1、第2课时共价键的键参数学习要求知道键能、键长、键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。素养目标认识微观粒子间的相互作用与物质性质的关系，发展宏观辨识与微观探析的核心素养。 知 识 梳 理一、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AB键的键能。(2)表示方法：EAB(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：kJmol1。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、2)常见分子的键角及分子空间构型：分子键角空间构型CO2(C=O)180直线形H2O(HO) 104.5V形NH3(NH) 107.3三角锥形CH4(CH)109.5正四面体形二、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HE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
3、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。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。自 我 检 测1判断正误，正确的打“”；错误的打“”。(1)键长越短，键能一定越大。()(2)等电子体并不都是电中性的。()(3)双原子分子中化学键键能越大，分子越牢固。()(4)双原子分子中化学键键长越长，分子越牢固。()(5)双原子分子中化学键键角越大，分子越牢固。()(6)同一分子中，键与键的原子轨道重叠程度一样多，只是重叠的
4、方向不同。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2关于键长、键能和键角，下列说法中错误的是()A键角是描述分子立体结构的重要参数B键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关CC=C键等于CC键键能的2倍D因为OH键的键能小于HF键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐增强答案C解析键角是描述分子立体结构的重要参数，如H2O中两个HO键的键角为105，故H2O为V形分子，A项正确；键长的大小与成键原子的半径有关，如Cl的原子半径小于I的原子半径，ClCl键的键长小于II键的键长，此外，键长还和成键数目有关，如乙烯分子中C=C键的键长比乙炔分子中CC键的键长要大，B项正确；C=C键的键能为
5、615 kJmol1，CC键的键能为347.7 kJmol1，二者不是2倍的关系，C项错误；OH键的键能为462.8 kJmol1，HF键的键能为568 kJmol1，OH键与HF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跟H2反应的能力依次增强，D项正确。3由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，空间结构相似的是()ASO2与O3BCO2与NO2CCS2与NO2DPCl3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
6、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；F、Cl的最外层电子数为7。学习任务、共价键参数与分子的性质【深度思考】1半径越小，键能越大吗？提示不一定。FF的键能为157 kJ/mol，ClCl的键能为242.7 kJ/mol，说明，半径越小，键能不一定越大。2非金属性越强，单质的键能一定越大吗？提示不一定。例如：F2、Cl2、Br2、I2的键能依次为157 kJ/mol、242.7 kJ/mol、193.7 kJ/mol、152.7 kJ/mol。【名师点拨】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
7、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，破坏共价键消耗的能量越多。(3)由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。(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。特别提醒由分子构成的物质，其熔、沸点与共价键的键能和键长无关。而分子的稳定性，由键长和键能共同决定。【典例】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：化学键CCCHCOSiSiSiHSiO356413336226318452回答下列问题：(1)通常条件下，比较CH4
8、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CH键的键能大于SiH键的键能，所以CH4比SiH4稳定。(2)CC键和CH键的键能比SiH键和SiSi键的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中SiSi键和SiH键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。(3)CH键的键能大于CO键的，CH键比CO键稳定，而Si的键能却远小于SiO键的，所以SiH键不稳定而倾向于形成稳定性更强的SiO键。答案(1)CH4比SiH4稳定(2)CC键和CH键较强，所形成的烷烃稳定，而
9、硅烷中SiSi键和SiH键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成(3)CH键的键能大于CO键，CH键比CO键稳定，而SiH的键能却远小于SiO键，所以SiH键不稳定而倾向于形成稳定性更强的SiO键【变式训练1】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()APCl3分子中PCl三个共价键的键长、键角都相等BPCl3分子中PCl三个共价键键能、键角均相等CPCl3分子中的PCl键属于极性共价键DPCl3分子中PCl键的三个键角都是100.1 ，键长相等答案D解析PCl3分子是由PCl极性键构成的极性分子，其结构类似于NH3。【变式训练2
10、】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DHCl的键能为431.8 kJmol1，HI的键能为298.7 kJmol1，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半径和共用电子对数，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。1下列分子最难断裂为原子的是( )AHClBHI CH2SDPH3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
11、负性最大，所以HCl最难断裂为原子。2下列事实不能用键能的大小来解释的是( )AN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CHF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱DF2比O2更容易与H2反应答案B解析由于N2分子中存在，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HF的键能大于HO，所以更容易生成HF。3已知1 g H2(g)完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且O2(g)中1 mol O=O键完全断裂
12、时吸收热量496 kJ，H2O(g)中1 mol HO键形成时放出热量463 kJ，则H2(g)中1 mol HO键断裂时吸收热量为( )A920 kJB557 kJ C436 kJD188 kJ答案C解析因为1 g H2(g)完全燃烧生成H2O(g)时放出热量121 kJ，所以1 mol H2(g)与 mol O2(g)完全燃烧生成1 mol H2O(g)时放出热量242 kJ。即H2(g)O2(g)=H2O(g)H242 kJmol1。所发生键的变化为断裂1 mol HH键和mol 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496 kJQHH，形成新键释放的能量为
13、2463 kJ926 kJ，所以926 kJ(496 kJQHH)242 kJ，解得QHH436 kJ。4已知原子总数相同、价电子总数相等的微粒称为等电子体，等电子体的结构相似。据此回答下列问题：(1)SCN、NO的价电子总数都是16，因此它们的结构与第二周期中的两种元素组成的_分子的结构相似，该分子呈_形。(2)CO、NO等微粒具有相同的通式AX3，且价电子总数都是_，因此它们的结构与由A族的两种元素组成的_分子的结构相似，呈_形。答案(1)CO2或N2O直线(2)24SO3平面三角解析根据等电子体的概念及常见等电子体即可回答问题。5根据等电子原理，回答下列问题。(1)CO分子的结构式为_。
14、(2)已知反应CaC22H2OCa(OH)2。CaC2中C与O互为等电子体，O的电子式可表示为_；1 mol O中含有的键的数目为_。(3)二氧化钛(TiO2)是常用的、具有较高催化活性和稳定性的光催化剂，常用于污水处理。O2在其催化作用下，可将CN氧化成CNO，进而得到N2。写出一种与CN互为等电子体的单质分子的结构式_，根据等电子原理写出CO、HCN分子的结构式_、_。与CNO互为等电子体的分子、离子化学式分别为_、_(各写一种)。CNO的空间构型为_，CNO中键与键的个数比为_。答案(1)CO(2)OO22NA个(3)NNCOHCNCO2(或N2O、CS2、BeCl2等)N直线形11解析
15、根据等电子原理、原子总数、价电子总数相同的分子或离子具有相似的结构特征和许多相近的性质来回答问题。(1)CO与N2互为等电子体，故CO结构式为CO。(2)由CaC2与H2O反应的产物CHCH，可推知CaC2中存在C，其电子式为CC2，结构式为CC2，故C的等电子体O的电子式为OO2，结构式为OO2，1个OO键中含有1个键和2个键，所以1 mol O中含有2NA个键。(3)用O原子替换CN中的N原子，同时减少1个负电荷，用N原子替换CN中的C原子，同时减少1个负电荷，分别得到CN的两种等电子体CO和N2。根据等电子体原理可推知CO和CN的结构式分别为CO，CN，则HCN的结构式为HCN。用O原子
16、替换CNO中的N原子同时要去掉1个负电荷可得CNO的等电子体CO2，用S替换CO2中的O原子得等电子体CS2，CO与N2互为等电子体，用N2替换CNO中的CO可得等电子体N，用N原子替换CNO中的C原子同时要去掉1个负电荷得其等电子体N2O，CO2的结构式为O=O=C=O，所以CNO的结构式为N=C=O，空间构型为直线形，键与键的数目比为2211。课时作业基础练1下列分子中键角最大的是( )ACH4BNH3CH2ODCO2答案D解析CH4分子为正四面体结构，键角为109.5，NH3分子为三角锥形，键角为107.3，H2O分子为V形，键角为104.5，CO2为直线形分子，键角为180。2下列说法
17、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HOH，分子中键角为180DHO键键能为467 kJmol1，即18 g水分子生成H2和O2时，放出能量为(2467) 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，A正确；有些不活泼金属与非金属形成的化学键是共价键，B不正确；水分子中两个OH 键间的夹角小于180，其分子结构式虽为HOH，但不能表示分子的真正空间构型，C不正确；HO键的键能是破坏1 mol HO键所吸收的能量，在H2O分子中有两个HO键，断开1 mol H2O中化学键应吸收能
18、量(2467) kJ，而生成H2和O2，成键时需放出能量，反应热与吸收能量总和和放出能量总和有关，故D不正确。3已知N2(g)O2(g)=2NO(g)H180 kJmol1，其中NN、O=O键的键能分别为946 kJmol1、498 kJmol1，则NO分子中键的键能为( )A1 264 kJmol1B632 kJmol1C316 kJmol1D1 624 kJmol1答案B解析设NO中分子键能为E，946 kJmol1498 kJmol12E180 kJmol1，所以E632 kJmol1。4下列说法正确的是()A键角越大，该分子越稳定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
19、CH4、CCl4中键长相等，键角不同DC=C键的键能是CC键的2倍答案B解析A项，键角是决定分子空间构型的参数，与分子的稳定性无关；C项，CH4、CCl4中CH键键长小于CCl键键长，键角均为109.5；D项，C=C键由键和键组成，CC键为键，故C=C键的键能小于CC键键能的2倍。5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解析共价分子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
20、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(945 kJmol1)比O2分子中共价键的键能(497.3 kJmol1)大，在化学反应中更难断裂。6从实验测得不同物质中氧氧之间的键长和键能的数据：OO键数据OOO2O键长/1012m149128121112键能/kJmol1xyz498w628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wzyx；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
21、O键长比O中的长，所以键能要小。按键长(OO)由短到长的顺序为OO2zyx。7下列有关化学键知识的比较肯定错误的是()A键能：CNC=NCNB键长：IIBrBrClClC分子中的键角：H2OCO2D相同元素原子间形成的共价键键能：键键答案C解析C、N原子间形成的化学键，三键键能最大，单键键能最小，A正确；原子半径：IBrCl，则键长：IIBrBrClCl，B正确；H2O分子中键角是105，CO2分子中键角是180，C错误；相同元素原子之间形成的键的键能比键的大，D正确。8已知HH键能为436 kJmol1，HN键能为391 kJmol1，1 mol N2与足量H2反应放出的热量为92.4 kJ
22、mol1，则NN键的键能是( )A431 kJmol1B945.6 kJmol1C649 kJmol1D896 kJmol1答案B解析该反应的热化学方程式为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1，NN、HH的断裂需要吸收能量，而NH的形成要放出能量，根据能量守恒可得如下关系式：ENN436 kJmol13391 kJmol1692.4 kJmol1，解得ENN945.6 kJmol1。9.意大利罗马大学的Fulvio Cacace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1 mol NN键吸收167 kJ热量，生成1 mol NN键放出942
23、kJ热量，根据以上信息和数据，判断下列说法正确的是 ()AN4属于一种新型的化合物BN4分子中存在非极性键CN4分子中NN键角为109.5D1 mol N4转变成N2将吸收882 kJ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项不正确；N4是正四面体结构，键角为60，C项不正确；1 mol N4转变为N2放出的热量为2942 kJ6167 kJ882 kJ。10有关物质结构的下列说法中正确的是()A碘升华时破坏了共价键B含极性键的共价化合物一定是电解质C氯化钠固体中的离子键在溶于水时被破坏DHF的分子间作用力大于HCl，故HF比HCl更稳定答案C解析A
24、项，碘升华破坏分子间作用力；B项，含极性键的共价化合物不一定是电解质，如CH4；D项，分子的稳定性是由键能和键长决定的。11氮是地球上极为丰富的元素。(1)Li3N晶体中氮以N3形式存在，基态N3的电子排布式为_。(2)NH3为三角锥形分子，NH键键能的含义是_(填字母)。A由N和H形成1 mol NH3所放出的能量B把1 mol NH3中的共价键全部拆开所吸收的能量C拆开约6.021023个NH键所吸收的能量D形成1个NH键所放出的能量(3)NN的键能为945 kJmol1，NN单键的键能为247 kJmol1，计算说明N2中的_(填“”或“”，下同)键比_键稳定。(4)计算反应3Cl22N
25、H3=N26HCl(ENH391 kJmol1，EHCl432 kJmol1，EClCl243 kJmol1，ENN945 kJmol1)的反应热H_kJmol1。(5)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)H313 kJmol1，FF键的键能为159 kJmol1，ClCl键的键能为242 kJmol1，则ClF3中ClF键的平均键能为_ kJmol1。答案(1)1s22s22p6(2)C(3)(4)462(5)172解析(1)由Li3N晶体中氮以N3形式存在，则N3的最外层应达到8电子，即电子排布式为1s22
26、s22p6。(2)NH键的键能是指形成1 mol NH键放出的能量或拆开1 mol NH键所吸收的能量，不是指形成1个NH键释放的能量。1 mol NH3分子中含有3 mol NH键，拆开1 mol NH3或形成1 mol NH3吸收或放出的能量应是NH键键能的3倍。(3)NN中有两个键和一个键，而NN键为键，键能为247 kJmol1，由NN的键能为945 kJmol1，则键键能为349 kJmol1。(4)H3EClCl6ENHENN6EHCl3243 kJmol16391 kJmol1945 kJmol16432 kJmol1462 kJmol1。(5)设ClF键的平均键能为x，H反应物
27、的键能总和生成物的键能总和242 kJmol1159 kJmol136x313 kJmol1，则x172 kJmol1。12元素A的基态原子占据哑铃形原子轨道的电子总数为2，元素B与A同周期，其基态原子占据s轨道的电子数与p轨道相同；C是A的同族相邻元素，电负性小于A；D是B的同族相邻元素，第一电离能小于B。(1)化合物CA和DB2的晶体熔点较高的是_(填化学式)。(2)AD2分子的空间构型为_。(3)A、B和C的成键情况如下：ABA=BCBC=B键能/kJmol1360803464640A和B之间易形成含有双键的AB2分子，而C和B之间则易形成含有单键的CB2，请结合数据分析其原因为_。答案
28、(1)SiC(2)直线形(3)碳和氧之间形成含有双键的分子放出的能量(803 kJmol121 606 kJmol1)大于形成含单键的分子放出的能量(360 kJmol141 440 kJmol1)，所以二氧化碳易形成含有双键的分子；氧和硅之间形成含有双键的原子晶体放出的能量(640 kJmol121 280 kJmol1)小于形成含单键的原子晶体放出的能量(464 kJmol141 856 kJmol1)，所以C和B之间易形成含有单键的SiO2解析A基态原子的电子排布式为1s22s22p2为C元素；B基态原子的电子排布式为1s22s22p4为O元素，C为Si，D为S。素养练13某些化学键的键
29、能如下表(kJmol1)键HHBrBrIIClClHClHIHBrHF键能436193151243431297363565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)。AH2BCl2 CBr2DI2(2)下列氢化物中，最稳定的是_。AHFBHCl CHBrDHI(3)X2H2=2HX(X代表F、Cl、Br、I，下同)的反应是_(填“吸热”或“ 放热”)反应。(4)1 mol Cl2在一定条件下与等物质的量的H2反应，放出的热量是_kJ。相同条件下，X2分别与H2反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出的热量最多的是_。(5)已知反应2HI(g)=I2(g)H2(g)
30、H7 kJmol1，1 mol H2(g)分子中的化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量，1 mol HI(g)分子中的化学键断裂时需要吸收的能量为_ kJ。答案(1)A(2)A(3)放热(4)183F2(5)297解析(1)和(2)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。(3)和(4)，放出的热量反应物的总键能生成物的总键能。(5)设1 mol HI(g)分子中化学键断裂吸收的能量为x，则2x436 kJ151 kJ7 kJ，x297 kJ。14X、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：元素相关信息XX的基态原子核外3个能
31、级上有电子，且每个能级上的电子数相等Y常温常压下，Y单质是淡黄色固体，常在火山口附近沉积ZZ和Y同周期，Z的电负性大于YWW的一种核素的质量数为63，中子数为34(1)Y位于元素周期表第_周期第_族，Y和Z的最高价氧化物对应的水化物的酸性较强的是_(写化学式)。(2)XY2是一种常用的溶剂，XY2的分子中存在_个键。在HY和HZ两种共价键中，键的极性较强的是_，键长较长的是_。(3)W的基态原子核外电子排布式是_。答案(1)3AHClO4(2)2HClHS(3)1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1解析由题给信息推出X元素基态原子的电子排布式：1s22s22p2，为碳元素；Y为硫元素；Z为氯元素；W为铜元素。(1)硫元素位于元素周期表第3周期第A族。(2)XY2为CS2，结构式为S=C=S，存在2个键；HY为HS键，HZ键为HCl键，S元素的非金属性弱于Cl元素，原子半径SCl，所以键的极性较强的是HCl键，键长较长的为HS键。(3)Cu原子的核外电子数为29，3d轨道全充满状态比较稳定，故基态原子核外电子排布式为Ar3d104s1。
