人教版 (2019)选择性必修2第一节 共价键第2课时学案设计

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第2课时　键参数——键能、键长与键角[核心素养发展目标]　1.了解共价键键参数的含义，能用键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。2.通过认识共价键的键参数对物质性质的影响，探析微观结构对宏观性质的影响。一、键能1．概念气态分子中1_mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。它通常是298.15 K、100 kPa条件下的标准值，单位是kJ·mol－1。2．应用(1)判断共价键的稳定性原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，释放能量越多，所形成的共价键键能越大，共价键越稳定。(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)利用键能计算反应热ΔH＝反应物总键能－生成物总键能(1)共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定(　　)(2)N—H键能是很多分子中的N—H键能的平均值(　　)(3)O—H键能是指在298.15 K、100 kPa下，1 mol气态分子中1 mol O—H键解离成气态原子所吸收的能量(　　)(4)C==C键能等于C—C键能的2倍(　　)答案　(1)√　(2)√　(3)√　(4)×1．根据价键理论分析氮气分子中的成键情况，并解释N2通常很稳定的原因。提示　两个氮原子各自用三个p轨道分别形成一个σ键和两个π键。N2分子中存在N≡N，键能大，破坏它需要消耗较高的能量，因而N2通常很稳定。2．N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强，从键能的角度如何理解这一化学事实。(利用课本表2－1的相应数据分析)提示　从表2－1的数据可知，N—H、O—H与H—F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。所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。3．某些化学键的键能(kJ·mol－1)如下表所示。化学键H—HCl—ClBr—BrI—IH—ClH—BrH—I键能436242.7193151431.8363297 (1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量________ kJ。(2)在一定条件下，1 mol H2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＞Cl2c．Br2＞I2＞Cl2预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热________(填“多”或“少”)。答案　(1)184.9　(2)a　多解析　(1)根据键能数据可得，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝436 kJ·mol－1＋242.7 kJ·mol－1－431.8 kJ·mol－1×2＝－184.9 kJ·mol－1，1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，参加反应的H2和Cl2都是1 mol，生成2 mol HCl，故放出的热量为184.9 kJ。(2)由表中数据计算知1 mol H2在Cl2中燃烧放热最多，在I2中燃烧放热最少；由以上结果分析，生成物越稳定，放出热量越多。因稳定性：HF＞HCl，故1 mol H2在F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热多。二、键长和键角1．键长(1)概念：构成化学键的两个原子的核间距，因此原子半径决定共价键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。(2)应用：共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定，反之亦然。2．键角(1)概念：在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角。(2)应用：在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性，因此键角影响着共价分子的空间结构。(3)试根据空间结构填写下列分子的键角分子的空间结构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°NH3V形(角形)105°H2O直线形180°CO2、CS2、CH≡CH (4)部分键角图解(1)分子中通常键能越大，键长越短，分子越稳定(　　)(2)键角是描述分子空间结构的重要参数(　　)(3)键长H—I＞H—Br＞H—Cl；C—C＞C==C＞C≡C(　　)答案　(1)√　(2)√　(3)√1．为什么F—F键长比Cl—Cl键长短，但键能却比Cl—Cl键能小？提示　氟原子的半径很小，因而F—F键长比Cl—Cl键长短，但也是由于F—F键长短，两个氟原子在形成共价键时，原子核之间的距离就小，排斥力大，因此键能比Cl—Cl键能小。2．(2019·山西省实验中学高二月考)下表是从实验中测得的不同物质中的键长和键能数据：O—O键OOO2O键长/(10－12m)149128121112键能/(kJ·mol－1)xya＝494b＝628 其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能大小的顺序是b>a>y>x，该规律性是(　　)A．成键时，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　观察表中数据发现，测定的化学键都是O—O，因此不存在成键时电子数多少的问题，也不存在电子对偏移的问题，但是O2与O比较，键能大的对应的键长短，据此分析O的键长比O的键长长，所以O中O—O的键能比O的小。若按照此规律，键长由短到长的顺序为O＜O2＜O＜O，键能大小的顺序应为b＞a＞y＞x，与题意吻合，所以B项正确。    3．如图白磷和甲烷均为正四面体结构它们的键角是否相同，为什么？提示　不同，白磷分子的键角是指P—P之间的夹角，为60°；而甲烷分子的键角是指C—H的夹角，为109°28′。 (1)键长与分子空间结构的关系：键长是影响分子空间结构的因素之一。如CH4分子的空间结构是正四面体，而CH3Cl只是四面体而不是正四面体，原因是C—H和C—Cl的键长不相等。(2)定性判断键长的方法①根据原子半径进行判断。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。就相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子形成双键或者三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长＞双键键长＞三键键长。1．(2020·云南省禄丰县第一中学高二月考)下列各说法中正确的是(　　)A．分子中键能越高，键长越长，则分子越稳定B．元素周期表中的ⅠA族(除H外)和ⅦA族元素的原子间不能形成共价键C．水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°D．H—O的键能为463 kJ·mol－1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×463 kJ答案　B解析　分子中键长越短，键能越高，则分子越稳定，键长越长，键能越低，则分子越不稳定，A不正确；元素周期表中的ⅠA族(除H外)和ⅦA族元素都是典型的金属和非金属元素，所以形成的化学键是离子键，B正确；水分子的结构是V形，键角是105°，C不正确；H—O的键能为463 kJ·mol－1，18 g H2O即1 mol H2O分解成2 mol H和1 mol O时消耗的能量为2×463 kJ，故D错误。2．(2019·四川雅安中学高二月考)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结构的重要参数B．因为H—O的键能小于H—F的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱C．H—F的键长是H—X中最长的D．碳碳三键和碳碳双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍答案　A解析　当物质分子内有多个化学键时，化学键之间的夹角叫键角，它反映了分子内原子的空间分布情况，因此键角是描述分子空间结构的重要参数，A正确；O2分子内两个O原子形成2对共用电子对，结合力强，断裂吸收的能量高，而F2内的2个F原子形成1对共用电子对，结合力相对O2来说弱，断裂吸收的能量低，因此与H2反应F2更容易发生反应，而O2相对来说弱，即F2比O2与H2反应的能力强，B错误。3．已知H—H的键能为436 kJ·mol－1，O==O的键能为497.3 kJ·mol－1，Cl—Cl的键能为242.7 kJ·mol－1，N≡N的键能为946 kJ·mol－1，则下列叙述中正确的是(　　)A．N—N的键能为×946 kJ·mol－1＝315.3 kJ·mol－1B．氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的短C．氧气分子中氧原子是以共价单键结合的D．氮气分子比氯气分子稳定答案　D解析　在N2分子中，N原子间以N≡N结合，其中有一个σ键和两个π键，但σ键的键能大于π键的键能，故A项错误；共价键的键长和成键原子的半径有关，由于原子半径r(H)<r(N)，所以H—H的键长小于N≡N，故B项错误；氧气分子中的化学键由一个σ键和一个π键组成，故C项错误；由于N≡N的键能很大，所以N2比Cl2稳定。4．能说明BF3分子中四个原子在同一平面的理由是(　　)A．任意两个键的夹角为120°B．B—F是非极性共价键C．三个B—F的键能相同D．三个B—F的键长相等答案　A解析　当键角为120°时，BF3的空间结构为平面三角形，故分子中四个原子共面。5．已知某些共价键的键能、键长数据如表所示：共价键Cl—ClBr—BrI—IH—FH—ClH—BrH—IH—O键能/(kJ·mol－1)242.7193.7152.7568431.8366298.7462.8键长/pm198228267    96共价键C—CC==CC≡CC—HN—HN==OO—OO==O键能/(kJ·mol－1)347.7615812413.4390.8607142497.3键长/pm154133120109101    (1)下列推断正确的是________(填字母，下同)。A．热稳定性：HF>HCl>HBr>HIB．氧化性：I2>Br2>Cl2C．沸点：H2O>NH3D．还原性：HI>HBr>HCl>HF(2)在HX(X＝F、Cl、Br、I)分子中，键长最短的是______，最长的是________；O—O的键长________ (填“大于”“小于”或“等于”)O==O的键长。答案　(1)ACD　(2)HF　HI　大于解析　(1)根据表中数据知，同主族元素从上至下气态氢化物的键能逐渐减小，热稳定性逐渐减弱，A项正确；从键能看，氯气、溴单质、碘单质的热稳定性逐渐减弱，由原子结构知，氧化性也逐渐减弱，B项错误；H2O在常温下为液态，NH3在常温下为气态，则H2O的沸点比NH3的高，C项正确；还原性与得失电子能力有关，还原性：HI>HBr>HCl>HF，D项正确。