高二化学物质结构与性质精品学案：2.1.2 共价键的键参数(1)(1)

第2课时共价键的键参数

[目标导航] 1.知道键能、键长、键角等键参数的概念。2.能用键参数说明简单分子的某些性质。

一、键能、键长和键角

1．键能

(1)概念：在101.3 kPa、298 K条件下，断开1 mol AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量叫A—B键的键能。

(2)表示方法：E A—B(A和B分别表示成键的两个原子，可以相同，也可以不同)。

(3)单位：kJ·mol－1。

2．键长

概念：两个成键原子的原子核间的距离叫做该化学键的键长。

3．键角

(1)概念：在多原子分子中，两个化学键之间的夹角叫做键角。

(2)常见分子的键角及分子空间构型：

议一议

有同学认为：C==C键的键能等于C—C键的键能2倍，这种说法是否正确？

[答案]不正确。根据碳碳双键中含有1个π键，由于π键原子轨道重叠程度小，不如σ键稳定，所以C==C键键能小于C—C键键能的2倍。

二、键能、键长和键角的应用

1．键能的应用

(1)表示共价键的强弱

键能的大小可以定量地表示化学键的强弱程度。键能愈大，断开时需要的能量就愈多，化学键就愈牢固。

(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)判断物质在化学反应过程中的能量变化

在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形成放出能量，因此反应焓变与键能的关系为ΔH＝∑E反应物－∑E生成物。

2．键长的应用

(1)键长与键的稳定性有关。一般来说，键长愈短，化学键愈强，键愈牢固。

(2)键长与分子空间构型有关。

(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。3．键角的应用

键角常用于描述多原子分子的空间构型。

议一议

1．比较HF、HCl、HBr、HI分子中键能的大小。

[答案]原子半径：F

H—F>H—Cl>H—Br>H—I。

2．为什么N2通常情况下很稳定？

[答案]因为N2分子中存在NN键，键能大，破坏共价键需要很大的能量。

一、共价键参数与分子的性质

1．共价键参数与分子性质的关系

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。

例1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：

(1)通常条件下，比较CH4和SiH4的稳定性强弱：

________________________________________________________________________。(2)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________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。(3)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是

________________________________________________________________________。

[解析](1)因为C—H键的键能大于Si—H键的键能，所以CH4比SiH4稳定。

(2)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。

(3)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。

[答案](1) CH4比SiH4稳定

(2)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

(3)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

解题反思许多物质的化学性质不活泼，是与键能有关，如N 2和SiO2。

变式训练1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F—B键之间的夹角为120°

B．B—F键为极性共价键

C．3个B—F键的键能相同

D．3个B—F键的键长相等

[答案] A

[解析] BF 3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BF 3分子中的4个原子在同一平面内，A 符合题意。

解题反思 键角不是决定分子空间构型的唯一因素，分子的空间构型还与键长有关，如：CH 2Cl 2并非正四面体形。 二、键能与反应焓变的关系

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．化学反应中的能量变化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。

例2 已知1 g H 2(g)完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ ，且O 2(g)中1 mol O===O 键完全断裂时吸收热量496 kJ ，H 2O(g)中1 molH —O 键形成时放出热量463 kJ ，则H 2(g)中1 mol HH 键断裂时吸收热量为( )

A ．920 kJ

B ．557 kJ

C ．436 kJ

D ．188 kJ

[解析] 因为1 g H 2(g)完全燃烧生成H 2O(g)时放出热量121 kJ ，所以1 mol H 2(g)与12 mol O 2(g)

完全燃烧生成1 mol H 2O(g)时放出热量242 kJ 。即H 2(g)＋1

2O 2(g)===H 2O(g) ΔH ＝－242

kJ·mol －1。所发生键的变化为断裂1 mol H —H 键和1

2mol O===O 键、形成2 mol OH 键，反

应过程中断裂旧键需要吸收的热量为1

2×496 kJ ＋Q H —H ，形成新键释放的能量为2×463 kJ

＝926 kJ ，所以926 kJ －(1

2×496 kJ ＋Q H —H )＝242 kJ ，解得Q H —H ＝436 kJ 。

[答案] C

解题反思 计算ΔH 时要准确计算出每摩尔物质中所含有的各共价键的数目。

变式训练2 已知N 2(g)＋O 2(g)===2NO(g) ΔH ＝180 kJ·mol －

1，其中N ≡N 、O===O 键的键能分别为946 kJ·mol －

1、498 kJ·mol －

1，则N —O 键的键能为( ) A ．1 264 kJ·mol －

1 B ．63

2 kJ·mol －

1 C ．316 kJ·mol －

1 D ．1 624 kJ·mol －

1

[答案] B

[解析] 946 kJ·mol －1＋498 kJ·mol －1－2E N —O ＝180 kJ·mol －1，所以E N —O ＝632 kJ·mol －1。 解题反思 利用键能计算ΔH 时，方程式中各物质必需为气态。

1．下列说法正确的是()

A．键角决定了分子的结构

B．共价键的键能越大，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定

C．CCl4中键长相等，键角不同

D．C===C中的键能是C—C中的键能的两倍

[答案] B

[解析]分子结构是由键角和键长共同决定的，A项错；CCl4分子均为正四面体形，它们的键角相同，键长不等，C错；C===C中的双键由一条σ键和一条π键构成，通常而言σ键键能大于π键键能，故C===C中的键能应小于C—C键键能的两倍，D错。

2．下列分子最难断裂为原子的是()

A．HCl B．HI C．H2S D．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最难断裂为原子。

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的键能为431.8 kJ·mol－1，H—I的键能为298.7 kJ·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．N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．F2比O2更容易与H2反应

[答案] B

[解析]由于N2分子中存在NN，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 的键能大于H—O，所以更容易生成HF。

5．三氯化磷分子的空间构型是三角锥形而不是平面正三角形，下列关于三氯化磷分子空间构型理由的叙述，正确的是()

A．PCl3分子中P—Cl三个共价键的键长、键角都相等

B．PCl3分子中P—Cl三个共价键键能、键角均相等

C．PCl3分子中的P—Cl键属于极性共价键

D．PCl3分子中P—Cl键的三个键角都是100.1°，键长相等

[答案] D

[解析]PCl3分子是由P—Cl极性键构成的极性分子，其结构类似于NH3。

6．完成下列各题：

(1)已知原子数和电子数相同的微粒叫等电子体，等电子体的结构相似。

CO和N2分子中根据电子云重叠的方式不同，都包含的共价键类型有__________，CO、N2的结构可表示为C≡O、N≡N，两者的键能数据：(单位kJ·mol－1)

结合数据说明CO比N2活泼的原因___________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。(2)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：

已知：

[答案](1)σ键和π键CO中断裂第一个π键消耗的能量(273 kJ)比N2中断裂第一个π键消耗的能量(523.3 kJ)小，CO的第一个π键较容易断裂，因此CO较活泼

(2)124

[解析](1)CO与N2是等电子体，结构相似，所以N2与CO的分子中都包含的共价键有σ键和π键(在N≡N和C≡O中都包含了一条σ键和两条π键)。CO中断裂第一个π键消耗的能量为1 071.9 kJ－798.9 kJ＝273 kJ；而N2中断裂第一个π键消耗的能量为941.7 kJ－418.4 kJ＝523.3 kJ，可见CO的第一个π键容易断裂，因此CO比N2活泼。

(2)制备需断开2 mol C—H键，生成1 mol H—H键，同时在C—C键的基础上生成C===C键，因此生成1 mol吸收的热量为2×412 kJ，放出的热量为436 kJ＋(612－348) kJ＝700 kJ，ΔH＝824 kJ·mol－1－700 kJ·mol －1＝124 kJ·mol－1。