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同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

第2课时　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 任务一　键能 　　　　　　　　　　　　　　　　 【情境诱思】 根据教材表2­1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1_mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。键能通常是298.15 K、100 kPa条件下的标准值，单位是kJ·mol-1。 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 【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863.6 kJ的能量。 (2)表中共价键最难断裂的是H—F键，最易断裂的是H—I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的键能依次减小，说明四种分子的稳定性依次减弱，即HF分子很稳定，最难分解，HI分子最不稳定，最易分解。 【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。 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。 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—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。 任务二　键长与键角 【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核间距。 (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。 2．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。 【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？ 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。 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：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 学科网（北京）股份有限公司 $$