（新教材适用）2023-2024学年高中化学第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学案新人教版选择性必修2

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．概念气态分子中_1_mol__化学键解离成气态原子所_吸收__的能量。它通常是298.15K、100kPa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__总键能正误判断1．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。(√)2．N—H的键能是很多分子中的N—H的键能的平均值。(√)3．O—H的键能是指在298.15K、101kPa下，1mol气态分子中1molO—H键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。(×)深度思考1．试利用课本P37表2－1中的数据进行计算，1molH2分别跟1molCl2、1molBr2(蒸气)反应，分别形成2molHCl和2molHBr，哪一个反应释放的能量更多？如何用计算的结果说明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？提示：查表可知H—H、Cl—Cl、Br—Br、H—Cl、H—Br的键能分别为436.0kJ·mol－1、242.7kJ·mol－1、193.7kJ·mol－1、431.8kJ·mol－1、366kJ·mol－1。对于反应H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝436.0kJ·mol－1＋242.7kJ·mol－1－2×431.8kJ·mol－1＝－184.9kJ·mol－1。对于反应H2(g)＋Br2(g)=2HBr(g)ΔH＝436.0kJ·mol－1＋193.7kJ·mol－1－2×366kJ·mol－1＝－102.3kJ·mol－1。由计算结果可知：生成2molHCl比生成2molHBr释放的能量多。生成的HBr分子中H—Br的键能比HCl分子中H—Cl的键能小，说明H—Br比H—Cl容易断裂，所以HBr分子更容易发生热分解生成相应的单质。2．已知N—N、N=N和N≡N的键能之比为1.002.174.90，而C—C、C=C、C≡C的键能之比为1.001.772.34。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的键能的三倍，N=N的键能大于N—N的键能的两倍；而C≡C的键能却小于C—C的键能的三倍，C=C的键能小于C—C的键能的两倍，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。应用体验1．根据表列出的各化学键的键能数据，判断如下分子中最稳定的是(D)化学键H—HH—ClH—ICl—ClBr—Br键能(kJ/mol)436431299247193A．Cl2 B．HClC．Br2 D．H2解析：分子中，键能越大，分子越稳定，从表中读出键能最大的是H—H键，D满足；故选D。2．已知N—N、N=N和N≡N键能之比为1.002.174.90，而C—C、C=C和C≡C键能之比为1.001.772.34，下列说法正确的是(C)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：σ键不一定比π键强度大，如氮气中σ键的强度比π键强度小，即σ键不一定比π键稳定，故A错误；N≡N键能大不易发生加成反应，故B错误；乙烯和乙炔中π键的键能小易断裂，所以乙烯、乙炔较易发生加成反应，故C正确；乙烯、乙炔中的σ键比π键稳定，故D错误。故选C。3．化学键的键能是指气态基态原子间形成1mol化学键时释放的最低能量。如：H(g)＋I(g)→H—I(g)＋297kJ，即H—I键的键能为297kJ/mol，也可以理解为破坏1molH—I键需要吸收297kJ的热量。化学反应的发生可以看成旧化学键的破坏和新化学键的形成。下表是一些键能数据(单位：kJ/mol)：键能键能键能H—H436Cl—Cl243H—Cl432S—S255H—S339C—F427C—Cl330C—I218H—F568C—O351H—O463阅读上述信息，回答下列问题：(1)根据表中数据判断CCl4的稳定性小于(填“大于”或“小于”)CF4的稳定性。试预测C—Br键的键能范围：218kJ/mol<C—Br键键能<330kJ/mol。(2)结合表中数据和热化学方程式H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－QkJ/mol，则热化学方程式中Q的值为185。(3)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)。不能(填“能”或“不能”)。②非金属性越强的原子形成的共价键越牢固。不能(填“能”或“不能”)。从数据中找出一些规律，请写出一条：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。解析：(1)键能越大，分子越稳定。C—Cl键键能为330kJ/mol，C—F键键能为427kJ/mol，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，故答案为：小于；218kJ/mol；330kJ/mol。(2)ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和＝436kJ/mol＋243kJ/mol－2×432kJ/mol＝－185kJ/mol，所以Q＝185。(3)①H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，故答案为：不能；②Cl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；从H—F、H—Cl；C—F、C—Cl；H—O、H—S几组键的键能中可得出：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。二、键长和键角1．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：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__。(3)试根据空间结构填写下列分子的键角分子的空间结构键角实例正四面体形_109°28′__CH4、CCl4平面形_120°__苯、乙烯、BF3等三角锥形107°NH3V形(角形)_105°__H2O直线形_180°__CO2、CS2、CH≡CH(4)部分键角图解正误判断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—I>H—Br>H—Cl、C—C>C=C>C≡C。(√)4．键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关。(√)5．多原子分子的键角是一定的，表明共价键具有方向性。(√)6．CH4和CH3Cl分子的空间结构都是正四面体。(×)深度思考1．根据下表中的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。3．为什么CH4分子的空间结构是正四面体，而CH3Cl只是四面体而不是正四面体？提示：C—H和C—Cl的键长不相等。4．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′。5．实验测得H2S为共价化合物，H—S—H的夹角为92.3°，键长相同，则H2S的空间结构是什么？提示：H2S分子的空间结构是V形结构。应用体验1．NH3分子的空间结构是三角锥形结构而不是平面正三角形结构，最充分的理由是(C)A．NH3分子内3个N—H的键长均相等B．NH3分子内3个价键的键角和键长均相等C．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于107°D．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于120°解析：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，故选C。2．下列有关卤化氢的说法正确的是(C)A．键长：H—F>H—Cl>H—Br>H—IB．键能：H—F<H—Cl<H—Br<H—IC．形成共价键的两个原子之间的核间距叫做键长D．H—F键是p－pσ键解析：形成共价键的两个原子之间的核间距叫做键长，近似等于两原子半径之和，由于原子半径F＜Cl＜Br＜I，则键长：H—F＜H—Cl＜H—Br＜H—I，A错误；一般共价键键长越短，键能越大，则键能：H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，B错误；形成共价键的两个原子之间的核间距叫做键长，C正确；H原子只有s电子云，则H—F键是s－pσ键，D错误。故选C。3．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(B)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：键长是成键原子间的核间距，水分子中两个氢原子不成键，A错误；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；氩气中两个相邻氩原子不成键，C错误；CO2分子中两个氧原子不成键，D错误；故答案选B。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。1．反映共价键强弱的物理量是(B)A．键能 B．键能、键长C．键能、键长、键角 D．键长、键角解析：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，故反映键的强弱的物理量是键能和键长，故选B。2．下列关于σ键和π键的理解不正确的是(C)A．σ键一般能单独形成，而π键一般不能单独形成B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转C．CH3—CH3、CH2=CH2、CH≡CH中碳碳键的键能都相同D．碳碳双键中有一个σ键，一个π键，碳碳三键中有一个σ键，两个π键解析：由于原子轨道先按重叠程度大的“头碰头”方向进行重叠，故先形成σ键。后才能形成π键，A正确；σ键为单键，可以绕键轴旋转，π键在双键、三键中存在，不能绕键轴旋转，B正确；键能大小顺序为C≡C＞C=C＞C—C，C错误；单键均为σ键，双键含1个σ键和1个π键，三键含1个σ键和2个π键，D正确。故选C。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)A．键角是描述分子空间结构的重要参数B．因为H—O的键能小于H—F的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱C．H—F的键长是H—X中最长的D．碳碳三键和碳碳双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍解析：当物质分子内有多个化学键时，化学键之间的夹角叫键角，它反映了分子内原子的空间分布情况，因此键角是描述分子空间结构的重要参数，A正确；O2分子内两个O原子形成2对共用电子对，结合力强，断裂吸收的能量高，而F2内的2个F原子形成1对共用电子对，结合力相对O2来说弱，断裂吸收的能量低，因此与H2反应F2更容易发生反应，而O2相对来说弱，即F2比O2与H2反应的能力强，B错误；F的原子半径是X中最小的，H—F键的键长是H—X中最短的，C错误；碳碳三键中有一个σ键两个π键，碳碳双键中有一个σ键一个π键，π键键能小于σ键键能，则碳碳三键和碳碳双键键能小于单键键能的3倍和2倍，D错误。4．某些共价键的键能数据如下表(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151946463391(1)由表中所列化学键所形成的分子中，最稳定的是_N2__，最不稳定的是_I2__(写化学式)。(2)把1molI2(g)分子中化学键断裂为气态原子时，需要_吸收__(填“吸收”或“放出”)_151__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_299__