2024-2025学年高二化学(人教版)选择性必修2 第二章 第一节 第2课时 键参数-键能、键长与键角

第2课时键参数——键能、键长与键角［核心素养发展目标］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。一、键能1.概念键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量，单位是kJ·mol-1。键能通常是298.15K(25℃)、101kPa条件下的标准值，可通过实验测定，更多的却是推算获得的，键能数据是平均值。

2.应用(1)定量衡量共价键强弱键能越大，气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量越多，共价键越牢固。(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)利用键能估算化学反应热效应ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。1.结合教材中某些共价键的键能数据，思考讨论：(1)成键原子相同而共价键数目不同时，键能强弱规律：。

(2)判断HF、HCl、HBr、HI的热稳定性强弱：；其中更容易发生热分解生成相应的单质。

(3)气态H原子与气态Cl原子形成1molH—Cl释放的能量是kJ。

答案(1)单键键能<双键键能<三键键能(2)HF>HCl>HBr>HIHI(3)431.8解析(1)由教材键能数据可知，以N—O、NO，O—O、OO，C—C、CC、C≡C等为例，成键原子相同而共价键数目不同时，键能强弱规律：单键键能<双键键能<三键键能。(3)气态原子形成1mol化学键变成气态分子释放的能量与气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量相等，故形成1molH—Cl释放的能量是431.8kJ。2.已知N—N、NN和N≡N的键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、CC、C≡C的键能之比为1.00∶1.77∶2.34。如何用这些数据理解氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应？提示键能数据表明，N≡N的键能大于N—N键能的三倍，NN的键能大于N—N键能的两倍；而C≡C的键能却小于C—C键能的三倍，CC的键能小于C—C键能的两倍，说明乙烯和乙炔中的π键不牢固，易发生加成反应，而N2分子中N≡N非常牢固，所以氮分子不易发生加成反应。3.N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强，从键能的角度如何理解这一化学事实(利用课本中键能的相应数据分析)。提示从课本中键能数据可知，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.正误判断(1)N—H的键能是很多分子中的N—H的键能的平均值()(2)O—H的键能是指在298.15K、101kPa下，1mol气态分子中1molO—H解离成气态原子所吸收的能量()(3)σ键一定比π键牢固()答案(1)√(2)√(3)×2.碳和硅的有关化学键的键能如表所示。化学键C—CC—HC—OSi—SiSi—HSi—O键能/(kJ·mol-1)347.7413.4351226318452分析数据，下列说法不正确的是()A.CO的键能为702kJ·mol-1B.SiH4的稳定性小于CH4C.一般原子半径越大，键能越小D.C与C之间比Si与Si之间更易形成π键答案A解析CO之间存在一个σ键和一个π键，CO的键能并不是C—O键能的两倍，A项不正确；根据表中数据，Si—H的键能小于C—H的键能，所以CH4的稳定性强于SiH4的稳定性，B项正确；Si原子半径大，相邻Si原子间距离远，p与p轨道“肩并肩”更难重叠形成π键，D项正确。3.某些化学键的键能(kJ·mol-1)如表所示：化学键H—HCl—ClBr—BrI—IH—ClH—BrH—I键能436242.7193.7152.7431.8366298.7(1)1molH2在2molCl2中燃烧，放出热量kJ。

(2)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>I2 b.I2>Br2>Cl2c.Br2>I2>Cl2预测1molH2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热(填“多”或“少”)。

答案(1)184.9(2)a多解析(1)根据键能数据可得，H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)ΔH=436kJ·mol-1+242.7kJ·mol-1-431.8kJ·mol-1×2=-184.9kJ·mol-1，1molH2在2molCl2中燃烧，参加反应的H2和Cl2都是1mol，生成2molHCl，故放出的热量为184.9kJ。(2)由表中数据计算知1molH2在Cl2中燃烧放热最多，在I2中燃烧放热最少；由以上结果分析，生成物越稳定，放出热量越多。因稳定性：HF>HCl，故1molH2在F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热多。二、键长1.概念构成化学键的两个原子的核间距。因此原子半径决定共价键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。2.应用键长是衡量共价键强弱的另一重要参数，共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。1.根据表中的HCl、HBr和HI的键长、键能的数据和热分解温度，考察它们之间的相关性。通过这个例子说明分子的结构如何影响分子的化学性质？键键长/pm键能/(kJ·mol-1)HX的热分解温度/℃H—Cl127.4431.81000H—Br141.4366600H—I160.9298.7300提示数据表明：共价键的键长越短，键能越大，该共价键越稳定，含该键的分子越稳定，越不容易分解。2.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，原子核之间的距离就小，排斥力大，因此键能比Cl—Cl的键能小。1.正误判断(1)双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定()(2)键长：H—I>H—Br>H—Cl、C—C>CC>C≡C()(3)键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关()(4)键长是振动着的原子处于平衡位置时的核间距()答案(1)×(2)√(3)√(4)√2.已知X—X、Y—Y、Z—Z的键长分别为198pm、74pm、154pm，则它们单质分子的稳定性：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：O—OOOO2O键长/(10-12m)149128121112键能/(kJ·mol-1)xya=494b=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，该规律性是键长越短，键能越大。4.已知某些共价键的键能、键长数据如表所示：共价键Cl—ClBr—BrI—IH—FH—ClH—BrH—IH—O键能/(kJ·mol-1)242.7193.7152.7568431.8366298.7462.8键长/pm19822826796共价键C—CCCC≡CC—HN—HNOO—OOO键能/(kJ·mol-1)347.7615812413.4390.8607142497.3键长/pm154133120109101(1)下列推断正确的是(填字母)。

A.热稳定性：HF>HCl>HBr>HIB.氧化性：I2>Br2>Cl2C.沸点：H2O>NH3D.还原性：HI>HBr>HCl>HF(2)在HX(X=F、Cl、Br、I)分子中，键长最短的是，最长的是；O—O的键长(填“大于”“小于”或“等于”)OO的键长。

答案(1)ACD(2)HFHI大于解析(1)根据表中数据知，同主族元素从上至下气态氢化物的键能逐渐减小，热稳定性逐渐减弱，A项正确；从键能看，氯气、溴单质、碘单质的热稳定性逐渐减弱，由原子结构知，氧化性也逐渐减弱，B项错误；H2O在常温下为液态，NH3在常温下为气态，则H2O的沸点比NH3的高，C项正确；还原性与失电子能力有关，还原性：HI>HBr>HCl>HF，D项正确。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。三、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.数据键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得，部分键角图解：CO2为直线形分子，H2O为V形(或称角形)分子，NH3为三角锥形分子。3.应用(1)键角是描述分子空间结构的重要参数，键长和键角决定分子的空间结构。多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。(2)分子的许多性质都与键角有关。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之间的夹角，为109°28'。1.下列说法正确的是()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.CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X的键长、键角均相等D.NH3分子中两个N—H的键角为120°答案B解析CF4、CCl4、CBr4、CI4中卤素原子的半径不同，所以C—X的键长不等，但键角均相等，故C错误；NH3分子中两个N—H的键角为107°，故D错误。2.能说明BF3分子中四个原子在同一平面的理由是()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的键长相等答案A解析当键角为120°时，BF3的空间结构为平面三角形，故分子中四个原子共面。3.下列说法正确的是()A.分子中键能越大，键长越长，则分子越稳定B.元素周期表中的第ⅠA族(除H外)和第ⅦA族元素的原子间不能形成共价键C.水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°D.H—O的键能为463kJ·mol-1，即18gH2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×463kJ答案B解析分子中键长越短，键能越大，则分子越稳定，A不正确；元素周期表中的第ⅠA族(除H外)和第ⅦA族元素都是典型的金属和非金属元素，所以形成的化学键是离子键，B正确；水分子的结构是V形，键角是105°，C不正确；H—O的键能为463kJ·mol-1，18gH2O即1mol气态H2O分解成2mol气态H和1mol气态O时消耗的能量为2×463kJ，故D错误。4.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.HCl、HBr、HI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答案A解析CH4、NH3、CO2分子中的键角分别为109°28'、107°、180°，故A错误；原子半径越大，形成的共价键的键长越长，Cl、Br、I的原子半径依次增大，所以与H形成的共价键的键长依次增大，故B正确；元素的非金属性越强，形成的共价键越稳定，共价键的键能越大，则H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小，故C正确；非金属性：O>P>Si，则简单氢化物的稳定性：H2O>PH3>SiH4，故D正确。共价键稳定性强弱的判断方法(1)根据原子半径和共用电子对数目判断：成键原子的原子半径越小，共用电子对数越多，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。(2)根据键能判断：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)根据键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键所消耗的能量越多。课时对点练［分值：100分］(选择题1~12题，每小题6分，共72分)题组一键参数——键能、键长与键角1.下列说法错误的是()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.共价键是通过原子轨道重叠并共用电子对而形成的，所以共价键有饱和性答案B解析键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量，键能越大，意味着化学键越稳定，越不容易断裂，A正确；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；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，C正确；元素的原子形成共价键时，当一个原子的所有未成对电子和另一些原子中的未成对电子配对成键后，就不再跟其他原子的未成对电子配对成键，因此，共价键具有饱和性，D正确。2.(2023·广东汕头期末)下列说法正确的是()A.p轨道与p轨道不能形成σ键B.分子中若有共价键，则一定存在σ键C.H2O分子含有非极性共价键，空间结构为平面正三角形D.非极性键的键能大于极性键的键能答案B3.根据π键的成键特征判断CC的键能与C—C的键能之间的数量关系()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.双键的键能等于单键的键能答案C解析由于π键键能小于σ键，双键中有1个σ键和1个π键，故双键键能小于单键键能的2倍。4.(2023·清远高二月考)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.HCl中含有离子键C.H—F是p⁃pσ键D.H—F的键能是H—X中最小的答案A解析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s⁃pσ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，故其键能是H—X中最大的，D错误。题组二键参数的应用5.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.键角是确定多原子分子空间结构的重要参数D.同种原子间形成的共价键键长长短总是遵循：三键<双键<单键答案B解析反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，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；键长和键角常被用来描述分子的空间结构，键角是描述多原子分子空间结构的重要参数，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。6.(2023·大连高二月考)工业上制备粗硅的反应为2C+SiO2Si+2CO↑，若C过量，还会生成SiC。下列叙述错误的是()A.1个CO分子内含有1个σ键和2个π键B.键能：C—H>Si—H，因此甲硅烷没有甲烷稳定C.键长：C—Si<Si—Si，因此熔点：SiC>SiD.键长：C—C<Si—Si，因此C的还原性大于Si的还原性答案D解析CO的结构式为C≡O，则1个CO分子内含有1个σ键和2个π键，故A正确；原子半径：C<Si，共价键键长：C—H<Si—H，键能：C—H>Si—H，共价键的牢固程度：C—H>Si—H，因此甲硅烷没有甲烷稳定，故B正确；原子半径：C<Si，键长：C—Si<Si—Si，共价键的牢固程度：C—Si>Si—Si，因此熔点：SiC>Si，键长越短，物质性质越稳定，因此C的还原性小于Si的还原性，故C正确、D错误。7.已知共价键的键能与热化学方程式信息如表所示：共价键H—HH—O键能/(kJ·mol-1)436463热化学方程式2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH=-482kJ·mol-1则2O(g)=O2(g)的ΔH为()A.+428kJ·mol-1 B.-428kJ·mol-1C.+498kJ·mol-1 D.-498kJ·mol-1答案D解析设O2中化学键的键能为xkJ·mol-1，依题意有(2×436+x)-4×463=-482，解得x=498，2O(g)=O2(g)为化学键的形成过程，为放热过程，故ΔH=-498kJ·mol-1。8.已知H—H的键能为436kJ·mol-1，OO的键能为497.3kJ·mol-1，Cl—Cl的键能为242.7kJ·mol-1，N≡N的键能为946kJ·mol-1，下列叙述正确的是()A.N—N的键能为13×946kJ·mol-1≈315.3kJ·molB.氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的短C.氧气分子中氧原子是以共价单键结合的D.氮气分子比氯气分子稳定答案D解析N—N的键能不是N≡N键能的13，故A错误；氢原子半径在所有原子中是最小的，所以氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的长，故B错误；氧气分子中氧原子是以共价双键结合的，故C错误；键能越大，越稳定，所以氮气分子比氯气分子稳定，故D9.NH3、NF3、NCl3等分子中心原子相同，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>NH3C.NH3>NCl3>NF3 D.NF3>NCl3>NH3答案C解析因电负性：F>Cl>H，故键角大小为NH3>NCl3>NF3。10.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吸收167kJ热量，生成1molN≡N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N—N的键角为109°28'D.1molN4转变成N2将吸收882kJ热量答案B解析N4是由氮元素组成的一种单质，不是新型的化合物，A错误；N4分子中氮原子与氮原子之间形成的是非极性键，B正确；N4分子是正四面体结构，键角是60°，C错误；已知断裂1molN—N吸收167kJ热量，生成1molN≡N放出942kJ热量，则N4(g)2N2(g)ΔH=6×167kJ·mol-1-2×942kJ·mol-1=-882kJ·mol-1，即该反应是放热反应，因此1molN4转变成N2将放出882kJ热量，D错误。11.(2024·武汉高二月考)如图为元素周期表前四周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是()A.W、R元素单质分子内都存在非极性键B.X、Z元素都能形成双原子分子C.第一电离能：X>Y>WD.键长：X—H<W—H，键能：X—H<W—H答案B解析由元素在周期表中的位置可知，X为N、W为P、Y为S、R为Ar、Z为Br。白磷单质中存在非极性键，但稀有气体分子为单原子分子，分子中没有化学键，A错误；氮气、溴单质都是双原子分子，B正确；第一电离能应是N>P>S，C错误；原子半径：W>X，故键长：W—H>X—H，键长越短，键能越大，故键能：W—H<X—H，D错误。12.断开1mol化学键形成气态原子所需要的能量用E表示。结合表中信息判断下列说法不正确的是()共价键H—HF—FH—FH—ClH—IE/(kJ·mol-1)436157568432298A.432kJ·mol-1>E(H—Br)>298kJ·mol-1B.表中最稳定的共价键是H—FC.键的极性：H—F>H—Cl>H—ID.H2(g)+F2(g)=2HF(g)ΔH=+25kJ·mol-1答案D解析A项，键长越短，键能越大，共价键越稳定，键长可以通过原子半径进行比较，同主族元素从上到下原子半径逐渐增大，则H—Br的键能在H—Cl和H—I之间，正确；B项，键能越大，共价键越稳定，表中H—F的键能最大，因此H—F最稳定，正确；C项，元素非金属性越强，得电子能力越强，电子对越偏向此元素原子，形成共价键的极性越强，即极性：H—F>H—Cl>H—I，正确；D项，根据反应热和键能的关系，ΔH=(436+157-2×568)kJ·mol-1=-543kJ·mol-1，错误。13.(6分)硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。碳和硅的有关化学键键能如表所示，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-1)347.7413.4351226318452(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，硅更易生成氧化物，原因是。

答案(1)C—C和C—H的键能较大，所形成的烷烃稳定。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(2)Si—H键能小于C—H键能，故SiH4的稳定性小于CH4。C—H的键能大于C—O，C—H比C—O稳定；而Si—H的键能却小于Si—O，所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O14.(10分)已知下列化学键的键能：化学键C—CN—NO—OOOO—HS—HSe—HN—HAs—H键能/(kJ·mol-1)347.7193142497.3462.8363.5276390.8247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

。

答案(1)-213.3kJ·mo