1、第2课时 键参数键能、键长与键角 1.通过认识共价键的键能、键长和键角,从微观角度模型 化解释分子的空间结构。 2.结合共价键的键长、键能和键角等数据,理解分子的性 质与键参数的关系,培养证据推理与模型认知的核心素养。 3.掌握用共价键的强弱解释物质稳定性的方法。 目标导航 课前初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 1.甲烷分子为正四面体结构,键角是10928。 2.F、Cl、Br、I原子半径逐渐增大,F2、Cl2、Br2、I2与氢气反应越 来越难,HF、HI、HBr、HI的稳定性逐渐减弱。 课前初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 1.键参数键能、键长与键角 (1)键能。 键能是气态分子中断裂1
2、 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。 键能可用于估算化学反应的热效应,如HH键、FF键、HF键 的键能分别为436 kJ mol-1、157 kJ mol-1、568 kJ mol-1,则H2与F2 反应是放热反应(填“放热”或“吸热”)。 (2)键长。 键长是指形成共价键的两个原子之间的核间距。化学键的键长与 键能是相关的。例如,CC键、C=C键、CC键的键长分别为154 pm、133 pm、120 pm,键长越来越小,它们的键能分别为347.7 kJ mol-1、615 kJ mol-1和812 kJ mol-1,越来越大。 课前初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 (3)键角。 键角
3、是指在多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角。如CO2的 结构式为 ,键角为180,是一种直线形分子;H2O分子 中的HOH键角是105,是一种V形(或称角形)分子。多原子分 子中的键角一定,表明共价键具有方向性。 键长和键角的数值可以通过晶体的X射线衍射实验获得。 课前初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 2.键参数的应用 (1)分子的热稳定性。 参照教材37页表2-1中的键能数据。计算1 mol H2分别与1 mol Cl2、 1 mol Br2(蒸气)反应生成2 mol HCl和2 mol HBr时,分别放出(填“放 出”或“吸收”)184.9 kJ和放出(填“放出”或“吸收”)102.3
4、 kJ的热量。 则2 mol HBr分解需要吸收的能量比2 mol HCl低(填“高”或“低”),故 HBr更易分解。 (2)反应能力比较。 N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强,其原因是NN键、O=O键、 FF键的键能依次为946 kJ mol-1、497.3 kJ mol-1、157 kJ mol-1,键 能越来越小,共价键越来越容易断裂。 (3)键长越小,键能越大,分子的化学性质越不活泼(填“越活泼”或“越 不活泼”)。 课前初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 【微思考】根据元素周期律可知,NH3的稳定性强于PH3,你能利用 键参数进行解释吗? 提示:N原子的半径比P原子的半径小,故
5、键长NH键比PH键小, 则NH键的键能比PH键的键能大,NH键更难被破坏,NH3更 难分解。 课前初探 知识铺垫 必备知识 正误判断 1.键角是描述分子空间结构的重要参数。 ( ) 2.键长是成键两原子半径的和。( ) 3.C=C键的键能等于CC键键能的2倍。( ) 4.键长越小,键能一定越大,分子就一定越稳定。( ) 5.因为OH键的键能小于HF键的键能,所以O2、F2与H2反应的 能力依次减弱。( ) 答案:1. 2. 3. 4. 5. 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 键参数的应用键参数的应用 问题探究 根据下图所示回答相关问题。 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 (1)根据上图判断
6、H2与Cl2反应生成HCl是放热反应还是吸热反应? 如何利用键能计算反应的反应热H? 提示:反应中断裂旧键吸收436.0 kJ+242.7 kJ=678.7 kJ热量,形成新 键放出431.8 kJ mol-12 mol=863.6 kJ热量,放热值大于吸热值,故 该反应是放热反应。 H=反应物总键能-生成物总键能 (2)根据元素周期律可知,HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强,请 利用键参数加以解释。 提示:键长HFHClHBrHClH BrHI,故HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强。 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 (3)一般来说,键长越短,键能越大。但FF键键长(141
7、 pm)比ClCl 键键长(198 pm)小,而FF键键能(157 kJ mol-1)却比ClCl键键能 (242.7 kJ mol-1)小,为什么? 提示:氟原子的半径小导致FF键键长小,由于键长小,两个氟原子 形成共价键时,原子核之间的距离较小,两原子核之间排斥力较大, 导致FF键键能不大,F2的稳定性较差,容易与其他物质发生反应。 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 深化拓展 1.共价键键参数的应用 (1)键能的应用。 表示共价键的强弱。 键能越大,断开化学键需要吸收的能量越多,化学键越稳定。 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。 判断化学反应中的能量变化
8、。 在化学反应中,断裂旧化学键吸收能量,形成新化学键释放能量,因 此反应焓变与键能的关系为H=反应物键能总和-生成物键能总和。 H0时,为吸热反应。 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 (2)键长的应用。 键长越小,一般键能越大,共价键越稳定,含该共价键的分子越稳 定。 键长的比较方法。 a.根据成键原子的原子半径比较。同类型的共价键,成键原子的原 子半径越小,键长越小。 b.根据共用电子对数比较,相同的两个原子间形成共价键时,单键键 长双键键长三键键长。 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 (3)键角的应用。 键长和键角决定分子的空间结构。 常见分子中的键角与分子空间结构。 化学式 结构式
9、键角 空间结构 CO2 180 直线形 NH3 107 三角锥形 H2O 105 V 形 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 化学式 结构式 键角 空间结构 BF3 120 平面三角形 CH4 10928 正四面体形 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 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,两 原子间共用电子对数越多,则一般共价键越牢固,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:共价键的键长越小,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
10、电负性越大,该元素的原子对共用电子对 的吸引力越大,形成的共价键一般越稳定。 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大小决定。 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 素能应用 典例有关碳和硅的共价键键能如下表所示: 简要分析和解释下列有关事实。 (1)比较通常条件下,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,硅更易生成氧化物,原因是 。 共价键 CC CH CO SiSi SiH SiO 348 413 351 226 318 452
11、 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 答案:(1)CH4比SiH4稳定 (2)CC键和CH键键能较大,所形成的烷烃较稳定,而硅烷中Si Si键和SiH键的键能较小,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 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 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键的键能较小,易断裂,导 致长链硅烷难以生成。
12、(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键的,所以Si倾向于形成稳定性更强的SiO键。 规律总结 (1)键长越小,键能越大,共价键越稳定,共价分子的性质也 就越稳定。 (2)键长和键角决定分子的空间结构。 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 变式训练1关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是( ) A.键角是描述分子空间结构的重要参数 B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关 C.键能越大,键长越大,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:键角是描述分子空间结构的重要参数,如CO2分子中的2个 C=O键的键角为180,
13、故分子为直线形分子,A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;键长还和成键数目有关,成键数目越多, 键长越小,B正确。键能越大,键长越小,共价键越强,共价化合物越 稳定,故C错误。键角的大小取决于成键原子轨道的夹角,D正确。 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 变式训练2下列说法正确的是( ) A.分子中键能越大,表示分子拥有的能量越高,共价键越难断裂 B.分子中键长越大,表示成键原子轨道重叠越多,键越牢固 C.形成化学键的过程是一个吸收能量的过程 D.形成化学键的过程是一个放出能量的过程 答案:D 解析:键能越大,表示破坏
14、该键需要的能量越多,并不是分子拥有的 能量越高;键长越大,表示成键的两原子的核间距越大,分子越不稳 定;化学键的形成是原子由高能量状态向稳定状态(低能量状态)转 变的过程,所以是一个放热过程。 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 1.可以反映共价键强弱的物理量是( ) A.键能 B.键能、键长 C.键能、键长、键角 D.键长、键角 答案:B 2.从键长的角度判断,下列共价键中最稳定的是( ) A.HF B.NH C.CH D.SH 答案:A 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 3.NH键键能的含义是( ) A.由N和H形成1 mol NH3所放出的能量 B.
15、把1 mol NH3中的共价键全部拆开所吸收的热量 C.拆开约6.021023个NH键所吸收的热量 D.形成1个NH键所放出的热量 答案:C 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 4.(双选)氰气的分子式为(CN)2,结构式为NCCN,性质与卤素 单质相似。下列叙述正确的是( ) A.分子中各原子的最外层均满足8电子结构 B.分子中NC键的键长大于CC键的键长 C.分子中含有2个键和4个键 D.能和氢氧化钠溶液发生反应生成NaCN、NaCNO和H2O 答案:AD 解析:(CN)2分子中每个C、N原子分别形成4个键、3个键,原子的最 外层均满足8电子结构,A项正确;分子中含有3个键,4个键,C项错
16、 误;成键原子半径越大,键长越大,N原子半径小于C原子半径,故 NC键比CC键的键长小,B项错误;由(CN)2与卤素单质性质相似, 卤素单质能和NaOH溶液反应,故(CN)2也可以和NaOH溶液反应,D 正确。 课堂提升 探究 素养脉络 随堂检测 5.已知HH键的键能为436 kJ mol-1,NH键的键能为391 kJ mol-1, 根据热化学方程式:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-92.4 kJ mol-1,计算NN键的键能是 kJ mol-1。 答案:945.6 解析:化学反应的本质是反应物分子中旧键断裂(吸收能量),生成物 分子中新键形成(放出能量),反应热等于反应物的键能之和减去生 成物的键能之和。 设NN的键能为E(NN),则有: 1 molE(NN)+3 mol436 kJ mol-1-2 mol3391 kJ mol-1=- 92.4 kJ mol-11 mol 解得E(NN)=945.6 kJ mol-1。