第2章 第1节 课时2 键参数——键能、键长与键角-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 单选）

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 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 任务一 键能 教材基础·预习 1 mol 吸收 kJ·mol-1 稳定 稳定 反应物 生成物 863.6 H—F H—I 减小 减弱 难 易 任务二 键长与键角 教材基础·预习 核间距 大 稳定 两个相邻共价键 方向 空间结构 核心能力·探究 课下巩固训练(八)　 键参数——键能、键长与键角 学习目标 素养解读 1.了解共价键键参数的含义，能用键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。 2.通过认识共价键的键参数对物质性质的影响，探析微观结构对宏观性质的影响 通过认识共价键的键参数对物质性质的影响， 学会运用共价键的键参数解释化学现象， 发展宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养 【情境诱思】 根据教材表2-​1的相应数据，从键能的角度分析，为什么N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强？ 提示：N—H、O—H与H—F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，所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。 1．概念 气态分子中 化学键解离成气态原子所 的能量。键能通常是298.15 K、100 kPa条件下的标准值，单位是 。 2．应用 (1)判断共价键的稳定性 原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，释放能量越多，所形成的共价键键能越大，共价键越 。 (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 。 (3)利用键能计算反应热 ΔH＝ 总键能－ 总键能 【示例】 下表中是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吸收 kJ的能量。 (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说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次 ，说明四种分子的稳定性依次 ，即HF分子很稳定，最 分解，HI分子最不稳定，最 分解。 【开拓思维】 碳和硅的有关化学键键能如下所示，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。 ③SiH4比CH4更易生成氧化物，利用上表中的数据解释原因。 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。 提示：C—H键的键能大于C—O键的，C—H键比C—O键稳定，而Si—H的键能小于Si—O键的，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。 【对点练】 1.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 解析：选D。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形成稳定结构；氮气比氧气稳定，是由于N2分子中共价键的键能比O2分子中共价键的键能大，在化学反应中更难断裂。 2．已知N—N、N==N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C==C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34。下列说法正确的是(　　 ) A．σ键一定比π键稳定 B．N2较易发生加成反应 C．乙烯、乙炔较易发生加成反应 D．乙烯、乙炔中的π键比σ键稳定 解析：选C。根据N—N、N==N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，N≡N、N==N中π键比σ键稳定，故A错误；N≡N、N==N中π键比σ键稳定，难发生加成，B错误；根据C—C、C==C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，C==C、C≡C中π键比σ键弱，π键不稳定，较易发生加成，C正确、D错误。 【情境诱思】 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′。 1．键长 (1)概念：构成化学键的两个原子的 。 (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。 2．键角 (1)概念：在多原子分子中， 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 。 【易错辨析】 1．分子中通常键能越大，键长越短，分子越稳定( ) 2．键角是描述分子空间结构的重要参数( ) 3．键长H—I＞H—Br＞H—Cl；C—C＞C==C＞C≡C( ) √ √ √ 运用衍射谱、光谱等物理方法能够测定分子和晶体中原子间的距离、空间结构以及分子中化学键的强度等。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的空间结构就确定了。 问题1：NH3分子的空间结构是三角锥形而不是平面正三角形，最充分的理由是什么？ 问题2：为什么F—F的键长比Cl—Cl的短，但键能却比Cl—Cl的小？ 提示：因为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，而NH3分子内键角都等于107°，所以其空间结构为三角锥形。 提示：氟原子的半径很小，因而F—F键长比Cl—Cl键长短，但也是由于F—F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键能小。 【要点归纳】 1．键参数与分子性质的关系 2．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。 3．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 BF3 120° 平面三角形 CH4 109°28′ 正四面体形 4.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。 【提醒】 由分子构成的物质，其熔、沸点与共价键的键能和键长无关。而分子的稳定性，由键长和键能决定。 【典例分析】 【典例】 (2024·湖北宜昌高二联考)下列有关说法不正确的是(　　 ) A．CH4、NH3、CO2分子中的键角依次增大 B．NH3、PH3、AsH3分子中的键长依次增大 C．H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小 D．H2O、PH3、SiH4分子的稳定性依次减弱 解析：选A。CH4、NH3、CO2分子中的键角分别为109°28′、107°、180°，故A错误。 【对点练】 3.键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是(　　 ) A．键角是描述分子空间结构的重要参数 B．因为H—O键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱 C．水分子可表示为H—O—H，分子中的键角为180° D．H—O键的键能为463 kJ·mol-1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2×463 kJ 解析：选A。H—O键、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与H2反应的能力逐渐增强，B项错误；水分子呈V形，键角为105°，C项错误；H—O键的键能为463 kJ·mol-1，指的是断开1 mol H—O键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为463 kJ，18 g H2O即1 mol H2O中含2 mol H—O键，断开时需吸收2×463 kJ的能量形成气态氢原子和气态氧原子，再进一步形成H2和O2时，还会因形成化学键而释放出一部分能量，D项错误。 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列说法中，错误的是( ) A．键能是衡量化学键稳定性的参数之一，键能越大，则化学键就越牢固 B．键长与共价键的稳定性没有关系 C．键角是两个相邻共价键之间的夹角，说明共价键有方向性 D．可以利用X射线衍射实验测定共价键的键长等参数 解析：选B。键长是形成共价键的两个原子之间的核间距，键长越短，往往键能越大，共价键越稳定，B错误。 2．(2024·山东威海高二检测)下列有关共价键的描述，错误的是(　　 ) A．键能：C—N＜C==N＜C≡N B．键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl C．I2易升华，这与分子中I—I的键能大小有关 D．分子中的键角：H2O＜CO2 解析：选C。物质的升华属于物理变化，与化学键的键能大小无关。 3．科学研究人员获得了极具理论研究意义的气态N4分子，分子结构如图所示。已知断裂1 mol N—N键吸收167 kJ热量，生成1 mol N≡N键放出946 kJ热量。根据以上信息和数据，判断下列说法正确的是(　　 ) A．N4属于一种新型的化合物 B．N4分子中存在极性键 C．N4分子中N—N键角为60° D．1 mol N4转变成N2将吸收890 kJ热量 解析：选C。N4是由N原子形成的单质，A错误；N4分子中N与N形成非极性键，B错误；N4是正四面体结构，键角为60°，C正确；1 mol N4转变为N2放出的热量为2×946 kJ－6×167 kJ＝890 kJ，D错误。 4．下表是一些键能数据(单位：kJ·mol-1)： 共价键 键能 共价键 键能 共价键 键能 H—H 436 Cl—Cl 242.7 H—Cl 431.8 S—S 255 H—S 339 C—F 427 C—Cl 330 C—I 218 H—F 568 C—O 351 H—O 462.8 H—C 413.4 阅读上述信息，回答下列问题： (1)根据表中数据判断CCl4的稳定性____(填“大于”或“小于”)CF4的稳定性。试预测C—Br键的键能范围：________<C—Br键键能<________。 (2)由表中数据能否得出这样的结论： ①半径越小的原子形成的共价键越牢固(即键能越大)。__________(填“能”或“不能”，下同)。 ②非金属性越强的原子形成的共价键越牢固。________。 (3)从数据中找出一些规律并写出一条：______________________________ __________________________________________。 解析：(1)键能越大，分子越稳定。C—Cl键键能为 330 kJ·mol-1，C—F键键能为427 kJ·mol-1，所以CF4更稳定。F、Cl、Br、I是同主族元素，原子半径越来越大，与C形成的共价键的键长越来越长，键能越来越小，所以C—Br键的键能大小介于C—I键键能和C—Cl键键能之间。 (2)H的原子半径小于F的原子半径，但是H—H键键能小于H—F键键能，所以①结论不正确。Cl的非金属性强于S，但是S—S键键能大于Cl—Cl键键能，所以②结论不正确。 答案：(1)小于　218 kJ·mol-1　330 kJ·mol-1　(2)①不能　②不能　(3)与相同原子结合时，同主族元素形成的共价键，原子半径越小，共价键越牢固 【基础达标练】 1．N—H键键能的含义是( ) A．由N和H形成1 mol NH3所放出的能量 B．把1 mol NH3中的共价键全部拆开所吸收的热量 C．拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的热量 D．形成1个N—H键所放出的热量 解析：选C。N—H键的键能是指形成1 mol N—H键放出的能量或拆开1 mol N—H键所吸收的能量，不是指形成1个N—H 键释放的能量。 2．已知X—X、Y—Y、Z—Z键的键长分别为198 pm、74 pm、154 pm，则它们单质分子的稳定性是(　　 ) A．X2>Y2>Z2 B．Z2>Y2>X2 C．Y2>X2>Z2 D．Y2>Z2>X2 解析：选D。共价键的键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子也越稳定，而三种单质的键长由小到大的顺序为：Y—Y<Z—Z<X—X，故三种单质分子的稳定性为Y2>Z2>X2。 3．能说明BF3分子中四个原子在同一平面的是(　　 ) A．任意两个键的夹角为120° B．B—F是非极性共价键 C．三个B—F的键能相同 D．三个B—F的键长相等 解析：选A。当键角为120°时，BF3的空间结构为平面三角形，故分子中四个原子共面。 4．NH3、NF3、NCl3等分子的中心原子都为N原子，如果周围原子电负性大则键角小。NH3、NF3、NCl3三种分子中，键角大小的顺序是(　　 ) A．NH3＞NF3＞NCl3 B．NCl3＞NF3＞NH3 C．NH3＞NCl3＞NF3 D．NF3＞NCl3＞NH3 解析：选C。因电负性：F＞Cl＞H，故键角大小为NH3＞NCl3＞NF3。 5．根据π键的成键特征判断C==C的键能与C—C键能的数值关系( ) A．双键的键能等于单键的键能的2倍 B．双键的键能大于单键的键能的2倍 C．双键的键能小于单键的键能的2倍 D．无法确定 解析：选C。由于π键的键能比σ键键能小，双键中有一个π键和一个σ键，所以双键的键能小于单键的键能的2倍。 6．下列有关性质的比较中，正确的是(　　 ) A．微粒半径：O2-＜F－＜Na＋＜Li＋ B．第一电离能：He＜Ne＜Ar C. 分子中的键角：CH4＞H2O＞CO2 D．共价键的键能：C—C＜C==C＜C≡C 解析：选D。O2-＞F－＞Na＋＞Li＋，A错误；稀有气体元素的第一电离能随电子层数的增多而减小，所以He＞Ne＞Ar，B错误；甲烷分子为正四面体形，键角是109°28′，水为V形分子，键角是105°，二氧化碳为直线形分子，键角为180°，所以二氧化碳分子中的键角最大，C错误。 7．H2和I2在一定条件下能发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)　ΔH＝－a kJ·mol-1。已知：(a、b、c均大于零)。下列说法正确的是(　　 ) A．H2、I2和HI分子中的化学键都是非极性共价键 B．断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ C．相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)的总能量小于2 mol HI (g)的总能量 D．向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量为2a kJ 解析：选B。HI分子中共价键是由不同种非金属元素形成的，属于极性共价键，A错误；反应热等于断键吸收的能量与形成化学键放出的能量的差值，则－a＝b＋c－2x，解得x＝ eq \f(a＋b＋c,2)，所以断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ，B正确；该反应是放热反应，则相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)的总能量大于2 mol HI(g)的总能量，C错误；该反应是可逆反应，则向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量小于2a kJ，D错误。 8．(2024·山东潍坊高二检测)已知下列化学键的键能： 化学键 C—C N—N O—O O==O O—H S—H Se—H N—H As—H 键能/(kJ·mol-1) 347.7 193 142 497.3 462.8 363.5 276 390.8 247 回答下列问题： (1)过氧化氢不稳定，易发生分解反应：2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)，利用键能数据计算该反应的反应热为____________。 (2)O—H、S—H、Se—H的键能逐渐减小，原因是___________________， 据此可推测P—H的键能范围为_________＜P—H的键能＜____________。 (3)有机物是以碳骨架为基础的化合物，即碳原子间易形成C—C长链，而氮原子与氮原子间、氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链，原因是___。 解析： (1)反应2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)的反应热ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝(462.8×4＋142×2)kJ·mol-1－(462.8×4＋497.3)kJ·mol-1＝－213.3 kJ·mol-1。(2)O、S、Se位于同一主族，原子半径逐渐增大，导致O—H、S—H、Se—H的键长逐渐变长，键长越长，键能越小，所以O—H、S—H、Se—H的键能逐渐减小；N、P、As位于同一主族，原子半径逐渐增大，导致N—H、P—H、As—H的键长逐渐变长，N—H、P—H、As—H的键能依次减小，所以As—H的键能＜P—H的键能＜N—H的键能，即247 kJ·mol-1＜P—H的键能＜390.8 kJ·mol-1。 答案： (1)－213.3 kJ·mol-1　(2)O、S、Se位于同一主族，原子半径逐渐增大，O—H、S—H、Se—H的键长逐渐变长，因而键能依次减小　247 kJ·mol-1　390.8 kJ·mol-1　(3)C—C的键能较大，较稳定，因而易形成C—C长链，而N—N、O—O的键能小，不稳定易断裂，因此难以形成N—N、O—O长链 【能力提升练】 9．(2023·福建三明高二期中)下列说法不正确的是(　　 ) A．碳碳双键、碳碳三键的键能分别是碳碳单键键能的两倍和三倍 B．丙烯(CH3CH==CH2)分子中有8个σ键，1个π键 C．丙烯分子中的π键不如σ键稳定 D．基态Cl原子中，存在17个运动状态不同的电子 解析：选A。碳碳双键含有1个σ键和1个π键，σ键和π键的键能不同，所以不存在二倍的关系，同理碳碳三键含有1个σ键和2个π键，与单键之间也不存在三倍的关系，A错误。 10．氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，性质与卤素相似。下列说法正确的是(　　 ) A．(CN)2不能和氢氧化钠溶液发生反应 B．分子中N≡C的键长大于C—C的键长 C．分子中含有两个σ键和四个π键 D．键角是两个相邻共价键之间的夹角，说明共价键有方向性 解析：选D。氰气类卤素性质，所以能与氢氧化钠溶液反应，A错误；同周期元素中，原子半径随着原子序数的增大而减小，原子半径越大键长越长，碳原子半径大于氮原子，所以C≡N键长小于C—C键长，故B错误；该分子中含有3个σ键和4个π键，故C错误；相邻两个共价键之间的夹角称为键角，多原子分子的键角一定，说明共价键具有方向性，故D正确。 11．(2024·山东日照高二联考)通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体，人们发现等电子体的空间结构相同。下列说法，错误的有(　　 ) ①s­s σ键与p­p σ键的电子云对称性不同 ②1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子，是由共价键的饱和性决定的 ③CH3—CH3、CH2==CH2、CH≡CH中碳原子间成键键长相同 ④两个非金属原子之间形成的化学键都是共价键 ⑤1个分子中含有11个σ键 ⑥SO2与O3互为等电子体，SO2的空间结构为V形，则O3也是V形 A．1个 B．2个 C．3个 D．4个 解析：选C。σ键的特征是轴对称，s­s σ键与p­p σ键的电子云图形均是轴对称，①错误；共价键具有饱和性，1个N原子最多只能与3个H原子结合形成NH3分子，是由共价键的饱和性决定的，②正确；化学键的键长与键能相关，键能越大，键长越小，C—C、C==C、C≡C的键能不同，键长也不同，③错误；非金属原子都不易失去电子，非金属原子间形成化学键时，均会通过共用电子对结合，形成共价键，④正确；共价单键是σ键，共价双键、共价三键中均有一个键是σ键，故1个该分子中含有21个σ键，⑤错误；SO2与O3原子总数均是3，价电子总数均是18，互为等电子体，二者空间结构相似，均是V形，⑥正确。 12．(2024·四川绵阳高二检测)六氟化硫分子呈正八面体结构(如图所示)，在高电压下仍有良好的绝缘性，性质稳定，在电器工业方面有着广泛的用途，但逸散到空气中会引起强温室效应。下列有关六氟化硫的推测正确的是(　　 ) 六氟化硫中各原子均为8电子稳定结构 B．六氟化硫易燃烧生成二氧化硫 C．六氟化硫分子中含极性键、非极性键 D．S—F键是σ键，且键长、键能都相等 解析：选D。根据题图知，每个F原子和1个S原子形成1个共用电子对，每个S原子和6个F原子形成6个共用电子对，所以F原子都达到8电子稳定结构，但S原子最外层达到12电子，A错误；燃烧时一般可燃物被氧化，六氟化硫中F为－1价，S为＋6价，S元素不能再失去电子，所以不能被氧化，O2不能氧化F－为F2，故六氟化硫不易燃烧生成二氧化硫，B错误；同种原子间形成非极性键，不同种原子间形成极性键，六氟化硫分子中的S—F键均为极性键，不含非极性键，C错误；六氟化硫为正八面体结构，分子中的S—F键都是σ键，所以键长、键能都相等，D正确。 13．双氧水是一种强烈的氧化剂水溶液，适用于伤口消毒以及食品的消毒。其溶质分子的空间结构如下图所示。 (1)从原子轨道的重叠方式来看，H2O2中化学键均为σ键，其中：H—O形成的是______σ键，O—O形成的则是________σ键。 (2)由图可知，过氧化氢分子中氧氢键与氧氧键之间的键角为________，分子________(填“是”或“不是”)直线形。 答案：(1)s­p　p­p　(2)96°52′　不是 14．碳、氮、氧、氢是地球上极为丰富的元素。 (1)氢气分子的形成过程示意图如下图所示，请据图回答相关问题。 H—H的键长为_______，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是______。 (2)下列说法正确的是__________。 A．一个氢气分子中含有一个π键 B．由①到④，电子在核间出现的概率增大 C．由④到⑤，必须消耗外界的能量 D．一个氢气分子中含有一个σ键 (3)CO、N2的结构可表示为C≡O、N≡N，相关化学键的键能如下表所示：(单位kJ·mol-1) 物质 化学键 单键 双键 三键 CO 351 745 1071.9 N2 193 418 946 结合数据说明CO比N2活泼的原因：____________________________。 (4)某有机物的结构式如下图所示，则分子中有__________个σ键，________个π键。 (5)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料，燃烧时发生反应的热化学方程式为N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 038.7 kJ·mol-1。若该反应中有4 mol N—H 断裂，则形成的π键有_____mol。 答案：(1)0.074 nm　①>⑤>②>③>④　(2)BCD (3)CO中断裂第一个π键消耗的能量比N2中断裂第一个π键消耗的能量少，CO的第一个π键更容易断裂　(4)7　3　(5)3 $$