2.1.2　键参数——键能、键长与键角 讲义 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

　键参数——键能、键长与键角 学习目标　1.知道共价键的键能、键长和键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。2.利用键参数解释物质的某些性质,发展宏观辨识和微观探析化学学科核心素养。 一、键能 (一)知识梳理 1.概念 指气态分子中1 mol化学键解离成　　　　　　　　　 所吸收的能量,键能的单位是　　　　　　,键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值。是衡量共价键强弱的一个重要参数。  2.应用 应用 解释 衡量共价键的强弱 键能越大,断开化学键时需要的能量越多,化学键越稳定 判断分子的稳定性 结构相似的分子中,共价键的键能越大,分子越稳定 判断化学反应的能量变化 反应焓变与键能的关系为ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和;ΔH<0时,为放热反应;ΔH>0时,为吸热反应 (二)问题探究 问题1　如何从键能的角度分析氮气的化学性质? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题2　结合教材中某些共价键的键能数据(部分数据见下表),思考讨论: 键 键能/(kJ·mol-1) 键 键能/(kJ·mol-1) C—C 347.7 C==C 615 C≡C 812 H—F 568 H—Cl 413.8 H—Br 366 H—I 298.7 (1)成键原子相同而共价键数目不同时,键能强弱规律:　　　　　　　　　　。  (2)判断HF、HCl、HBr、HI的热稳定性强弱:　　　　　　;其中　　　　　　更容易发生热分解生成相应的单质。  (3)若形成1 mol H—Cl释放的能量是　　　　　　　　　　kJ。  　　　　　　　　　　　　　　　　 1.下列事实能用键能大小解释的是 (　　) A.常温常压下,氟单质呈气态,碘单质呈固态 B.氮气的化学性质比氧气稳定 C.氦气一般很难发生化学反应 D.盐酸易挥发,而硫酸难挥发 2.已知N2(g)+O2(g)===2NO(g)为吸热反应,ΔH=+180 kJ·mol-1,其中N≡N、O==O键能分别为946 kJ·mol-1、498 kJ·mol-1,则NO分子中N、O之间共价键的键能为 (　　) A.1 264 kJ·mol-1 B.632 kJ·mol-1 C.316 kJ·mol-1 D.1 624 kJ·mol-1 3.已知某些共价键的键能如下表,试回答下列问题: 共价键 键能/(kJ·mol-1) 共价键 键能/(kJ·mol-1) H—H 436.0 O—H 462.8 Cl—Cl 242.7 N≡N 946 C—H 413.4 H—Cl 431.8 (1)H—H的键能为什么比Cl—Cl的键能大?　　　　　　　　　　。   (2)已知H2O在2 000 ℃时有5%的分子分解,而CH4在1 000 ℃时可能完全分解为C和H2,试解释其中的原因:　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　。   (3)试解释氮气能在空气中稳定存在的原因:　　　　　　　　　　。   二、键长 (一)知识梳理 1.概念 键长是构成化学键的两个原子的　　　　　　　　　　。  2.键长与原子半径 原子半径决定共价键的键长,原子半径越小,共价键的键长越　　　　。  3.键长与共价键的稳定性 共价键的键长越短,往往键能越　　　　,表明共价键越　　　　。  4.键长的比较方法 (1)根据原子半径比较,同类型的共价键,成键原子的原子半径越小,键长越短。 (2)根据共用电子对数比较,相同的两个原子间形成共价键时,单键键长>双键键长>三键键长。 (二)问题探究 问题1　为什么F—F的键长比Cl—Cl的键长短,但键能却比Cl—Cl的键能小? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题2　从键能和键长角度分析为什么乙烯、乙炔比乙烷活泼? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.正误判断 (1)双原子分子中化学键键长越长,分子越稳定。 (　　) (2)键长:H—I>H—Br>H—Cl、C—C> C==C>C≡C。 (　　) (3)键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关。 (　　) 2.参考下表中化学键的键能与键长数据,判断下列分子最稳定的是 (　　) 化学键 H—C H—N H—O H—F 键能/(kJ·mol-1) 413.4 390.8 462.8 568 键长/pm 109 101 96 92 A.CH4 B.NH3 C.H2O D.HF 3.实验测得不同物质中氧原子之间的键长和键能的数据如下: 粒子 O2 键长/(10-12m) 149 128 121 112 键能/(kJ·mol-1) x y z=494 w=628 其中x、y的键能数据尚未测定,但可根据规律性推导键能的大小顺序为w>z>y>x,该规律是 (　　) A.粒子所含的价层电子数越多,键能越大 B.键长越长,键能越大 C.粒子所含的价层电子数越少,键能越大 D.成键时电子对越偏移,键能越大 4.已知某些共价键的键能、键长数据如表所示: 共价键 Cl—Cl Br—Br I—I H—F H—Cl H—Br H—I H—O 键能/(kJ·mol-1) 242.7 193.7 152.7 568 431.8 366 298.7 462.8 键长/pm 198 228 267 96 共价键 C—C C==C C≡C C—H N—H N==O O—O O==O 键能/(kJ·mol-1) 347.7 615 812 413.4 390.8 607 142 497.3 键长/pm 154 133 120 109 101 (1)下列推断正确的是　　　　(填字母)。  A.热稳定性:HF>HCl>HBr>HI B.氧化性:I2>Br2>Cl2 C.沸点:H2O>NH3 D.还原性:HI>HBr>HCl>HF (2)在HX(X=F、Cl、Br、I)分子中,键长最短的是　　　　　　,最长的是　　　　　　;O—O的键长　　　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)O=O的键长。  【题后归纳】　定性判断键长的方法 (1)根据原子半径进行判断。在其他条件相同时,成键原子的半径越小,键长越短。 (2)根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言,当两个原子形成双键或者三键时,由于原子轨道的重叠程度增大,原子之间的核间距减小,键长变短,故单键键长>双键键长>三键键长。 三、键角 (一)知识梳理 1.概念 在多原子分子中,两个相邻　　　　　　之间的夹角。  2.键角与分子空间结构 在多原子分子中键角是一定的,这表明共价键具有　　　　性。键角是描述分子　　　　　　的重要参数。  3.键长和键角的数值可以通过晶体的　　　　　　　　　　　　获得。  4.常见分子的键角与分子空间结构 化学式 结构式 键角 空间结构 CO2 O==C==O 180° 直线形 NH3 107° 三角锥形 H2O 105° V形(或角形) BF3 120° 平面三角形 CH4 109°28' 正四面体形 (二)问题探究 问题1　如图白磷和甲烷均为正四面体结构: 它们的键角是否相同,为什么? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题2　实验测得H2S为共价化合物,H—S—H的夹角为92.3°,键长相同,则H2S的空间结构是什么? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.关于键长、键能和键角,下列说法错误的是 (　　) A.键角是描述分子立体结构的重要参数 B.键长是形成共价键的两原子间的核间距 C.键能越大,键长越短,共价化合物越稳定 D.键角的大小与键长、键能的大小有关 2.下列有关共价键的键参数的说法不正确的是 (　　) A.CH4、C2H4、CO2分子中的键角依次增大 B.HF、HCl、HBr分子中的键长依次增长 C.H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小 D.分子中共价键的键能越大,分子的熔、沸点越高 3.用“>”或“<”填空: (1)键长:N—N　　　　　　N==N。  (2)键能:2E(C—C)　　　　　　E(C==C)。  (3)键角:CO2　　　　　　SO2。  (4)键的极性:C—H　　　　　　N—H。  键参数——键能、键长与键角 一、 (一)1.气态原子　kJ·mol-1 (二) 问题1　N和Cl的电负性相同,但N2与H2在常温下很难发生化学反应,必须在高温下才能发生化学反应,而 Cl2与 H2很容易发生化学反应。电负性 N>P,但活泼性为磷单质>N2。化学反应包括旧键断裂和新键形成两个过程,N2中存在氮氮三键, N≡N断裂需要很高的能量,而 Cl2中的 Cl—Cl、磷单质中的 P—P断裂需要的能量相对较低,故氯气容易与氢气发生反应,磷单质的活泼性强于氮气的活泼性。 问题2　(1)单键键能<双键键能<三键键能 (2)HF>HCl>HBr>HI　HI　(3)431.8 解析　(1)由C—C、CC、C≡C键能可知,成键原子相同而共价键数目不同时,键能强弱规律:单键键能<双键键能<三键键能。 (3)气态原子形成1 mol化学键变成气态分子释放的能量与气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量相等,故形成1 mol H—Cl释放的能量是431.8 kJ。 对点训练 1.B　[氟单质的相对分子质量比碘单质小,分子间作用力比碘单质小,所以氟单质的沸点比碘单质低,常温常压下,氟单质呈气态,碘单质呈固态,与键能无关,故A不能用键能大小解释;氮分子中N≡N的键能比氧分子中OO的键能大,化学性质比氧分子稳定,故B能用键能大小解释;氦气由单原子分子构成,分子中不存在化学键,其难发生化学反应与原子结构稳定有关,与键能无关,故C不能用键能大小解释;氯化氢的分子间作用力小,沸点低,是挥发性酸,硫酸的分子间作用力大,沸点高,是难挥发性酸,与键能无关,故D不能用键能大小解释。] 2.B　[设NO分子中N、O之间共价键的键能为x,则有180 kJ·mol-1=946 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1-2x,所以x=632 kJ·mol-1。] 3.(1)H原子的半径比Cl原子的半径小,故H—H的键能比Cl—Cl的键能大 (2)H—O的键能比H—C的键能大,故H2O比CH4稳定 (3)N2分子中存在氮氮三键,键能大,结构稳定,故氮气能在空气中稳定存在 解析　解答本题可根据键参数与分子性质的关系分析:形成共价键的分子半径越小,键能越大,共价键越稳定。 二、 (一)1.核间距　2.短　3.大　稳定 (二) 问题1　氟原子的半径很小,因而F—F的键长比Cl—Cl的键长短,但也是由于F—F的键长短,两个氟原子在形成共价键时,原子核之间的距离就小,排斥力大,因此键能比Cl—Cl的键能小。 问题2　虽然键长 C≡C<CC<C—C,键能C≡C>CC>C—C,但乙烯、乙炔在发生加成反应时,只有π键断裂,π键的键能一般小于σ键的键能。 对点训练 1.(1)×　(2)√　(3)√ 2.D　[从键能的角度分析,四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为HF>H2O>CH4>NH3;从键长的角度分析,四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为HF>H2O>NH3>CH4。综合两方面因素可以确定最稳定的是HF。] 3.C　[表中四种粒子所含价层电子数从左到右依次减少,而其键能依次增大,故A项错误,C项正确;对比给出的粒子中键长和键能大小可知B项错误;四种粒子中的共用电子对不发生偏移,D项错误。] 4.(1)ACD　(2)HF　HI　大于 解析　(1)根据表中数据知,同主族元素从上至下气态氢化物的键能逐渐减小,热稳定性逐渐减弱,A项正确;从键能看,氯气、溴单质、碘单质的热稳定性逐渐减弱,由原子结构知,氧化性也逐渐减弱,B项错误;H2O在常温下为液态,NH3在常温下为气态,则H2O的沸点比NH3的高,C项正确;还原性与得失电子能力有关,还原性:HI>HBr>HCl>HF,D项正确。 三、 (一)1.共价键　2.方向　空间结构　3.X射线衍射实验 (二) 问题1　不同,白磷分子的键角是指P—P之间的夹角,为60°;而甲烷分子的键角是指C—H之间的夹角,为109°28'。 问题2　H2S分子是V形结构。 对点训练 1.D　[键角是描述分子立体结构的重要参数,与键长、键能的大小没有关系,D错误。] 2.D　[三者的键角分别为109°28'、120°、180°,依次增大,A项正确。因为F、Cl、Br的原子半径依次增大,故三者与H形成共价键的键长依次增长,B项正确。O、S、Se的原子半径依次增大,故三者与H形成共价键的键长依次增长,键能依次减小,C项正确。分子的熔、沸点与分子间作用力有关,与共价键的键能无关,D项错误。] 3.(1)>　(2)>　(3)>　(4)< 解析　(1)键长越短,键能越大,双键的键能大于单键,则双键的键长小于单键,即键长:N—N>NN;(2)键长越短,键能越大,双键的键能大于单键,但小于单键键能的2倍,即2E(C—C)>E(CC);(3)CO2空间构型为直线型,键角为180°,SO2为V形结构,因此键角:CO2>SO2;(4)非金属性N>C,则键的极性:C—H<N—H。 学科网（北京）股份有限公司 $$