍵鍵長：單鍵>雙鍵>三鍵。例3、設石墨晶體中碳碳鍵的鍵長為a，金剛石中碳碳鍵和鍵長為b，比較a<b，原因：石墨晶體中碳為sp2雜化，金剛石中碳為sp3雜化，且石墨晶體中碳碳鍵為σ鍵和離域大π鍵，而金剛石中碳碳鍵為σ鍵。回答下列問題（1）(2015海南卷)SO3的三聚體環狀結構如圖所示，該結構中S原子的雜化軌道類型為sp3；該結構中S與O形成的共價鍵的鍵長有兩類，一類鍵長約140pm，另一類鍵長約為160pm，較短的鍵為（填a或b）。該分子中含有個σ鍵。（2）（2023海南卷，節選）我國科學家發現一種釩配合物Ⅰ可以充當固氮反應的催化劑，反應過程中經歷的中間體包括Ⅱ和Ⅲ。(代表單鍵、雙鍵或叁鍵)配合物Ⅱ和Ⅲ中，釩的化合價分別為+4和+3，配合物Ⅱ、Ⅲ和N2三者中，兩個氮原子間鍵長最長的是_______。【答案】（1）a12（2）配合物Ⅱ【解析】（1）a為碳氧雙鍵，b為碳氧單鍵。（2）配合物Ⅱ是氮氮單鍵2、鍵能（1）概念：氣態分子中斷裂（形成）1mol化學鍵解離成氣態原子所吸收（釋放）的能量。（2）比較：同種元素形成共價鍵鍵能：單鍵<雙鍵<三鍵。（碳碳雙鍵鍵能不等于碳碳單鍵鍵能的兩倍）一般鍵長越長，鍵能越小。例5、（2014山東卷）石墨烯(圖甲)是一種由單層碳原子構成的平面結構新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結構會發生改變，轉化為氧化石墨烯(圖乙)。1號C與相鄰C鍵能變化是。（填“增大”“減小”或“不變”）【答案】減小【解析】碳原子的雜化方式由sp2雜化變為sp3雜化，碳碳鍵為σ鍵和離域大π鍵，而金剛石中碳碳鍵為σ鍵。例6、簡答題（1）N2為什么化學性質穩定？（2）比較CH4<NH3<H2O<HF的熱穩定性，并說明原因。（3）比較金剛石和晶體硅的熔點，并說明原因。【答案】（1）氮氣存在在氮氮三鍵。（2）因為原子半徑C>N>O>F，所為鍵能C-H<N-H<O-H<F-H。（3）金剛石與硅是共價晶體，熔點由鍵能決定。因為原子半徑C<Si，所以鍵能Si-Si<C-C。3、鍵角（1）鍵長和鍵角的數值可通過晶體的x射線衍射實驗獲得。鍵角表明共價鍵具有方向性，鍵角決定分子的空間構型。【概念辨析】碳碳三鍵和碳碳雙鍵的鍵能分別是碳碳單鍵的3倍和2倍。（）鍵長等于成鍵兩原子的半徑之和。（）鍵能是衡量化學鍵穩定性的參數之一，鍵能越大，則化學鍵就越牢固。（）鍵長與共價鍵的穩定性沒有關系。（）鍵角是兩個相鄰共價鍵之間的夾角，說明共價鍵有方向性。（）共價鍵是通過原子軌道重疊并共用電子對而形成的，說明共價鍵有飽和性。（）共價鍵的成鍵原子只能是非金屬原子。()在任何情況下，都是σ鍵比π鍵強度大。()分子的穩定性與分子間作用力的大小無關。()s-sσ鍵與s-pσ鍵的電子云形狀對稱性相同。()σ鍵能單獨形成，而π鍵一定不能單獨形成。()σ鍵可以繞鍵軸旋轉，π鍵一定不能繞鍵軸旋轉。()H2中的共價鍵不具有方向性。（）B3N3H6(無機苯)的結構與苯類似，也有大π鍵。B3N3H6的熔點主要取決于所含化學鍵的鍵能(2020·山東)()鍵能C—C＞Si—Si、C—H＞Si—H，因此C2H6穩定性大于Si2H6(2020·山東，4A)()28gC2H4分子中含有的σ鍵數目為4NA(2022·遼寧，3B)()【答案】1.×2.×3.√4.×5.√6.√7.×8.×9.√10.√11.√12.√13.√14.×15.√16.×【跟蹤練習】1、下列實驗事實可以用共價鍵鍵能解釋的是()A.氯化氫的沸點低于溴化氫B.金剛石熔點高于晶體硅C.氦氣的化學性質穩定D.甲烷是正四面體形分子【答案】B2、二氯化二硫(S2Cl2)，非平面結構，常溫下是一種黃紅色液體，有刺激性惡臭，熔點：－80℃，沸點：137.1℃。下列對于二氯化二硫敘述正確的是（）A.二氯化二硫的電子式為B.分子中既有極性鍵又有非極性鍵C.分子中S—Cl的鍵長大于S—S的鍵長D.分子中S—Cl的鍵能小于S—S的鍵能【答案】B3、(2022·北京，9)由鍵能數據大小，不能解釋下列事實的是()化學鍵C—HSi—HC=OC—OSi—OC—CSi—Si鍵能/(kJ·mol－1)411318799358452346222A.穩定性：CH4>SiH4B．鍵長：C=O<C—OC．熔點：CO2<SiO2D．硬度：金剛石>晶體硅【答案】C【解析】鍵能越大，鍵長越短，分子越穩定，CO2是分子晶體，熔點由分子間作用力決定，與化學鍵無關；金剛石、晶體硅都是共價晶體，共價晶體中鍵能越大，晶體的硬度越大。4、關于σ鍵和π鍵的形成過程，下列說法不正確的是()A．HCl分子中的σ鍵為兩個s軌道“頭碰頭”重疊形成B．N2分子中的π鍵為p-pπ鍵，π鍵不能繞鍵軸旋轉C．CH4中的碳原子為sp3雜化，4個sp3雜化軌道分別與氫原子s軌道形成σ鍵D．乙烯(CH2=CH2)中的碳碳之間形成了1個σ鍵和1個π鍵【答案】A【解析】HCl分子中的σ鍵由氫原子提供的未成對電子的1s原子軌道和氯原子提供的未成對電子的3p原子軌道“頭碰頭”重疊形成，故A錯誤；N2分子中p軌道與p軌道通過“肩并肩”重疊形成p-pπ鍵，π鍵為鏡面對稱，不能繞鍵軸旋轉，故B正確；CH4中的碳原子為sp3雜化，碳原子的4個sp3雜化軌道分別與氫原子s軌道重疊，形成C—Hσ鍵，故C正確；CH2=CH2中的碳碳之間形成雙鍵，雙鍵中有1個σ鍵和1個π鍵，故D正確。5、已知C3N4晶體很可能具有比金剛石更大的硬度，且原子間以單鍵結合。下列有關C3N4晶體的說法中錯誤的是()A、C3N4晶體與金剛石同屬于共價晶體B、C3N4晶體中C—N的鍵長比金剛石中C—C的鍵長長C、C3N4晶體中每個碳原子連接4個氮原子，每個氮原子連接3個碳原子D、C3N4晶體中含有極性共價鍵，不含非極性共價鍵【答案】B【解析】原子半徑N<C，故C—N的鍵長比金剛石中C—C的鍵長短。6、氰氣的化學式為(CN)2，結構式為N≡C—C≡N，性質與鹵素相似，下列敘述正確的是()A．不和氫氧化鈉溶液發生反應B．分子中N≡C的鍵長大于C≡C的鍵長C．分子中既有極性鍵，又有非極性鍵D．分子中含有2個σ鍵和4個π鍵【答案】C【解析】氰氣性質與鹵素相似，能和氫氧化鈉溶液發生反應，故A錯誤；同一周期元素中，原子半徑隨著原子序數的增大而減小，原子半徑越大其鍵長越長，碳原子半徑大于氮原子，所以氰分子中C≡N的鍵長小于C≡C的鍵長，故B錯誤；該分子的結構式為N≡C—C≡N，該分子中含有3個σ鍵、4個π鍵，故D錯誤。7、二茂鐵[(C5H5)2Fe]分子是一種金屬有機配合物，是燃料油的添加劑，用以提高燃燒的效率和去煙，可作為導彈和衛星的涂料等。它的結構如圖所示，下列說法正確的是()A．二茂鐵中Fe2＋與環戊二烯離子(C5Heq\o\al(－,5))之間為離子鍵B．1mol環戊二烯()中含有σ鍵的數目為5NAC．分子中存在π鍵D．Fe2＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d44s2【答案】C【解析】含有孤電子對和空軌道的原子之間存在配位鍵，所以二茂鐵中Fe2＋與環戊二烯離子(C5Heq\o\al(－,5))之間為配位鍵，故A錯誤；一個環戊二烯分子中含有σ鍵的數目為11，則1mol環戊二烯中含有σ鍵的數目為11NA，故B錯誤；碳碳雙鍵之間存在π鍵，所以該分子中存在π鍵，故C正確；鐵原子核外有26個電子，鐵原子失去最外層兩個電子變為亞鐵離子，根據構造原理可知，亞鐵離子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d6，故D錯誤。8、MoO3可以催化1,2-丙二醇()獲得多種有機物，其反應歷程如圖所示。下列說法正確的是()A．轉化過程中涉及非極性共價鍵斷裂與形成B．反應過程中Mo形成共價鍵的數目始終保持不變C．如果原料是乙二醇，則主要有機產物是乙二醛和乙烯D．Cu催化氧化1,2-丙二醇所得產物與MoO3催化時相同【答案】A【解析】歷程③中有碳碳單鍵斷裂，歷程④中有碳碳雙鍵形成，A正確；Mo周圍形成共價鍵數目有6個、4個兩種情況，B錯誤；根據題中信息可知，由歷程③反應生成和，由歷程④反應生成CH3CH=CH2，若乙二醇為原料歷程③反應生成，由歷程④反應生成CH2=CH2，C錯誤；Cu催化氧化1,2-丙二醇生成物為，與MoO3催化產物不同，錯誤。9、(1)1mol苯酚分子中含有的σ鍵數目為________。1mol苯酚鈉中含有的σ鍵數目為________。(2)1mol化合物A()中含有的σ鍵數目為________。(3)[Cu(CH3CN)4]＋是非常穩定的絡合離子，配體中σ鍵和π鍵個數之比為________。(4)1mol碳酸二乙酯(DEC，)中含有σ鍵的數目為______。(5)1mol[Ni(NH3)6]SO4中σ鍵的數目為________。【答案】(1)13NA12NA(2)24NA(3)5∶2(4)17NA(5)28NA【解析】(3)配體CH3CN中含有3個C—H、1個C—C和1個C≡N，故1molCH3CN中含有5NAσ鍵、2NAπ鍵，σ鍵與π鍵個數之比為5∶2。10、簡單題（1）Ge與C是同族元素，C原子之間可以形成雙鍵、三鍵，但Ge原子之間難以形成雙鍵或三鍵。從原子結構角度分析，原因是___________________________________________________________。（2）硅是重要的半導體材料，構成了現代電子工業的基礎。碳和硅的有關化學鍵鍵能如表所示，簡要分析和解釋下列有關事實：化學鍵C—CC—HC—OSi—SiSi—HSi—O鍵能/(kJ·mol－1)365413336226318452①硅與碳同族，也有系列氫化物，但硅烷在種類和數量上都遠不如烷烴多，原因是____________________________________________________________________________。②SiH4的穩定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是______________________________。（3）[2020·浙江7月選考，26(1)(2)]①氣態氫化物熱穩定性HF大于HCl的主要原因是_____________________________________________________________________________。②CaCN2是離子化合