学年高中化学第2章第1节共价键模型第2课时共价键的键参数教案鲁科版选修3.docx

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学年高中化学第2章第1节共价键模型第2课时共价键的键参数教案鲁科版选修3

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—F

H—Cl

H—Br

H—I

键能/kJ·mol－1

565

431

363

297

①若使2molH—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收862kJ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、CCl4

60°

白磷（P4）

平面形

120°

苯、乙烯、BF3等

三角锥形

107.3°

NH3

V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

　下列分子中的键角最大的是（　　）

A．CO2B．NH3

C．H2OD．CH2==CH2

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°；CH2==CH2为平面结构，键角为120°，故键角最大的是CO2，A正确。

例2

　（2018·成都期中）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

答案　D

解析　三者的键角分别为109.5°、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。

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－183kJ·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3

　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1molH—O键形成时放出热量463kJ，则H2（g）中1mol

H—H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

molO2（g）完全燃烧生成1molH2O（g）时放出热量242kJ，即H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－242kJ·mol－1。

所发生键的变化为断裂1molH—H键和

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

×496kJ＋QH—H，形成新键释放的能量为2×463kJ＝926kJ，所以926kJ－（

×496kJ＋QH—H）＝242kJ，解得QH—H＝436kJ。

例4

　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．C==C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；C==C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C==C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—H

Cl—Cl

Br—Br

H—Cl

键能

436

243

193

431

共价键

I—I

N≡N

H—O

H—N

键能

151

945

463

391

（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）将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）N2　I2　

（2）吸收　151　299

（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将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。

题组1　共价键键参数及其应用

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．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．键角是描述分子空间构型的重要参数

B．因为H—O键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱

C．水分子的结构可表示为H—O—H，分子中的键角为180°

D．H—O键的键能为463kJ·mol－1，即18gH2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2×463kJ

答案　A

解析　H—O键、H—F键的键能依次增大，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，O2、F2与H2反应的能力逐渐增强，B项错误；水分子呈V形，键角为104.5°，C项错误；H—O键的键能为463kJ·mol－1，指的是断开1molH—O键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为463kJ,18gH2O即1molH2O中含2molH—O键，断开时需吸收2×463kJ的能量形成气态氢原子和气态氧原子，再进一步形成H2和O2时，还会释放出一部分能量，D项错误。

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．N—N键键能为

×946kJ·mol－1≈315.3kJ·mol－1

B．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　N≡N键由一个σ键和两个π键构成，N—N键为σ键，σ键与π键的键能不相等，A不正确；N≡N键的键长大于H—H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N≡C—C≡N，性质与Cl2相似，下列叙述正确的是（　　）

A．分子中N≡C键的键长大于C≡C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N≡C键的键长小于C≡C键的键长，A项不正确；N≡C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．（2019·宁夏石嘴山三中高三月考）下列分子或离子中键角由大到小的排列顺序是（　　）

①SO2　②NH3　③H2O　④CH4　⑤CO2

A．⑤④①②③B．⑤①④②③

C．④①②⑤③D．③②④①⑤

答案　B

解析　①SO2分子为V形结构，键角为120°；②NH3为三角锥形结构，键角为107.3°；③H2O为V形结构，键角为104.5°；④CH4为正四面体结构，键角为109.5°；⑤CO2为直线形结构，键角为180°。

所以键角的大小顺序为CO2>SO2>CH4>NH3>H2O，所以B正确。

7．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　　

键长/10－12m

149

128

121

112

键能/kJ·mol－1

z＝498

w＝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O

的键能大者键长短。

按此规律，O

中O—O键键长比O

中的长，所以键能要小。

键长由短到长的顺序为O

＜O

，键能为w>z>y>x。

题组2　键能与反应热

8．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＋3H2

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－1B．945.6kJ·mol－1

C．649kJ·mol－1D．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。

9.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N—N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。

10．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、O==O：

498，则反应P4（白磷）＋3O2===P4O6的反应热ΔH为（　　）

A．－1638kJ·mol－1B．1638kJ·mol－1

C．－126kJ·mol－1D．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3molO==O键，1molP4O6含12molP—O键，故ΔH＝（198kJ·mol－1×6＋498kJ·mol－1×3）－360kJ·mol－1×12＝－1638kJ·mol－1。

11．三硫化磷（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－1

D．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．（2019·济南高二月考）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。

13．某些化学键的键能如下表（单位：

kJ·mol－1）：

共价键

H—H

Br—Br

I—I

Cl—Cl

H—Cl

H—I

H—Br

H—F

键能

436

193

151

243

431

297

363

565

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>I2

b．I2>Br2>Cl2

预测1molH2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热。

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