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鏈接教材精準變式練第二章分子結構與性質第一節(jié)共價鍵第1課時共價鍵【典例1】(2021·天津河北·高二期末)下列說法正確的是A.含有共價鍵的化合物一定是共價化合物B.乙醇分子中只含有σ鍵C.正四面體結構的分子中的鍵角一定是109°28′D.所有的σ鍵的強度都比π鍵的大【答案】B【詳解】A.共價鍵是由原子之間通過共用電子對形成的化學鍵,既可存在于離子化合物中如NaOH等,也可存在于共價化合物中如HCl等,故A錯誤;B.乙醇分子中含有C—H鍵、C—O鍵、O—H鍵、C—C鍵,單鍵全為σ鍵,即只含有σ鍵,故B正確;C.正四面體結構的分子中的鍵角不一定是109°28′,如白磷(P4)為正四面體結構,鍵角為60°,故C錯誤;D.σ鍵的強度不一定比π鍵的大,例如N2分子中存在的N≡N鍵能比3個N-N鍵能大,也比一個N-N和一個N=N鍵能加起來要大,就說明N≡N中的π鍵比σ鍵強,故D錯誤;故答案為B?!镜淅?】(2021·重慶八中高二階段練習)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.分子中只含極性鍵 B.分子中含有2個σ鍵和4個π鍵C.不和氫氧化鈉溶液發(fā)生反應 D.分子中N≡C鍵的鍵長小于C-C鍵的鍵長【答案】D【詳解】A.氰氣的化學式為(CN)2,根據(jù)分子結構可知其中含有C-C非極性鍵和C≡N極性鍵,A錯誤;B.氰氣的分子結構式為N≡C-C≡N,其中含3個σ鍵和4個π鍵,B錯誤;C.氰氣的化學式為(CN)2,其性質與鹵素相似,鹵素單質能夠與NaOH溶液反應,則(CN)2也可以可以氫氧化鈉溶液發(fā)生反應,C錯誤;D.由于N原子半徑比C原子半徑小,N≡C鍵的鍵能比C-C鍵大,導致分子中N≡C鍵的鍵長比C-C鍵的鍵長小,D正確;故合理選項是D。【典例3】(2021·遼寧實驗中學高二階段練習)下列說法正確的是A.原子軌道與電子云都是用來形象描述電子運動狀態(tài)的B.電子的運動狀態(tài)可從能層、能級、軌道3個方面進行描述C.氣體單質中,一定有σ鍵,可能有π鍵D.1個乙烯分子中含有4個σ鍵,1個π鍵【答案】A【詳解】A.原子軌道和電子云都用來描述電子運動狀態(tài)而不是表示電子運動軌跡,即都是用來形象描述電子運動狀態(tài)的,故A正確;B.決定電子運動狀態(tài)有四個量:主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)、自旋量子數(shù),所以電子的運動狀態(tài)可從能層、能級、軌道、自旋方向4個方面進行描述,故B錯誤;C.氣體單質中,不一定有σ鍵,例如稀有氣體,可能有π鍵,例如氮氣等,故C錯誤;D.乙烯的結構簡式為CH2=CH2,1個乙烯分子中含有5個σ鍵,1個π鍵,故D錯誤;故選A。教材知識鏈接教材知識鏈接一.共價鍵的形成與特征1.共價鍵的形成(1)概念:原子間通過共用電子對所形成的相互作用,叫做共價鍵。(2)成鍵的粒子:一般為非金屬原子(相同或不相同)或金屬原子與非金屬原子。(3)本質:原子間通過共用電子對(即原子軌道重疊)產(chǎn)生的強烈作用。2.共價鍵的特征(1)飽和性按照共價鍵的共用電子對理論,一個原子有幾個未成對電子,便可和幾個自旋狀態(tài)相反的電子配對成鍵,這就是共價鍵的飽和性。(2)方向性除s軌道是球形對稱外,其他原子軌道在空間都具有一定的分布特點。在形成共價鍵時,原子軌道重疊的越多,電子在核間出現(xiàn)的概率越大,所形成的共價鍵就越牢固,因此共價鍵將盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向形成,所以共價鍵具有方向性。二.共價鍵類型(按成鍵原子的原子軌道的重疊方式分類)1.σ鍵形成由兩個原子的s軌道或p軌道“頭碰頭”重疊形成類型s-s型s-p型p-p型特征以形成化學鍵的兩原子核的連線為軸做旋轉操作,共價鍵電子云的圖形不變,這種特征稱為軸對稱;σ鍵的強度較大2.π鍵形成由兩個原子的p軌道“肩并肩”重疊形成p-pπ鍵特征π鍵的電子云具有鏡面對稱性,即每個π鍵的電子云由兩塊組成,分別位于由兩原子核構成平面的兩側,如果以它們之間包含原子核的平面為鏡面,它們互為鏡像;π鍵不能旋轉;不如σ鍵牢固,較易斷裂3.判斷σ鍵、π鍵的一般規(guī)律共價單鍵為σ鍵;共價雙鍵中有一個σ鍵、一個π鍵;共價三鍵由一個σ鍵和兩個π鍵組成。精準變式題精準變式題(變式訓練1)(2021·黑龍江·綏化市第一中學高二期中)下列分子中既有σ鍵,又有π鍵的是_____。①HCl②H2O③乙醛④H2O2⑤C2H4⑥C2H2A.①②③ B.③④⑤⑥ C.④⑤⑥ D.③⑤⑥【答案】D【詳解】①HCl中含有的H-Cl鍵為σ鍵,不含π鍵,①不符合題意;②H2O的結構式是H-O-H,分子中存在的H-O鍵為σ鍵,不含π鍵,②不符合題意;③乙醛結構簡式是CH3CHO,分子中含有C-H、C-C及C、O雙鍵,共價單鍵都是σ鍵;雙鍵中一個是σ鍵,一個是π鍵,因此物質分子中既有σ鍵,又有π鍵,③符合題意;④H2O2中存在H-O和O-O鍵都是共價單鍵,屬于σ鍵,不含π鍵,④不符合題意;⑤C2H4結構簡式是CH2=CH2,分子中含有的C-H為σ鍵,碳碳雙鍵中一個是σ鍵,一個是π鍵,因此物質分子中既有σ鍵,又有π鍵,⑤符合題意;⑥C2H2結構簡式是CH≡CH,分子中含有的C-H為σ鍵,碳碳三鍵中一個是σ鍵,兩個是π鍵,因此物質分子中既有σ鍵,又有π鍵,⑥符合題意;綜上所述可知:分子中既有σ鍵,又有π鍵的物質序號是③⑤⑥,故合理選項是D。(變式訓練2)(2021·遼寧沈陽·高二階段練習)下列關于σ鍵和π鍵的說法中,錯誤的是A.所有的σ鍵的強度都比π鍵大B.σ鍵是原子軌道“頭碰頭”式重疊,π鍵是原子軌道“肩并肩”式重疊C.s—sσ鍵與s—pσ鍵的電子云形狀的對稱性相同D.σ鍵可以繞鍵軸旋轉,π鍵一定不能繞鍵軸旋轉【答案】A【詳解】A.一般情況下,σ鍵的強度比π鍵大,但也有特殊情況,如N≡N中σ鍵的強度比π鍵小,A錯誤;B.σ鍵電子云重疊程度較大,是原子軌道“頭碰頭”式重疊,π鍵電子云重疊程度較小,是原子軌道“肩并肩”式重疊,B正確;C.σ鍵有方向性,;兩個成鍵原子必須沿著對稱軸方向接近,才能達到最大重疊,s—sσ鍵與s—pσ鍵都是軸對稱的,C正確;D.σ鍵為單鍵,可以繞鍵軸旋轉,π鍵在雙鍵、叁鍵中存在,不能繞鍵軸旋轉,D正確;答案選A。(變式訓練3)(2021·浙江·諸暨中學高二期中)下列說法不正確的是A.乙烯中C=C鍵的鍵能小于乙烷中C-C鍵的鍵能的2倍B.σ鍵可以繞鍵軸旋轉,π鍵不能繞鍵軸旋轉C.在氣體單質中,一定有σ鍵,可能有π鍵D.s-pσ鍵和p-pσ鍵電子云對稱性相同【答案】C【詳解】A.碳碳雙鍵中一個是π鍵,一個是σ鍵,碳碳單鍵是σ鍵,π鍵的鍵能一般小于σ鍵,所以乙烯中C=C鍵的鍵能小于乙烷中C-C鍵的鍵能的2倍,A正確;B.σ鍵為軸對稱,可以繞鍵軸旋轉,π鍵呈鏡面對稱,無法繞鍵軸旋轉,B正確;C.氣體單質中可能不存在化學鍵,如稀有氣體單質中,C錯誤;D.s-pσ鍵和p-pσ鍵電子云都是軸對稱的,D正確;綜上所述答案為C。1.(2021·天津薊州·高二期末)下列物質分子中存在π鍵的是A.氫氣 B.甲烷 C.乙烯 D.乙醇【答案】C【詳解】氫氣、甲烷、乙醇中只含有單鍵,即只含σ鍵;乙烯中含有碳碳雙鍵,雙鍵中有一個π鍵,故答案為C。2.(2021·廣東肇慶·高二期末)某有機物的結構簡式為,該分子中鍵與鍵的個數(shù)比為A.9∶1 B.8∶1 C.7∶1 D.6∶1【答案】D【詳解】由有機物的結構可知,該分子中鍵數(shù)目為18個,鍵數(shù)目為3個,綜上所述,故選D。3.(2021·北京·101中學高二期末)σ鍵可由兩個原子的s軌道、一個原子的s軌道和另一個原子的p軌道以及一個原子的p軌道和另一個原子的p軌道以“頭碰頭”方式重疊而成。則下列分子中的σ鍵是由一個原子的s軌道和另一個原子的p軌道以“頭碰頭”方式重疊構建而成的是A.H2 B.HF C.Cl2 D.F2【答案】B【詳解】A.基態(tài)H原子的核外電子排布式為1s1,H2分子中的σ鍵是由一個H原子的s軌道和另一個H原子的s軌道以“頭碰頭”方式重疊而成,A不符合題意;B.基態(tài)H原子的核外電子排布式為1s1,基態(tài)F原子的核外電子排布式為1s22s22p5,HF分子中的σ鍵是由一個H原子的s軌道和一個F原子的p軌道以“頭碰頭”方式重疊而成,B符合題意;C.基態(tài)Cl原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p5,Cl2分子中的σ鍵是由一個Cl原子的p軌道和另一個Cl原子的p軌道以“頭碰頭”方式重疊而成,C不符合題意;D.基態(tài)F原子的核外電子排布式為1s22s22p5,F(xiàn)2分子中的σ鍵是由一個F原子的p軌道和另一個F原子的p軌道以“頭碰頭”方式重疊而成,D不符合題意;選B。4.(2021·遼寧沈陽·高二階段練習)下列分子中存在的共價鍵類型完全相同(從σ鍵、π鍵的形成方式角度分析)的是A.CH4與C2H2 B.H2O與HClC.H2與Cl2 D.Cl2與N2【答案】B【分析】根據(jù)單鍵為σ鍵,雙鍵和三鍵中既有σ鍵又有π鍵,結合分子結構判斷?!驹斀狻緼.CH4分子中存在s-pσ鍵,C2H2分子中存在σ鍵和π鍵,所以共價鍵類型不完全相同,故A錯誤;B.H2O與HCl都含有H原子,分子中的共價鍵均是s電子云與p電子云形成的s-pσ鍵,故B正確;C.H2分子中存在s—sσ鍵,Cl2分子中存在p—pσ鍵,所以共價鍵類型不完全相同,故C錯誤;D.Cl2分子中只有單鍵,全部為σ鍵,N2分子中有三鍵既有σ鍵又有π鍵,所以共價鍵類型不完全相同,故D錯誤。故選B。5.(2021·河北·張家口市宣化第一中學高二期中)已知、和鍵能之比為::,而、和鍵能之比為::,下列說法正確的是A.鍵一定比π鍵穩(wěn)定 B.較易發(fā)生加成反應C.乙烯、乙炔較易發(fā)生加成反應 D.乙烯、乙炔中的π鍵比鍵穩(wěn)定【答案】C【詳解】A.鍵不一定比鍵強度大,如氮氣中鍵的強度比π鍵強度小,故A錯誤;B.鍵能大不易發(fā)生加成反應,故B錯誤;C.乙烯和乙炔中π鍵的鍵能小易斷裂,所以乙烯、乙炔較易發(fā)生加成反應,故C正確;D.乙烯、乙炔中的鍵比π鍵穩(wěn)定,故D錯誤;故選C。6.(2021·四川省內江市第六中學高二階段練習)下列關于σ鍵和π鍵的理解不正確的是A.σ鍵一般能單獨形成,而π鍵一般不能單獨形成B.σ鍵可以繞鍵軸旋轉,π鍵一定不能繞鍵軸旋轉C.CH3-CH3、CH2=CH2、CH≡CH中碳碳鍵的鍵能都相同D.碳碳雙鍵中有一個σ鍵,一個π鍵,碳碳叁鍵中有一個σ鍵,兩個π鍵【答案】C【詳解】A.由于原子軌道先按重疊程度大的“頭碰頭”方向進行重疊,故先形成σ鍵。后才能形成π鍵,A正確;B.σ鍵為單鍵,可以繞鍵軸旋轉,π鍵在雙鍵、叁鍵中存在,不能繞鍵軸旋轉,B正確;C.鍵能大小順序為:鍵能:C≡C>C=C>C—C,C錯誤;D.單鍵均為σ鍵,雙鍵含1個σ鍵和1個π鍵,叁鍵含1個σ鍵和2個π鍵,D正確;故選C。7.(2020·四川省滎經(jīng)中學高二期中)下列有關δ鍵與π鍵說法中,錯誤的是A.氮分子中的化學鍵是1個σ鍵,2個π鍵B.δ鍵與π鍵的對稱性相同C.分子中含有共價鍵,則至少含有一個δ鍵D.含有π鍵的化合物與只含δ鍵的化合物的化學性質不同【答案】B【詳解】A.氮氣中含有氮氮三鍵,所以含有1個δ鍵,2個π鍵,A項正確;B.π鍵有三個對稱面,一條二重旋轉軸,一個對稱中心,δ鍵有無數(shù)個對稱面,一條∞旋轉軸,一個對稱中心,B項錯誤;C.共價單鍵為δ鍵,雙鍵和三鍵中均含1個δ鍵,則分子中含有共價鍵,則至少含有一個δ鍵,C項正確;D.含有π鍵的化合物,化學鍵易斷裂,性質較活潑,含δ鍵的化合物性質穩(wěn)定,則化學性質不同,D項正確;答案選B。8.(2021·四川省內江市第六中學高二階段練習)下列關于化學鍵的說法,認識錯誤的有幾個①s-sσ鍵與s-pσ鍵的電子云對稱性不同②鍵不能單獨存在,一定要和鍵共存③含有鍵的化合物與只含鍵的化合物的化學性質不同④兩個非金屬元素的原子之間形成的化學鍵都是共價鍵⑤分子中含有共價鍵,則一定只含有一個鍵⑥成鍵的原子間原子軌道重疊越多,共價鍵越牢固⑦1個N原子最多只能與3個H原子結合形成NH3分子,是由共價鍵的飽和性決定的A.1個 B.2個 C.3個 D.4個【答案】B【詳解】①鍵與鍵的對稱性相同,均為軸對稱,①項錯誤;②分子中可以只含鍵,鍵不能單獨存在,一定要和鍵共存,②項正確;③鍵不穩(wěn)定,易斷裂,含有鍵的化合物化學性質較活潑,與只含鍵的化合物的化學性質不同,③項正確;④非金屬原子常以共用電子對形成化學鍵,兩個非金屬元素的原子之間形成的化學鍵都是共價鍵,④項正確;⑤分子中含有共價鍵,不一定只含有一個鍵,如水分子中含有2個鍵,⑤項錯誤;⑥成鍵的原子間原子軌道重疊越多,成鍵原子間的距離越小,共價鍵越牢固,⑥項正確;⑦N原子最外層有5個電子,有三個末成對電子,1個N原子最多只能與3個H原子結合形成NH3分子,是由共價鍵的飽和性決定的,⑦項正確;綜上所述①⑤錯誤;答案選B。9.(2021·浙江·寧波市北侖中學高二期中)已知N—N、N=N和N≡N鍵能之比為1.00∶2.17∶4.90,而C—C、C=C和C≡C鍵能之比為1.00∶1.77∶2.34,下列說法正確的是A.σ鍵一定比π鍵穩(wěn)定B.N2較易發(fā)生加成反應C.乙烯、乙炔較易發(fā)生加成反應D.乙烯、乙炔中的π鍵比σ鍵穩(wěn)定【答案】C【詳解】A.根據(jù)N—N、N=N和N≡N鍵能之比為1.00∶2.17∶4.90,N≡N、N=N中π鍵比σ鍵穩(wěn)定,故A錯誤;B.N≡N、N=N中π鍵比σ鍵穩(wěn)定,難發(fā)生加成,故B錯誤;C.根據(jù)C—C、C=C和C≡C鍵能之比為1.00∶1.77∶2.34,C=C,C≡C中π鍵比σ鍵弱,π鍵不穩(wěn)定,較易發(fā)生加成,故C正確;D.根據(jù)C—C、C=C和C≡C鍵能之比為1.00∶1.77∶2.34,C=C,C≡C中π鍵比σ鍵弱,π鍵沒有σ鍵穩(wěn)定,故D錯誤;故選C。10.(2021·河北·曹妃甸一中高二階段練習)某物質可溶于水、乙醇,熔點為,其分子的結構簡式如圖所示。下列說法不正確的是A.該分子中含有極性共價鍵B.該物質中鍵和鍵的個數(shù)比為C.該分子中原子最外層均達到8電子穩(wěn)定結構的為C、ND.該分子中的共價鍵按原子軌道重疊方式劃分為3種【答案】BD【詳解】A.不同原子間的共價鍵為極性共價鍵,該分子中含有極性共價鍵,故A正確;
B.每個單鍵是1個σ鍵,每個雙鍵含有1個σ鍵和1個π鍵,每個三鍵含有1個σ鍵和2個π鍵,則該物質分子中σ鍵和π鍵的個數(shù)比為,故B錯誤;C.該物質中C和N都達到8電子穩(wěn)定結構,H原子沒有達到8電子穩(wěn)定結構,故C正確;D.按原子軌道重疊方式共價鍵分為2種,“頭碰頭”重疊形成σ鍵,“肩并肩”重疊形成π鍵,故D錯誤;故選BD。11.(2021·云南·馬關縣第一中學校高二階段練習)下列有關化學鍵類型的判斷不正確的是A.s--sσ鍵與s--pσ鍵的對稱性不同B.分子中含有共價鍵,則至少含有一個σ鍵C.已知乙炔的結構式為H—C≡C—H,則乙炔分子中存在2個σ鍵(C—H)和3個π鍵(C≡C)D.乙烷分子中只存在σ鍵,即6個C—H鍵和1個C—C鍵都為σ鍵,不存在π鍵【答案】AC【詳解】A.σ鍵都是軸對稱圖形,故A錯誤;B.共價單鍵為σ鍵,雙鍵和三鍵中均含1個σ鍵,則分子中含有共價鍵,則至少含有一個σ鍵,故B正確;C.乙炔中的碳碳三鍵中含有一個σ鍵,2個π鍵,兩個C—H鍵是σ鍵,乙炔分子中存在3個σ鍵和2個π鍵,故C錯誤;D.乙烷分子中只存在C—C單鍵和C—H單鍵,單鍵都為σ鍵,故都是σ鍵,故D正確;故選AC。【點睛】單鍵中只有σ鍵,雙鍵含有1個σ鍵和1個π鍵;三鍵中含有1個σ鍵和2個π鍵。12.有以下物質:①HF,②Cl2,③H2O,④N2,⑤C2H4,⑥C2H6,⑦H2,⑧H2O2,⑨HCN(H—C≡N)。(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__________?!敬鸢浮?1)①②③⑥⑦⑧④⑤⑨(2)⑦(3)①③⑤⑥⑧⑨(4)②④⑤⑥⑧⑨【解析】(1)單鍵只有σ鍵,雙鍵或三鍵才含有π鍵,故只有σ鍵的是①②③⑥⑦⑧;既有σ鍵又有π鍵的是④⑤⑨。(2)H原子只有s軌道,題給物質中含有由兩個原子的s軌道重疊形成的σ鍵的只有H2。(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鍵的有①③⑤⑥⑧⑨。(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,說明構成這種σ鍵的原子中一定沒有H原子,故正確答案為②④⑤⑥⑧⑨。13.(2021·山東·新泰市第一中學高二階段練習)(1)橙紅色晶體羰基鈷的熔點為52℃,可溶于多數(shù)有機溶劑。該晶體中三種元素電負性由大到小的順序為_______(填元素符號)。配體中鍵與鍵數(shù)目之比是_______。(2)中鍵與鍵之間的夾角為180°,并有對稱性,分子中每個原子最外層均滿足8電子穩(wěn)定結構,其結構式為_______,1個分子中含有_______個鍵?!敬鸢浮?∶24【詳解】(1)一般來說,元素非金屬性越強,電負性越大,因此三種元素電負性由大到小的順序為。與的結構相似,所以配體中鍵與鍵數(shù)目之比是1∶2。(2)中鍵與鍵之間的夾角為180°,并有對稱性,分子中每個原子最外層均滿足8電子穩(wěn)定結構,結構式為,1個鍵中含有2個鍵,因此1個分子中含有4個鍵。14.(2021·福建省武平縣第一中學高二階段練習)碳族元素的單質及其化合物是一類重要物質。請回答下列問題:(1)鍺(Ge)是用途很廣的半導體材料,基態(tài)Ge原子的核外電子中,有_______個未成對電子。(2)光催化還原CO2制備CH4反應中,帶狀納米Zn2GeO4是該反應的良好催化劑。Zn、Ge、O電負性由大至小的順序是_______。(3)COCl2俗稱光氣,分子中C原子采取sp2雜化成鍵,光氣分子的結構式為_______,其中碳氧原子之間共價鍵是_______(填序號)。a.2個σ鍵b.2個π鍵c.1個σ鍵,1個π鍵(4)GeCl4可水解生成一種氧化物和一種無氧酸,其化學反應方程式為:_______。(5)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_______?!敬鸢浮?O>Ge>ZncGeCl4+2H2O=4HCl+GeO2Ge原子半徑大,原子間形成的σ單鍵較長,p-p軌道肩并肩重疊程度很小或幾乎不能重疊,難以形成π鍵【詳解】(1)基態(tài)鍺(Ge)的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p2,4p軌道兩個電子未成對,所以有2個未成對電子。(2)元素的金屬性越強,其電負性越小;元素的非金屬性越強,其電負性越大;所以Zn、Ge、O電負性由大至小的順序是O>Ge>Zn。(3)COCl2分子中C原子采取sp2雜化成鍵,C原子與氯原子之間形成C-Cl單鍵,故C原子與O原子之間形成C=O雙鍵,所以光氣的結構式為:,雙鍵中含有1個σ鍵、1個π鍵,答案選c。(4)GeCl4可水解生成一種氧化物和一種無氧酸,所以生成了HCl和GeO2,根據(jù)原子守恒可知其化學反應方程式為:GeCl4+2H2O=4HCl+GeO2。(5)Ge與C是同族元素,但是Ge電子層數(shù)更多,原子半徑更大,原子間形成的σ單鍵較長,p-p軌道肩并肩重疊程度很小或幾乎不能重疊,難以形成π鍵。15.(2021·北京·101中學高二期末)回答下列問題:(1)石墨烯是一種零距離半導體,而且有非常好的熱傳導性能,是由碳原子構成的單層片狀結構的新材料(結構示意圖如圖),可由石墨剝離而成,具有很好應用前景。①石墨烯中碳碳鍵的鍵角為____。②已知幾種常見化學鍵的鍵能如表
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