第二章分子结构与性质第一节共价键第2课时 共价键的键参数 等电子原理(导学案)
第2课时共价键的键参数等电子原理▍课标要求▍
能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。
要点一键参数——键能、键长与键角
1．键参数
概念意义
键能气态基态原子形成1 mol化学键的键能越大，键越，越不
易
键长形成共价键的两个原子之间的
键长越短，键能，键
越
键角两个共价键之间的夹角
表明共价键有，决定分
子的空间构型
思考1：如何比较不同分子中相同类型共价键的键能的大小？
要点二等电子原理
思考2：根据所学知识和等电子原理，试举出几种等电子体。
考点一键参数意义及应用
1．键能的应用
(1)判断共价键的稳定性。共价键的键能越大，共价键越牢固。原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，体系能量降低越多，释放能量越多。
(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)判断物质反应活性的大小。H—F键、O—H键、N—H键的键能依次是568 kJ/mol、
462.8 kJ/mol、390.8 kJ/mol，N—H键、O—H键、H—F键键能依次增大，形成这些键时放出的能量依次增多，化学键稳定性依次增强，所以N2、O2、F2与H2的反应的难易程度为由难到易。
(4)利用键能计算反应热。键能与反应热的关系为ΔH＝E(反应物总键能)－E(生成物总键能)。若反应物总键能>生成物总键能即ΔH>0，则反应吸热；若反应物总键能<生成物总键能即ΔH<0，则反应放热。
2．键长的影响因素及意义
(1)影响因素
影响共价键键长的因素是成键原子的半径。原子半径越小，键长越短。例如，H—H键的键长是0.74×10－10m，Cl—Cl键的键长是1.98×10－10m。
(2)意义
一般来说，形成共价键的键长越短，则键能越大，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。如HF、HCl、HBr、HI中，H—F键、H—Cl键、H—Br键、H—I键的键长逐渐增大，键的稳定性逐渐减弱，从HF、HCl、HBr到HI，分子越来越不稳定；无氧酸水溶液酸性：HF 3．键角的意义 键角可以反映分子的空间构型，是描述分子立体结构的重要参数。一般来说，如果知道单个分子的键角和键长的数据，就可以确定该分子的立体构型及其他一些性质。 【例题1】从实验测得不同物质中氧氧键的键长和键能数据(如表)。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 B．键长越长，键能越小 C．成键所用的电子数越少，键能越大 D．成键时电子对越偏移，键能越大 【变式1】表格中为某些化学键的键能(单位：kJ·mol－1)。 A．HCl B．HBr C．HI D．HF (2)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，生成2 mol HCl气体，放出能量________kJ。 (3)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，若消耗等物质的量的氢气时，放出热量最多的是________。推测 1 mol H2在足量F2中燃烧比在足量Cl2中燃烧放热________(填“多”或“少”)。 几种常见分子或离子的立体构型及键角 分子立体构型键角实例 109°28′CH4、CCl4、NH＋4 正四面体形 60°白磷(P4) 平面形120°苯、乙烯、SO3、BF3等 三角锥形107°NH3 V形(三角形)105°H2O 考点二等电子原理及其应用 1．等电子体 常见的等电子体(推广到离子)类型与典型微粒 类型实例 二原子10电子的等电子体N2、CO、NO＋、C2－2、CN－ 三原子16电子的等电子体SCN－、CO2、CS2、N2O、NO＋2、N－3、BeCl2(g) 三原子18电子的等电子体NO－2、O3、SO2 四原子24电子的等电子体NO－3、CO2－3、SiO2－3、BF3、SO3(g) 五原子32电子的等电子体SiF4、CCl4、BF－4、SO2－4、PO3－4 2． (1)利用等电子原理，针对某些物质判断或寻找等电子体。 (2)等电子体的许多性质相似、空间构型相同，故可用来预测分子的性质和空间构型。 (3)利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。 【例题2】(1)根据等电子体原理，CO分子的结构式为________。 (2)与OH－互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。 (3)CaC2中C2－2与O2＋2互为等电子体，O2＋2的电子式可表示为________；1 mol O2＋2中含有的π键数目为________。 (4)已知CO2为直线形结构，SO3为平面正三角形结构，NF3为三角锥形结构，COS、CO2－3、PCl3的空间结构分别为________、________、________。 【变式2】等电子体是指原子总数相同、价电子总数也相同的微粒。下列两种微粒不互为等电子体的是() A．N2O和CO2B．O3和NO－2 C ．CH 4和NH ＋ 4 D ．OH －和NH － 2 确定等电子体的3种方法 (1)一“进”一“退”：把粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n 和减少n (n ＝ 1,2……)的原子，如N 2和CO 、N －3 和CNO －互为等电子体。 (2)原子变离子：把粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n 的元素的带n 个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N 2O 和N －3互为等电子体。 (3)同主族元素代换：可将粒子中的原子换成同主族元素的原子，如O 3和SO 2互为等电子体。 考点三 共价键的键能与反应热之间的关系 【例题3】 已知： P 4(g)＋6Cl 2(g)===4PCl 3(g) ΔH ＝a kJ·mol － 1， P 4(g)＋10Cl 2(g)===4PCl 5(g) ΔH ＝b kJ·mol －1， P 4具有正四面体结构，PCl 5中P—Cl 键的键能为c kJ·mol － 1，PCl 3中P—Cl 键的键能为1.2c kJ·mol － 1。下列叙述正确的是( ) A ．P—P 键的键能大于P—Cl 键的键能 B ．可求Cl 2(g)＋PCl 3(g)===PCl 5(s)的反应热ΔH C ．Cl—Cl 键的键能为b －a ＋5.6c 4 kJ·mol － 1 D ．P—P 键的键能为5a －3b ＋12c 8 kJ·mol － 1 【变式3】 F 2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，例如ClF 3、BrF 3等。已知反应Cl 2(g)＋3F 2(g)===2ClF 3(g) ΔH ＝－313 kJ·mol － 1，F—F 键的键能为159 kJ·mol － 1，Cl—Cl 键的键能为242 kJ·mol － 1，则ClF 3中Cl—F 键的平均键能为________kJ·mol － 1。 ▍小结必背▍ 1．键长越短，键能越大，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。键角决定分子的空间构型，共价键具有方向性和饱和性。 2．原子总数相同，价电子总数相同的等电子体，具有相似的化学键特征和相近的化学性质。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)键角是描述分子立体结构的重要参数。() (2)键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关。() (3)键能越大，键长越长，共价化合物越稳定。() (4)键角的大小与键长、键能的大小无关。() 2．(键参数)三氯化磷分子的立体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的叙述不正确的是() A．PCl3分子中三个共价键的键长、键角都相等 B．PCl3分子中的P—Cl键属于σ键 C．PCl3分子中三个共价键的键能、键角均相等 D．PCl3分子中三个共价键的键角均为120° 3．(键能计算ΔH)已知NN键的键能是a kJ·mol－1，H—H键的键能是b kJ·mol－1，N—H键的键能是c kJ·mol－1，则N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)的ΔH为() A．(3c－a－b) kJ·mol－1B．(a＋b－3c) kJ·mol－1 C．(a＋3b－2c) kJ·mol－1D．(a＋3b－6c) kJ·mol－1 4．(键参数应用与等电子原理)(1)CH＋3、CH3、CH－3都是重要的有机反应中间体，它们的电子式分别是________、________、________；其中CH＋3中四个原子是共平面的，三个键角相等，则键角应是________。 (2)叠氮化合物在化学工业上有重要应用。N－3叫做叠氮离子，请写出3种由三个原子构成的含有与N－3的电子数相同的粒子的化学式________、________、________。 (3)N≡N键的键能为946 kJ/mol，N—N键的键能为193 kJ/mol，经过计算可知N2中的________键比________键稳定。(填“σ”或“π”) [基础训练] 1．N－H键键能的含义是() 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6.02×1023个N－H键所吸收的能量 D．形成1个N－H键所放出的能量 2．根据等电子原理，等电子体之间结构相似、物理性质也相近。以下各组粒子不能互称为等电子体的是() A．CO和N2B．O3和SO2 C．CO2和N2O D．N2H4和C2H4 3．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，则释放能量 D．键能、键长只能定性地分析化学键的强弱 4．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．CH4、CCl4中键长相等，键角不同 D．双原子分子中化学键键角越大，分子越牢固 5．根据π键的成键特征判断C===C键的键能是C—C键的键能的() A．2倍B．大于2倍 C．小于2倍D．无法确定 6．已知原子总数和价电子总数相同的离子或分子结构相似，如SO3、NO－3都是平面三角形。那么下列分子或离子中与SO2－4具有相似结构的是() A．PCl5B．CCl4 C．NF3D．N－3 7．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 8．等电子体的微粒往往具有相似的结构，下列说法正确的是() A．BF3的空间构型为平面三角形，则NF3的空间构型为平面三角形 B．1 mol CO中含有的π键为2N A C．N－3的空间构型为V形 D．ClO－3是NO－3的等电子体，其空间构型为平面三角形 9．实验测得四种结构相似的单质分子的键能、键长数据如表： 已知D22________；比较b、d的大小：________。 10．氮可以形成多种离子，如N3－、NH－2、N－3、NH＋4、N2H＋5、N2H2＋6等，已知N2H＋5与N2H2＋6是由中性分子结合质子形成的，类似于NH＋4，因此有类似于NH＋4的性质。 (1)N－3有________个电子。 (2)与N－3互为等电子体的物质有________________(用化学式表示，至少写两种)。 [能力提升] 11．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．－1 638 kJ·mol－1B．＋1 638 kJ·mol－1 C．－126 kJ·mol－1D．＋126 kJ·mol－1 12．六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 13．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，氧气中1 mol O===O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H—H 键断裂时吸收热量为() A．920 kJ B．557 kJ C．436 kJ D．188 kJ 14．N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，下列说法不正确的是() A．N2与CO中都含有叁键 B．CO与N2中的π键并不完全相同 C．N2与CO互为等电子体 D．N2与CO的化学性质相同 15．碳和硅的有关化学键键能如表所示，简要分析和解释下列有关事实： 化学键C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O 键能/(kJ·mol－1)356413336226318452 ________________________________________________________________________。 (2)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是________________________。16．有A、B、C、D、E、F六种元素，已知： ①它们位于三个不同的短周期，核电荷数依次增大。 ②E元素的电离能数据如表(kJ·mol－1)： ③B与F同主族。 ④A、E分别都能与D按原子个数比为1：1或2：1形成化合物。 ⑤B、C分别都能与D按原子个数比为1：1或1：2形成化合物。 请回答下列问题： (1)写出只含有A、B、D、E四种元素的两种盐的化学式：________、________。 (2)1个B2A2分子中存在________个σ键，________个π键。 (3)人们通常把拆开1 mol 某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能，键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以用于计算化学反应的反应热(ΔH)，化学反应的反应热等于反应物的键能之和与生成物的键能之和的差，表中列出了上述部分元素形成的化学键的键能： 745 a．B与D形成的稳定化合物 b．F的单质 c．F与D形成的化合物