第2章 第1节 第2课时 键参数——键能、键长与键角-【优学精讲】2024-2025学年高中化学选择性必修2教用Word(人教版)

第2课时　键参数——键能、键长与键角 【学习目标】　1.理解键能、键长、键角等键参数的含义，能用键参数说明简单分子的某些性质。 2．通过认识共价键的键参数，能从微观角度建构模型，解释分子的空间结构。 知识点一　键能 1．概念 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．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____________，释放能量____________，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＝____________的总键能－____________的总键能。 [答案自填] 1 mol　吸收　kJ·mol－1 越大　越多　稳定　稳定　反应物 生成物 (1)N—H的键能是很多分子中的N—H的键能的平均值(　　) (2)共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定(　　) (3)O—H的键能是指在298.15 K、101 kPa下，气态分子中1 mol O—H解离成气态原子所吸收的能量(　　) (4)C===C的键能等于C—C的键能的2倍(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　 1．N—H的键能的含义是(　　) A．由N和H形成1 mol NH3所放出的能量 B．把1 mol NH3中的共价键全部解离所吸收的能量 C．气态分子中1 mol N—H解离成气态原子所吸收的能量 D．形成1个N—H所放出的能量 解析：选C。N—H的键能指气态分子中1 mol N—H解离成气态原子所吸收的能量。1 mol NH3中含有3 mol N—H，解离1 mol NH3(或形成1 mol NH3)吸收(或放出)的能量应是1 mol N—H的键能的3倍。 2．某些化学键的键能(单位为kJ·mol－1)见下表： 化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I 键能 436 242.7 193.7 152.7 化学键 H—Cl H—Br H—I 键能 431.8 366 298.7 (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中燃烧放出热量__________(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，故1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出的热量为184.9 kJ。(2)由题表数据计算可知，1 mol H2在Cl2中燃烧放出热量最多，在I2中燃烧放出热量最少；生成物越稳定，放出热量越多，又稳定性：HF＞HCl，故1 mol H2在F2中燃烧比在Cl2中燃烧放出热量多。 答案：(1)184.9　(2)a　多 知识点二　键长 1．概念：构成化学键的两个原子的____________。因此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____________。键长的数值可通过晶体的____________实验获得。 2．应用：共价键的键长越短，往往键能越__________，表明共价键越__________。 　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？ 提示：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，原子核之间的距离小，排斥力大，因此F—F的键能比Cl—Cl的键能小。 [答案自填] 核间距　短　X射线衍射　大 稳定 (1)在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长　(　　) (2)双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定　(　　) (3)键长：H—N>H—O>H—F(　　) (4)键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√ 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。对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。 1．键长是描述共价键的物理量之一。下列各项中的距离属于键长的是(　　) A．水分子中两个氢原子核之间的距离 B．氯气分子中两个氯原子核之间的距离 C．氩气中两个相邻氩原子核间的距离 D．CO2分子中两个氧原子核之间的距离 解析：选B。键长是成键原子间的核间距。A.水分子中两个氢原子不成键，A错误；B.氯气分子中两个氯原子间形成共价键，两个氯原子核之间的距离属于键长，B正确；C.氩气中两个相邻氩原子不成键，C错误；D.CO2分子中两个氧原子不成键，D错误。 2．已知X—X、Y—Y、Z—Z的键长分别为198 pm、74 pm、154 pm。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，共价键越牢固，形成的分子也越稳定，而三种共价键的键长由短到长的顺序为Y—Y<Z—Z<X—X，故三种单质分子的稳定性为Y2>Z2>X2。 3．下表是从实验中测得的不同物质中的键长和键能数据： 氧氧键 O O O2 O 键长/(10－12 m) 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，该规律性是(　　) A．成键时，电子数越多，键能越大 B．键长越短，键能越大 C．成键所用的电子数越少，键能越小 D．成键时电子对越偏移，键能越大 解析：选B。观察题表数据可知，测定的化学键都是氧氧键，因此不存在成键时电子数多少的问题，也不存在电子对偏移的问题。O2与O比较，键能大的对应的键长短，O的键长比O的长，所以O中氧氧键的键能比O的小。若按照此规律，键长由短到长的顺序为O＜O2＜O＜O，键能由大到小的顺序应为b＞a＞y＞x，与题意吻合，B项正确。 知识点三　键角 1．概念：在多原子分子中，________________________之间的夹角。键角的数值可通过晶体的____________实验获得。 2．应用：多原子分子的键角一定，表明共价键具有______________性。键角是描述分子____________的重要参数。 3．根据分子的空间结构判断键角 分子的空间结构 实例 键角 正四面体形 CH4、CCl4 ________ 平面形 苯、乙烯、BF3等 ________ 三角锥形 NH3 107° V形(角形) H2O ________ 直线形 CO2、CS2、CH≡CH ________ 　(1)实验测得H2S为共价化合物，H—S—H的夹角为92.3°，键长相同。H2S的空间结构是什么？ (2)白磷和甲烷均为正四面体结构，结构如下图所示： 它们的键角是否相同，为什么？ 提示：(1)V形。 (2)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H—C—H之间的夹角，为109°28′。 [答案自填] 两个相邻共价键　X射线衍射 方向　空间结构　109°28′　120°　105° 180° (1)分子的结构是由键角决定的(　　) (2)O===C===O和H—O—H的键角都为180°(　　) (3)NH3分子中两个N—H的键角为120°(　　) (4)CH4和CH3Cl分子的空间结构都是正四面体形(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)× 键参数对分子性质的影响 1．关于键角，下列说法不正确的是(　　) A．键角的大小与键长、键能的大小有关 B．分子中的键角：CO2＞H2O C．键角是确定分子空间结构的重要参数 D．多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性 解析：选A。A.键角的大小取决于成键原子轨道的夹角，与键长、键能的大小无关，故A不正确；B.CO2分子为直线形，键角为180°，H2O分子为V形，键角为105°，故键角：CO2＞H2O，故B正确；C.键长和键角常被用来描述分子的空间结构，键角是描述分子空间结构的重要参数，故C正确；D.多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性，故D正确。 2．能说明BF3分子中的4个原子在同一平面的理由是(　　) A.B—F之间的夹角为120° B．B—F为σ键 C．3个B—F的键能相同 D．3个B—F的键长相等 解析：选A。A.B—F之间的夹角为120°，3个B—F的夹角和为360°，能证明BF3是平面结构，说明BF3分子中的4个原子在同一平面；B.B—F为σ键即为共价单键，不能证明BF3为平面结构，即不能证明BF3分子中的4个原子在同一平面；C.3个B—F的键能相同，不能证明BF3为平面结构，即不能证明BF3分子中的4个原子在同一平面；D.3个B—F的键长相等，不能证明BF3为平面结构，即不能证明BF3分子中的4个原子在同一平面。 3．(2024·海口高二检测)分子的中心原子相同时，周围原子电负性大者键角小。NH3、NF3、NCl3三种分子中，键角由大到小的顺序是(　　) A．NH3＞NF3＞NCl3　 B．NCl3＞NF3＞NH3 C．NH3＞NCl3＞NF3 D．NF3＞NCl3＞NH3 解析：选C。电负性：F＞Cl＞H，结合题给信息可知，键角由大到小的顺序为NH3＞NCl3＞NF3。 1．下列事实不能用键能的大小来解释的是(　　) A．氮元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定 B．稀有气体一般难发生反应 C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱 D．HF比H2O稳定 解析：选B。由于N2分子中存在N≡N，键能很大，破坏共价键需要很高的能量，因此N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，没有化学键；卤族元素从F到I，原子半径逐渐增大，其氢化物中共价键的键长逐渐变长，键能逐渐变小，稳定性逐渐减弱；由于H—F的键能大于H—O的键能，因此HF比H2O稳定。 2．(教材习题改编)人们常用HX表示卤化氢(X代表F、Cl、Br、I)。下列说法正确的是(　　) A．键长的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得 B．H—F的键长是H—X中最长的 C．H—F中含有p­p σ键 D．H—F的键能是H—X中最小的 解析：选A。F、Cl、Br、I中，F的原子半径最小，H—F 的键长是H—X中最短的，B错误；H—F是H原子的1s轨道与F原子的2p轨道“头碰头”重叠形成的，是s­p σ键，C错误；一般情况下，键长越短，键能越大，H—F的键长是H—X中最短的，故H—F的键能是H—X中最大的，D错误。 3．三氯化磷分子的空间结构是三角锥形。下列关于三氯化磷分子的叙述不正确的是(　　) A．PCl3分子中三个共价键的键长、键角都相等 B．PCl3分子中的P—Cl属于σ键 C．PCl3分子中三个共价键的键能相等 D．PCl3分子中三个共价键的夹角均为120° 解析：选D。三氯化磷分子的空间结构是三角锥形，说明PCl3分子中三个共价键的夹角均不是120°。 4．关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是(　　) A．通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热的大小 B．键长越长，键能越小，共价化合物越稳定 C．直线形多原子分子的键角为180° D．同种原子间形成的共价键键长：三键＜双键＜单键 解析：选B。反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热的大小，故A正确；键长越长，键能越小，共价化合物越不稳定，故B错误；直线形多原子分子的键角为180°，故C正确；原子间键能越大，核间距越小，键长越短，键能的一般关系为三键＞双键＞单键，则键长：三键＜双键＜单键，故D正确。 5．对比下列几个反应式： Cl(g)＋Cl(g)―→Cl2(g)　ΔH1＝－242.7 kJ·mol－1； O(g)＋O(g)―→O2(g)　ΔH2＝－497.3 kJ·mol－1； N(g)＋N(g)―→N2(g)　ΔH3＝－946 kJ·mol－1。 可以得出的结论是(　　) A.常温下氯气比氧气和氮气稳定 B．氮、氧和氯的单质在常温下均为气体 C．O===O的键能为497.3 kJ·mol－1 D．氮气、氧气和氯气的密度不同 解析：选C。成键释放的能量越多，表示形成的共价键越牢固，分子越稳定，ΔH3最小，故常温下氮气最稳定，A错误；常温下三种单质均为气体，但与题述反应式无关，B错误；由键能的定义，结合题述反应式可知，O===O的键能为497.3 kJ·mol－1，C正确；三种气体的密度不同，但与题述反应式无关，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $