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第2课时 共价键的键参数(基础课)
第2章 微粒间相互作用与物质性质
第1节 共价键模型
素养目标 1．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。
2．能通过运用共价键认知模型分析问题。
旧知
回顾 (1)同周期主族元素从左往右，原子半径逐渐减小；同主族自上到下，原子半径逐渐增大。
(2)几种常见物质键角的度数。
(3)ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和。
必备知识 自主预习
一、键参数
1．三个重要键参数的定义及意义
键参数 定义 意义
键长 两个成键原子的______间的距离 两原子间的键长愈短，化学键____，键愈____。键长是影响分子________的因素之一
原子核
愈强
牢固
空间结构
键参数 定义 意义
键角 在多原子分子中，两个______的夹角 键角是影响分子空间结构的重要因素
键能 在1×105 Pa、298 K条件下，断开1 mol AB(g)分子中的化学键，使其分别生成__________和__________所吸收的能量，常用EA－B表示 键能的大小可以定量地表示化学键的____。键能愈大，断开时需要的能量就愈多，化学键就愈____
化学键
气态A原子
气态B原子
强弱
牢固
2．常见分子的键角及空间结构
分子 键角 空间结构
CO2 180° ____形
H2O 104.5° __形
NH3 107.3° ______形
直线
角
三角锥
判一判 (正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)CH4、NH3、CO2分子中的键角依次增大。 ( )
(2)HCl、HBr、HI分子中的键长依次增大。 ( )
(3)H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小。 ( )
(4)白磷和甲烷的分子均呈正四面体形，二者键角相等。 ( )
×
√
√
×
二、键参数对物质性质的影响与分子光谱
1．对物质性质的影响
2．分子光谱
(1)概念：分子从一种能级改变到另一种能级时____或____的光谱。
(2)影响因素：____、____和电荷分布等。
(3)应用：测定和鉴别____结构。
想一想 利用键参数比较HF、HCl、HBr、HI分子的热稳定性。
提示：原子半径：FH—Cl>H—Br>H—I，故分子的热稳定性：HF>HCl>HBr>HI。
吸收
发射
键长
键角
分子
关键能力 情境探究
[情境探究]
碳和硅的有关化学键键能如下表所示，简要分析和解释下列有关事实。
键参数及应用探究
化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
键能/(kJ·mol-1) 347 413 358 226 323 368
1．通常条件下，CH4和SiH4的稳定性谁强谁弱？
提示：因为C—H键的键能大于Si—H键的键能，所以CH4比SiH4稳定。
2．硅与碳同族，也有一系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是什么？
提示：C—C键和C—H键的键能比Si—H键和Si—Si键的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。
3．SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是什么？
提示：C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定，而Si—H的键能却小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。
2．键长的应用
(1)键长与键的稳定性有关。一般来说，键长愈短，化学键愈强，键愈牢固。
(2)键长与分子空间结构有关。
(3)键长的判断方法
①根据原子半径判断：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：相同的两原子形成共价键时，单键键长>双键键长>三键键长。
3．键角的应用
键角常用于描述多原子分子的空间结构。
[能力达成]
1．下列说法能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面上的是( )
A．任意两个B—F键间的夹角都相等
B．3个B—F键键能相等
C．3个B—F键键长相等
D．任意两个B—F键间的夹角都是120°
D [键参数中，常用键能和键长判断共价键稳定性，常用键角判断分子空间结构。3个B—F键间的夹角均为120°时，正好构成一个以B原子为中心的平面结构，因此BF3中4个原子共平面。]
√
2．(双选)下列有关说法不正确的是( )
A．CH4、C2H4、CO2分子中的键角依次增大
B．HF、HCl、HBr分子中的键长依次增大
C．H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次增大
D．乙炔、乙烯、乙烷碳碳键的键能依次增大
√
√
3．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 [由于N2分子中存在氮氮三键，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，A项不符合题意；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键，B项符合题意；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中化学键的键长逐渐增大，键能逐渐减小，所以稳定性逐渐减弱，C项不符合题意；由于H—F键的键能大于H—O键的键能，所以更容易生成HF，D项不符合题意。]
[教材链接]
[教材 化学与生命]
防晒霜之所以能有效地减轻紫外光对人体的伤害，其原因之一是它的有效成分的分子中含有π键，这些有效成分的分子中的π键的电子在吸收紫外光后被激发，从而能阻挡部分紫外光。据此填写下表：
含的σ键
数(考虑苯环) 含的π
键数(不考虑苯环) 能否阻挡
紫外光
酒精
8
0
否
含的σ键
数(考虑苯环) 含的π
键数(不考虑苯环) 能否阻挡
紫外光
羟基丙酮
对氨基苯甲酸
10
1
能
能
1
17
含的σ键
数(考虑苯环) 含的π
键数(不考虑苯环) 能否阻挡
紫外光
肉桂酸
(C6H5—CH==
CH—COOH)
能
2
17
[问题探究]
已知H—H、Cl—Cl、Br—Br、H—Cl及H—Br的键能分别为436.0 kJ·mol-1、242.7 kJ·mol-1、193.7 kJ·mol-1、431.8 kJ·mol-1、366.0 kJ·mol-1，1 mol H2分别跟1 mol Cl2、1 mol Br2(g)反应，分别生成2 mol HCl分子和2 mol HBr分子，哪一个反应释放的能量更多？如何用计算结果说明HCl分子和HBr分子哪个更容易发生热分解反应生成相应的单质？
键能与反应热的关系
提示：形成2 mol HCl分子释放能量：2×431.8 kJ－(436.0 kJ＋242.7 kJ)＝184.9 kJ；形成2 mol HBr分子释放能量：2×366.0 kJ－(436.0 kJ＋193.7 kJ)＝102.3 kJ；生成HCl释放能量比HBr释放能量多，因而生成的HCl更稳定，即HBr更容易发生热分解生成相应的单质。
[归纳总结]
1．化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，化学反应的热效应本质上来源于旧化学键的断裂和新化学键的形成时键能的变化。因此，键能是与化学反应中能量变化有关的物理量。
2．当旧化学键断裂所吸收的能量大于新化学键形成所放出的能量时，该反应为吸热反应，反之则为放热反应。
3．ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。ΔH<0为放热反应，ΔH>0为吸热反应。
[能力达成]
1．键能是气态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以用于计算化学反应的反应热。下表是一些化学键的键能。
化学键 C—H C—F H—F F—F
键能/(kJ·mol-1) 414 489 565 155
据键能数据计算每消耗1 mol CH4时，反应CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的ΔH为( )
A．－1 940 kJ·mol-1 B．＋1 940 kJ·mol-1
C．－485 kJ·mol-1 D．＋485 kJ·mol-1
A [由题给信息可知，ΔH＝断裂化学键所吸收的总能量－形成化学键所释放的总能量＝4×414 kJ·mol-1＋4×155 kJ·mol-1－4×489 kJ·mol-1－4×565 kJ·mol-1＝－1 940 kJ·mol-1。]
√
2．已知：①反应P4(g)＋3O2(g)===P4O6(g) ΔH＝－1 518 kJ·mol-1；②白磷(P4)、P4O6的分子结构如图所示；③P—P、O==O、P—O键的键能分别为a kJ·mol-1、498 kJ·mol-1、351 kJ·mol-1。则 a为( )
A．1 200 B．300
C．240 D．200
√
D [反应热ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，由题图可知1个P4分子中含有6个P—P键，1个P4O6分子中含有12个P—O键，则反应P4(g)＋3O2(g)===P4O6(g) ΔH＝(6×a＋3×498－12×351) kJ·mol-1＝－1 518 kJ·mol-1，解得a＝200。]
3．(双选)如表是一些共价键的键能(kJ·mol-1)数据，以下表达中肯定正确的是( )
共价键 键能 共价键 键能
H—H 436 H—F 565
C—F 427 H—S 339
C—Cl 330 H—Se 314
A．H2(g)―→2H(g) ΔH＝＋436 kJ·mol-1
B．键长越长，共价键越牢固
C．相同条件下CH3F比CH3Cl更易发生反应
D．相同条件下，H2S比H2Se更稳定
√
√
学习效果 随堂评估
1．(双选)下列关于共价键及其键参数的叙述不正确的是( )
A．键角是两个相邻共价键之间的夹角，说明共价键有方向性
B．键长只能通过理论计算求得，不能通过实验进行测量
C．共价键是通过原子轨道重叠并共用电子形成的，所以共价键有饱和性
D．C—H键能为413.4 kJ·mol-1，即断裂1 mol CH4分子中的C—H键，需要放出能量为4×413.4 kJ
2
4
3
题号
1
5
√
√
BD [A．电子云的重叠只能按一定的方向进行，共价键有方向性，除去s轨道外其他原子轨道(如p、d等轨道)都有一定的伸展方向，沿轨道方向重叠可产生最大重叠，形成的键最稳定，所以分子内两个共价键之间存在夹角，故A正确；B．键长可以通过X射线衍射实验进行测定，故B错误；C．共价键是原子之间强烈的相互作用，通过原子轨道重叠并共用电子形成的，共价键有方向性和饱和性，故C正确；D．已知C—H键的键能为413.4 kJ·mol-1，断键吸收能量，则断裂1 mol CH4分子中C—H键，吸收的能量为4×413.4 kJ，故D错误。]
2
4
3
题号
1
5
2．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键的键能小于H—F键的键能，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键的键能为467 kJ·mol-1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2×467 kJ
2
3
题号
1
4
5
√
A [H—O键、H—F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，O2、F2与H2反应的能力逐渐增强，B项错误；水分子的空间结构呈角形，键角为104.5°，C项错误；H—O键的键能为467 kJ·mol-1，指的是断开1 mol H—O键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为467 kJ，18 g H2O即1 mol H2O中含2 mol H—O键，断开时需吸收2×
467 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项错误。]
2
3
题号
1
4
5
3．(双选)下列有关化学键知识的比较肯定错误的是( )
A．键能：C—N＜C==N＜C≡N
B．键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl
C．分子中的键角：H2O＞CO2
D．相同元素原子间形成的共价键键能：σ键＜π键
2
3
题号
4
1
5
√
√
CD [C、N原子间形成的化学键，三键键能最大，单键键能最小，A项正确；原子半径：I＞Br＞Cl，则键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl，B项正确；H2O分子中键角是104.5°，CO2分子中键角是180°，C项错误；相同元素原子之间形成的σ键的键能比π键的大，D项错误。]
2
3
题号
4
1
5
4．肼(H2N—NH2)燃烧涉及的共价键的键能与热化学方程式信息见下表：
2
4
3
题号
1
5
共价键 N—H N—N O==O O—H
键能/(kJ·mol-1) 391 161 498 463
热化学方程式 N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－570 kJ·mol-1
则2N(g)===N2(g)放出的热量为( )
A．1 882 kJ B．941 kJ
C．483 kJ D．241.5 kJ
2
4
3
题号
1
5
√
B [N2的结构式为N≡N，设N≡N键的键能为x，由N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－570 kJ·mol-1可知，4×391 kJ·mol-1＋161 kJ·mol-1＋498 kJ·mol-1－x－4×463 kJ·mol-1＝－570 kJ·mol-1，解得x＝941 kJ·mol-1，形成化学键需要释放能量，所以2N(g)＝N2(g)放出的热量为941 kJ。]
5．根据以下数据提供的信息填空：
2
4
3
题号
1
5
组别 ① ② ③
共价键 C－C C＝C C≡C N－N N＝N N≡N H－F H－Cl H－Br
键长/nm 0.154 0.134 0.120 0.146 0.120 0.110 0.092 0.127 0.141
键能/
(kJ·
mol-1) 347 612 835 160 415 945 569 432 368
(1)由第③组数据可知，原子半径越大，键长越________。
(2)由第①、②组数据可知，相同元素的原子形成的共价键，键数越多，键长越________。
(3)由第①或②或③组数据可知，键长越长，键能越________。
2
4
3
题号
1
5
长
短
小
[解析] (1)同主族元素从上往下原子半径逐渐增大，由第③组数据可知，原子半径越大，键长越长。
(2)碳碳三键键长小于碳碳双键，碳碳双键键长小于碳碳单键，N原子间成键也是如此，故相同元素的原子形成的共价键，键数越多，键长越短。
(3)从表格中数据可看出，键长越短，键能越大；键长越长，键能越小。
2
4
3
题号
1
5第2课时 共价键的键参数(基础课)
素养目标 1．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。 2．能通过运用共价键认知模型分析问题。
旧知回顾 (1)同周期主族元素从左往右，原子半径逐渐减小；同主族自上到下，原子半径逐渐增大。 (2)几种常见物质键角的度数。 (3)ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和。
一、键参数
1．三个重要键参数的定义及意义
键参数 定义 意义
键长 两个成键原子的原子核间的距离 两原子间的键长愈短，化学键愈强，键愈牢固。键长是影响分子空间结构的因素之一
键角 在多原子分子中，两个化学键的夹角 键角是影响分子空间结构的重要因素
键能 在1×105 Pa、298 K条件下，断开1 mol AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量，常用EA－B表示 键能的大小可以定量地表示化学键的强弱。键能愈大，断开时需要的能量就愈多，化学键就愈牢固
2．常见分子的键角及空间结构
分子 键角 空间结构
CO2 180° 直线形
H2O 104.5° 角形
NH3 107.3° 三角锥形
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)CH4、NH3、CO2分子中的键角依次增大。 ( )
(2)HCl、HBr、HI分子中的键长依次增大。 ( )
(3)H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小。 ( )
(4)白磷和甲烷的分子均呈正四面体形，二者键角相等。 ( )
[答案] (1)× (2)√ (3)√ (4)×
二、键参数对物质性质的影响与分子光谱
1．对物质性质的影响
2．分子光谱
(1)概念：分子从一种能级改变到另一种能级时吸收或发射的光谱。
(2)影响因素：键长、键角和电荷分布等。
(3)应用：测定和鉴别分子结构。
利用键参数比较HF、HCl、HBr、HI分子的热稳定性。
提示：原子半径：FH—Cl>H—Br>H—I，故分子的热稳定性：HF>HCl>HBr>HI。
键参数及应用探究
碳和硅的有关化学键键能如下表所示，简要分析和解释下列有关事实。
化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
键能/(kJ·mol-1) 347 413 358 226 323 368
1．通常条件下，CH4和SiH4的稳定性谁强谁弱？
提示：因为C—H键的键能大于Si—H键的键能，所以CH4比SiH4稳定。
2．硅与碳同族，也有一系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是什么？
提示：C—C键和C—H键的键能比Si—H键和Si—Si键的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。
3．SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是什么？
提示：C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定，而Si—H的键能却小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。
1．键能的应用
(1)表示共价键的强弱
键能的大小可以定量地表示化学键的强弱程度。键能愈大，断开时需要的能量就愈多，化学键就愈牢固。
(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)判断物质在化学反应过程中的能量变化
在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形成放出能量，因此反应焓变与键能的关系为ΔH＝－。
2．键长的应用
(1)键长与键的稳定性有关。一般来说，键长愈短，化学键愈强，键愈牢固。
(2)键长与分子空间结构有关。
(3)键长的判断方法
①根据原子半径判断：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：相同的两原子形成共价键时，单键键长>双键键长>三键键长。
3．键角的应用
键角常用于描述多原子分子的空间结构。
1．下列说法能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面上的是( )
A．任意两个B—F键间的夹角都相等
B．3个B—F键键能相等
C．3个B—F键键长相等
D．任意两个B—F键间的夹角都是120°
D [键参数中，常用键能和键长判断共价键稳定性，常用键角判断分子空间结构。3个B—F键间的夹角均为120°时，正好构成一个以B原子为中心的平面结构，因此BF3中4个原子共平面。]
2．(双选)下列有关说法不正确的是( )
A．CH4、C2H4、CO2分子中的键角依次增大
B．HF、HCl、HBr分子中的键长依次增大
C．H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次增大
D．乙炔、乙烯、乙烷碳碳键的键能依次增大
[答案] CD
3．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 [由于N2分子中存在氮氮三键，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，A项不符合题意；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键，B项符合题意；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中化学键的键长逐渐增大，键能逐渐减小，所以稳定性逐渐减弱，C项不符合题意；由于H—F键的键能大于H—O键的键能，所以更容易生成HF，D项不符合题意。]
[教材 化学与生命]
防晒霜之所以能有效地减轻紫外光对人体的伤害，其原因之一是它的有效成分的分子中含有π键，这些有效成分的分子中的π键的电子在吸收紫外光后被激发，从而能阻挡部分紫外光。据此填写下表：
含的σ键 数(考虑苯环) 含的π 键数(不考虑苯环) 能否阻挡 紫外光
酒精
羟基丙酮
对氨基苯甲酸
肉桂酸 (C6H5—CH==CH—COOH)
[答案]
8 0 否
10 1 能
17 1 能
19 2 能
键能与反应热的关系
已知H—H、Cl—Cl、Br—Br、H—Cl及H—Br的键能分别为436.0 kJ·mol-1、242.7 kJ·mol-1、193.7 kJ·mol-1、431.8 kJ·mol-1、366.0 kJ·mol-1，1 mol H2分别跟1 mol Cl2、1 mol Br2(g)反应，分别生成2 mol HCl分子和2 mol HBr分子，哪一个反应释放的能量更多？如何用计算结果说明HCl分子和HBr分子哪个更容易发生热分解反应生成相应的单质？
提示：形成2 mol HCl分子释放能量：2×431.8 kJ－(436.0 kJ＋242.7 kJ)＝184.9 kJ；形成2 mol HBr分子释放能量：2×366.0 kJ－(436.0 kJ＋193.7 kJ)＝102.3 kJ；生成HCl释放能量比HBr释放能量多，因而生成的HCl更稳定，即HBr更容易发生热分解生成相应的单质。
1．化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，化学反应的热效应本质上来源于旧化学键的断裂和新化学键的形成时键能的变化。因此，键能是与化学反应中能量变化有关的物理量。
2．当旧化学键断裂所吸收的能量大于新化学键形成所放出的能量时，该反应为吸热反应，反之则为放热反应。
3．ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。ΔH<0为放热反应，ΔH>0为吸热反应。
1．键能是气态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以用于计算化学反应的反应热。下表是一些化学键的键能。
化学键 C—H C—F H—F F—F
键能/(kJ·mol-1) 414 489 565 155
据键能数据计算每消耗1 mol CH4时，反应CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的ΔH为( )
A．－1 940 kJ·mol-1 B．＋1 940 kJ·mol-1
C．－485 kJ·mol-1 D．＋485 kJ·mol-1
A [由题给信息可知，ΔH＝断裂化学键所吸收的总能量－形成化学键所释放的总能量＝4×414 kJ·mol-1＋4×155 kJ·mol-1－4×489 kJ·mol-1－4×565 kJ·mol-1＝－1 940 kJ·mol-1。]
2．已知：①反应P4(g)＋3O2(g)===P4O6(g) ΔH＝－1 518 kJ·mol-1；②白磷(P4)、P4O6的分子结构如图所示；③P—P、O==O、P—O键的键能分别为a kJ·mol-1、498 kJ·mol-1、351 kJ·mol-1。则 a为( )
A．1 200 B．300
C．240 D．200
D [反应热ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，由题图可知1个P4分子中含有6个P—P键，1个P4O6分子中含有12个P—O键，则反应P4(g)＋3O2(g)===P4O6(g) ΔH＝(6×a＋3×498－12×351) kJ·mol-1＝－1 518 kJ·mol-1，解得a＝200。]
3．(双选)如表是一些共价键的键能(kJ·mol-1)数据，以下表达中肯定正确的是( )
共价键 键能 共价键 键能
H—H 436 H—F 565
C—F 427 H—S 339
C—Cl 330 H—Se 314
A．H2(g)―→2H(g) ΔH＝＋436 kJ·mol-1
B．键长越长，共价键越牢固
C．相同条件下CH3F比CH3Cl更易发生反应
D．相同条件下，H2S比H2Se更稳定
[答案] AD
1．(双选)下列关于共价键及其键参数的叙述不正确的是( )
A．键角是两个相邻共价键之间的夹角，说明共价键有方向性
B．键长只能通过理论计算求得，不能通过实验进行测量
C．共价键是通过原子轨道重叠并共用电子形成的，所以共价键有饱和性
D．C—H键能为413.4 kJ·mol-1，即断裂1 mol CH4分子中的C—H键，需要放出能量为4×413.4 kJ
BD [A．电子云的重叠只能按一定的方向进行，共价键有方向性，除去s轨道外其他原子轨道(如p、d等轨道)都有一定的伸展方向，沿轨道方向重叠可产生最大重叠，形成的键最稳定，所以分子内两个共价键之间存在夹角，故A正确；B．键长可以通过X射线衍射实验进行测定，故B错误；C．共价键是原子之间强烈的相互作用，通过原子轨道重叠并共用电子形成的，共价键有方向性和饱和性，故C正确；D．已知C—H键的键能为413.4 kJ·mol-1，断键吸收能量，则断裂1 mol CH4分子中C—H键，吸收的能量为4×413.4 kJ，故D错误。]
2．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键的键能小于H—F键的键能，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键的键能为467 kJ·mol-1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2×467 kJ
A [H—O键、H—F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，O2、F2与H2反应的能力逐渐增强，B项错误；水分子的空间结构呈角形，键角为104.5°，C项错误；H—O键的键能为467 kJ·mol-1，指的是断开1 mol H—O键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为467 kJ，18 g H2O即1 mol H2O中含2 mol H—O键，断开时需吸收2×467 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项错误。]
3．(双选)下列有关化学键知识的比较肯定错误的是( )
A．键能：C—N＜C==N＜C≡N
B．键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl
C．分子中的键角：H2O＞CO2
D．相同元素原子间形成的共价键键能：σ键＜π键
CD [C、N原子间形成的化学键，三键键能最大，单键键能最小，A项正确；原子半径：I＞Br＞Cl，则键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl，B项正确；H2O分子中键角是104.5°，CO2分子中键角是180°，C项错误；相同元素原子之间形成的σ键的键能比π键的大，D项错误。]
4．肼(H2N—NH2)燃烧涉及的共价键的键能与热化学方程式信息见下表：
共价键 N—H N—N O==O O—H
键能 /(kJ·mol-1) 391 161 498 463
热化学方程式 N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－570 kJ·mol-1
则2N(g)===N2(g)放出的热量为( )
A．1 882 kJ B．941 kJ
C．483 kJ D．241.5 kJ
B [N2的结构式为N≡N，设N≡N键的键能为x，由N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－570 kJ·mol-1可知，4×391 kJ·mol-1＋161 kJ·mol-1＋498 kJ·mol-1－x－4×463 kJ·mol-1＝－570 kJ·mol-1，解得x＝941 kJ·mol-1，形成化学键需要释放能量，所以2N(g)＝N2(g)放出的热量为941 kJ。]
5．根据以下数据提供的信息填空：
组别 ① ② ③
共价键 C－C C＝C C≡C N－N N＝N N≡N H－F H－Cl H－Br
键长/ nm 0.154 0.134 0.120 0.146 0.120 0.110 0.092 0.127 0.141
键能/ (kJ·mol-1) 347 612 835 160 415 945 569 432 368
(1)由第③组数据可知，原子半径越大，键长越________。
(2)由第①、②组数据可知，相同元素的原子形成的共价键，键数越多，键长越________。
(3)由第①或②或③组数据可知，键长越长，键能越________。
[解析] (1)同主族元素从上往下原子半径逐渐增大，由第③组数据可知，原子半径越大，键长越长。
(2)碳碳三键键长小于碳碳双键，碳碳双键键长小于碳碳单键，N原子间成键也是如此，故相同元素的原子形成的共价键，键数越多，键长越短。
(3)从表格中数据可看出，键长越短，键能越大；键长越长，键能越小。
[答案] (1)长 (2)短 (3)小
课时分层作业(九) 共价键的键参数
(选择题只有一个选项符合题目要求)
1．下列排列顺序错误的是( )
A．键能：C==C>C—C B．键长：Br—Br>Cl—Cl
C．键角：H2O>NH3 D．极性：F—C>Cl—C
C [同种元素形成的共价键，键能大小的一般规律是，三键键能＞双键键能＞单键键能，A正确；比较键长大小，通常看原子半径，原子半径越小，键长越短，原子半径关系是Br＞Cl，则键长：Br—Br＞Cl—Cl，B正确；键角大小是NH3＞H2O，C错误；F与C电负性差值要大于Cl与C电负性差值，故共价键极性关系是F—C＞Cl—C，D正确。]
2．H2O分子中每个O原子结合2个H原子的根本原因是( )
A．共价键的方向性 B．共价键的饱和性
C．共价键的键角 D．共价键的键长
B [O原子最外层有6个电子，可得到2个电子形成8电子稳定结构；H原子最外层1个电子，只能形成2电子稳定结构，则每个O原子结合2个H原子与共价键的饱和性有关。]
3．已知H2、O2、Cl2、N2分子中共价键的键能依次为436 kJ·mol-1、497 kJ·mol-1、243 kJ·mol-1、946 kJ·mol-1，下列叙述正确的是( )
A．氮氮单键键能为×946 kJ·mol-1＝315.3 kJ·mol-1
B．氮分子中共价键的键长比氢分子中共价键的键长短
C．氧分子中氧原子之间是以共价单键结合的
D．氮分子比氯分子稳定
D [氮氮三键由一个σ键和两个π键构成，A不正确；氮氮三键的键长大于H—H键的键长，B不正确；O2中氧原子间是以双键结合的，C不正确；键能越大，分子越稳定，故D正确。]
4．下列有关共价键和键参数的说法不正确的是( )
A．1个乙烯(C2H4)分子中含有5个σ键和1个π键
B．C—H键比Si—H键的键长更短，故CH4比SiH4更稳定
C．H2O、CH4、CS2三种分子的键角依次增大
D．碳碳双键比碳碳单键的键能更大，故碳碳双键更稳定
D [1个乙烯分子中含有4个C—H键和1个碳碳双键，单键是σ键，双键中有1个σ键和1个π键，则1个乙烯分子中含有5个σ键和1个π键，A正确；与相同原子结合时，同主族元素的原子半径越小，形成共价键的键长越短，共价键越强，分子越稳定，C—H键比Si—H键的键长短，则C—H键比Si—H键的键能大，故CH4比SiH4更稳定，B正确；H2O是角形结构，键角为104.5°，CH4是正四面体形结构，键角为109°28′，CS2是直线形结构，键角为180°，三种分子的键角依次增大，C正确；碳碳双键比碳碳单键的键能大，但碳碳双键中含有1个σ键和1个π键，碳碳单键只含有1个σ键，碳碳双键中的π键易断裂，所以碳碳单键更稳定，D错误。]
5．下表为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是( )
A．W、R元素单质分子内都存在非极性键
B．X、Z元素都能形成双原子分子
C．键长W—HW—H
D．键长X—HB [由元素在周期表中的位置可知，X为N、W为P、Y为S、R为Ar、Z为Br。白磷单质中存在非极性键，但稀有气体分子为单原子分子，分子中没有化学键，A项错误；氮气、溴单质都是双原子分子，B项正确；原子半径W>Y，故键长W—H>Y—H，电负性WW—H，C项错误；原子半径W>X，故键长W—H>X—H，键长越短，键能越大，故键能W—H6．A、B、C、D、E五种元素原子序数依次增大，A元素基态原子的价电子排布式为ns2np2，B元素的最外层电子数是其电子层数的3倍，E元素基态原子的价电子排布式为3d64s2。C、D的电离能(kJ·mol-1)数据如表所示：
I1 I2 I3 I4
C 738 1 451 7 733 10 540
D 577 1 817 2 745 11 578
(1)化合价是元素的一种性质。由C、D的电离能数据判断，C通常显________价，D显________价。
(2)某气态单质甲与化合物AB分子中电子总数相等，则1个甲分子中包含1个________(填“σ”或“π”，下同)键、2个________键。
(3)AB的总键能大于甲的总键能，但AB比甲容易参加化学反应。根据下表数据，说明AB比甲活泼的原因是__________________________________________。
单键 双键 三键
键能/(kJ·mol-1) AB 357.7 798.9 1 071.9
甲 154.8 418.4 941.7
[解析] (1)由“B元素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，可知A的价电子排布式为2s22p2，A为碳元素；C元素的I3 I2，故C最外层有2个电子；D元素的I4 I3，故D元素的最外层有3个电子，由于原子序数依次增大，且E的价电子排布式为3d64s2，为铁元素，故C、D分别为镁和铝元素。(2)AB分子为CO，共14个电子，与之电子数相等的气态单质应为N2，含1个σ键和2个π键。(3)CO与N2相对比，CO性质活泼，容易参加化学反应，应是其化学键易断裂的原因。
[答案] (1)＋2 ＋3 (2)σ π (3)CO断开第一个键需要1 071.9 kJ·mol-1－798.9 kJ·mol-1＝273 kJ·mol-1，而N2断开第一个键需要941.7 kJ·mol-1－418.4 kJ·mol-1＝523.3 kJ·mol-1，断开第一个键时CO需要的能量少
(选择题有一个或两个选项符合题目要求)
7．从实验测得不同物质中氧原子之间的键长和键能的数据：
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，但可根据规律推导键能的大小顺序为w>z>y>x；该规律是( )
A．成键的电子数越多，键能越大
B．键长越长，键能越小
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
B [成键的电子数越多，形成的共价键越多，但与键能大小无关，A错误；键长：，而键能：w＞z＞y＞x，可知键长越长，键能越小，B正确；键能与成键所用的电子数无关，C错误；这些微粒都是由相同的原子组成，电子对无偏移，且电子对偏移程度与键能无关，而是与原子吸引电子能力的相对大小有关，D错误。]
8．ⅤA族元素的原子R与Cl原子结合形成RCl3气态分子，其空间结构呈三角锥形。RCl5在气态和液态时，分子空间结构如图所示，下列关于RCl5分子的说法中正确的是( )
A．每个原子都达到8电子稳定结构
B．键角(Cl—R—Cl)有90°、120°、180°三种
C．RCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的RCl3
D．分子中5个R—Cl键键能均相同
BC [R为ⅤA族元素，该原子最外层有5个电子，据图可知RCl5中R原子与每个Cl原子共用一对电子，所以R原子的最外层有5＋5＝10个电子，故A错误；根据图知，bde构成的三角形为正三角形，c点位于该正三角形的中心上，acf三点共直线，线段ac与bc、cd、ce都垂直，所以∠acb＝∠acd＝∠ace ＝90°，∠bcd＝∠dce＝∠bce＝120°、∠acf＝180°，故B正确；RCl5RCl3＋Cl2↑，则RCl5受热后会分解生成分子空间结构呈三角锥形的RCl3，故C正确；键长越短，键能越大，据图可知，5个R—Cl键键长不是都相同，所以键能也不是都相同，故D错误。]
9．已知有关氮、磷的单键和三键的键能数据(单位：kJ·mol-1)如下表：
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，所以不易形成π键
D．P4分子中的键角为180°
AD [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，4个P原子构成的P4比P2能量更高，所以通常以P2形式存在，A错误；B．N2中为N≡N键，N4()中为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分子中的键角为60°，D错误。]
10．共价键的键能是指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。如表所示是一些键能数据：
回答下列问题：
(1)有同学认为，半径越小的原子形成的共价键越牢固(即键能越大)，由表中数据能否得出这样的结论：________(填“能”或“不能”)。
(2)试预测C—Br键的键能范围：________kJ·mol-1＜E(C—Br)＜________kJ·mol-1。
(3)根据H—Cl键、H—F键的键能数据，无法得出的结论有________(填字母，下同)。
A．溶于水时，HCl比HF更容易电离，所以氯化氢的酸性强于氢氟酸的酸性
B．H—F键的键能比H—Cl键的键能大，所以HF难分解
C．H—F键的键能比H—Cl键的键能大，所以HCl更稳定
(4)某大学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键吸收193 kJ热量，生成1 mol N≡N键放出946 kJ热量，根据以上信息和数据，判断下列说法错误的是________。
A．N4属于一种新型的化合物
B．N4分子中存在σ键
C．N4分子中N—N键键角为109°28′
D．1 mol N4转变成N2将吸收734 kJ热量
[解析] (1)原子半径F＞H，由表中数据可知键能：H—F键＞H—H键，则不能得出半径越小的原子形成的共价键越牢固的结论。(2)Br的原子半径介于Cl与I的原子半径之间，C—Br键的键能介于C—I键与C—Cl键的键能之间。(3)因H—Cl键的键能比H—F键的键能小，则HCl溶于水时，比HF更容易电离，所以氯化氢的酸性强于氢氟酸的酸性，故A正确；分子中共价键的键能越大，含有该键的分子越稳定，H—F键的键能比H—Cl键的键能大，所以HF更稳定、难分解，故B正确、C错误。(4)N4是由氮元素形成的一种单质，不是化合物，A错误；氮元素与氮元素之间形成的是σ键，B正确；N4分子是正四面体形结构，键角是60°，C错误；已知断裂1 mol N—N键吸收193 kJ热量，生成1 mol N≡N键放出946 kJ热量，则1 mol N4转变成N2时的反应热ΔH＝6×193 kJ·mol-1－2×946 kJ·mol-1＝－734 kJ·mol-1，即该反应是放热反应，因此1 mol N4转变成N2将放出734 kJ热量，D错误。
[答案] (1)不能 (2)216 339 (3)C (4)ACD
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