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键参数——键能、键长与键角
第2课时
目录
新知探究（一）
键能
新知探究（二）
键长
课时跟踪检测
新知探究（三）
键角
键能
新知探究(一)
1.概念
气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所 的能量,单位是kJ·mol-1。
2.数据特点
通常是298.15 K(25 ℃)、101 kPa条件下的标准值,可通过实验测定,更多的却是推算获得的,键能数据是平均值。
吸收
3.应用
应用 解释
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
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
利用键能估算 化学反应的热效应 ΔH= 的总键能- 的总键能
反应物
生成物
应用化学
1.已知,波长为300 nm的紫外光的光子所具有的能量约为399 kJ·mol-1,
C—C、C—N、C—S的键能分别是347.9 kJ·mol-1、305 kJ·mol-1、
272 kJ·mol-1,从键能角度解释紫外光对人体有害的原因。
提示:波长为300 nm的紫外光的光子所具有的能量比蛋白质分子中重要的化学键C—C、C—N、C—S的键能都大,紫外光的能量足以使这些化学键断裂,从而破坏蛋白质分子。
2.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有π 键。这些分子中的 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。由此说明其中键能:π 键_____σ键。
<
题点多维训练
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(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)C===C的键能等于C—C的键能的2倍( )
(3)σ键一定比π键牢固( )
√
×
×
2.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.O2比N2更容易与H2反应
√
解析：由于N2分子中存在N≡N，键能很大，破坏共价键需要较多的能量，N2的化学性质很稳定，A正确；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键，B错误；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱，C正确；由于N≡N的键能大于O===O的键能，D正确。
3．已知各共价键的键能如表所示，下列说法不正确的是( )
共价键 H—H F—F H—F H—Cl H—I
键能/ (kJ·mol-1) 436.0 157 568 431.8 298.7
A.键的极性大小顺序:H—I>H—Cl>H—F
B.表中最稳定的共价键是H—F
C.431.8 kJ·mol-1>E(H—Br)>298.7 kJ·mol-1
D.上述键能可以说明稳定性的顺序是HF>HCl>HI
√
解析：电负性的差值越大，键的极性越强，F、Cl、I与H的电负性差值逐渐减小，因此键的极性大小顺序：H—I＜H—Cl＜H—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正确；根据表格中数据得到E(H—Br)介于H—I和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，因此键能可以说明稳定性的顺序是HF＞HCl＞HI，故D正确。
4．某些化学键的键能(kJ·mol－1)如表所示：
(1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量______kJ。
解析：根据键能数据可得，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝436.0 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。
化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I
键能 436.0 242.7 193.7 152.7 431.8 366 298.7
184.9
(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”)。
a
多
解析：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。
5．碳和硅的有关化学键键能见下表。
(1)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，从键能角度分析其原因___________________________
____________________________________________________________
______________________。
化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
键能/ (kJ·mol－1) 347.7 413.4 351 226 323 368
C—C和C—H的键能较大，
所形成的烷烃稳定。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
(2)SiH4的稳定性小于CH4的稳定性，更易生成氧化物，其原因为____________________________________________________________
________________________________________________________。
C—H的键能大于C—O，C—H比C—O稳定。而Si—H的键能却小
于Si—O，所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O
新知探究(二)
键长
1.概念
构成化学键的两个原子的核间距。
[微点拨] 分子中的原子始终处于不断振动之中,键长只是振动着的原子处于平衡位置时的核间距。
2.数据获得
键长的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。
3.键长影响因素
(1)同种类型的共价键,成键原子的半径越小,键长越短。
(2)成键原子相同的共价键的键长与共价键数目有关系,当两个原子形成双键或者三键时,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,即单键键长>双键键长>三键键长。
4.应用
定量衡量共价键的强弱或分子的稳定性。共价键的键长越小,往往键能越大,相应分子越稳定。
[微点拨] 一般来说,键长越短,键能越大。但F—F键长短,键能小,是因为两个氟原子形成共价键时,原子核之间的距离很近,电子间排斥力很大,因此键能不大。
题点多维训练
1.下列说法正确的是 ( )
A.在分子中,两个成键的原子间的距离叫键长
B.键长:N—H>P—H
C.H—Cl键的键能为431.8 kJ·mol-1,H—Br键的键能为366 kJ·mol-1,这可以说明HCl比HBr分子稳定
D.键能越大,表示该分子越容易受热分解
√
解析:形成共价键的两个原子之间的核间距叫做键长,A错误;成键原子的半径越大,键长越长,原子半径:P>N,键长:P—H>N—H,B错误;键能越大,含有该键的物质越稳定,越不易分解,C正确,D错误。
2.参考下表中化学键的键能与键长数据,判断下列分子最稳定的是 ( )
A.CH4 B.NH3 C.H2O D.HF
化学键 C—H N—H O—H H—F
键能/(kJ·mol-1) 413.4 390.8 462.8 568
键长/pm 109 101 96 92
√
解析:物质中的化学键键能越大,断裂时吸收的能量越多,则化学键越稳定,分子也越稳定,从题表中可知,H—F的键能最大,最难断裂,因此最稳定的分子为HF。
3.氢分子形成过程中,体系能量变化如图,下列说法中,不正确的是 ( )
A.由①到④,电子在核间区域出现的概率增大
B.由④到⑤,需要由外界提供能量
C.有催化剂存在时,若键的键长增大,则键能也增大
D.两个氢原子的核间距从无穷远到0.074 nm的过程是成键过程,对外释放能量
√
解析: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,所以由①到④,电子在核间出现的概率增加,故A正确;由④稳定状态,通过吸收能量变为⑤,因此需要由外界提供能量,故B正确;催化剂不能改变键长和键能,故C错误;根据能量越低越稳定,氢气是稳定的状态,因此H—H的键长为0.074 nm,则两个氢原子的核间距从无穷远到0.074 nm的过程是成键过程,形成新键释放能量,故D正确。
4.已知某些共价键的键能、键长数据如表所示:
共价键 Cl—Cl Br—Br I—I H—F H—Cl H—Br H—I O—H
键能/ (kJ·mol-1) 242.7 193.7 152.7 568 431.8 366 298.7 462.8
键长/pm 198 228 267 96
共价键 C—C C===C C≡C C—H N—H N===O O—O O===O
键能/ (kJ·mol－1) 347.7 615 812 413.4 390.8 607 142 497.3
键长/pm 154 133 120 109 101
续表
(1)下列推断正确的是________(填字母)。
A．热稳定性：HF>HCl>HBr>HI
B．氧化性：I2>Br2>Cl2
C．沸点：H2O>NH3
D．还原性：HI>HBr>HCl>HF
ACD
解析: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。
(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。
HF
HI
大于
新知探究(三)
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.数据获得
键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。CO2的键角为180°,是直线形分子;H2O的键角为105°,是V形(或称角形)分子。
3.应用
(1)键角是描述分子空间结构的重要参数,键角和键长决定分子的空间结构。
(2)多原子分子的键角一定,表明共价键具有方向性。
(3)分子的许多性质都与键角有关。
应用化学
1.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之间的夹角,为109°28'。
2.实验测得H2S为共价化合物,H—S—H的夹角为92.3°,键长相同,则H2S的空间结构是什么
提示:H2S分子是V形结构。
1.反映共价键强弱的物理量是 ( )
A.键能 B.键能、键长
C.键能、键长、键角 D.键长、键角
解析:键能可看作是断开共价键所需的能量,键能越大,则断开共价键时所需的能量就越大,含该键的分子就越稳定;键长越长,键能反而越小,故反映共价键强弱的物理量是键能和键长。
题点多维训练
√
2.下列说法正确的是 ( )
A.分子的结构是由键角决定的
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的键长、键角均相等
D.NH3分子中两个N—H的键角为120°
√
解析:分子结构涉及原子在空间中的位置,与化学键种类有关,包括键长、键角以及相邻三个键之间的二面角,故A错误;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,故B正确;CF4、CCl4、CBr4、CI4中卤素原子的半径不同,所以C—X的键长不等,但键角均相等,故C错误;NH3分子中两个N—H的键角为107°,故D错误。
3.NH3分子的空间结构是三角锥形而不是平面三角形,最充分的理由是 ( )
A.NH3分子内3个N—H的键长均相等
B.NH3分子内3个N—H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°
解析:NH3分子内的键角和键长都相等,可能有两种情况,一是平面三角形,二是三角锥形。如果键角为107°,则为三角锥形。
√
4.下列有关说法不正确的是 ( )
A.CH4、NH3、CO2分子中的键角依次增大
B.HCl、HBr、HI分子中的键长依次增大
C.H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小
D.H2O、PH3、SiH4分子的稳定性依次减弱
√
解析:CH4、NH3、CO2分子中的键角分别为109°28'、107°、180°,故A错误;原子半径越大,形成的共价键的键长越长,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;元素的非金属性越强,形成的共价键越稳定,共价键的键能越大,则H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小,故C正确;非金属性:O>P>Si,则简单氢化物的稳定性:H2O>PH3>SiH4,故D正确。
课时跟踪检测
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1.下列说法中,错误的是 ( )
A.键能是衡量化学键稳定性的参数之一,键能越大,则化学键就越牢固
B.键长与共价键的稳定性没有关系
C.键角是两个相邻共价键之间的夹角,说明共价键有方向性
D.共价键是原子轨道重叠并通过共用电子对而形成的,所以共价键有饱和性
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解析:键能指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量,键能越大,意味着化学键越稳定,越不容易断裂,A正确;键长是形成共价键的两个原子之间的核间距,键长越短,往往键能越大,共价键越稳定,B错误;两个相邻共价键之间的夹角称为键角,多原子分子的键角一定,说明共价键具有方向性,C正确;元素的原子形成共价键时,当一个原子的所有未成对电子和另一些原子中自旋方向相反的未成对电子配对成键后,就不再跟其他原子的未成对电子配对成键,例如H2O分子中,O原子有两个未成对电子,它只能跟两个H原子的未成对电子配对,因此,共价键具有饱和性,D正确。
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2.(2024·长沙高二检测)下列关于键参数的说法错误的是 ( )
A.双键的键能比单键的键能大
B.一般来说,原子半径越小的原子形成的共价键键长越短
C.H—F的键长是H—X中最短的
D.可以利用X射线衍射实验测定共价键的键长等参数
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解析:题干未告知成键元素的种类,无法比较双键和单键的键能相对大小,但成键原子相同的双键的键能比单键的键能要大,A错误。
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3.关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是 ( )
A.键长越长,键能越大,共价化合物越稳定
B.通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热的大小
C.键角是确定多分子空间结构的重要参数
D.同种原子间形成的共价键键长:三键<双键<单键
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解析:键长越长,键能越小,共价化合物越不稳定,键能越大,键长越短,共价化合物越稳定,故A错误;反应热=反应物的总键能-生成物的总键能,则通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热的大小,故B正确;键长和键角常被用来描述分子的空间结构,键角是描述分子空间结构的重要参数,故C正确;原子间键能越大,核间距越小,键长越短,同种原子间键能的一般关系为三键>双键>单键,则键长:三键<双键<单键,故D正确。
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4.根据下表中键能和键长数据,推断下列分子的稳定性顺序中,正确的是 ( )
物质 N2 Cl2 Br2 I2 O2
键能/(kJ·mol-1) 946 242.7 193.7 152.7 497.3
键长/nm 0.110 0.198 0.228 0.267 0.121
A.N2>Cl2>Br2>O2>I2 B.O2>N2>I2>Br2>Cl2
C.I2>Br2>Cl2>O2>N2 D.N2>O2>Cl2>Br2>I2
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解析:一般来说,共价键的键能越大、键长越短,分子的稳定性越强,分析题表中五种分子的键能、键长数据可知,分子的稳定性顺序为N2>O2>Cl2>Br2>I2。
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5.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比Si—H的键长更短,故CH4比SiH4更稳定
C.H2O、CH4、CO2三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
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解析:1个乙烯分子中含有4个C—H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,则分子中含有5个σ键和1个π键,故A正确;非金属原子间形成共价键的键长越短,共价键越强,分子越稳定,C—H比Si—H的键长短,则C—H比Si—H的键能大,故CH4比SiH4更稳定,故B正确;H2O是V形结构,键角为105°,CH4是正四面体形结构,键角为109°28',CO2是直线形结构,键角为180°,三种分子的键角依次增大,故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,故D错误。
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6.下列说法中正确的是 ( )
A.双原子分子中化学键键能越大,分子越稳定
B.双原子分子中化学键键长越长,分子越稳定
C.双原子分子中化学键键角越大,分子越稳定
D.在双键中,σ键的键能要小于π键的键能
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解析:键能越大,分子越稳定,A正确;双原子分子中化学键键长越短,分子越稳定,B不正确;分子的稳定性和键角关系不大,C不正确;在双键中,σ键的键能不一定小于π键的键能,D不正确。
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7.下列说法正确的是 ( )
A.已知N—N的键能为193 kJ·mol-1,故N≡N的键能为193×3 kJ·mol-1
B.H—H的键能为436.0 kJ·mol-1,F—F的键能为157 kJ·mol-1,故H2比F2稳定
C.某元素原子最外层有1个电子,它跟卤素相结合时,所形成的化学键为离子键
D.N—H的键能为390.8 kJ·mol-1,其含义为断裂1 mol N—H所放出的能量为390.8 kJ
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解析:氮氮三键中含有1个σ键和2个π键,σ键与π键的键能不同,并且形成氮氮三键更稳定,释放的能量更多,所以N≡N的键能远大于193×3 kJ·mol-1,A项错误;分子中共价键的键能越大,分子越稳定,B项正确;该元素可能为氢元素或碱金属元素,故与卤素相结合可形成共价键或离子键,C项错误;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,D项错误。
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8.已知H—H的键能为436.0 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
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解析:N—N的键能不是N≡N的键能的,故A错误;氢原子半径在所有原子中是最小的,所以氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的长,故B错误;氧气分子中氧原子是以共价双键结合的,故C错误;氮气分子中的N≡N很牢固,所以氮气分子比氯气分子稳定,故D正确。
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9.科学家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,形成1 mol N≡N放出942 kJ热量,根据以上信息判断,下列说法正确的是( )
A.1 mol N4转变成N2将放出882 kJ热量
B.N—N比N≡N稳定
C.1 mol N4比2 mol N2的总能量低
D.N4是由极性键组成的分子
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解析:1 mol N4转变成N2时断裂6 mol N—N,吸收热量6×167 kJ=
1 002 kJ,形成2 mol N≡N,放出热量2×942 kJ=1 884 kJ,故反应过程中放出的热量为1 884 kJ-1 002 kJ=882 kJ,A正确;由题给信息可知,N—N的键能为167 kJ·mol-1,N≡N的键能为942 kJ·mol-1,键能越大,共价键越稳定,B错误;1 mol N4反应转化为2 mol N2时放出882 kJ的热量,说明
1 mol N4比2 mol N2的总能量高,C错误;N4中的N—N是同一元素的原子形成的共价键,属于非极性键,D错误。
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10．用“>”或“<”填空。
(1)比较键长大小：
①C—H______N—H______O—H；
②N2H4分子中N—N______N2分子中N≡N。
解析：①由于C、N、O的原子半径依次减小，所以C—H、N—H、O—H的键长依次减小；②N2H4分子中N—N大于N2分子中N≡N。
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(2)比较键能大小：
C—H______N—H______O—H。
解析：由于C—H、N—H、O—H的键长依次减小，因此键能依次增大。
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(3)比较键角大小：
①CO2______NH3；②H2O______NH3。
解析：CO2为直线形分子，NH3为三角锥形分子，故键角CO2大于NH3。H2O为V形分子，键角是105°，NH3分子键角是107°，H2O分子键角小于NH3分子。
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11．碳、氮、氧、氢是地球上极为丰富的元素。
(1)氢气分子的形成过程示意图如图，请据图回答相关问题。
H—H的键长为________，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是_________________。
0.074 nm
①>⑤>②>③>④
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解析:可以直接从题图中的有关数据读出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。
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(2)CO和N2分子中根据电子云重叠的方式不同，都包含的共价键类型有____________，CO、N2的结构可表示为C≡O、N≡N，相关化学键的键能如表：(单位kJ·mol－1)
物质 化学键 单键 双键 三键
CO 351 745 1 071.9
N2 193 418 946
σ键和π键
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结合数据说明CO比N2活泼的原因__________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
。
解析:CO与N2的结构相似,所以N2与CO的分子中都包含的共价键有σ键和π键。每摩尔CO中断裂第一个π键消耗的能量为1 071.9 kJ-745 kJ=326.9 kJ;而每摩尔N2中断裂第一个π键消耗的能量为946 kJ-418 kJ=528 kJ,可见CO的一个π键容易断裂,因此CO比N2活泼。
每摩尔CO中断裂第一个π键
消耗的能量为1 071.9 kJ-745 kJ=326.9 kJ;而每摩尔N2中断裂第一个
π键消耗的能量为946 kJ-418 kJ=528 kJ,可见CO的一个π键容易断裂,
因此CO比N2活泼
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(3)某有机物的结构式如图所示，则分子中有______个σ键，______个π键。
解析:分子中5个共价单键是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,三键中有1个σ键和2个π键,故σ键总数是7,π键总数是3。
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12.已知下列化学键的键能:
回答下列问题：
(1)过氧化氢不稳定，易发生分解反应2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)，利用键能数据计算该反应的反应热为________________。
化学键 C—C N—N O—O O===O O—H S—H Se—H N—H As—H
键能/ (kJ·mol－1) 347.7 193 142 497.3 462.8 363.5 276 390.8 247
－213.3 kJ·mol－1
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解析：ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，ΔH＝(462.8 kJ·mol－1×2＋142 kJ·mol－1)×2－(497.3 kJ·mol－1＋462.8 kJ·mol－1×4)＝－213.3 kJ·mol－1。
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(2)O—H、S—H、Se—H的键能逐渐减小，原因是____________________________________________________，据此可推测P—H的键能范围为____________
解析：键长越小键能越大，O—H、S—H、Se—H的键长依次增大，因而键能依次减小；N—H、P—H、As—H的键长依次增大，因而键能依次减小，P—H的键能介于N—H和As—H的键能之间，即247 kJ·mol－1S—H，所以P—H的键能小于363.5 kJ·mol－1。
O—H、S—H、Se—H的键长依次增大，因而键能依次减小
247 kJ·mol－1
363.5 kJ·mol－1
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(3)有机物是以碳骨架为基础的化合物，即碳原子间易形成C—C长链，而氮原子与氮原子间，氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链，原因是___________________________________________
____________________________________________________________
__________________。
解析：C—C的键能较大，较稳定，因而易形成C—C长链，而N—N、O—O的键能小，不稳定易断裂，因此难以形成N—N、O—O长链。
C—C的键能较大，较稳定，因而易形成C—C
长链，而N—N、O—O的键能小，不稳定易断裂，因此难以形成
N—N、O—O长链
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高阶思维训练
13．下表中所列数据是在相同条件下，不同物质中氧氧键的键长和键能的实测数据。下列有关说法正确的是( )
微粒 O2
键长/pm 149 128 121 112
键能/(kJ·mol-1) a b 497.3 628
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A.aB.O—O的键能为497.3 kJ·mol-1
C.中存在π键
D.键长越长,键能越大
√
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解析:O2和电子数分别为16、15,但键能分别为497.3 kJ·mol-1、628 kJ·mol-1,电子数越多键能越小,a1
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14.下表是一些键能数据(单位:kJ·mol-1)。
键 键能 键 键能
H—H 436.0 Cl—Cl 242.7
S===S 255 H—S 339
C—Cl 330 C—I 218
H—Cl 431.8 O—H 462.8
C—F 427 C—O 351
H—F 568 — —
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回答下列问题。
(1)由表中数据能否得出这样的结论：
①半径越小的原子形成的共价键越牢固(即键能越大)，________(填“能”或“不能”，下同)；
②非金属性越强的原子形成的共价键越牢固，________。
解析：共价键的键能与原子的半径和原子对共用电子对的吸引力(非金属性)有关，同类型的共价键的键能可以进行比较，不同类型的不能进行比较。
不能
不能
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(2)从数据中找出一些规律，请写出一条：______________________
_____________________________________________________________。
试预测C—Br的键能范围：________________解析：由于C—F、C—Cl、C—Br和C—I的类型相似，可以通过原子半径和非金属性进行比较，F、Cl、Br、I的半径依次增大，非金属性逐渐减弱，所以它们对共用电子对的引力作用依次减小，键能依次减小。
同主族元素原子与相同
原子结合形成共价键时，该主族元素原子半径越小，共价键越牢固
218 kJ·mol－1
330 kJ·mol－1
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(3)由热化学方程式H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)
ΔH＝－185 kJ·mol－1，并结合上表数据可推知一个化学反应的反应热(设反应物和生成物均为气态)与反应物和生成物的键能之间的关系是_____________________________________________________________；由热化学方程式2H2(g)＋S2(s)===2H2S(g) ΔH＝－224.5 kJ·mol－1和表中数据可计算出1 mol S2(s)变为1 mol S2(g)时将__________(填“吸收”或“放出”)________kJ的热量。
化学反应的反应热等于反应物的键能之和与生成物的键能之和的差
吸收
4.5
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解析：化学反应的实质是旧键的断裂与新键的形成过程。化学键的断裂要吸收热量，形成新键要放出热量，从而可以得出它们之间的关系。根据键能可以计算S2(g)＋2H2(g)===2H2S(g)的反应热：ΔH＝2×436.0 kJ·mol－1＋255 kJ·mol－1－4×339 kJ·mol－1＝－229 kJ·mol－1。结合已知热化学方程式知，1 mol S2(s)转化为 1 mol S2(g)需要吸收4.5 kJ热量。第2课时 键参数——键能、键长与键角
新知探究(一)——键能
1.概念
气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所 的能量,单位是kJ·mol-1。
2.数据特点
通常是298.15 K(25 ℃)、101 kPa条件下的标准值,可通过实验测定,更多的却是推算获得的,键能数据是平均值。
3.应用
应用 解释
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
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
利用键能估算 化学反应的热效应 ΔH= 的总键能- 的总键能
应用化学
1.已知,波长为300 nm的紫外光的光子所具有的能量约为399 kJ·mol-1,C—C、C—N、C—S的键能分别是347.9 kJ·mol-1、305 kJ·mol-1、272 kJ·mol-1,从键能角度解释紫外光对人体有害的原因。
2.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有π 键。这些分子中的 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。由此说明其中键能:π 键 σ键。
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(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)CC的键能等于C—C的键能的2倍 ( )
(3)σ键一定比π键牢固 ( )
2.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.O2比N2更容易与H2反应
3.已知各共价键的键能如表所示,下列说法不正确的是 ( )
共价键 H—H F—F H—F H—Cl H—I
键能/(kJ·mol-1) 436.0 157 568 431.8 298.7
A.键的极性大小顺序:H—I>H—Cl>H—F
B.表中最稳定的共价键是H—F
C.431.8 kJ·mol-1>E(H—Br)>298.7 kJ·mol-1
D.上述键能可以说明稳定性的顺序是HF>HCl>HI
4.某些化学键的键能(kJ·mol-1)如表所示:
化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I
键能 436.0 242.7 193.7 152.7 431.8 366 298.7
(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”)。
5.碳和硅的有关化学键键能见下表。
化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
键能/ (kJ·mol-1) 347.7 413.4 351 226 323 368
(1)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,从键能角度分析其原因
。
(2)SiH4的稳定性小于CH4的稳定性,更易生成氧化物,其原因为 。
新知探究(二)——键长
1.概念
构成化学键的两个原子的核间距。
[微点拨] 分子中的原子始终处于不断振动之中,键长只是振动着的原子处于平衡位置时的核间距。
2.数据获得
键长的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。
3.键长影响因素
(1)同种类型的共价键,成键原子的半径越小,键长越短。
(2)成键原子相同的共价键的键长与共价键数目有关系,当两个原子形成双键或者三键时,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,即单键键长>双键键长>三键键长。
4.应用
定量衡量共价键的强弱或分子的稳定性。共价键的键长越小,往往键能越大,相应分子越稳定。
[微点拨] 一般来说,键长越短,键能越大。但F—F键长短,键能小,是因为两个氟原子形成共价键时,原子核之间的距离很近,电子间排斥力很大,因此键能不大。
[题点多维训练]
1.下列说法正确的是 ( )
A.在分子中,两个成键的原子间的距离叫键长
B.键长:N—H>P—H
C.H—Cl键的键能为431.8 kJ·mol-1,H—Br键的键能为366 kJ·mol-1,这可以说明HCl比HBr分子稳定
D.键能越大,表示该分子越容易受热分解
2.参考下表中化学键的键能与键长数据,判断下列分子最稳定的是 ( )
化学键 C—H N—H O—H H—F
键能/(kJ·mol-1) 413.4 390.8 462.8 568
键长/pm 109 101 96 92
A.CH4B.NH3
C.H2OD.HF
3.氢分子形成过程中,体系能量变化如图,下列说法中,不正确的是 ( )
A.由①到④,电子在核间区域出现的概率增大
B.由④到⑤,需要由外界提供能量
C.有催化剂存在时,若键的键长增大,则键能也增大
D.两个氢原子的核间距从无穷远到0.074 nm的过程是成键过程,对外释放能量
4.已知某些共价键的键能、键长数据如表所示:
共价键 Cl—Cl Br—Br I—I H—F H—Cl H—Br H—I O—H
键能/ (kJ·mol-1) 242.7 193.7 152.7 568 431.8 366 298.7 462.8
键长/pm 198 228 267 96
共价键 C—C CC C≡C C—H N—H NO O—O OO
键能/ (kJ·mol-1) 347.7 615 812 413.4 390.8 607 142 497.3
键长/pm 154 133 120 109 101
(1)下列推断正确的是 (填字母)。
A.热稳定性:HF>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”)OO的键长。
新知探究(三)——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.数据获得
键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。CO2的键角为180°,是直线形分子;H2O的键角为105°,是V形(或称角形)分子。
3.应用
(1)键角是描述分子空间结构的重要参数,键角和键长决定分子的空间结构。
(2)多原子分子的键角一定,表明共价键具有方向性。
(3)分子的许多性质都与键角有关。
应用化学
1.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
2.实验测得H2S为共价化合物,H—S—H的夹角为92.3°,键长相同,则H2S的空间结构是什么
[题点多维训练]
1.反映共价键强弱的物理量是 ( )
A.键能B.键能、键长
C.键能、键长、键角D.键长、键角
2.下列说法正确的是 ( )
A.分子的结构是由键角决定的
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的键长、键角均相等
D.NH3分子中两个N—H的键角为120°
3.NH3分子的空间结构是三角锥形而不是平面三角形,最充分的理由是 ( )
A.NH3分子内3个N—H的键长均相等
B.NH3分子内3个N—H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°
4.下列有关说法不正确的是 ( )
A.CH4、NH3、CO2分子中的键角依次增大
B.HCl、HBr、HI分子中的键长依次增大
C.H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小
D.H2O、PH3、SiH4分子的稳定性依次减弱
第2课时 键参数——键能、键长与键角
新知探究(一)
1.吸收 3.反应物 生成物
[应用化学]
1.提示:波长为300 nm的紫外光的光子所具有的能量比蛋白质分子中重要的化学键C—C、C—N、C—S的键能都大,紫外光的能量足以使这些化学键断裂,从而破坏蛋白质分子。
2.提示:<
[题点多维训练]
1.(1)√ (2)× (3)×
2.选B 由于N2分子中存在N≡N,键能很大,破坏共价键需要较多的能量,N2的化学性质很稳定,A正确;稀有气体都为单原子分子,分子内部没有化学键,B错误;卤族元素从F到I原子半径逐渐增大,其氢化物中的键长逐渐变长,键能逐渐变小,所以稳定性逐渐减弱,C正确;由于N≡N的键能大于OO的键能,D正确。
3.选A 电负性的差值越大,键的极性越强,F、Cl、I与H的电负性差值逐渐减小,因此键的极性大小顺序:H—IE(H—Br)>298.7 kJ·mol-1,故C正确;键能越大,分子越稳定,因此键能可以说明稳定性的顺序是HF>HCl>HI,故D正确。
4.解析:(1)根据键能数据可得,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=436.0 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。
答案:(1)184.9 (2)a 多
5.(1)C—C和C—H的键能较大,所形成的烷烃稳定。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
(2)C—H的键能大于C—O,C—H比C—O稳定。而Si—H的键能却小于Si—O,所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O
新知探究(二)
1.选C 形成共价键的两个原子之间的核间距叫做键长,A错误;成键原子的半径越大,键长越长,原子半径:P>N,键长:P—H>N—H,B错误;键能越大,含有该键的物质越稳定,越不易分解,C正确,D错误。
2.选D 物质中的化学键键能越大,断裂时吸收的能量越多,则化学键越稳定,分子也越稳定,从题表中可知,H—F的键能最大,最难断裂,因此最稳定的分子为HF。
3.选C 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,所以由①到④,电子在核间出现的概率增加,故A正确;由④稳定状态,通过吸收能量变为⑤,因此需要由外界提供能量,故B正确;催化剂不能改变键长和键能,故C错误;根据能量越低越稳定,氢气是稳定的状态,因此H—H的键长为0.074 nm,则两个氢原子的核间距从无穷远到0.074 nm的过程是成键过程,形成新键释放能量,故D正确。
4.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。
答案:(1)ACD (2)HF HI 大于
新知探究(三)
[应用化学]
1.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'。
2.提示:H2S分子是V形结构。
[题点多维训练]
1.选B 键能可看作是断开共价键所需的能量,键能越大,则断开共价键时所需的能量就越大,含该键的分子就越稳定;键长越长,键能反而越小,故反映共价键强弱的物理量是键能和键长。
2.选B 分子结构涉及原子在空间中的位置,与化学键种类有关,包括键长、键角以及相邻三个键之间的二面角,故A错误;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,故B正确;CF4、CCl4、CBr4、CI4中卤素原子的半径不同,所以C—X的键长不等,但键角均相等,故C错误;NH3分子中两个N—H的键角为107°,故D错误。
3.选C NH3分子内的键角和键长都相等,可能有两种情况,一是平面三角形,二是三角锥形。如果键角为107°,则为三角锥形。
4.选A CH4、NH3、CO2分子中的键角分别为109°28'、107°、180°,故A错误;原子半径越大,形成的共价键的键长越长,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;元素的非金属性越强,形成的共价键越稳定,共价键的键能越大,则H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小,故C正确;非金属性:O>P>Si,则简单氢化物的稳定性:H2O>PH3>SiH4,故D正确。课时跟踪检测(七) 键参数——键能、键长与键角
1.下列说法中,错误的是 ( )
A.键能是衡量化学键稳定性的参数之一,键能越大,则化学键就越牢固
B.键长与共价键的稳定性没有关系
C.键角是两个相邻共价键之间的夹角,说明共价键有方向性
D.共价键是原子轨道重叠并通过共用电子对而形成的,所以共价键有饱和性
2.(2024·长沙高二检测)下列关于键参数的说法错误的是 ( )
A.双键的键能比单键的键能大
B.一般来说,原子半径越小的原子形成的共价键键长越短
C.H—F的键长是H—X中最短的
D.可以利用X射线衍射实验测定共价键的键长等参数
3.关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是 ( )
A.键长越长,键能越大,共价化合物越稳定
B.通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热的大小
C.键角是确定多分子空间结构的重要参数
D.同种原子间形成的共价键键长:三键<双键<单键
4.根据下表中键能和键长数据,推断下列分子的稳定性顺序中,正确的是 ( )
物质 N2 Cl2 Br2 I2 O2
键能/(kJ·mol-1) 946 242.7 193.7 152.7 497.3
键长/nm 0.110 0.198 0.228 0.267 0.121
A.N2>Cl2>Br2>O2>I2
B.O2>N2>I2>Br2>Cl2
C.I2>Br2>Cl2>O2>N2
D.N2>O2>Cl2>Br2>I2
5.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比Si—H的键长更短,故CH4比SiH4更稳定
C.H2O、CH4、CO2三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
6.下列说法中正确的是 ( )
A.双原子分子中化学键键能越大,分子越稳定
B.双原子分子中化学键键长越长,分子越稳定
C.双原子分子中化学键键角越大,分子越稳定
D.在双键中,σ键的键能要小于π键的键能
7.下列说法正确的是 ( )
A.已知N—N的键能为193 kJ·mol-1,故N≡N的键能为193×3 kJ·mol-1
B.H—H的键能为436.0 kJ·mol-1,F—F的键能为157 kJ·mol-1,故H2比F2稳定
C.某元素原子最外层有1个电子,它跟卤素相结合时,所形成的化学键为离子键
D.N—H的键能为390.8 kJ·mol-1,其含义为断裂1 mol N—H所放出的能量为390.8 kJ
8.已知H—H的键能为436.0 kJ·mol-1,OO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
9.科学家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,形成1 mol N≡N放出942 kJ热量,根据以上信息判断,下列说法正确的是 ( )
A.1 mol N4转变成N2将放出882 kJ热量
B.N—N比N≡N稳定
C.1 mol N4比2 mol N2的总能量低
D.N4是由极性键组成的分子
10.用“>”或“<”填空。
(1)比较键长大小:
①C—H N—H O—H;
②N2H4分子中N—N N2分子中N≡N。
(2)比较键能大小:
C—H N—H O—H。
(3)比较键角大小:
①CO2 NH3;②H2O NH3。
11.碳、氮、氧、氢是地球上极为丰富的元素。
(1)氢气分子的形成过程示意图如图,请据图回答相关问题。
H—H的键长为 ,①~⑤中,体系能量由高到低的顺序是 。
(2)CO和N2分子中根据电子云重叠的方式不同,都包含的共价键类型有 ,CO、N2的结构可表示为C≡O、N≡N,相关化学键的键能如表:(单位kJ·mol-1)
物质 化学键
单键 双键 三键
CO 351 745 1 071.9
N2 193 418 946
结合数据说明CO比N2活泼的原因 。
(3)某有机物的结构式如图所示,则分子中有 个σ键, 个π键。
12.已知下列化学键的键能:
化学键 C—C N—N O—O OO O—H S—H Se—H N—H As—H
键能/ (kJ·mol-1) 347.7 193 142 497.3 462.8 363.5 276 390.8 247
回答下列问题:
(1)过氧化氢不稳定,易发生分解反应2H2O2(g)2H2O(g)+O2(g),利用键能数据计算该反应的反应热为 。
(2)O—H、S—H、Se—H的键能逐渐减小,原因是 ,据此可推测P—H的键能范围为 (3)有机物是以碳骨架为基础的化合物,即碳原子间易形成C—C长链,而氮原子与氮原子间,氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链,原因是 。
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13.下表中所列数据是在相同条件下,不同物质中氧氧键的键长和键能的实测数据。下列有关说法正确的是 ( )
微粒 O2
键长/pm 149 128 121 112
键能/(kJ·mol-1) a b 497.3 628
A.aB.O—O的键能为497.3 kJ·mol-1
C.中存在π键
D.键长越长,键能越大
14.下表是一些键能数据(单位:kJ·mol-1)。
键 键能 键 键能
H—H 436.0 Cl—Cl 242.7
SS 255 H—S 339
C—Cl 330 C—I 218
H—Cl 431.8 O—H 462.8
C—F 427 C—O 351
H—F 568 — —
回答下列问题。
(1)由表中数据能否得出这样的结论:
①半径越小的原子形成的共价键越牢固(即键能越大), (填“能”或“不能”,下同);
②非金属性越强的原子形成的共价键越牢固, 。
(2)从数据中找出一些规律,请写出一条: 。
试预测C—Br的键能范围: (3)由热化学方程式H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)
ΔH=-185 kJ·mol-1,并结合上表数据可推知一个化学反应的反应热(设反应物和生成物均为气态)与反应物和生成物的键能之间的关系是 ;由热化学方程式2H2(g)+S2(s)2H2S(g) ΔH=-224.5 kJ·mol-1和表中数据可计算出1 mol S2(s)变为1 mol S2(g)时将 (填“吸收”或“放出”) kJ的热量。
课时跟踪检测(七)
1.选B 键能指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量,键能越大,意味着化学键越稳定,越不容易断裂,A正确;键长是形成共价键的两个原子之间的核间距,键长越短,往往键能越大,共价键越稳定,B错误;两个相邻共价键之间的夹角称为键角,多原子分子的键角一定,说明共价键具有方向性,C正确;元素的原子形成共价键时,当一个原子的所有未成对电子和另一些原子中自旋方向相反的未成对电子配对成键后,就不再跟其他原子的未成对电子配对成键,例如H2O分子中,O原子有两个未成对电子,它只能跟两个H原子的未成对电子配对,因此,共价键具有饱和性,D正确。
2.选A 题干未告知成键元素的种类,无法比较双键和单键的键能相对大小,但成键原子相同的双键的键能比单键的键能要大,A错误。
3.选A 键长越长,键能越小,共价化合物越不稳定,键能越大,键长越短,共价化合物越稳定,故A错误;反应热=反应物的总键能-生成物的总键能,则通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热的大小,故B正确;键长和键角常被用来描述分子的空间结构,键角是描述分子空间结构的重要参数,故C正确;原子间键能越大,核间距越小,键长越短,同种原子间键能的一般关系为三键>双键>单键,则键长:三键<双键<单键,故D正确。
4.选D 一般来说,共价键的键能越大、键长越短,分子的稳定性越强,分析题表中五种分子的键能、键长数据可知,分子的稳定性顺序为N2>O2>Cl2>Br2>I2。
5.选D 1个乙烯分子中含有4个C—H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,则分子中含有5个σ键和1个π键,故A正确;非金属原子间形成共价键的键长越短,共价键越强,分子越稳定,C—H比Si—H的键长短,则C—H比Si—H的键能大,故CH4比SiH4更稳定,故B正确;H2O是V形结构,键角为105°,CH4是正四面体形结构,键角为109°28',CO2是直线形结构,键角为180°,三种分子的键角依次增大,故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,故D错误。
6.选A 键能越大,分子越稳定,A正确;双原子分子中化学键键长越短,分子越稳定,B不正确;分子的稳定性和键角关系不大,C不正确;在双键中,σ键的键能不一定小于π键的键能,D不正确。
7.选B 氮氮三键中含有1个σ键和2个π键,σ键与π键的键能不同,并且形成氮氮三键更稳定,释放的能量更多,所以N≡N的键能远大于193×3 kJ·mol-1,A项错误;分子中共价键的键能越大,分子越稳定,B项正确;该元素可能为氢元素或碱金属元素,故与卤素相结合可形成共价键或离子键,C项错误;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,D项错误。
8.选D N—N的键能不是N≡N的键能的,故A错误;氢原子半径在所有原子中是最小的,所以氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的长,故B错误;氧气分子中氧原子是以共价双键结合的,故C错误;氮气分子中的N≡N很牢固,所以氮气分子比氯气分子稳定,故D正确。
9.选A 1 mol N4转变成N2时断裂6 mol N—N,吸收热量6×167 kJ=1 002 kJ,形成2 mol N≡N,放出热量2×942 kJ=1 884 kJ,故反应过程中放出的热量为1 884 kJ-1 002 kJ=882 kJ,A正确;由题给信息可知,N—N的键能为167 kJ·mol-1,N≡N的键能为942 kJ·mol-1,键能越大,共价键越稳定,B错误;1 mol N4反应转化为2 mol N2时放出882 kJ的热量,说明1 mol N4比2 mol N2的总能量高,C错误;N4中的N—N是同一元素的原子形成的共价键,属于非极性键,D错误。
10.解析:(1)①由于C、N、O的原子半径依次减小,所以C—H、N—H、O—H的键长依次减小;②N2H4分子中N—N大于N2分子中N≡N。(2)由于C—H、N—H、O—H的键长依次减小,因此键能依次增大。(3)CO2为直线形分子,NH3为三角锥形分子,故键角CO2大于NH3。H2O为V形分子,键角是105°,NH3分子键角是107°,H2O分子键角小于NH3分子。
答案:(1)①> > ②> (2)< < (3)①> ②<
11.解析:(1)可以直接从题图中的有关数据读出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)CO与N2的结构相似,所以N2与CO的分子中都包含的共价键有σ键和π键。每摩尔CO中断裂第一个π键消耗的能量为1 071.9 kJ-745 kJ=326.9 kJ;而每摩尔N2中断裂第一个π键消耗的能量为946 kJ-418 kJ=528 kJ,可见CO的一个π键容易断裂,因此CO比N2活泼。(3)分子中5个共价单键是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,三键中有1个σ键和2个π键,故σ键总数是7,π键总数是3。
答案:(1)0.074 nm ①>⑤>②>③>④
(2)σ键和π键 每摩尔CO中断裂第一个π键消耗的能量为1 071.9 kJ-745 kJ=326.9 kJ;而每摩尔N2中断裂第一个π键消耗的能量为946 kJ-418 kJ=528 kJ,可见CO的一个π键容易断裂,因此CO比N2活泼 (3)7 3
12.解析:(1)ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能,ΔH=(462.8 kJ·mol-1×2+142 kJ·mol-1)×2-(497.3 kJ·mol-1+462.8 kJ·mol-1×4)=-213.3 kJ·mol-1。(2)键长越小键能越大,O—H、S—H、Se—H的键长依次增大,因而键能依次减小;N—H、P—H、As—H的键长依次增大,因而键能依次减小,P—H的键能介于N—H和As—H的键能之间,即247 kJ·mol-1S—H,所以P—H的键能小于363.5 kJ·mol-1。(3)C—C的键能较大,较稳定,因而易形成C—C长链,而N—N、O—O的键能小,不稳定易断裂,因此难以形成N—N、O—O长链。
答案:(1)-213.3 kJ·mol-1 (2)O—H、S—H、Se—H的键长依次增大,因而键能依次减小 247 kJ·mol-1 363.5 kJ·mol-1 (3)C—C的键能较大,较稳定,因而易形成C—C长链,而N—N、O—O的键能小,不稳定易断裂,因此难以形成N—N、O—O长链
13.选A O2和电子数分别为16、15,但键能分别为497.3 kJ·mol-1、628 kJ·mol-1,电子数越多键能越小,a14.解析:(1)共价键的键能与原子的半径和原子对共用电子对的吸引力(非金属性)有关,同类型的共价键的键能可以进行比较,不同类型的不能进行比较。(2)由于C—F、C—Cl、C—Br和C—I的类型相似,可以通过原子半径和非金属性进行比较,F、Cl、Br、I的半径依次增大,非金属性逐渐减弱,所以它们对共用电子对的引力作用依次减小,键能依次减小。(3)化学反应的实质是旧键的断裂与新键的形成过程。化学键的断裂要吸收热量,形成新键要放出热量,从而可以得出它们之间的关系。根据键能可以计算S2(g)+2H2(g)2H2S(g)的反应热:ΔH=2×436.0 kJ·mol-1+255 kJ·mol-1-4×339 kJ·mol-1=-229 kJ·mol-1。结合已知热化学方程式知,1 mol S2(s)转化为 1 mol S2(g)需要吸收4.5 kJ热量。
答案:(1)①不能 ②不能 (2)同主族元素原子与相同原子结合形成共价键时,该主族元素原子半径越小,共价键越牢固
218 kJ·mol-1 330 kJ·mol-1 (3)化学反应的反应热等于反应物的键能之和与生成物的键能之和的差 吸收 4.5