2.1.2　键参数——键能、键长与键角课件(共32张PPT) 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修2

(共32张PPT)
第二章
第一节　第二课时　键参数——键能、键长与键角
素 养 目 标
1.了解共价键参数的含义,知道共价键的键能、键长和键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
2.通过认识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。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
1.键能
气态分子
气态原子
kJ·mol-1
298.15 K、101 kPa
2.键长 　不能简单理解为成键的两原子半径之和
核间距
越大
稳定
3.键角
注:键长和键角的数值可通过晶体的　　　　　　　　　　　　获得。
两个相邻共价键
方向性
180°
直线
105°
V
X射线衍射实验
深度思考
如图白磷和甲烷均为正四面体结构:
白磷的结构　　 甲烷的结构
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之间的夹角,为109°28'。
易错辨析
(1)在分子中,两个成键的原子间的距离叫键长。(　　)
(2)双原子分子中化学键键长越长,分子越稳定。(　　)
(3)O—H的键能是指在298.15 K、101 kPa下,1 mol气态分子中1 mol O—H解离成气态原子所吸收的能量。(　　)
(4)C═C的键能等于C—C的键能的2倍。(　　)
(5)多原子分子的键角是一定的,表明共价键具有方向性。(　　)
×
×
√
×
√
重难探究·能力素养全提升
探究　探究键能与键长的关系及其对物质性质的影响
情境探究
键能与键长是衡量共价键稳定性的参数,键长和键角是描述分子空间结构的参数。一般来说,如果知道分子中的键长和键角,这个分子的空间结构就确定了。已知部分键能、键长数据如下表所示:
分析比较回答下列问题:
(1)HF、HCl、HBr、HI的键长大小关系是什么 结构相似物质的键长与键能、物质稳定性的关系是什么
(2)一般来说,键长越小,键能越大。但F—F键长比Cl—Cl键长小,而F—F键能却比Cl—Cl键能小,为什么
提示 键长大小关系为HF提示 氟原子的半径小导致F—F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F—F键能不大,F2的稳定性较差,容易与其他物质发生反应。
(3)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
(4)试比较N—N、N═N和N≡N的键能和C—C、C═C、C≡C的键能,解释为什么氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应 σ键一定比π键稳定吗
提示 由于N≡N、O═O、F—F的键能依次减小,而N—H、O—H、F—H的键能依次增大,所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。
提示 键能数据表明,N≡N的键能大于N—N键能的三倍,N═N的键能大于N—N键能的两倍,说明N2中的π键比σ键稳定,N2分子不易发生加成反应;而C≡C的键能却小于C—C键能的三倍,C═C的键能小于C—C的键能的两倍,说明乙烯和乙炔中的π键不牢固,易发生加成反应。不一定。
方法突破
1.键参数与分子性质的关系
2.共价键强弱的判断方法
共价键越强,化学键越稳定,分子越稳定
应用体验
视角1键参数理解与比较
1.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.水分子可表示为H—O—H,分子中的键角为180°
D.H—O的键能为462.8 kJ·mol-1,即18 g H2O分解成H2和O2时,消耗的能量为2×462.8 kJ
A
解析 H—O、H—F的键能依次增大,O2、F2与H2反应的能力逐渐增强,B错误;水分子的键角为105°,C错误;断开1 mol H—O形成气态氢原子和气态氧原子所吸收的能量为462.8 kJ,18 g H2O即1 mol H2O,其中含2 mol H—O,断开时需吸收2×462.8 kJ的能量形成气态氢原子和气态氧原子,再进一步形成H2和O2时,还会释放出一部分能量,D错误。
2.已知各共价键的键能如表所示,下列说法正确的是(　　)
A.键长越短,键能一定越大
B.表中最稳定的共价键是F—F
C.431.8 kJ·mol-1>E(H—Br)>298.7 kJ·mol-1
D.上述键能数据可以说明热稳定性的强弱顺序为HFC
解析 由于原子半径:Cl>F,所以键长:Cl—Cl>F—F,但由表中数据可知键能:Cl—Cl>F—F,故A错误;键能越大,共价键越稳定,因此表中最稳定的共价键是H—F,故B错误;原子半径:I>Br>Cl,再结合表中数据得到E(H—Br)介于E(H—I)和E(H—Cl)之间,即431.8 kJ·mol-1>E(H—Br)>298.7 kJ·mol-1,故C正确;键能越大,分子越稳定,因此表中键能数据可以说明热稳定性的强弱顺序为HF>HCl>HI,故D错误。
易错警示　一般情况下,原子半径越小,键长越短,键能越大,但是也存在特殊情况,所以解题时除了要依据普遍性结论,还要注意结合题目中的数据进行判断。
3.用“>”或“<”填空。
(1)比较键长大小:①C—H　　　　　　N—H　　　　　　H—O;
②N2H4分子的N—N　　　　　　N2分子的N≡N。
(2)比较键角大小:①CO2　　　　　　NH3;②H2O　　　　　　NH3。
答案 (1)①>　>　②>　(2)①>　②<
解析 (1)①由于C、N、O原子的半径依次减小,所以C—H、N—H、H—O的键长依次减小;②N2H4分子的N—N键长大于N2分子的N≡N键长。(2)①CO2为直线形分子,NH3为三角锥形分子,故键角CO2大于NH3。②H2O为V形分子,H2O分子键角是105°,NH3是三角锥形,分子键角是107°,H2O分子中键角小于NH3分子。
【变式设问】
(1)N2H4分子的N—N键能　　　　N2分子的N≡N键能。
(2)甲烷分子的空间结构为正四面体,CH3Cl分子的空间结构是正四面体吗
小于
答案 不是。
解析 CH3Cl分子中C—H和C—Cl的键长不等。
归纳总结　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。
视角2键参数对物质性质的影响
4.下列事实不能用键能的大小来解释的是(　　)
A.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
B
解析 由于N2分子中存在N≡N,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,其氢化物分子中的键长逐渐变长,键能逐渐变小,所以稳定性逐渐减弱;由于H—F的键能大于H—O的键能,所以更容易生成HF。
5.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,硅元素也有系列氢化物,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 　。
答案 (1)CH4比SiH4稳定
(2)C—C和C—H键能较大,所形成的烷烃较稳定,而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成
(3)C—H的键能大于C—O,C—H比C—O稳定,而Si—H的键能却远小于Si—O的,所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O
解析 (1)因为C—H的键能大于Si—H的键能,所以CH4比SiH4稳定。
(2)C—C和C—H的键能比Si—Si和Si—H的键能都大,因此烷烃比较稳定,而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成。
(3)C—H的键能大于C—O,C—H比C—O稳定,而Si—H的键能却远小于Si—O的,所以Si倾向于形成稳定性更强的Si—O。
6.[2021河北卷]已知有关氮、磷的单键和三键的键能如下表:
从能量角度看,氮以N2而白磷以P4(结构式可表示为 )形式存在的原因是 　。
答案 1个N≡N的键能大于3个N—N的键能之和,而6个P—P的键能之和大于2个P≡P的键能之和
解析 根据题给键能数据,可知1个N≡N的键能大于3个N—N的键能之和,因此氮以N2形式存在,而6个P—P的键能之和大于2个P≡P的键能之和,因此白磷以P4形式存在。
【变式设问】
(1)元素的非金属性N>P,为什么N2的化学性质非常稳定,而白磷P4的化学性质非常活泼。请分析原因。
(2)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 N2分子中存在N≡N,该键键能大,破坏该共价键需要很大的能量;而P4分子中的P—P的键能较小,破坏该共价键所需能量较小。
提示 N原子的半径比P原子的半径小,故键长N—H比P—H小,则N—H的键能比P—H的键能大,N—H更难被破坏,NH3更稳定。
归纳总结　键能的应用
(1)衡量共价键的强弱。
键能越大,断开化学键时需要的能量越多,化学键越稳定。
(2)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。
(3)判断化学反应的能量变化。
在化学反应中,旧化学键的断裂吸收能量,新化学键的形成释放能量,因此反应焓变与键能的关系为ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和;ΔH<0时,为放热反应;ΔH>0时,为吸热反应。
本 课 结 束