考点6 键参数——键能、键长与键角
【核心考点梳理】
考点一、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
【典型例题】
例1．（2022·浙江·宁波市北仑中学高二期中）已知N—N、N=N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C=C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，下列说法正确的是
A．σ键一定比π键稳定
B．N2较易发生加成反应
C．乙烯、乙炔较易发生加成反应
D．乙烯、乙炔中的π键比σ键稳定
【答案】C
【解析】
A．根据N—N、N=N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，N≡N、N=N中π键比σ键稳定，故A错误；
B．N≡N、N=N中π键比σ键稳定，难发生加成，故B错误；
C．根据C—C、C=C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，C=C，C≡C中π键比σ键弱，π键不稳定，较易发生加成，故C正确；
D．根据C—C、C=C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，C=C，C≡C中π键比σ键弱，π键没有σ键稳定，故D错误；
故选C。
例2．（2022·山东·微山县第二中学高二阶段练习）根据下表中所列键能数据，判断下列分子中，最不稳定的分子是
化学键 H-H H-Cl H-I Cl-Cl Br-Br
键能/ kJ·mol-1 436 431 299 247 193
A．HCl B．HBr C．H2 D．Br2
【答案】D
【解析】
分子中，键能越小，分子越不稳定，从表中读出键能最小的是溴，故选D。
考点二、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
【典型例题】
例1．（2023·全国高二课时练习）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．因为键的键能小于键的键能，所以、与反应的能力逐渐减弱
C．水分子可表示为，分子中的键角为180°
D．键的键能为，即完全分解成和时，消耗的能量为
【答案】A
【解析】
A．键角是描述分子空间结构的重要参数，A正确；
B．键、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，、与反应的能力逐渐增强，B错误；
C．水分子呈V形，键角为104.5°，C错误；
D．键的键能为，指的是断开键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为，即中含键，断开时需吸收的能量形成气态氢原子和气态氧原子，再进一步形成和时，还会释放出一部分能量，D错误；
故选A。
例2．（2023·全国·高二课时练习）NH3分子的空间结构是三角锥形结构而不是平面正三角形结构，最充分的理由是
A．NH3分子内3个N—H键长均相等
B．NH3分子内3个价键的键角和键长均相等
C．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于107°
D．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于120°
【答案】C
【解析】
NH3分子内的键角和键长都相等，可能有两种情况，一是平面正三角形，二是三角锥形结构。如果键角为120°，则必然为平面正三角形，故选：C。
例3．（2022春·湖北·高二校联考期中）下列有关说法不正确的是
A．、、分子中的键角依次增大
B．、、分子中的键长依次增大
C．、、分子中的键能依次减小
D．、、分子的稳定性依次减弱
【答案】A
【解析】A．、、分别为正四面体形(109°28′)、三角锥形(107°)、直线形(180°)，故A错误；
B．原子半径越大，形成的共价键的键长越大，Cl、Br、I的原子半径依次增大，所以与H形成的共价键的键长依次增大，故B正确；
C．非金属性越强，形成的共价键越稳定，共价键的键能越大，则、、分子中的键能依次减小，故C正确；
D．非金属性O>P>Si，则简单氢化物的稳定性：H2O>PH3>SiH4，故D正确；
故选：A。
例4．（2022春·山西太原·高二统考期中）已知有关氮、磷的单键和三键的键能数据(单位：kJ·mol-1)如表：
N—N N≡N P—P P≡P
193 946 197 489
下列说法错误的是A．从能量角度看，因为P2比P4能量更低所以通常以P4形式存在
B．从能量角度看，因为N2比N4( )能量更低所以通常以N2形式存在
C．从原子半径角度看，因为P原子半径较大不易形成π键
D．P4分子中P原子采取sp3杂化
【答案】A
【解析】A．P2中为P≡P键，P4中为6个P-P键，由表可知P≡P键键能大于P—P键键能，因此P2比P4能量更低，P2比P4稳定，所以通常以P2形式存在，A错误；
B．N2中为N≡N键，N4()中共为6个N-N键，由表可知N≡N键键能比N-N键键能大，因此N2比N4()能量更低，更稳定，所以通常以N2形式存在，B正确；
C．π键是轨道以“肩并肩”重叠形成的共价键，P原子半径比N原子半径大，在相互靠近的时候肩并肩形成π键的概率就小，因此P和P之间不易形成π键，C正确；
D．P4分子中P的价层电子对数=3+=4，故P4分子中P原子采取sp3杂化，D正确；
答案选A。
【核心归纳】
(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。
【必备知识基础练】
1．（2022·高二课时练习）下列叙述中的距离属于键长的是( )
A．氨分子中两个氢原子间的距离
B．氯分子中两个氯原子间的距离
C．金刚石晶体中任意两个相邻的碳原子核间的距离
D．氯化钠晶体中相邻的氯离子和钠离子核间的距离
【答案】C
【解析】分子中两个成键原子的核间平均距离叫做键长，A、B均错误；共价键具有键长，离子键没有键长，D错误；金刚石晶体中任意两个相邻的碳原子核间的距离属于键长，C正确；正确选项C。
【点睛】键长取决于成键原子的半径大小。
2．（2022·高二课时练习）如图为元素周期表前四周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z5种元素的叙述正确的是
A．X、Z元素都能形成双原子分子
B．W、R元素的单质分子内的化学键都是非极性键
C．键长：X—H
D．键能：W—H>Y—H，键的极性：Y—H>W—H
【答案】A
【解析】由元素在周期表中的位置可知X为N，W为P，Y为S，Z为Br，R为Ar。
【解析】A．N2、Br2都是双原子分子，A正确；
B．稀有气体分子中不存在化学键，B错误；
C．原子半径：NP-H，C错误；
D．原子半径：P>S，键长：P-H>S-H，故键能：P-H故选A。
3．（2022春·江苏南通·高二启东中学校考阶段练习）甲醛是家庭装修常见的污染物。一种催化氧化甲醛的反应为：HCHO+O2H2O+CO2。下列有关叙述正确的是
A．HCHO分子中键σ和π键的数目之比为2：1
B．16O原子中的中子数为16
C．H2O是由极性键构成的非极性分子
D．CO2的空间构型为直线形
【答案】D
【解析】A．HCHO分子中含有2条C-H键，1条C=O键，则σ键和π键的数目之比为3：1，A叙述错误；
B．16O原子中质量数为16，中子数为8，B叙述错误；
C．H2O分子的结构式为：H-O-H，空间构型为V型，结构不对称，是由极性键构成的极性分子，C叙述错误；
D．CO2的中心碳原子为sp杂化，则空间构型为直线形，D叙述正确；
答案为D。
4．（2022秋·浙江绍兴·高二诸暨中学校考期中）下列说法不正确的是
A．乙烯中C=C键的键能小于乙烷中C-C键的键能的2倍
B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
C．在气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．HClO中有s-p σ键和p-pσ键
【答案】C
【解析】A．碳碳双键中一个是π键，一个是σ键，碳碳单键是σ键，π键的键能一般小于σ键，所以乙烯中C=C键的键能小于乙烷中C-C键的键能的2倍，A正确；
B．σ键为轴对称，可以绕键轴旋转，π键呈镜面对称，无法绕键轴旋转，B正确；
C．气体单质中可能不存在化学键，如稀有气体单质中，C错误；
D．H的电子排布式为1s1，O的价电子排布式为2s23p4，有2个未成对p电子，Cl的价电子排布式为3s23p5，有1个未成对p电子，则HClO分子内氧原子分别和氢、氯原子共用1对电子对，O-H为s-p σ键、O-Cl为p-pσ键，D正确；
答案为C。
5．（2022·高二课时练习）下列说法中正确的是
A．分子中键能越大，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H—O—H，分子中键角为180°
D．H—O键键能为463 kJ·mol－1，即18 g水分子生成H2和O2时，放出的能量为(2×463) kJ
【答案】A
【解析】A．分子中键能越大、键长越短，则分子越稳定，键长越长、键能越小时分子越不稳定，故A正确；
B．有些金属元素也可以形成共价键，如AlCl3、BeCl2等，故B错误；
C．水分子可表示为H-O-H，其空间构型为V形，水分子中键角104.5°，故C错误；
D．18g水是1mol，则断裂1mol水中的共价键需要消耗926kJ的能量，由于形成化学键还需要放出能量，所以18gH2O分解成H2和O2时，消耗能量要小于926kJ，故D错误；
故选A。
6．（2022春·陕西宝鸡·高二统考期末）人们常用HX表示卤化氢(x代表F、Cl、Br、I)，下列说法中，正确的是
A．HX中共价键的电子云是轴对称的 B．H-F形成的是p-pσ键
C．H-F的键长是H-X中最长的 D．H-F的键能是H-X中最小的
【答案】A
【解析】A．HX中共价键是σ键，σ键的电子云是轴对称的，A项正确；
B．H-F键是由氢原子的1s轨道与氟原子的2p轨道形成的，为s-pσ键，B项错误；
C．F原子半径是卤素原子中最小的，故H-F的键长是H-X中最短的，C项错误；
D．H-F的键长是H-X中最短的，则H-F的键能是H-X中最大的，D项错误；
答案选A。
7．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)N≡N键能为946 kJ·mol-1,N—N键能为193 kJ·mol-1,计算说明N2中的 (填“σ”或“π”,下同)键比 键稳定,原因是 。
(3)计算反应3Cl2+2NH3N2+6HCl(EN-H=391 kJ·mol-1,EH-Cl=432 kJ·mol-1,ECl-Cl=243 kJ·mol-1,EN≡N=946 kJ·mol-1)的反应热ΔH= kJ·mol-1。
【答案】(1)1s22s22p6 (2)π σ 由于氮原子半径小,氮气分子中两原子p轨道重叠程度大,所以导致氮气分子中π键比σ键稳定
(3)-462
【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1s22s22p6。
(2)N≡N中有两个π键和一个σ键,而N—N为σ键,键能为193 kJ·mol-1,由N≡N的键能为946 kJ·mol-1,则π键键能为=376.5 kJ·mol-1;由于氮原子半径小,氮气分子中两原子p轨道重叠程度大,所以导致氮气分子中π键比σ键稳定。
(3)ΔH=3ECl—Cl+6EN—H-EN≡N-6EH—Cl=3×243 kJ·mol-1+6×391 kJ·mol-1-946 kJ·mol-1-6×432 kJ·mol-1=-463 kJ·mol-1。
8.已知某些共价键的键能如下表,试回答下列问题:
共价键 共价键
H—H 436 O—H 462.8
Cl—Cl 242.7 N≡N 946
C—H 413.4 H—Cl 431.8
(1)H—H的键能为什么比Cl—Cl的键能大 。
(2)已知H2O在2 000 ℃时有5%的分子分解,而CH4在1 000 ℃时可能完全分解为C和H2,试解释其中的原因: 。
(3)试解释氮气能在空气中稳定存在的原因: 。
【答案】(1)H原子的半径比Cl原子的半径小,故H—H的键长比Cl—Cl的键长短,故H—H的键能比Cl—Cl的键能大 (2)H—O的键能比H—C的键能大,故H2O比CH4稳定 (3)N2分子中存在氮氮三键,键能大,结构稳定,故氮气能在空气中稳定存在
【解析】解答本题可根据键参数与分子性质的关系分析:共价键的键长越短,键能越大,共价键越稳定。
【关键能力提升练】
9．（2022·河北·深州长江中学高二阶段练习）下列说法不正确的是
A．稀有气体一般难于发生化学反应，是因为分子中键能较大
B．已知石墨转化为金刚石要吸热，则等量的石墨与金刚石相比总键能大
C．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱，与共价键的键能大小有关
D．共价键的键能越大，键长越短
【答案】A
【解析】
A．稀有气体是单原子分子，不存在任何化学键，一般难于发生化学反应，是因为原子结构具有比较稳定的结构，与化学键无关，A错误；
B．吸热反应是断裂反应物中化学键的过程中吸收的总能量大于形成生成物化学键的过程中放出的总能量，即反应物总的键能大于生成物总的键能，故已知石墨转化为金刚石要吸热，则等量的石墨与金刚石相比总键能大，B正确；
C．热稳定性是指化学键断裂时的难易程度，断裂时越容易，说明热稳定越差，即对应的共价键的键能越小，故HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱，与共价键的键能大小有关，C正确；
D．一般情况下，共价键的键长越短，其键能越大，物质的化学性质就越稳定，D正确；
故答案为：A。
11.(双选)实验测得不同物质中氧原子之间的键长和键能的数据如下:
粒子 O2
键长/(10-12m) 149 128 121 112
键能/(kJ·mol-1) x y z=494 w=628
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,该规律是( )
A.粒子所含的价层电子数越多,键能越大
B.键长越大,键能越小
C.粒子所含的价电子数越少,键能越大
D.成键时电子对越偏移,键能越大
【答案】BC
【解析】表中四种粒子所含价层电子数从左到右依次减少,而其键能依次增大,故A项错误,C项正确;对比给出的粒子中键长和键能大小可知B项正确;四种粒子中的共用电子对不发生偏移,D项错误。
12.下列说法正确的是( )
A.分子的结构是由键能决定的
B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
C.CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X(X=F、Cl、Br、I)键长、键角均相等
D.H2O分子中两个O—H键角为180°
【答案】B
【解析】分子的结构主要是由键参数中的键角、键长决定的,A项错误;由于F、Cl、Br、I的原子半径不同,故C—X(X=F、Cl、Br、I)键长不相等,C项错误;H2O分子中两个O—H键角为105°,D项错误。
13.(双选)科学研究人员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 N—N吸收167 kJ热量,生成1 mol N≡N放出946 kJ热量,根据以上信息和数据,判断下列说法正确的是( )
A.N4属于一种新型的化合物
B.N4分子中存在非极性键
C.N4分子中N—N键角为60°
D.1 mol N4转变成N2将吸收890 kJ热量
【答案】BC
【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项正确;N4是正四面体结构,键角为60°,C项正确;1 mol N4转变为N2放出的热量为2×946 kJ-6×167 kJ=890 kJ,D项不正确。
14.A、B、C、D四种短周期元素的原子序数依次增大,A元素原子的价层电子排布式为ns2np2,B元素原子的最外层电子数是其电子层数的3倍。C、D元素的电离能数据如下(kJ·mol-1):
元素 I1 I2 I3 I4
C 738 1 451 7 733 10 540
D 578 1 817 2 745 11 575
(1)化合价是元素的一种性质。由C、D元素的电离能数据判断,通常C元素显 价,D元素显 价。
(2)某气态单质甲与化合物AB分子中电子总数相等,则甲分子中含有1个 键和2个 键。
(3)AB分子的总键能大于甲分子的总键能,但AB比甲容易发生化学反应。根据表中数据,说明AB比甲活泼的原因: 。
项目 共价单键 共价双键 共价三键
AB 351 745 1 071.9
甲 193 418 946
【答案】(1)+2 +3 (2)σ π (3)断裂C≡O中的1 mol π键消耗的能量是1 071.9 kJ-745 kJ=326.9 kJ,而断裂N≡N中的1 mol π键消耗的能量是946 kJ-418 kJ=528 kJ,断裂1 mol π键时CO比N2更容易,所以CO更活泼
【解析】由“B元素原子的最外层电子数是其电子层数的3倍”可推知B为氧元素;因原子序数B>A,A元素原子的价层电子排布式为2s22p2,可知A为碳元素;C元素的I3 I2,故C元素原子的最外层有2个电子;D元素的I4 I3,故D元素原子的最外层有3个电子,故C、D分别为镁元素和铝元素。(1)由上述分析可知,C、D元素的化合价分别为+2价、+3价。(2)AB分子为CO,共含有14个电子,与之电子数相等的气态单质甲应为N2,N2分子中含有1个σ键和2个π键。
【学科素养拔高练】
15.氢气分子的形成过程示意图如下,请据图回答相关问题。
氢气分子的形成过程示意图
(1)H—H的键长为 ,①~⑤中,体系能量由高到低的顺序是 。
(2)下列说法正确的是 。
A.一个氢气分子中含有一个π键
B.由①到④,电子在核间出现的概率增大
C.由④到⑤,必须消耗外界的能量
D.一个氢气分子中含有一个极性共价键
(3)几种常见化学键的键能如下表所示:
化学键 Si—O H—O Si—Si Si—C
368 462.8 497.3 226 X
请回答下列问题。
①试比较Si—Si与Si—C的键能大小:X kJ·mol-1 226 kJ·mol-1(填“>”“<”或“=”)。
②H2被喻为21世纪人类最理想的燃料,而更有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。试计算1 kg H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为 ;每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为 (已知1 mol Si中含2 mol Si—Si,1 mol SiO2中含4 mol Si—O)。
【答案】(1)0.074 nm ①>⑤>②>③>④
(2)BC
(3)①> ②120 475 kJ 522.7 kJ
【解析】(1)可以直接从题图中有关数据读出H—H的键长为0.074 nm;由题图可以看出体系能量由高到低的顺序是①>⑤>②>③>④。
(2)一个氢气分子中含有一个σ键,A项错误;共价键的本质就是高概率地出现在原子核间的电子与原子核间的电性作用,B项正确;④已经达到稳定状态,由题图可以看出⑤的能量比④高,C项正确;一个氢气分子中含有一个非极性共价键,D项错误。
(3)①Si—Si的键长比Si—C的键长大,键能小。②由题图可知H—H的键能为436 kJ·mol-1,由H2(g)+O2(g)H2O(g),1 mol H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为462.8 kJ·mol-1×2 mol-436 kJ·mol-1×1 mol-497.3 kJ·mol-1× mol=240.95 kJ,则1 kg H2燃烧生成水蒸气放出×240.95 kJ·mol-1=120 475 kJ;由Si(s)+O2(g)SiO2(g),1 mol硅完全燃烧放出的热量约为368 kJ·mol-1×4 mol-497.3 kJ·mol-1×1 mol-226 kJ·mol-1×2 mol=522.7 kJ。考点6 键参数——键能、键长与键角
【核心考点梳理】
考点一、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
【典型例题】
例1．（2022·浙江·宁波市北仑中学高二期中）已知N—N、N=N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C=C和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34，下列说法正确的是
A．σ键一定比π键稳定
B．N2较易发生加成反应
C．乙烯、乙炔较易发生加成反应
D．乙烯、乙炔中的π键比σ键稳定
例2．（2022·山东·微山县第二中学高二阶段练习）根据下表中所列键能数据，判断下列分子中，最不稳定的分子是
化学键 H-H H-Cl H-I Cl-Cl Br-Br
键能/ kJ·mol-1 436 431 299 247 193
A．HCl B．HBr C．H2 D．Br2
考点二、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
【典型例题】
例1．（2023·全国高二课时练习）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．因为键的键能小于键的键能，所以、与反应的能力逐渐减弱
C．水分子可表示为，分子中的键角为180°
D．键的键能为，即完全分解成和时，消耗的能量为
例2．（2023·全国·高二课时练习）NH3分子的空间结构是三角锥形结构而不是平面正三角形结构，最充分的理由是
A．NH3分子内3个N—H键长均相等
B．NH3分子内3个价键的键角和键长均相等
C．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于107°
D．NH3分子内3个N—H的键长相等，键角都等于120°
例3．（2022春·湖北·高二校联考期中）下列有关说法不正确的是
A．、、分子中的键角依次增大
B．、、分子中的键长依次增大
C．、、分子中的键能依次减小
D．、、分子的稳定性依次减弱
例4．（2022春·山西太原·高二统考期中）已知有关氮、磷的单键和三键的键能数据(单位：kJ·mol-1)如表：
N—N N≡N P—P P≡P
193 946 197 489
下列说法错误的是A．从能量角度看，因为P2比P4能量更低所以通常以P4形式存在
B．从能量角度看，因为N2比N4( )能量更低所以通常以N2形式存在
C．从原子半径角度看，因为P原子半径较大不易形成π键
D．P4分子中P原子采取sp3杂化
【核心归纳】
(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。
【必备知识基础练】
1．（2022·高二课时练习）下列叙述中的距离属于键长的是( )
A．氨分子中两个氢原子间的距离
B．氯分子中两个氯原子间的距离
C．金刚石晶体中任意两个相邻的碳原子核间的距离
D．氯化钠晶体中相邻的氯离子和钠离子核间的距离
2．（2022·高二课时练习）如图为元素周期表前四周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z5种元素的叙述正确的是
A．X、Z元素都能形成双原子分子
B．W、R元素的单质分子内的化学键都是非极性键
C．键长：X—HD．键能：W—H>Y—H，键的极性：Y—H>W—H
3．（2022春·江苏南通·高二启东中学校考阶段练习）甲醛是家庭装修常见的污染物。一种催化氧化甲醛的反应为：HCHO+O2H2O+CO2。下列有关叙述正确的是
A．HCHO分子中键σ和π键的数目之比为2：1
B．16O原子中的中子数为16
C．H2O是由极性键构成的非极性分子
D．CO2的空间构型为直线形
4．（2022秋·浙江绍兴·高二诸暨中学校考期中）下列说法不正确的是
A．乙烯中C=C键的键能小于乙烷中C-C键的键能的2倍
B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转
C．在气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．HClO中有s-p σ键和p-pσ键
5．（2022·高二课时练习）下列说法中正确的是
A．分子中键能越大，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H—O—H，分子中键角为180°
D．H—O键键能为463 kJ·mol－1，即18 g水分子生成H2和O2时，放出的能量为(2×463) kJ
6．（2022春·陕西宝鸡·高二统考期末）人们常用HX表示卤化氢(x代表F、Cl、Br、I)，下列说法中，正确的是
A．HX中共价键的电子云是轴对称的 B．H-F形成的是p-pσ键
C．H-F的键长是H-X中最长的 D．H-F的键能是H-X中最小的
7．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)N≡N键能为946 kJ·mol-1,N—N键能为193 kJ·mol-1,计算说明N2中的 (填“σ”或“π”,下同)键比 键稳定,原因是 。
(3)计算反应3Cl2+2NH3N2+6HCl(EN-H=391 kJ·mol-1,EH-Cl=432 kJ·mol-1,ECl-Cl=243 kJ·mol-1,EN≡N=946 kJ·mol-1)的反应热ΔH= kJ·mol-1。
8．已知某些共价键的键能如下表,试回答下列问题:
共价键 共价键
H—H 436 O—H 462.8
Cl—Cl 242.7 N≡N 946
C—H 413.4 H—Cl 431.8
(1)H—H的键能为什么比Cl—Cl的键能大 。
(2)已知H2O在2 000 ℃时有5%的分子分解,而CH4在1 000 ℃时可能完全分解为C和H2,试解释其中的原因: 。
(3)试解释氮气能在空气中稳定存在的原因: 。
【关键能力提升练】
9．（2022·河北·深州长江中学高二阶段练习）下列说法不正确的是
A．稀有气体一般难于发生化学反应，是因为分子中键能较大
B．已知石墨转化为金刚石要吸热，则等量的石墨与金刚石相比总键能大
C．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱，与共价键的键能大小有关
D．共价键的键能越大，键长越短
10．（2022·全国高二课时练习）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．因为键的键能小于键的键能，所以、与反应的能力逐渐减弱
C．水分子可表示为，分子中的键角为180°
D．键的键能为，即完全分解成和时，消耗的能量为
11.(双选)实验测得不同物质中氧原子之间的键长和键能的数据如下:
粒子 O2
键长/(10-12m) 149 128 121 112
键能/(kJ·mol-1) x y z=494 w=628
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,该规律是( )
A.粒子所含的价层电子数越多,键能越大
B.键长越大,键能越小
C.粒子所含的价电子数越少,键能越大
D.成键时电子对越偏移,键能越大
12.下列说法正确的是( )
A.分子的结构是由键能决定的
B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
C.CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X(X=F、Cl、Br、I)键长、键角均相等
D.H2O分子中两个O—H键角为180°
13.(双选)科学研究人员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 N—N吸收167 kJ热量,生成1 mol N≡N放出946 kJ热量,根据以上信息和数据,判断下列说法正确的是( )
A.N4属于一种新型的化合物
B.N4分子中存在非极性键
C.N4分子中N—N键角为60°
D.1 mol N4转变成N2将吸收890 kJ热量
14.A、B、C、D四种短周期元素的原子序数依次增大,A元素原子的价层电子排布式为ns2np2,B元素原子的最外层电子数是其电子层数的3倍。C、D元素的电离能数据如下(kJ·mol-1):
元素 I1 I2 I3 I4
C 738 1 451 7 733 10 540
D 578 1 817 2 745 11 575
(1)化合价是元素的一种性质。由C、D元素的电离能数据判断,通常C元素显 价,D元素显 价。
(2)某气态单质甲与化合物AB分子中电子总数相等,则甲分子中含有1个 键和2个 键。
(3)AB分子的总键能大于甲分子的总键能,但AB比甲容易发生化学反应。根据表中数据,说明AB比甲活泼的原因: 。
项目 共价单键 共价双键 共价三键
AB 351 745 1 071.9
甲 193 418 946
【学科素养拔高练】
15.氢气分子的形成过程示意图如下,请据图回答相关问题。
氢气分子的形成过程示意图
(1)H—H的键长为 ,①~⑤中,体系能量由高到低的顺序是 。
(2)下列说法正确的是 。
A.一个氢气分子中含有一个π键
B.由①到④,电子在核间出现的概率增大
C.由④到⑤,必须消耗外界的能量
D.一个氢气分子中含有一个极性共价键
(3)几种常见化学键的键能如下表所示:
化学键 Si—O H—O Si—Si Si—C
368 462.8 497.3 226 X
请回答下列问题。
①试比较Si—Si与Si—C的键能大小:X kJ·mol-1 226 kJ·mol-1(填“>”“<”或“=”)。
②H2被喻为21世纪人类最理想的燃料,而更有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。试计算1 kg H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为 ;每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为 (已知1 mol Si中含2 mol Si—Si,1 mol SiO2中含4 mol Si—O)。