2024-2025学年新教材高中化学第2章分子结构与性质第1节共价键第2课时键参数-键能键长与键角课件新人教版选择性必修2

第一节共价键第二课时键参数——键能、键长与键角素养目标学习要点1.了解共价键参数的含义,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,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。2.通过认识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。三个参数:键能、键长、键角。三个关系:键能与键长的关系、键能与分子稳定性的关系、键长和键角与分子空间结构的关系。知识点键参数——键能、键长与键角基础落实•必备知识全过关知识点键参数——键能、键长与键角1.键能

CH4中的C—H键能只是平均值

气态分子气态原子kJ·mol-1298.15K、101kPa强弱热效应2.键长

不能简单理解为成键的两原子半径之和

核间距越大稳定3.键角

键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得

两个相邻共价键方向性109°28'正四面体形120°105°V形(或角形)180°直线形4.共价键强弱的判断方法共价键越强,化学键越稳定,分子越稳定深度思考(1)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'。(2)根据元素周期律可知NH3的稳定性强于PH3,你能利用键参数加以解释吗?(3)已知H—H键能为436

kJ·mol-1,H—N键能为391

kJ·mol-1,N≡N键能为946

kJ·mol-1,合成氨的反应(N2+3H2

2NH3)是放热反应还是吸热反应?提示

键长:N—H<P—H,键能:N—H>P—H,因此NH3更稳定。

提示

反应热等于断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值,因此反应热为(946+3×436-2×3×391)

kJ·mol-1=-92

kJ·mol-1,则合成氨的反应为放热反应。名师点拨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。重难突破•能力素养全提升探究角度1

键参数理解与比较例1用“>”或“<”填空。(1)比较键长大小:①C—H

N—H

O—H;

②N2H4分子的N—N

N2分子的N≡N。

(2)比较键能大小:C—H

N—H

O—H。

(3)分子中的键角:H2O

CO2。

>>><<<解析

(1)①由于C、N、O原子的半径依次减小,所以C—H、N—H、O—H键的键长依次减小;②相同的两个原子间形成共价键时,单键键长>双键键长>三键键长,N2H4分子的N—N键长大于N2分子的N≡N。(2)由于C—H、N—H、O—H的键长依次减小,因此键能依次增大。(3)H2O分子呈V形,

H—O—H键角小于180°,CO2分子呈直线形,O═C═O键角是180°。【变式设问】(1)N2H4分子的N—N键能

N2分子的N≡N键能。

(2)甲烷分子的空间结构为正四面体,CH3Cl分子的空间结构是正四面体吗?<答案

不是。解析

CH3Cl分子中C—H和C—Cl的键长不等。[对点训练1]多原子分子中的化学键存在键长、键角、键能等参数,下列关于这些参数的说法正确的是(

)A.分子的结构是由键角决定的B.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C.双原子分子中化学键键角越大,分子越稳定D.H2O分子中两个O—H的键角为180°B解析

分子的结构是由键角、键长共同决定的,A项错误;在双原子分子中没有键角,且分子稳定性与键角无关,C项错误;H2O分子中两个O—H的键角为105°,D项错误。[对点训练2]从实验测得不同物质中氧—氧之间的键长和键能的数据如表:其中x、y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B探究角度2

键参数对物质性质的影响例2某些化学键的键能如下。下列说法正确的是(

)化学键H—HCl—ClBr—BrI—I键能/(kJ·mol-1)436242.7193.7152.7化学键H—ClH—BrH—I—键能/(kJ·mol-1)431.8366298.7—A.1molH2分别与Cl2、Br2、I2反应,则在碘中完全反应放出的热量最多B.拆开等物质的量的HI和HCl,HI消耗的能量多C.H—F的键能大于431.8kJ·mol-1D.稳定性最强的是H—ClC解析

1

mol

H2分别与Cl2、Br2、I2反应,生成2

mol

HCl、HBr和HI,根据ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和可知,生成2

mol

HCl放热184.9

kJ,生成2

mol

HBr放热102.3

kJ,生成2

mol

HI放热8.7

kJ,则在Cl2中完全反应放出的热量最多,A错误;拆开等物质的量的HI和HCl,由于HCl的键能大,所以拆开HCl消耗的能量多,B错误;原子半径Cl>F,则键长H—F<H—Cl,共价键键长越短,键能越大,则H—F键的键能大于431.8

kJ·mol-1,C正确、D错误。思路分析

解答本题的思维流程如下:提取关键点(1)1

mol

H2分别与Cl2、Br2、I2反应;(2)拆开等物质的量的HI和HCl;(3)稳定性最强的转化知识点(1)根据ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和,计算三个反应放出的热量;(2)H—Cl的键能大于H—I;(3)共价键键能越大,化学键越稳定排除障碍点判断H—F的键能:根据共价键键能越大,化学键越稳定的比较原则,比较H—F的键长与H—Cl的键长【变式设问】(1)题目中的氯化氢分子和溴化氢分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质?为什么?(2)一般来说,键长越短,键能越大。但F—F键长短,键能小,请解释其原因。

提示

氯化氢分子的键能大于溴化氢分子,氯化氢分子更稳定,溴化氢分子更容易发生热分解生成相应的单质。提示

氟原子的半径很小,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,F2的稳定性差,很容易与其他物质反应。(3)HF、HCl、HBr、HI的键长大小关系是什么?结构相似物质的键长与键能、物质稳定性的关系是什么?提示

HF<HCl<HBr<HI。对于结构相似的物质,键长越长,键能越小,物质稳定性越差。归纳总结键能的应用(1)衡量共价键的强弱。键能越大,断开化学键时需要的能量越多,化学键越稳定。(2)判断分子的稳定性。结构相似的分子中,共价键的键能越大,分子越稳定。(3)判断化学反应的能量变化。在化学反应中,旧化学键的断裂吸收能量,新化学键的形成释放能量,因此反应焓变与键能的关系为ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和;ΔH<0时,为放热反应;ΔH>0时,为吸热反应。[对点训练3]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的稳定性逐渐减弱D.HF比H2O稳定B解析

由于N2分子中存在三键,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,没有化学键;卤族元素从F到I,原子半径逐渐增大,其氢化物中化学键的键长逐渐变长,键能逐渐变小,所以稳定性:HF>HCl>HBr>HI;由于H—F的键能大于H—O,所以稳定性:HF>H2O。[对点训练4]有关碳、硅、氮、磷的共价键键能如下表:简要分析和解释下列有关事实。(1)比较通常条件下,CH4和SiH4的稳定性强弱:

。

(2)硅与碳同族,硅元素也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是

。

C—C和C—H键能较大,所形成的烷烃较稳定,而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成(3)SiH4的稳定性小于CH4,硅更易生成氧化物,原因是

。

C—H的键能大于C—O,C—H比C—O稳定,而Si—H的键能却远小于Si—O的,所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—OCH4比SiH4稳定(4)从能量角度看,氮以N2而白磷以P4(结构式可表示为

)形式存在的原因是

。

1个N≡N的键能大于3个N—N的键能之和,而6个P—P的键能之和大于2个P≡P的键能之和解析

(1)因为C—H的键能大于Si—H的键能,所以CH4比SiH4稳定。(2)C—C和C—H的键能比Si—Si和Si—H的键能都大,因此烷烃比较稳定,而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成。(3)C—H的键能大于C—O,C—H比C—O稳定,而Si—H的键能却远小于Si—O的,所以Si倾向于形成稳定性更强的Si—O。(4)根据题给键能数据,可知1个N≡N的键能大于3个N—N的键能之和,因此氮以N2形式存在,而6个P—P的键能之和大于2个P≡P的键能之和,因此白磷以P4形式存在。学以致用·随堂检测全达标123456题组1键参数的理解1.反映共价键强弱的键参数是(

)A.键能

B.键能、键长C.键能、键长、键角 D.键长、键角B解析

键能可看作是断开共价键所需的能量,键能越大,则断开共价键时所需的能量就越大,含该键的分子就越稳定;键长越长,键能反而越小,故反映共价键的强弱的键参数是键能和键长。1234562.下列说法不正确的是(

)A.键能越小,表示化学键越牢固,越难以断裂B.成键的两原子核越近,键长越短,化学键越牢固,性质越稳定C.破坏化学键时消耗能量,而形成化学键时释放能量D.键能、键长只能定性地分析化学键的强弱A解析

键能越大,断开该键所需的能量越多,化学键越牢固,性质越稳定,故A错误;B、C、D均正确。123456题组2键参数的比较3.下列有关共价键的键参数的说法不正确的是(

)A.CH4、C2H4、CO2分子中的键角依次增大B.HF、HCl、HBr分子中的键长依次增长C.H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小D.分子中共价键的键能越大,分子的熔、沸点越高D解析

三者的键角分别为109°28'、120°、180°,依次增大,A选项正确。因为F、Cl、Br的原子半径依次增大,故与H形成共价键的键长依次增长,B选项正确。O、S、Se的原子半径依次增大,故与H形成共价键的键长依次增长,键能依次减小,C选项正确。分子的熔、沸点与分子间作用力有关,与共价键的键能无关,D选项错误。1234564.下列有关化学键知识的比较肯定错误的是(

)A.键能:C—N<C═N<C≡NB.键长:I-I>Br—Br>Cl—ClC.分子中的键角:H2O<CO2D.相同元素原子间形成的共价键键能:σ键<π键D解析

C、N原子间形成的化学键,三键键能最大,单键键能最小,A正确;原子半径:I>Br>Cl,则键长:I—I>Br—Br>Cl—Cl,B正确;H2O分子中键角是105°,CO2分子中键角是180°,C正确;一般情况下,相同元素原子之间形成的σ键的键能比π键的大,D错误。123456题组3键参数的应用5.从键长的角度来判断下列共价键中最稳定的是(

)A.H—Cl B.P—HC.Si—H D.S—HA解析

原子半径越小,与氢化合形成的共价键键长越小,键能越大,共价键越稳定。Cl、P、Si、S四种非氢元素中,Cl原子的半径最小,H—Cl的键长最小,故H—Cl最稳定,A正确。1234566.某些共价键的键能数据如下表(单位