2.1.2 第2课时　键参数——键能、键长与键角 导学案 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第二章分子结构与性质 第一节　共价键 第2课时　键参数——键能、键长与键角 课程标准： 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。 新知探究： 知识点　键能、键长与键角 [知识梳理] 1．键能：气态分子中_________化学键解离成气态原子所_________的能量。它通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值，单位是_________。 2．键长 (1)概念：构成化学键的两个原子的_________。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_________。 (2)应用：共价键的键长越短，往往键能越_________，表明共价键越_________，反之亦然。 3．键角 (1)概念：在多原子分子中，两个_________之间的夹角。 (2)应用：在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有_________性，因此键角影响着共价分子的_________。 (3)常见分子的键角 分子的空间结构 键角 实例 正四面体形 ______ CH4、CCl4 平面形 ______ 苯、乙烯、BF3等 三角锥形 107° NH3 V形(角形) ______ H2O 直线形 ______ CO2、CS2、CHCH 探究一　键能 [问题探究] 1．下表是H—X键的键能数据 共价键 H—F H—Cl H—Br H—I 键能/kJ·mol－1 568 431.8 366 298.7 (1)若使2 mol H—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是多少？ (2)表中共价键最难断裂的是________键，最易断裂的是________键。 (3)由表中键能数据大小比较HF、HCl、HBr、HI的稳定性关系。 2．根据键能数据分析氮气分子中的成键情况，并解释N2通常很稳定的原因。 3．已知N—N、NN和NN键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C===C、CC键能之比为1.00∶1.77∶2.34，如何用这些数据理解氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应？ [反思归纳] 键能的应用 (1)判断共价键的稳定性：共价键键能越大，越稳定。 (2)判断分子的稳定性：一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越稳定。 (3)利用键能计算反应热：ΔH＝反应物总键能－生成物总键能 [迁移应用] 某些化学键的键能(kJ·mol－1)如下表所示。 化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I 键能 436 242.7 193 151 431.8 363 297 (1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量________ kJ。 (2)在一定条件下，1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应，放出热量由多到少的顺序是______(填字母)。 a．Cl2＞Br2＞I2　b．I2＞Br2＞Cl2　c．Br2＞I2＞Cl2 预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热________(填“多”或“少”)。 探究二　键长和键角 [问题探究] 1．下表是从实验中测得的不同物质中的键长和键能数据： O—O键 O O O2 O 键长/(10－12m) 149 128 121 112 键能/(kJ·mol－1) x y a＝494 b＝628 其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能大小的顺序是b>a>y>x，试描述该规律性的内容。 2．一般来说，键长越短，键能越大。但为什么F—F键比Cl—Cl键键长短，键能小？ 3．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？ 4．碳和硅有关化学键键能如下表所示，简要分析和解释下列有关事实。 化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O 键能/kJ·mol－1 356 413 336 226 318 452 (1)通常条件下，CH4和SiH4哪一种更稳定？说明判断的理由。 (2)硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，利用键参数来说明原因。 (3)SiH4比CH4更易生成氧化物，利用上表中的数据解释其原因。 [反思归纳] 1．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。 2．键参数对分子性质的影响 [迁移应用] NH3分子的空间结构是三角锥形结构而不是平面正三角形结构，最充分的理由是(　　) A．NH3分子内3个N—H键长均相等 B．NH3分子内3个价键的键角和键长均相等 C．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于107° D．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于120° 答案解析 知识点　键能、键长与键角 [知识梳理] 1．键能：气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。它通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值，单位是kJ·mol－1。 2．键长 (1)概念：构成化学键的两个原子的核间距。原子半径决定共价键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。 (2)应用：共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定，反之亦然。 3．键角 (1)概念：在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角。 (2)应用：在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性，因此键角影响着共价分子的空间结构。 (3)常见分子的键角 分子的空间结构 键角 实例 正四面体形 109°28′ CH4、CCl4 平面形 120° 苯、乙烯、BF3等 三角锥形 107° NH3 V形(角形) 105° H2O 直线形 180° CO2、CS2、CHCH 探究一　键能 [问题探究] 1．下表是H—X键的键能数据 共价键 H—F H—Cl H—Br H—I 键能/kJ·mol－1 568 431.8 366 298.7 (1)若使2 mol H—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是多少？ 提示：吸收863.6 kJ的能量。 (2)表中共价键最难断裂的是________键，最易断裂的是________键。 提示：H—F键　H—I键 (3)由表中键能数据大小比较HF、HCl、HBr、HI的稳定性关系。 提示：HF＞HCl＞HBr＞HI 2．根据键能数据分析氮气分子中的成键情况，并解释N2通常很稳定的原因。 提示：两个氮原子各自用三个p轨道分别形成一个σ键和两个π键。N2分子中存在NN，键能大，破坏它需要消耗较高的能量，因而N2通常很稳定。 3．已知N—N、NN和NN键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C===C、CC键能之比为1.00∶1.77∶2.34，如何用这些数据理解氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应？ 提示：键能数据表明，NN键的键能大于N—N键的键能的三倍，N===N键的键能大于N—N键的键能的两倍；而CC键的键能却小于C—C键的键能的三倍，C===C键的键能小于C—C键的键能的两倍。说明乙烯和乙炔中的π键不牢固，故易发生加成反应，而氮分子中NN键非常牢固，所以氮气分子不易发生加成反应。 [反思归纳] 键能的应用 (1)判断共价键的稳定性：共价键键能越大，越稳定。 (2)判断分子的稳定性：一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越稳定。 (3)利用键能计算反应热：ΔH＝反应物总键能－生成物总键能 [迁移应用] 某些化学键的键能(kJ·mol－1)如下表所示。 化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I 键能 436 242.7 193 151 431.8 363 297 (1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量________ kJ。 (2)在一定条件下，1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应，放出热量由多到少的顺序是______(填字母)。 a．Cl2＞Br2＞I2　b．I2＞Br2＞Cl2　c．Br2＞I2＞Cl2 预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热________(填“多”或“少”)。 [解析]　(1)根据键能数据可得，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝436 kJ·mol－1＋242.7 kJ·mol－1－431.8 kJ·mol－1×2＝－184.9 kJ·mol－1，1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，参加反应的H2和Cl2都是1 mol，生成2 mol HCl，故放出的热量为184.9 kJ。 (2)由表中数据计算知1 mol H2在Cl2中燃烧放热最多，在I2中燃烧放热最少；由以上结果分析，生成物越稳定，放出热量越多。因稳定性：HF＞HCl，故1 mol H2在F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热多。 [答案]　(1)184.9　(2)a　多 探究二　键长和键角 [问题探究] 1．下表是从实验中测得的不同物质中的键长和键能数据： O—O键 O O O2 O 键长/(10－12m) 149 128 121 112 键能/(kJ·mol－1) x y a＝494 b＝628 其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能大小的顺序是b>a>y>x，试描述该规律性的内容。 提示：键长越短，键能越大。 2．一般来说，键长越短，键能越大。但为什么F—F键比Cl—Cl键键长短，键能小？ 提示：氟原子的半径小，因此其键长短，而由于键长短，两个氟原子形成共价键时，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能不大，因此键能比Cl—Cl键能小。 3．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？ 提示：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的夹角，为109°28′。 4．碳和硅有关化学键键能如下表所示，简要分析和解释下列有关事实。 化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O 键能/kJ·mol－1 356 413 336 226 318 452 (1)通常条件下，CH4和SiH4哪一种更稳定？说明判断的理由。 提示：因为C—H键的键能大于Si—H键的键能，所以CH4比SiH4稳定。 (2)硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，利用键参数来说明原因。 提示：C—C键和C—H键的键能比Si—H键和Si—Si键的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。 (3)SiH4比CH4更易生成氧化物，利用上表中的数据解释其原因。 提示：C—H键的键能大于C—O键的键能，C—H键比C—O键稳定，而Si—H键的键能却小于Si—O键的键能，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。 [反思归纳] 1．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。 2．键参数对分子性质的影响 [迁移应用] NH3分子的空间结构是三角锥形结构而不是平面正三角形结构，最充分的理由是(　　) A．NH3分子内3个N—H键长均相等 B．NH3分子内3个价键的键角和键长均相等 C．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于107° D．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于120° C　[NH3分子内的键角和键长都相等，可能有两种情况，一是平面正三角形，二是三角锥形结构。如果键角为120°，则必然为平面正三角形。] 学科网（北京）股份有限公司 $$