高中化学选修3物质结构与性质步步高全套学案课件第二章 第一节 第2课时.docx
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高中化学选修3物质结构与性质步步高全套学案课件第二章第一节第2课时
第2课时 共价键的键参数与等电子原理
[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.知道等电子原理的含义,学会等电子体的判断和应用。
一 共价键参数
1.键能
（1）键能是气态基态原子形成1_mol化学键释放的最低能量,常用EA－B表示。
键能的单位是kJ·mol－1。
如,形成1molH—H键释放的最低能量为436.0kJ,即H—H键的键能为
436.0kJ·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
568
431.8
366
298.7
①若使2molH—Cl键断裂为气态原子,则发生的能量变化是吸收863.6_kJ的能量。
②表中共价键最难断裂的是H—F,最易断裂的是H—I。
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,即HF分子很稳定,最难分解,HI分子最不稳定,易分解。
2.键长
（1）键长是指形成共价键的两个原子之间的核间距,因此原子半径决定化学键的键长,原子半径越小,共价键的键长越短。
（2）键长与共价键的稳定性之间的关系：
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,两个共价键之间的夹角。
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立体构型。
（2）根据空间构型填写下列分子的键角
分子空间构型
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°
NH3
V形（角形）
105°
H2O
直线形
180°
CO2、CS2、CH≡CH
[归纳总结]
[活学活用]
1.下列说法中正确的是（ ）
A.分子中所含共价键键能越大,键长越短,则分子越稳定
B.只有非金属原子之间才能形成共价键
C.水分子可表示为H—O—H,分子中键角为180°
D.H—O键键能为463kJ·mol－1,即18g水分子生成H2和O2时,放出能量为（2×463）kJ
答案 A
解析 分子中所含共价键键能越大,键长越短,原子间结合力就越强,分子越稳定,所以A正确；B中有些不活泼金属与非金属形成的化学键是共价键；C中水分子中两个O—H键间的夹角小于180°,其分子结构式虽为H—O—H,但不能表示分子的真正立体构型；D中给出H—O键的键能是破坏1molH—O键所吸收的能量,在H2O分子中有两个H—O键,断开1molH2O中化学键应吸收能量（2×463）kJ。
而当H、O形成H2和O2在成键时需放出能量,故D错误。
2.实验测得四种结构相似的单质分子的键能、键长的数据如下：
A—A
B—B
C—C
D—D
键长/（10－10m）
a
0.74
c
1.98
键能/（kJ·mol－1）
193
b
151
d
已知D2分子的稳定性大于A2,则a>______；d>________；比较a、c的大小__________；比较b、d的大小__________。
答案 1.98 193 ad
解析 结构相似的单质分子中,键长越短,键能越大,分子越稳定。
二 等电子原理
1.比较N2和CO的结构、性质,填写下表空格：
分子
N2
CO
结
构
原子数
2
2
电子数
14
14
价电子数
10
10
立体构型
直线形
直线形
性
质
沸点/℃
－195.81
－191.49
熔点/℃
－210.00
－205.05
液体密度/g·cm－3
0.796
0.793
2.分析比较N2和CO的结构和性质,你能得出的结论是CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数,其性质相近。
3.等电子原理是指原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征,它们的许多性质（主要是物理性质）是相近的。
满足等电子原理的分子互称为等电子体。
[归纳总结]
1.等电子体判断方法：
原子总数相同,价电子总数相同的分子。
2.等电子体应用：
等电子体的许多性质是相近的,立体构型是相同的。
利用等电子体可以：
（1）判断一些简单分子或离子的立体构型；
（2）利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；
（3）利用等电子原理针对某物质找等电子体。
3.常见的等电子体
类型
实例
空间构型
双原子10电子的等电子体
N2、CO、NO＋、C
、CN－
直线形
三原子16电子的等电子体
CO2、CS2、N2ONO
、N
、BeCl2（g）
直线形
三原子18电子的等电子体
NO
、O3、SO2
V形
四原子24电子的等电子体
NO
、CO
、BO
、CS
、BF3、SO3（g）
平面三角形
五原子32电子的等电子体
SiF4、CCl4、BF
、SO
、PO
正四面体形
[活学活用]
3.1919年,Langmuir提出等电子原理：
原子总数相同、电子总数相同的分子,互称为等电子体。
等电子体的结构相似、物理性质相近。
（1）根据上述原理,仅由第二周期元素组成的共价分子中,互为等电子体的是________和________；________和__________。
（2）此后,等电子原理又有所发展。
例如,由短周期元素组成的微粒,只要其原子总数相同,各原子最外层电子数之和相同,也可互称为等电子体,它们也具有相似的结构特征。
在短周期元素组成的物质中,与NO
互为等电子体的分子有________、________。
答案
（1）N2 CO CO2 N2O
（2）SO2 O3
解析
（1）仅由第二周期元素组成的共价分子中,即C、N、O、F组成的共价分子,如：
N2与CO电子总数均为14,CO2与N2O电子总数均为22。
（2）依题意,只要原子总数相同,价电子总数也相同,即可互称为等电子体,NO
为三原子,其价电子总数为（5＋6×2＋1）,SO2、O3也为三原子,价电子总数均为6×3＝18。
4.依据等电子原理在下表中填出相应的化学式。
CH4
CO
C2O
NH
N2H
NO
N2
答案 （从上到下,从左到右）C2H6 NO
CO2 N2O4 CO
解析 通过对CH4和NH
的比较可知,由于C的原子序数比N的原子序数小1,所以C原子的电子数与N＋的电子数相等,因此只要C、N原子数相等且其他元素种类和原子总数相同即符合题意,不要忘了所带的电荷数。
如N2H
和C2H6。
（1）共价键的三个键参数,键长、键能可用来判断共价键的稳定性,键角可用于判断分子的立体构型。
（2）等电子体原子总数相同,价电子总数相同,但组成原子的核外电子总数不一定相同。
当堂检测
1.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
答案 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。
2.根据π键的成键特征,判断C===C键的键能和C—C键的键能的关系是（ ）
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.无法确定
答案 C
解析 根据碳碳双键中含有1个π键,由于π键电子云重叠程度小,不如σ键稳定,所以双键的键能小于单键键能的2倍,选项C正确。
3.能说明BF3分子的4个原子在同一平面的理由是（ ）
A.任意两个键之间的夹角为120°
B.B—F键为非极性共价键
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 键能、键长与分子的立体构型无关,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,选项A符合题意。
4.根据等电子原理,下列各对粒子中,立体构型相似的是（ ）
A.SO2与O3B.CO2与NO2
C.CS2与NO2D.PCl3与BF3
答案 A
解析 由题中信息可知,只要算出分子中各原子的最外层电子数之和即可判断。
B的最外层电子数为3；C的最外层电子数为4；N、P的最外层电子数为5；O、S的最外层电子数为6。
5.某些共价键的键能数据如下表（单位：
kJ·mol－1）：
共价键
键能
H—H
436
Cl—Cl
243
Br—Br
193
H—Cl
432
H—I
298
I—I
151
N≡N
946
H—O
463
H—N
393
（1）把1molCl2分解为气态原子时,需要__________（填“吸收”或“放出”）________kJ能量。
（2）由表中所列化学键形成的单质分子中,最稳定的是________,最不稳定的是________；形成的化合物分子中最稳定的是________,最不稳定的是________。
（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）吸收 243
（2）N2 I2 H2O HI
（3）－185kJ·mol－1
解析 本题主要考查键能的定义以及键能与化学键稳定性的关系。
（1）键能是指气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量,新键形成释放能量,则旧键断裂必然吸收能量,根据能量守恒定律断开1molCl—Cl键吸收的能量等于形成1molCl—Cl键释放的能量。
（2）键能越大,化学键越稳定,越不容易断裂,化学性质越稳定,因此最稳定的单质为N2,最不稳定的单质是I2,最稳定的化合物是H2O,最不稳定的化合物是HI。
（3）ΔH＝E（反应物键能之和）－E（生成物键能之和）＝（436＋243－2×432）kJ·mol－1＝
－185kJ·mol－1。
40分钟课时作业
[基础过关]
一、共价键参数及其应用
1.关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是（ ）
A.键角是描述分子立体构型的重要参数
B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关
C.键能越大,键长越长,共价化合物越稳定
D.键角的大小与键长、键能的大小无关
答案 C
解析 键能越大,键长越短,共价化合物越稳定。
2.N—H键键能的含义是（ ）
A.由N和H形成1molNH3所放出的能量
B.把1molNH3中的共价键全部拆开所吸收的能量
C.拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的能量
D.形成1个N—H键所放出的能量
答案 C
解析 N—H键的键能是指形成1molN—H键放出的能量或拆开1molN—H键所要吸收的能量,不是指形成1个N—H键释放的能量,1molNH3分子中含有3molN—H键,拆开1molNH3或形成1molNH3吸收或放出的能量应是N—H键键能的3倍。
3.根据σ键和π键的成键特征,下列关于C—C键和C===C键的叙述正确的是（ ）
A.C===C键能是C—C键能的2倍
B.C—C键长是C===C键长的2倍
C.C—C键长小于C===C键长的2倍,C===C键能小于C—C键能的2倍
D.C—C键和C===C键都是由碳原子形成的非极性键,所以二者化学性质相同
答案 C
解析 C—C键中只含有1个σ键,C===C键含有1个σ键和1个π键,σ键强度较大,较稳定；π键不如σ键牢固,比较易断裂。
4.已知N—N、N===N、N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90,而C—C、C===C、C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34。
下列有关叙述不正确的是（ ）
A.乙烯分子中σ键、π键的电子云形状对称性不同
B.乙炔分子中π键重叠程度比σ键小,易发生加成反应
C.氮分子中的N≡N键非常牢固,不易发生加成反应
D.氮气和乙炔都易在空气中点燃燃烧
答案 D
解析 由题意知,N≡N键能大于N—N键能的三倍,N===N键能大于N—N键能的两倍；而C≡C键能小于C—C键能的三倍,C===C键能小于C—C键能的两倍。
说明乙炔分子和乙烯分子中的π键不牢固,易发生加成反应,也易发生氧化反应；而氮分子中的N≡N键非常牢固,化学性质稳定,不易发生加成反应及氧化反应。
σ键的电子云形状呈轴对称,π键的电子云形状呈镜面对称。
二、键能与反应热的互求方法
5.化学反应可视为旧键的断裂和新键的形成过程。
化学键的键能是形成化学键时释放的能量。
已知白磷和P4O6的分子结构如图所示,现提供以下化学键的键能（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 反应中的键能包括：
断裂1molP4和3molO2分子中共价键吸收的能量和形成1molP4O6分子中共价键放出的能量。
由各物质的分子结构知1molP4含6molP—P键,3molO2含3molO===O键,化学反应的反应热ΔH＝反应物的总键能—生成物的总键能。
故ΔH＝（198kJ·mol－1×6＋498kJ·mol－1×3）－360kJ·mol－1×12＝－1638kJ·mol－1。
6.已知N2＋O2===2NO为吸热反应,ΔH＝＋180kJ·mol－1,其中N≡N、O===O键的键能分别为946kJ·mol－1、498kJ·mol－1,则N—O键的键能为（ ）
A.1264kJ·mol－1B.632kJ·mol－1
C.316kJ·mol－1D.1624kJ·mol－1
答案 B
解析 180kJ·mol－1＝946kJ·mol－1＋498kJ·mol－1－2EN－O,所以EN－O＝632kJ·mol－1。
7.已知H—H键能为436kJ·mol－1,H—N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 本题与热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的形成需要放出能量,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。
三、等电子原理及应用
8.与NO
互为等电子体的是（ ）
A.SO2B.BF3C.CH4D.NO2
答案 B
解析 等电子体是原子总数和价电子总数均相同的粒子,NO
的原子数是4,价电子数是24,与其相同的是BF3。
9.已知原子数和价电子数相同的离子或分子结构相似,如SO3、NO
都是平面三角形。
那么下列分子或离子中与SO
有相似结构的是（ ）
A.PCl5B.CCl4C.NF3D.N
答案 B
解析 SO
的价电子数为32个,CCl4的原子数为5,价电子数为4＋4×7＝32,故与SO
有相似结构（均为正四面体形）；PCl5分子中价电子数为5＋7×5＝40,NF3分子中价电子数为
5＋7×3＝26,N
的价电子数为5×3＋1＝16。
10.通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。
人们发现等电子体的立体构型相同,则下列有关说法中正确的是（ ）
A.CH4和NH
是等电子体,键角均为60°
B.NO
和CO
是等电子体,均为平面正三角形结构
C.H3O＋和PCl3是等电子体,均为三角锥形结构
D.B3N3H6和苯是等电子体,B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道
答案 B
解析 CH4和NH
为等电子体,都是正四面体结构,键角均为109°28′,A项不正确；NO
和CO
是等电子体,均为平面正三角形结构,B项正确；H3O＋和PCl3价电子总数不相等,不是等电子体,C项不正确；B3N3H6结构与苯相似,也存在“肩并肩”式重叠的轨道,D项不正确。
[能力提升]
11.下列结构图中“
”代表原子序数从1～10的元素的原子实（原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分）,小黑点代表未用于形成共价键的最外层电子,短线代表价键。
（示例：
）
根据各图表示的结构特点,写出上述分子的化学式：
A：
________,B：
________,C：
__________,D：
________。
答案 NH3 HCN CO（NH2）2 BF3
解析 A图显然是NH3,它是一个三角锥形分子,且N原子有一对电子未参与成键,3个价电子用于形成3个单键,而与N原子相连的原子只有一个价电子,故只可能是H原子。
B图是H—C≡N,这是因为：
第一,它是直线形分子；第二,中间一个原子成4个键,所以是C原子,左边原子只有一个价电子,故为H原子,而右边原子显然是N原子。
C图是
从图可看出,最上面的原子是O原子,它用2个价电子与C原子形成双键,成为羰基,左、右两边与C相连的显然是N原子,同理与N原子相连的两个只含1个价电子的原子显然是H原子。
D图是BF3,在1～10号元素中价电子为7的只有F原子,每个F原子各用一个价电子与中间原子形成单键,而中间一个原子只有3个价电子,应该是B原子,故该分子是平面三角形的BF3。
12.已知下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的最低能量（kJ）。
物质
能量（kJ）
Cl2
243
Br2
193
I2
151
H2
436
HF
565
HCl
431
HBr
363
HI
297
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________。
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）的反应是吸热反应还是放热反应？
________。
（4）相同条件下,X2分别与H2反应,当消耗等物质的量的氢气时,放出或吸收的热量最多的是____________。
2molCl2在一定条件下与等物质的量的H2反应,放出或吸收的热量是________kJ。
（5）若无上表中的数据,你能正确回答出问题（4）的第一问吗？
________；你的理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）A
（2）A （3）放热 （4）F2 366 （5）能 生成物越稳定,放出的热量就越多,在HX中,HF最稳定
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。
13.氮可以形成多种离子,如N3－、NH
、N
、NH
、N2H
、N2H
等,已知N2H
与N2H
是由中性分子结合质子形成的,类似于NH
因此有类似于NH
的性质。
（1）写出N2H
与碱溶液反应的离子方程式____________________________________
________________________________________________________________________。
（2）NH
的电子式为________________。
（3）N
有________个电子。
（4）写出与N
互为等电子体的物质的化学式________________（两种）。
（5）等电子体的微粒往往具有相似的结构,试预测N
的构型：
________。
答案
（1）N2H
＋2OH－===N2H4＋2H2O
（2）
（3）22 （4）N2O、CO2（其他合理答案也可） （5）直线形
解析
（1）由题给信息可知,N2H
是由N2H4与两个H＋结合而形成的,所以它与碱反应时的物质的量的比为1∶2。
（2）NH
的最外层电子可由氮最外层5个电子中的2个电子与2个氢原子形成共价键,氮再得到1个电子,从而形成NH
。
（3）N
是由3个氮原子结合后再得到1个电子而形成,所以应该有22个电子。
（4）与N
等电子体的物质应该也是由3个原子组成,且电子数为22,或是最外层电子数为16的粒子,如N2O、CO2等。
（5）由N
与CO2是等电子体,所以类比CO2可得N
应是直线形的构型。
14.a、b、c、d为四种由短周期元素构成的中性粒子,它们都有14个电子,且都是共价形分子。
回答下列问题：
（1）a是单核分子,a单质可用作半导体材料,a原子核外电子排布式为____________________。
（2）b是双核化合物,常温下为无色无味气体。
b的化学式为________。
人一旦吸入b气体后,就易引起中毒,是因为____________________________________________________________而中毒。
（3）c是双核单质,写出其电子式____________________________________________。
c分子中所含共价键的类型为____________（填“极性键”或“非极性键”）。
c单质常温下性质稳定,不易起反应,原因是______________________________________________。
（4）d是四核化合物,其结构式为____________________________________________；
d分子内所含共价键有________个σ键,________个π键；σ键与π键的强度大小关系为σ______π（填“>”、“<”或“＝”）,原因是________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）1s22s22p63s23p2
（2）CO CO一旦被吸入肺里后,会与血液中的血红蛋白结合,使血红蛋白丧失输送氧气的能力 （3）
N⋮⋮N
非极性键 N2分子中的共价三键键能很大,共价键很牢固
（4）H—C≡C—H 3 2 > 形成σ键的原子轨道的重叠程度比π键的重叠程度大,形成的共价键强
解析 本题考查关于共价键的综合知识。
由题
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