高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二章 分子结构与性质第一节 共价键第2课时精练

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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—H
Cl—Cl
Br—Br
I—I
H—Cl
H—Br
H—I
键能
436
242.7
193
151
431.8
363
297

(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＞Cl2
c．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°
NH3
V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
O
O
O2
O
键长/(10－12m)
149
128
121
112
键能/(kJ·mol－1)
x
y
a＝494
b＝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－1
B．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)HCl>HBr>HI
B．氧化性：I2>Br2>Cl2
C．沸点：H2O>NH3
D．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。


题组一　键参数的理解
1．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化学反应
C．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱
D．F2比O2更容易与H2反应
答案　B
解析　由于N2分子中存在三键，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，其氢化物中的化学键键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以热稳定性逐渐减弱；由于H—F的键能大于H—O，所以二者相比较，更容易生成HF。
2．根据π键的成键特征判断C==C的键能是C—C的键能的(　　)
A．2倍 B．大于2倍
C．小于2倍 D．无法确定
答案　C
解析　由于π键的键能比σ键键能小，双键中有一个π键和一个σ键，所以双键的键能小于单键的键能的2倍。
3．下列单质分子中，键长最长，键能最小的是(　　)
A．H2 B．Cl2 C．Br2 D．I2
答案　D
解析　键长与原子的半径有关，原子半径越大，形成的分子的键长越长；键能与得失电子的难易有关，得电子越容易，键能越大。四种原子中，I的原子半径最大，且得电子最难，故D项正确。
4．关于键长、键能和键角，下列说法错误的是(　　)
A．键角是描述分子空间结构的重要参数
B．键长是形成共价键的两原子间的核间距
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　键角是描述分子空间结构的重要参数，如CO2中的2个C==O的键角为180°，故分子为直线形分子，A正确；键长是形成共价键的两个原子间的核间距，B正确；键能越大，键长越短，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。
题组二　键参数的应用
5．H2和I2在一定条件下能发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，下列说法正确的是(　　)
已知：(a、b、c均大于零)
A．H2、I2和HI分子中的化学键都是非极性共价键
B．断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ
C．相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)总能量小于2 mol HI (g)的总能量
D．向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量为2a kJ
答案　B
解析　HI分子中共价键是由不同种非金属形成的，属于极性共价键，A错误；反应热等于断键吸收的能量与形成化学键放出的能量的差值，则－a＝b＋c－2x，解得x＝，所以断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ，B正确；该反应是放热反应，则相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)总能量大于2 mol HI (g)的总能量，C错误；该反应是可逆反应，则向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量小于2a kJ，D错误。
6．已知N2＋O2===2NO为吸热反应，ΔH＝＋180 kJ·mol－1，其中N≡N、O==O的键能分别为946 kJ·mol－1、498 kJ·mol－1，则N—O的键能为(　　)
A．1 264 kJ·mol－1 B．632 kJ·mol－1
C．316 kJ·mol－1 D．1 624 kJ·mol－1
答案　B
解析　反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，即946 kJ·mol－1＋
498 kJ·mol－1－2x＝180 kJ·mol－1，解得x＝632 kJ·mol－1。
7．三氯化磷分子的空间结构不是平面正三角形，其理由叙述中正确的是(　　)
A．PCl3分子中3个共价键的键角均相等
B．PCl3分子中P—Cl属于极性共价键
C．PCl3分子中3个共价键的键长均相等
D．PCl3分子中P—Cl的3个键角都是100.1°
答案　D
解析　PCl3分子若是平面正三角形，键角应为120°。
8．氨分子、水分子、甲烷分子中共价键的键角分别为a、b、c，则a、b、c的大小关系为(　　)
A．a