2018-2019版化学新导学笔记鲁科选修三通用版讲义：第2章　第1节　共价键模型 第2课时

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第2课时共价键的键参数[学习目标定位］1.知道键能、键长、键角等键参数的概念，能用键参数说明简单分子的某些性质.2.学会键能与反应热相互求算的方法。一、共价键参数1．键能(1)键能是在101.3kPa、298K条件下，断开1molAB（g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量。常用EA－B表示.键能的单位是kJ·mol－1。如:断裂1molH-H键吸收的最低能量为436kJ，即H—H键的键能为436kJ·mol－1。(2)根据下表中的H-X键的键能回答下列问题：共价键H—FH—ClH—BrH-I键能/kJ·mol－1565431363297①若使2molH—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收862_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由表中键能大小数据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。2．键长（1)两个成键原子的原子核间的距离叫做该化学键的键长。（2）键长与共价键的稳定性之间的关系：一般来说,共价键的键长越短，往往键能越大,这表明共价键越稳定，反之亦然。(3）下列三种分子中:①H2、②Cl2、③Br2，共价键的键长最长的是③,键能最大的是①。3．键角(1）键角是指在多原子分子中，两个化学键的夹角.在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性，因此键角决定着共价分子的空间构型。(2）根据空间构型分析下列分子的键角分子空间构型键角实例正四面体形109。5°CH4、CCl460°白磷（P4)平面形120°苯、乙烯、BF3等三角锥形107.3°NH3V形104.5°H2O直线形180°CO2、CS2、CH≡CH（1)共价键参数与分子性质的关系键能越大，键长越短，分子越稳定。(2)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。③由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固.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。关键提醒分子的稳定性与键能和键长有关,而由分子构成的物质的熔、沸点高低与键能和键长无关。(3)键长的判断方法①根据原子半径判断：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：相同的两原子形成共价键时，单键键长＞双键键长＞叁键键长。例1下列叙述中的距离属于键长的是（)A．氨分子中两个氢原子间的距离B．氯分子中两个氯原子间的距离C．金刚石中任意两个相邻的碳原子核间的距离D．氯化钠中相邻的氯离子和钠离子核间的距离答案C解析键长是指形成共价键的两个原子核间的距离，仅仅说成是原子间的距离是错误的。A项，NH3分子中的两个H原子间不存在化学键，错误;B项，未指出是核间距离，错误；C项，金刚石中只要两个碳原子相邻，它们之间就有共价键，正确；D项，NaCl中的阴、阳离子之间形成离子键，没有键长，错误。例2下列分子中的键角最大的是（)A．CO2 B．NH3C．H2O D．CH2CH2答案A解析CO2为直线形分子，键角为180°；NH3为三角锥形结构,键角为107。3°；H2O分子空间构型为V形，键角为104.5°;CH2CH2为平面结构，键角为120°，故键角最大的是CO2，A正确。例3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—CC-HC—OSi—SiSi—HSi—O键能/kJ·mol－1347413358226318452回答下列问题：（1）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，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（2）SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是______________________________________________________________________________________________________。答案(1）C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定,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（2)C—H键的键能大于C-O键,C—H键比C—O键稳定，而Si—H的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键解析(1)C-C键和C—H键的键能比Si-H键和Si-Si键都大,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.（2）C-H键的键能大于C—O键,C-H键比C—O键稳定，而Si—H键的键能却远小于Si-O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。二、键能与反应焓变的关系根据已学知识回答下列问题：(1）化学反应的实质是反应物分子中旧化学键的断裂和生成物分子中新化学键的形成。（2）化学反应过程中，旧键断裂所吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量，反应为吸热反应，反之则为放热反应。(3）已知H-H、Cl-Cl、H—Cl键的键能分别为436kJ·mol－1、243kJ·mol－1、431kJ·mol－1.试通过键能数据估算H2（g）＋Cl2(g）=2HCl(g)反应的反应热是－183_kJ·mol－1。(1）化学反应中的能量变化是ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和。（2)反应热ΔH<0时，为放热反应;ΔH〉0时，为吸热反应.例4已知1gH2（g)完全燃烧生成水蒸气时放出热量121kJ，且O2(g)中1molO=O键完全断裂时吸收热量496kJ，H2O(g）中1molHO键形成时放出热量463kJ，则H2(g)中1molHH键断裂时吸收热量为（)A．920kJB．557kJC．436kJD．188kJ答案C解析因为1gH2（g)完全燃烧生成H2O(g)时放出热量121kJ，所以1molH2（g)与eq\f（1,2）molO2(g）完全燃烧生成1molH2O（g）时放出热量242kJ，即H2（g)＋eq\f(1,2)O2（g）=H2O(g）ΔH＝－242kJ·mol－1。所发生键的变化为断裂1molH—H键和eq\f(1，2)molO=O键、形成2molH—O键，反应过程中断裂旧键需要吸收的热量为eq\f(1，2)×496kJ＋QH—H，形成新键释放的能量为2×463kJ＝926kJ，所以926kJ－(eq\f(1,2）×496kJ＋QH—H)＝242kJ，解得QH—H＝436kJ。例5氟在自然界中常以CaF2的形式存在。F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，例如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2（g)＋3F2(g)=2ClF3（g）ΔH＝－313kJ·mol－1,F—F键的键能为159kJ·mol－1,Cl—Cl键的键能为242kJ·mol－1，则ClF3中Cl-F键的平均键能为________kJ·mol－1.答案172解析根据ΔH与键能的关系可得：242kJ·mol－1＋159kJ·mol－1×3－ECl－F×6＝－313kJ·mol－1，解得Cl—F键的平均键能ECl－F＝172kJ·mol－1。易错提醒利用键能计算化学反应的ΔH时，要准确计算每摩尔各物质中含有的共价键的数目。1．下列说法正确的是（)A．键角决定了分子的结构B．CH4、CCl4中键长相等，键角不同C．CC键的键能是C-C键的键能的两倍D．共价键的键能越大，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定答案D解析分子结构是由键角和键长共同决定的，A项错；CH4、CCl4分子均为正四面体形，它们的键角相同，键长不等,B项错；CC双键由一个σ键和一个π键构成,通常而言σ键键能大于π键键能，故CC键键能应小于C—C键键能的两倍，C项错。2．下列分子最难分裂为原子的是(）A．HClB．HIC．H2SD．PH3答案A解析元素的电负性越大，元素原子吸引共用电子对的能力越强，键能越大,分子越稳定,分子越难分解，Cl元素的电负性最大，所以HCl最难分裂为原子。3．下列说法中正确的是()A．在分子中，两个原子间的距离叫键长B．非极性键的键能大于极性键的键能C．键能越大，表示该分子越容易受热分解D．H—Cl键的键能为431kJ·mol－1，H—I键的键能为297kJ·mol－1，这可说明HCl分子比HI分子稳定答案D解析形成共价键的两个原子核间的距离为键长，A项不正确；键能的大小取决于成键原子的电负性，与键的极性无必然联系，B项不正确；键能越大,分子越稳定,C项不正确，D项正确。4．下列事实不能用键能的大小来解释的是（）A．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的稳定性逐渐减弱D．F2比O2更容易与H2反应答案B解析由于N2分子中存在N≡N键,键能很大,破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的键长逐渐变长,键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱;由于H—F键的键能大于H—O键的键能，所以更容易生成HF。5．能说明BF3分子的4个原子在同一平面的理由是（）A．任意两个B—F键之间的夹角为120°B．B-F键为极性共价键C．3个BF键的键能相同D．3个BF键的键长相等答案A解析BF3分子中键能、键长与分子的空间构型无关，只有键间夹角是120°决定了BF3分子中的4个原子在同一平面内，A项符合题意。6．某些共价键的键能数据如下表所示（单位：kJ·mol－1):共价键H—HCl—ClBr—BrH—Cl键能436243193431共价键I—IN≡NH—OH—N键能151945463391（1）由表中所列化学键所形成的分子中，最稳定的是__________，最不稳定的是__________（写化学式).（2）把1molI2(g)分子中化学键断裂为气态原子时，需要________(填“吸收”或“放出”）________kJ能量.已知反应2HI（g）=H2（g）＋I2（g）的ΔH为11kJ·mol－1，则1molHI（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。（3)试通过键能数据估算下列反应的反应热H2(g)＋Cl2（g）=2HCl（g）ΔH＝______________。答案(1)N2I2(2）吸收151299（3）－183kJ·mol－1解析（1）比较这些共价键键能的数值可知，N≡N键的键能最大,I—I键的键能最小，所以N2分子最稳定，I2分子最不稳定.(2）根据键能的定义可知把1molI2(g）分解为I（g）原子需吸收151kJ能量，根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能知：2EH—I－436kJ·mol－1－151kJ·mol－1＝11kJ·mol－1，EH-I＝299kJ·mol－1。(3)在反应H2(g）＋Cl2（g）=2HCl(g)中，有1molH—H键和1molCl—Cl键断裂，共吸收能量436kJ＋243kJ＝679kJ,形成2molH—Cl键共放出能量431kJ×2＝862kJ。放出的能量大于吸收的能量，所以该反应为放热反应，ΔH＝679kJ·mol－1－862kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1.［对点训练]题组1共价键参数及其应用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答案D解析共价键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达稳定结构；氮气比氧气稳定是由于N2分子中共价键的键能（945kJ·mol－1）比O2分子中共价键的键能（498kJ·mol－1)大，在化学反应中更难断裂。2．下列说法中正确的是（）A．分子中所含共价键键能越大，键长越短，则分子越稳定B．只有非金属原子之间才能形成共价键C．水分子可表示为HOH,分子中键角为180°D．H—O键键能为467kJ·mol－1，即18g水分子生成H2和O2时,放出能量为(2×467）kJ答案A解析有些金属与非金属形成的化学键是共价键，B不正确；水分子中两个O—H键间的夹角为104。5°,其分子结构式虽为H—O—H，但不能表示分子的真正空间构型，C不正确;H—O键的键能是破坏1molH—O键所吸收的能量，在H2O分子中有两个H—O键，断开1molH2O中化学键应吸收能量(2×467）kJ，而生成H2和O2时需放出能量，故D不正确。3．已知H2、O2、Cl2、N2分子中共价键的键能依次为436kJ·mol－1、497kJ·mol－1、243kJ·mol－1、946kJ·mol－1,下列叙述正确的是(）A．NN键键能为eq\f(1，3)×946kJ·mol－1＝315.3kJ·mol－1B．氮分子中共价键的键长比氢分子中共价键的键长短C．氧分子中氧原子是以共价单键结合的D．氮分子比氯分子稳定答案D解析NN键由一个σ键和两个π键构成,NN键为σ键，σ键与π键的键能不相等，A不正确;NN键的键长大于HH键的键长，B不正确;O2中氧原子间是以双键结合的,C不正确；键能越大，分子越稳定，故D正确。4．下列说法中正确的是(）A．双原子分子中化学键的键能越大，分子越稳定B．双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定C．双原子分子中化学键键角越大，分子越稳定D．在双键中，σ键的键能要小于π键的键能答案A解析在双原子分子中没有键角,故C项错误；当其键能越大，键长越短时，分子越稳定，故A项正确，B项错误；D项中σ键的重叠程度要大于π键的,故σ键的键能要大于π键的键能.5．氰气的化学式为（CN）2，结构式为NCCN，性质与Cl2相似，下列叙述正确的是()A．分子中NC键的键长大于CC键的键长B．一个(CN)2分子只含有2个σ键和4个π键C．在一定条件下可发生加成反应D．不和NaOH溶液反应答案C解析成键原子半径越大，键长越长，N原子半径小于C原子，故NC键的键长小于CC键的键长，A项不正确；NC键中有1个σ键和2个π键,1个（CN）2分子中含有4个π键,1个C—Cσ键、2个C—Nσ键,故σ键有3个，B项不正确；π键易断裂而发生加成反应,C项正确;（CN)2与Cl2性质相似，可与NaOH溶液反应，D项不正确。6．从实验测得不同物质中氧氧之间的键长和键能的数据：O—O键数据Oeq\o\al(2－，2）Oeq\o\al(－，2）O2Oeq\o\al(＋，2）键长/10－12m149128121112键能/kJ·mol－1xyz＝498w＝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；该规律性是()A．成键的电子数越多,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，键能越大答案B解析研究表中数据发现,O2与Oeq\o\al(＋,2）的键能大者键长短。按此规律，Oeq\o\al(2－,2）中O-O键键长比Oeq\o\al（－，2)中的长,所以键能要小.键长由短到长的顺序为Oeq\o\al（＋，2)<O2〈Oeq\o\al（－，2）＜Oeq\o\al（2－,2），键能为w>z〉y〉x。题组2键能与反应热7．已知H-H键键能为436kJ·mol－1，H—N键键能为391kJ·mol－1,根据化学方程式N2＋3H2eq\o(，\s\up7（高温、高压），\s\do5（催化剂））2NH3,1molN2与足量H2反应放出的热量为92。4kJ·mol－1，则N≡N键的键能是()A．431kJ·mol－1 B．945。6kJ·mol－1C．649kJ·mol－1 D．896kJ·mol－1答案B解析本题与化学反应方程式有关，N≡N、H—H键的断裂需要吸收能量，而N—H键的形成要放出能量，根据能量守恒可得如下关系式：Q＋436kJ·mol－1×3－391kJ·mol－1×6＝－92.4kJ·mol－1，解得Q＝945。6kJ·mol－1。8.意大利罗马大学的FulvioCacace等人获得了极具理论研究意义的气态N4分子，其分子结构如图所示。已知断裂1molN—N键吸收167kJ热量，生成1molN≡N键放出942kJ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分子中存在非极性键C．N4分子中NN键角为109.5°D．1molN4转变成N2将吸收882kJ热量答案B解析N4是由N原子形成的单质，A项不正确;N4分子中N与N形成非极性键，B项正确;N4是正四面体结构，键角为60°，C项不正确；1molN4转变为N2放出的热量为2×942kJ－6×167kJ＝882kJ。9．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程.化学键的键能是形成（或拆开)1mol化学键时释放(或吸收)的能量.已知白磷（P4)和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能(单位：kJ·mol－1）：P-P：198、P—O：360、OO：498，则反应P4(白磷)＋3O2=P4O6的反应热ΔH为(）A．－1638kJ·mol－1 B．1638kJ·mol－1C．－126kJ·mol－1 D．126kJ·mol－1答案A解析由各物质的分子结构知：1molP4含6molP—P键，3molO2含3molOO键，1molP4O6含12molP—O键，故ΔH＝（198kJ·mol－1×6＋498kJ·mol－1×3）－360kJ·mol－1×12＝－1638kJ·mol－1。10．关于乙烯分子结构的说法中，错误的是()A．每个碳原子形成3个σ键和1个π键B．乙烯分子中含有极性键和非极性键C．乙烯分子中碳碳双键的键长比乙烷分子中碳碳单键的键长短D．乙烯分子中碳碳双键的键能是乙烷分子中碳碳单键的键能的两倍答案D解析乙烯的结构简式是CH2CH2,每个碳原子分别与2个氢原子形成了2个σ键，2个碳原子之间形成1个σ键和1个π键，即每个碳原子形成3个σ键和1个π键，A项正确；碳碳双键是非极性键，而C—H键是极性键，B项正确;碳碳双键之间有2对共用电子，而碳碳单键之间有1对共用电子，显然前者中2个碳原子之间的作用力大，键长短，C项正确；乙烯分子中碳碳双键的键能不等于乙烷分子中碳碳单键的键能的2倍，而是比2倍略小,D项错误。11．（2017·河南洛阳名校联考)三硫化磷(P4S3）是黄绿色针状晶体，易燃、有毒、分子结构之一如图所示，已知其燃烧热ΔH＝－3677kJ·mol－1(磷元素被氧化为P4O10)，下列有关P4S3的说法中不正确的是(）A．分子中每个原子最外层均达到8电子稳定结构B．P4S3中硫元素为－2价，磷元素为＋3价C．热化学方程式为P4S3（s）＋8O2(g）=P4O10(s)＋3SO2（g）ΔH＝－3677kJ·mol－1D．分子中存在极性键与非极性键答案B解析因P原子最外层有5个电子，S原子最外层有6个电子，由图可知,每个P形成3个共价键，每个S形成2个共价键，即分子中每个原子最外层均达到8电子稳定结构，A项正确；由图可知，有1个P与3个S形成3个共价键，其他3个P分别与1个S形成1个共价键,则P4S3中P有＋3、＋1两种化合价，S为－2价,B项错误；1mol可燃物燃烧生成稳定氧化物放出的热量为燃烧热,则P4S3(s)＋8O2（g)=P4O10（s)＋3SO2(g)ΔH＝－3677kJ·mol－1，C项正确；由图可知,P—P键为非极性键，P-S键为极性键，D项正确。12．(2017·河南鹤壁高中高二月考)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()A．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、键能都相等答案D解析根据题图知，每个F原子和1个S原子形成1对共用电子对，每个S原子和6个F原子形成6对共用电子对，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;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,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；六氟化硫分子中的S—F键都是σ键,为正八面体结构，所以键长、键能都相等,D正确。[综合强化]13．某些化学键的键能如下表（单位：kJ·mol－1)：共价键H-HBr-BrI-ICl-ClH—ClH—IH—BrH-F键能436193151243431297363565根据表中数据回答问题：(1）下列物质本身具有的能量最低的是________(填字母，下同)。A．H2B．Cl2C．Br2D．I2(2)下列氢化物中，最稳定的是________.A．HFB．HClC．HBrD．HI（3)X2＋H2=2HX(X代表F、Cl、Br、I)的反应是___________(填“吸热”或“放热”)反应.（4）1molH2在2molCl2中燃烧,放出的热量为________kJ。(5)在一定条件下，1molH2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〉I2b．I2〉Br2>Cl2预测1molH2在足量F2中燃烧比在Cl2中放热________。答案(1）A(2)A(3)放热（4）183(5）a多解析能量越低越稳定，破坏其中的化学键需要的能量就越多，形成其中的键时放出的能量也越多.ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能.14．X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的四种常见元素,其相关信息如下表：元素相关信息XX的基态原子核外3个能级上有电子，且每个能级上的电子数相等Y常温常压下，Y单质是淡黄色固体，常在火山口附近沉积ZZ和Y同周期,Z的电负性大于YWW的一种核素的质量数为63，中子数为34（1）Y位于元素周期表第______周期______族,Y和Z的最高价氧化物对应的水化物的酸性较强的是__________（写化学式)。(2）XY2是一种常用的溶剂，XY2的分子中存在______个σ键。在H—Y,H—Z两种共价键中，键的极性较强的是________,键长较长的是_________。(3)W的基态原子核外电子排布式是__________________________________________.答案(1)3ⅥAHClO4(2)2H—ClH—S(3）1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1）解析由题给信息推出X元素基态原子的电子排布式：1s22s22p2，为碳元素；Y为硫元素；Z为氯元素;W为铜元素。(1）硫元素位于元素周期表第3周期ⅥA族。（2)XY