第2课时 键参数——键能、键长与键角
课时作业
(分值:56分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 键能、键长与键角
1.关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是( )
[A]键角的大小与键长、键能的大小无关
[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]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
[D]HBr分子中的共价键比HF分子中的共价键牢固
【答案】 D
【解析】 键角的大小取决于成键原子轨道的夹角,与键长、键能的大小无关,故A正确;反应热=反应物的总键能-生成物的总键能,通过反应物和生成物分子中键能的数据可以粗略预测反应热的大小,故B正确;共价键的键能越大,断裂时需要的能量越多,共价键越牢固,由该键形成的分子越稳定,故C正确;Br的原子半径大于F,则键长H—Br>H—F,键能H—Br2.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]H—F的键长是H—X(X表示卤族元素)中最长的
[B]CO2可表示为O—C—O,分子中键角为180°
[C]通常分子中键能越大,键长越短,分子越稳定
[D]碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键的键能的3倍和2倍
【答案】 C
【解析】 卤族元素中F的原子半径最小,则H—F的键长是H—X中最短的,A项错误;CO2的结构式为OCO,分子中键角为180°,B项错误;通常分子中键长越短,键能越大,分子越稳定,C项正确;碳碳三键中含2个π键和1个σ键,碳碳双键中含1个π键和1个σ键,其中π键弱于σ键,故碳碳三键的键能比碳碳单键的键能的3倍小,碳碳双键的键能比碳碳单键的键能的2倍小,D项错误。
3.下列有关共价键和键参数的说法不正确的是( )
[A]1个乙酸分子中含有7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,故碳碳单键更活泼
【答案】 D
【解析】 1个乙酸分子中含有6个单键和1个碳氧双键,单键是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,则分子中含有7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(相同类型)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,碳碳单键中只含有1个σ键,碳碳双键中的π键易断裂,所以碳碳双键更活泼,故D错误。
知识点2 键参数的应用
4.参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 H—C H—N H—O H—F
键能/(kJ·mol-1) 413.4 390.8 462.8 568
键长/pm 109 101 96 92
[A]CH4 [B]NH3 [C]H2O [D]HF
【答案】 D
5.(2025·浙江宁波联考)已知:N—N、NN和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90,而C—C、CC 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】 根据N—N、NN和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90可知,N≡N、NN中π键比σ键稳定,故A错误;N≡N、NN中π键比σ键稳定,难发生加成反应,故B错误;根据C—C、CC和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34可知,CC、C≡C中π键比σ键弱,π键不稳定,较易发生加成反应,故C正确,D错误。
6.已知几种共价键的键能如下表:
化学键 C—Cl C—H Cl—Cl H—Cl
键能/(kJ·mol-1) 339 413.4 242.7 431.8
下列说法错误的是( )
[A]根据表中数据能计算C2H6(g)+Cl2(g)C2H5Cl(l)+HCl(g)的ΔH
[B]HCl(g)H(g)+Cl(g) ΔH=+431.8 kJ·mol-1
[C]由键能可知,C—Cl比C—H更容易断裂
[D]键能:C≡C>CC>C—C
【答案】 A
【解析】 根据键能只能计算C2H6(g)+Cl2(g)C2H5Cl(g)+HCl(g)的ΔH,C2H5Cl(g)C2H5Cl(l)的焓变未知,A错误;H—Cl的键能是431.8 kJ·mol-1,断键吸热,B正确;由键能可知,C—Cl的键能小于C—H的键能,因此C—Cl比C—H更容易断裂,C正确;碳碳三键键长小于碳碳双键键长,碳碳双键键长小于碳碳单键键长,因此键能C≡C>CC>C—C,
D正确。
知识点3 共价键知识的综合应用
7.(2025·浙江师大附中期中)已知几种共价键的键能如下表:
化学键 H—N N≡N Cl—Cl H—Cl
键能/(kJ·mol-1) 391 946 243 432
下列说法错误的是( )
[A]键能:N≡N>NN>N—N
[B]H(g)+Cl(g)HCl(g) ΔH=-432 kJ·mol-1
[C]H—N的键能小于H—Cl的键能,所以NH3的稳定性强于HCl
[D]2NH3(g)+3Cl2(g)N2(g)+6HCl(g) ΔH=-463 kJ·mol-1
【答案】 C
【解析】 相同原子形成的三键键长<双键键长<单键键长,键长越短,键能越大,所以键能N≡N>NN>N—N,A正确;形成化学键释放能量,H(g)+Cl(g)HCl(g) ΔH=
-432 kJ·mol-1,B正确;键能越小,化学键的稳定性越弱,C错误;根据ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和,则2NH3(g)+3Cl2(g)N2(g)+6HCl(g) ΔH=6E(N—H)+3E(Cl—Cl)-E(N≡N)-6E(H—Cl)=-463 kJ·mol-1,D正确。
8.氰气的化学式为(CN)2,结构式为N≡C—C≡N,性质与卤素单质相似。下列说法正确的是( )
[A]不能和氢氧化钠溶液发生反应
[B]分子中N≡C的键长大于C—C的键长
[C]分子中含有2个σ键和4个π键
[D]分子中既有极性键又有非极性键
【答案】 D
【解析】 氰气性质与卤素单质相似,能和氢氧化钠溶液发生反应,故A错误;同一周期主族元素中,原子半径随着原子序数的增大而减小,原子半径越大,形成的共价键键长越长,碳原子半径大于氮原子半径,所以氰气分子中C≡N的键长小于C—C的键长,故B错误;单键均为σ键,双键中含有1个σ键、1个π键,三键中含有1个σ键、2个π键,该分子的结构式为N≡C—C≡N,其中含有3个σ键、4个π键,故C错误;同种原子间形成非极性键,不同原子间形成极性键,该分子的结构式为N≡C—C≡N,分子中既有极性键又有非极性键,故D
正确。
9.(2025·广东湛江月考)分析下表数据,下列有关说法错误的是( )
化学键 O—O OO N—N NN N≡N
键能/ (kJ·mol-1) 142 497.3 193 418 946
化学键 C—C CC C≡C C—H H—H
键能/ (kJ·mol-1) 347.7 615 812 413.4 436
[A]N2不能发生加成反应是因为其中的π键比σ键更稳定
[B]CH2CH2(g)+H2(g)CH3CH3(g) ΔH=-123.5 kJ·mol-1
[C]由表中数据可知,H—H比C—H稳定
[D]键长C—C>CC>C≡C;同样的N—N>NN>N≡N
【答案】 A
【解析】 氮气分子中两个氮原子间是N≡N,N—N的键能为193 kJ·mol-1,N≡N的键能为946 kJ·mol-1,远大于N—N键能的3倍,说明N2中的π键比σ键更稳定,加成反应需要断裂π键,所以氮气难以发生加成反应,但N2不是不能发生加成反应,故A错误;在反应CH2CH2(g)+H2(g)CH3CH3(g)中,可以用反应物的总键能减去生成物的总键能计算反应热,即ΔH=4×413.4 kJ·mol-1+615 kJ·mol-1+436 kJ·mol-1-6×413.4 kJ·mol-1-347.7 kJ·mol-1=
-123.5 kJ·mol-1,故B正确;键能越大,键长越短,共价键越稳定,故C正确;键能越大,键长越短,所以键长C—C>CC>C≡C,同样的N—N>NN>N≡N,故D正确。
10.二氯化二硫(S2Cl2)为非平面结构,常温下是一种黄红色液体,有刺激性恶臭,熔点为-80 ℃,沸点为137.1 ℃。下列对于二氯化二硫的叙述正确的是( )
[A]二氯化二硫的电子式为
[B]分子中既有极性键又有非极性键
[C]分子中S—Cl的键长大于S—S的键长
[D]分子中S—Cl的键能小于S—S的键能
【答案】 B
【解析】 S2Cl2中硫原子之间形成1个共用电子对,氯原子与硫原子之间形成1个共用电子对,结合分子结构可知,S2Cl2的结构式为Cl—S—S—Cl,电子式为,故A错误;S2Cl2中Cl—S属于极性键,S—S属于非极性键,故B正确;同周期主族元素从左往右,原子半径逐渐减小,所以氯原子半径小于硫原子半径,键长越短键能越大,所以分子中S—Cl的键长小于S—S的键长,S—Cl的键能大于S—S的键能,故C、D错误。
能力提升
11.从实验中测得的不同粒子中氧氧之间的键长和键能数据如下表所示:
粒子 O2
键长/(10-12 m) 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,该规律是( )
[A]成键时所用电子数越多,键能越大
[B]键长越短,键能越大
[C]成键时所用电子数越少,键能越大
[D]成键时电子对越偏移,键能越大
【答案】 B
【解析】 根据题给数据可知,O2与比较,键能大的对应的键长短,按此分析的键长比中的键长长,所以键能应该小。若按照此规律,键长由短到长的顺序为a>y>x,与题意吻合,B项正确。
12.李时珍在《本草纲目》中记载:“柳叶煎之,可疗心腹内血、止痛,治疥疮。”如今,借助现代有机提纯技术,人们从自然界的柳叶中提纯出了一种重要的化学物质水杨酸(结构如图),并用它来合成止痛药阿司匹林。下列对水杨酸的结构分析不正确的是( )
[A]水杨酸分子中的碳氧键有两种不同的键长
[B]水杨酸分子中苯环上碳碳键的键能是环外碳碳单键的键能的两倍
[C]水杨酸分子中的碳原子一定位于同一个平面上
[D]水杨酸分子中的C—C—C键角比C—O—H键角大
【答案】 B
【解析】 水杨酸分子中的碳氧键有单键和双键两种,键长不同,A项正确;水杨酸分子中苯环上的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊键,键能比碳碳单键的两倍小,B项错误;根据水杨酸的结构可知,水杨酸分子中的碳原子均在同一平面上,C项正确;水杨酸分子中的C—C—C键角约为120°,C—O—H键角与水分子中H—O—H键角类似,接近105°,D项正确。
13.右图为元素周期表前四周期的一部分,下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述正确的是( )
[A]W、R元素单质分子内都存在非极性键
[B]W4呈正四面体形,键角为109°28′
[C]键长:W—H[D]键能:X—H>W—H
【答案】 D
【解析】 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。P的常见同素异形体红磷和白磷的分子中均有非极性键,而Ar由单原子构成,其单质内没有化学键,A错误;P4呈正四面体形,键角为60°,B错误;原子半径为W>Y,故键长为W—H>Y—H,C错误;原子半径为W>X,故键长为W—H>X—H,键长越短,键能越大,故键能为X—H>W—H,D正确。
14.(6分)碳和硅的有关化学键的键能如下表所示,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) 347.7 413.4 351 226 318 452
(1)(3分)硅与碳同族,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
。
(2)(3分)SiH4比CH4更易生成氧化物,原因是
。
【答案】 (1)C—C和C—H的键能较大,所形成的烷烃稳定,而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
15.(11分)Ⅰ.(5分)根据氢分子的形成过程示意图,回答下列问题。
(1)(3分)H—H的键长为 ,①~⑤中,体系能量由高到低的顺序是
。
(2)(2分)下列说法正确的是 (填字母)。
A.氢分子中含有一个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.氢分子中含有一个极性共价键
Ⅱ.(6分)已知几种常见化学键的键能如下表:
化学键 Si—O H—O OO Si—Si Si—C
键能/(kJ/mol) 452 463 498 226 x
(3)(2分)比较Si—C与Si—Si的键能大小:x (填“>”“<”或“=”)226。
(4)(4分)H2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”的观点。已知1 mol单质硅含有2 mol Si—Si,1 mol SiO2含4 mol Si—O。试计算:每千克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 。
【答案】 (1)0.074 nm ①⑤②③④
(2)BC
(3)>
(4)120 500 kJ 858 kJ
【解析】 (1)可以直接从题图上有关数据读出,H—H 的键长为0.074 nm;体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。
(2)氢分子中只含有一个σ键,A错误;核间距逐渐减小时,两个氢原子的原子轨道会相互重叠,导致电子在核间出现的概率增大,B正确;④已经达到稳定状态,C正确;氢分子中只含有一个非极性共价键,D错误。
(3)Si—Si的键长比Si—C的键长长,键能小。
(4)由题图可知,H—H的键能为436 kJ/mol,每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为×(463 kJ/mol×2-436 kJ/mol×1-498 kJ/mol×)=120 500 kJ;每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kJ/mol×4 mol-498 kJ/mol×1 mol-226 kJ/mol×2 mol=858 kJ。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共32张PPT)
第2课时 键参数——
键能、键长与键角
1.理解键能、键长、键角等键参数的概念。2.能应用键参数说明简单分子的某些性质。3.认识共价键的键参数对物质性质的影响,理解微观结构对宏观性质的影响。
键参数
知识点1
1.键能
(1)概念。
键能是指 中1 mol化学键解离成 所吸收的能量。键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值。即在298.15 K、101 kPa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,叫做A—B的键能。
单位: 或 。
气态分子
气态原子
kJ·mol-1
kJ/mol
(2)意义。
表示共价键的 。键能越大,键越 。
[深度思考1]
氮元素的非金属性较强,氮气分子的化学性质却不活泼,请从结构角度解释其原因: 。
强弱
牢固
N2分子中存在N≡N,氮氮三键的键能大,不易被破坏
2.键长
(1)概念。
键长是构成化学键的两个原子的 。
(2)意义。
键长越短,化学键越 ,键越 。
核间距
强
牢固
[深度思考2]
<
<
(2)试从键长和键能的角度分析卤族元素从上到下,简单氢化物的稳定性逐渐减弱的原因:
。
从F到I,原子半径逐渐增大,分别与氢原子形成共价键时,按H—F、H—Cl、H—Br、H—I的顺序,键长逐渐增长,键能逐渐减小,故简单氢化物的稳定性逐渐减弱
3.键角
(1)概念。
在多原子分子中,两个相邻共价键之间的 称为键角。
(2)意义。
可以判断多原子分子的 。
例如:
夹角
空间结构
CO2为 形分子,H2O为 形(或称 形)分子,NH3为 形分子。
直线
V
角
三角锥
4.键参数与分子性质的关系
稳定性
空间结构
[注意] 键参数对分子性质的影响:相同类型的共价化合物分子,成键原子半径越小,键长越短,键能越大,分子越稳定。
[深度思考3]
下表是一些共价键的键能(单位:kJ/mol)数据:
共价键 键能 共价键 键能 共价键 键能
H—H 436.0 Cl—Cl 242.7 H—Cl 431.8
S—S 255 H—S 339 C—F 427
C—Cl 339 C—I 218 H—F 568
C—O 351 H—O 462.8
回答下列问题。
(1)根据表中数据比较CCl4、CF4的稳定性并说明原因:
。
(2)试预测C—Br的键能范围并说明原因:
。
CCl4和CF4属于相同类型的共价化合物分子,键能越大,分子越稳定,C—Cl的键能小于C—F的键能,所以CF4更稳定
F、Cl、Br、I是同主族元素,原子半径越来越大,与C形成的共价键的键长越来越长,键能越来越小,所以C—Br的键能介于C—I的键能(218 kJ/mol)和C—Cl的键能(339 kJ/mol)之间
ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和=436 kJ/mol+242.7 kJ/mol-2×431.8 kJ/mol=-184.9 kJ/mol,
所以Q=184.9
(4)从数据中找出一些规律,请写出一条:
。
与相同原子结合时,同主族元素形成的共价键,原子半径越小,共价键越牢固(合理即可)
1.判断正误。
(1)在分子中,两个成键原子间的距离叫做键长。( )
(2)双原子分子中化学键的键角越大,分子越稳定。( )
×
(4)在双键中,σ键的键能要小于π键的键能。( )
×
√
×
√
2.(2025·浙江湖州期末)下列结论正确且能用键能解释的是( )
C
3.下列与键参数有关的说法中错误的是( )
[A]键角:H2O>CH4
[B]键长:Si—H>P—H>S—H>Cl—H
[C]键能:E(H—N)>E(H—P)>E(H—As)
[D]结构相似的分子,共价键的键能越大,分子通常越稳定
A
【解析】 CH4的键角为109°28′,H2O的键角为105°,A项错误;同周期主族元素从左至右,原子半径逐渐减小,因此键长Si—H>P—H>S—H>Cl—H,B项正确;同主族元素从上至下,原子半径逐渐增大,因此键长H—NH—As,而键长越短,键能越大,因此键能E(H—N)>E(H—P)>E(H—As),C项正确;结构相似的分子,共价键的键能越大,共价键越难断裂,分子通常越稳
定,D项正确。
4.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完全分解成H2和O2时,消耗的能量为 2×462.8 kJ
A
【解析】 键角是描述分子空间结构的重要参数,A正确;H—O、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,O2、F2与H2反应的能力逐渐增强,B错误;水分子呈V形,键角为105°,C错误;H—O的键能为462.8 kJ·mol-1,指的是断开1 mol H—O形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为462.8 kJ,18 g H2O 即1 mol H2O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。
5.碳和硅的有关化学键的键能如下表所示。
化学键 C—C C—H C—O
键能/
(kJ·mol-1) 347.7 413.4 351
化学键 Si—Si Si—H Si—O
键能/
(kJ·mol-1) 226 318 452
分析数据,下列说法不正确的是( )
[B]SiH4的稳定性小于CH4的
[C]一般原子半径越大,键长越长,键能越小
[D]C与C之间比Si与Si之间更易形成π键
A
归纳总结
(1)键能与键长反映键的强弱程度,键长与键角用来描述分子的空间结构,原子轨道的重叠程度越大,键长越短,键能越大,化学键越牢固。
(2)对键能的概念把握要准确,不要忽略键能概念中的前提条件——气态分子或原子。
(3)同种元素原子形成的化学键的键能相比较,则有E(三键)>E(双键)>
E(单键)。
常见分子的键角及空间结构
知识点2
1.常见分子的键角及空间结构
分子 键角 空间结构
CO2 180° 形
H2O 105° 形
NH3 107° 形
BF3 120° 形
CH4 109°28′ 形
直线
V
三角锥
平面三角
正四面体
2.测定方法
键长和键角的数值可通过晶体的 实验获得。
X射线衍射
1.判断正误。
(1)分子中的键角:H2O>CO2。( )
(2)AB2型分子的键角均为180°。( )
(3)键角对分子的空间结构有影响。( )
×
×
√
√
2.在白磷(P4)分子中,4个磷原子分别处在正四面体的四个顶点,结合磷原子的成键特点,下列有关白磷的说法正确的是( )
[A]白磷分子的键角为109°28′
[B]分子中共有4个共用电子对
[C]白磷分子的键角为60°
[D]分子中有4个σ键
C
【解析】 白磷的正四面体结构不同于甲烷的正四面体结构,根据共价键的方向性和饱和性,白磷分子中每个磷原子都与其他3个磷原子结合形成共价
键,从而形成正四面体结构, ,每个顶点上有1个磷原子,所以键
角为60°,共有6个共价单键,也就有6个共用电子对或6个σ键。
3.NH3、NF3、NCl3等分子中,如果除N之外的原子电负性大者键角小,那么NH3、NF3、NCl3三种分子中,键角大小的顺序正确的是( )
[A]NH3>NF3>NCl3
[B]NCl3>NF3>NH3
[C]NH3>NCl3>NF3
[D]NF3>NCl3>NH3
C
【解析】 电负性F>Cl>H,可知键角NH3>NCl3>NF3,故选C。
4.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°
B
【解析】 分子结构涉及原子在空间中的位置,与化学键的种类有关,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。第2课时 键参数——键能、键长与键角
[学习目标] 1.理解键能、键长、键角等键参数的概念。2.能应用键参数说明简单分子的某些性质。3.认识共价键的键参数对物质性质的影响,理解微观结构对宏观性质的影响。
知识点1 键参数
1.键能
(1)概念。
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。键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值。即在298.15 K、101 kPa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,叫做A—B的键能。
单位:kJ·mol-1或kJ/mol。
(2)意义。
表示共价键的强弱。键能越大,键越牢固。
[深度思考1]
氮元素的非金属性较强,氮气分子的化学性质却不活泼,请从结构角度解释其原因: 。
【答案】 N2分子中存在N≡N,氮氮三键的键能大,不易被破坏
2.键长
(1)概念。
键长是构成化学键的两个原子的核间距。
(2)意义。
键长越短,化学键越强,键越牢固。
[深度思考2]
(1)键长C—C>CC>C≡C,所以键能C—C CC C≡C。
(2)试从键长和键能的角度分析卤族元素从上到下,简单氢化物的稳定性逐渐减弱的原因:
。
【答案】 (1)< <
(2)从F到I,原子半径逐渐增大,分别与氢原子形成共价键时,按H—F、H—Cl、H—Br、H—I的顺序,键长逐渐增长,键能逐渐减小,故简单氢化物的稳定性逐渐减弱
3.键角
(1)概念。
在多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角称为键角。
(2)意义。
可以判断多原子分子的空间结构。
例如:
CO2为直线形分子,H2O为 V形(或称角形)分子,NH3为三角锥形分子。
4.键参数与分子性质的关系
[注意] 键参数对分子性质的影响:相同类型的共价化合物分子,成键原子半径越小,键长越短,键能越大,分子越稳定。
[深度思考3]
下表是一些共价键的键能(单位:kJ/mol)数据:
共价键 键能 共价键 键能 共价键 键能
H—H 436.0 Cl—Cl 242.7 H—Cl 431.8
S—S 255 H—S 339 C—F 427
C—Cl 339 C—I 218 H—F 568
C—O 351 H—O 462.8
回答下列问题。
(1)根据表中数据比较CCl4、CF4的稳定性并说明原因:
。
(2)试预测C—Br的键能范围并说明原因:
。
(3)结合表中数据和热化学方程式H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-Q kJ/mol,计算热化学方程式中Q的值:
。(写出计算过程)
(4)从数据中找出一些规律,请写出一条:
。
【答案】 (1)CCl4和CF4属于相同类型的共价化合物分子,键能越大,分子越稳定,C—Cl的键能小于C—F的键能,所以CF4更稳定
(2)F、Cl、Br、I是同主族元素,原子半径越来越大,与C形成的共价键的键长越来越长,键能越来越小,所以C—Br的键能介于C—I的键能(218 kJ/mol)和C—Cl的键能(339 kJ/mol)之间
(3)ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和=436 kJ/mol+242.7 kJ/mol-2×431.8 kJ/mol=
-184.9 kJ/mol,所以Q=184.9
(4)与相同原子结合时,同主族元素形成的共价键,原子半径越小,共价键越牢固(合理即可)
1.判断正误。
(1)在分子中,两个成键原子间的距离叫做键长。( × )
(2)双原子分子中化学键的键角越大,分子越稳定。( × )
(3)键能:C—N(4)在双键中,σ键的键能要小于π键的键能。( × )
(5)C—C的键能为347.7 kJ·mol-1,但CC的键能小于347.7×2 kJ·mol-1。( √ )
2.(2025·浙江湖州期末)下列结论正确且能用键能解释的是( )
[A]键角:CH4[B]键长:CO>C—O
[C]稳定性:H2O>H2S
[D]电负性:C>Si
【答案】 C
【解析】 甲烷是正四面体形分子,键角为109°28′,二氧化碳是直线形分子,键角为180°,与键能无关,故A不符合题意;键能越大,键长越短,键能CO>C—O,所以键长CO<
C—O,故B不符合题意;相同类型的共价化合物分子,键能越大越稳定,O—H的键能大于S—H,所以稳定性H2O>H2S,故C符合题意;电负性与键能无关,故D不符合题意。
3.下列与键参数有关的说法中错误的是( )
[A]键角:H2O>CH4
[B]键长:Si—H>P—H>S—H>Cl—H
[C]键能:E(H—N)>E(H—P)>E(H—As)
[D]结构相似的分子,共价键的键能越大,分子通常越稳定
【答案】 A
【解析】 CH4的键角为109°28′,H2O的键角为105°,A项错误;同周期主族元素从左至右,原子半径逐渐减小,因此键长Si—H>P—H>S—H>Cl—H,B项正确;同主族元素从上至下,原子半径逐渐增大,因此键长H—NE(H—P)>E(H—As),C项正确;结构相似的分子,共价键的键能越大,共价键越难断裂,分子通常越稳定,D项正确。
4.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完全分解成H2和O2时,消耗的能量为 2×462.8 kJ
【答案】 A
【解析】 键角是描述分子空间结构的重要参数,A正确;H—O、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,O2、F2与H2反应的能力逐渐增强,B错误;水分子呈V形,键角为105°,C错误;H—O的键能为462.8 kJ·mol-1,指的是断开1 mol H—O形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为462.8 kJ,
18 g H2O 即1 mol H2O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。
5.碳和硅的有关化学键的键能如下表所示。
化学键 C—C C—H C—O
键能/ (kJ·mol-1) 347.7 413.4 351
化学键 Si—Si Si—H Si—O
键能/ (kJ·mol-1) 226 318 452
分析数据,下列说法不正确的是( )
[A]CO的键能为702 kJ·mol-1
[B]SiH4的稳定性小于CH4的
[C]一般原子半径越大,键长越长,键能越小
[D]C与C之间比Si与Si之间更易形成π键
【答案】 A
【解析】 CO之间存在一个σ键和一个π键,前者键能大,CO 的键能并不是C—O键能的两倍,A项不正确;根据表中数据可知,Si—H的键能小于C—H的键能,所以CH4的稳定性强于SiH4的稳定性,B项正确;根据表中数据推断,一般原子半径越大,键长越长,键能越小,C项正确;硅原子半径大,相邻硅原子间距离远,p轨道与p轨道“肩并肩”更难重叠形成π键,D项正确。
(1)键能与键长反映键的强弱程度,键长与键角用来描述分子的空间结构,原子轨道的重叠程度越大,键长越短,键能越大,化学键越牢固。
(2)对键能的概念把握要准确,不要忽略键能概念中的前提条件——气态分子或原子。
(3)同种元素原子形成的化学键的键能相比较,则有E(三键)>E(双键)>E(单键)。
知识点2 常见分子的键角及空间结构
1.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 105° V形
NH3 107° 三角锥形
BF3 120° 平面三角形
CH4 109°28′ 正四面体形
2.测定方法
键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。
1.判断正误。
(1)分子中的键角:H2O>CO2。( × )
(2)AB2型分子的键角均为180°。( × )
(3)键角对分子的空间结构有影响。( √ )
(4)N的空间结构为正四面体形,4个N—H的键长相同。( √ )
2.在白磷(P4)分子中,4个磷原子分别处在正四面体的四个顶点,结合磷原子的成键特点,下列有关白磷的说法正确的是( )
[A]白磷分子的键角为109°28′
[B]分子中共有4个共用电子对
[C]白磷分子的键角为60°
[D]分子中有4个σ键
【答案】 C
【解析】 白磷的正四面体结构不同于甲烷的正四面体结构,根据共价键的方向性和饱和性,白磷分子中每个磷原子都与其他3个磷原子结合形成共价键,从而形成正四面体结构,,每个顶点上有1个磷原子,所以键角为60°,共有6个共价单键,也就有6个共用电子对或6个σ键。
3.NH3、NF3、NCl3等分子中,如果除N之外的原子电负性大者键角小,那么NH3、NF3、NCl3三种分子中,键角大小的顺序正确的是( )
[A]NH3>NF3>NCl3 [B]NCl3>NF3>NH3
[C]NH3>NCl3>NF3 [D]NF3>NCl3>NH3
【答案】 C
【解析】 电负性F>Cl>H,可知键角NH3>NCl3>NF3,故选C。
4.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°
【答案】 B
【解析】 分子结构涉及原子在空间中的位置,与化学键的种类有关,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。
课时作业
(分值:56分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 键能、键长与键角
1.关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是( )
[A]键角的大小与键长、键能的大小无关
[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]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
[D]HBr分子中的共价键比HF分子中的共价键牢固
【答案】 D
【解析】 键角的大小取决于成键原子轨道的夹角,与键长、键能的大小无关,故A正确;反应热=反应物的总键能-生成物的总键能,通过反应物和生成物分子中键能的数据可以粗略预测反应热的大小,故B正确;共价键的键能越大,断裂时需要的能量越多,共价键越牢固,由该键形成的分子越稳定,故C正确;Br的原子半径大于F,则键长H—Br>H—F,键能H—Br2.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]H—F的键长是H—X(X表示卤族元素)中最长的
[B]CO2可表示为O—C—O,分子中键角为180°
[C]通常分子中键能越大,键长越短,分子越稳定
[D]碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键的键能的3倍和2倍
【答案】 C
【解析】 卤族元素中F的原子半径最小,则H—F的键长是H—X中最短的,A项错误;CO2的结构式为OCO,分子中键角为180°,B项错误;通常分子中键长越短,键能越大,分子越稳定,C项正确;碳碳三键中含2个π键和1个σ键,碳碳双键中含1个π键和1个σ键,其中π键弱于σ键,故碳碳三键的键能比碳碳单键的键能的3倍小,碳碳双键的键能比碳碳单键的键能的2倍小,D项错误。
3.下列有关共价键和键参数的说法不正确的是( )
[A]1个乙酸分子中含有7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,故碳碳单键更活泼
【答案】 D
【解析】 1个乙酸分子中含有6个单键和1个碳氧双键,单键是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,则分子中含有7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(相同类型)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,碳碳单键中只含有1个σ键,碳碳双键中的π键易断裂,所以碳碳双键更活泼,故D错误。
知识点2 键参数的应用
4.参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 H—C H—N H—O H—F
键能/(kJ·mol-1) 413.4 390.8 462.8 568
键长/pm 109 101 96 92
[A]CH4 [B]NH3 [C]H2O [D]HF
【答案】 D
5.(2025·浙江宁波联考)已知:N—N、NN和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90,而C—C、CC 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】 根据N—N、NN和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90可知,N≡N、NN中π键比σ键稳定,故A错误;N≡N、NN中π键比σ键稳定,难发生加成反应,故B错误;根据C—C、CC和C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34可知,CC、C≡C中π键比σ键弱,π键不稳定,较易发生加成反应,故C正确,D错误。
6.已知几种共价键的键能如下表:
化学键 C—Cl C—H Cl—Cl H—Cl
键能/(kJ·mol-1) 339 413.4 242.7 431.8
下列说法错误的是( )
[A]根据表中数据能计算C2H6(g)+Cl2(g)C2H5Cl(l)+HCl(g)的ΔH
[B]HCl(g)H(g)+Cl(g) ΔH=+431.8 kJ·mol-1
[C]由键能可知,C—Cl比C—H更容易断裂
[D]键能:C≡C>CC>C—C
【答案】 A
【解析】 根据键能只能计算C2H6(g)+Cl2(g)C2H5Cl(g)+HCl(g)的ΔH,C2H5Cl(g)C2H5Cl(l)的焓变未知,A错误;H—Cl的键能是431.8 kJ·mol-1,断键吸热,B正确;由键能可知,C—Cl的键能小于C—H的键能,因此C—Cl比C—H更容易断裂,C正确;碳碳三键键长小于碳碳双键键长,碳碳双键键长小于碳碳单键键长,因此键能C≡C>CC>C—C,
D正确。
知识点3 共价键知识的综合应用
7.(2025·浙江师大附中期中)已知几种共价键的键能如下表:
化学键 H—N N≡N Cl—Cl H—Cl
键能/(kJ·mol-1) 391 946 243 432
下列说法错误的是( )
[A]键能:N≡N>NN>N—N
[B]H(g)+Cl(g)HCl(g) ΔH=-432 kJ·mol-1
[C]H—N的键能小于H—Cl的键能,所以NH3的稳定性强于HCl
[D]2NH3(g)+3Cl2(g)N2(g)+6HCl(g) ΔH=-463 kJ·mol-1
【答案】 C
【解析】 相同原子形成的三键键长<双键键长<单键键长,键长越短,键能越大,所以键能N≡N>NN>N—N,A正确;形成化学键释放能量,H(g)+Cl(g)HCl(g) ΔH=
-432 kJ·mol-1,B正确;键能越小,化学键的稳定性越弱,C错误;根据ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和,则2NH3(g)+3Cl2(g)N2(g)+6HCl(g) ΔH=6E(N—H)+3E(Cl—Cl)-E(N≡N)-6E(H—Cl)=-463 kJ·mol-1,D正确。
8.氰气的化学式为(CN)2,结构式为N≡C—C≡N,性质与卤素单质相似。下列说法正确的是( )
[A]不能和氢氧化钠溶液发生反应
[B]分子中N≡C的键长大于C—C的键长
[C]分子中含有2个σ键和4个π键
[D]分子中既有极性键又有非极性键
【答案】 D
【解析】 氰气性质与卤素单质相似,能和氢氧化钠溶液发生反应,故A错误;同一周期主族元素中,原子半径随着原子序数的增大而减小,原子半径越大,形成的共价键键长越长,碳原子半径大于氮原子半径,所以氰气分子中C≡N的键长小于C—C的键长,故B错误;单键均为σ键,双键中含有1个σ键、1个π键,三键中含有1个σ键、2个π键,该分子的结构式为N≡C—C≡N,其中含有3个σ键、4个π键,故C错误;同种原子间形成非极性键,不同原子间形成极性键,该分子的结构式为N≡C—C≡N,分子中既有极性键又有非极性键,故D
正确。
9.(2025·广东湛江月考)分析下表数据,下列有关说法错误的是( )
化学键 O—O OO N—N NN N≡N
键能/ (kJ·mol-1) 142 497.3 193 418 946
化学键 C—C CC C≡C C—H H—H
键能/ (kJ·mol-1) 347.7 615 812 413.4 436
[A]N2不能发生加成反应是因为其中的π键比σ键更稳定
[B]CH2CH2(g)+H2(g)CH3CH3(g) ΔH=-123.5 kJ·mol-1
[C]由表中数据可知,H—H比C—H稳定
[D]键长C—C>CC>C≡C;同样的N—N>NN>N≡N
【答案】 A
【解析】 氮气分子中两个氮原子间是N≡N,N—N的键能为193 kJ·mol-1,N≡N的键能为946 kJ·mol-1,远大于N—N键能的3倍,说明N2中的π键比σ键更稳定,加成反应需要断裂π键,所以氮气难以发生加成反应,但N2不是不能发生加成反应,故A错误;在反应CH2CH2(g)+H2(g)CH3CH3(g)中,可以用反应物的总键能减去生成物的总键能计算反应热,即ΔH=4×413.4 kJ·mol-1+615 kJ·mol-1+436 kJ·mol-1-6×413.4 kJ·mol-1-347.7 kJ·mol-1=
-123.5 kJ·mol-1,故B正确;键能越大,键长越短,共价键越稳定,故C正确;键能越大,键长越短,所以键长C—C>CC>C≡C,同样的N—N>NN>N≡N,故D正确。
10.二氯化二硫(S2Cl2)为非平面结构,常温下是一种黄红色液体,有刺激性恶臭,熔点为-80 ℃,沸点为137.1 ℃。下列对于二氯化二硫的叙述正确的是( )
[A]二氯化二硫的电子式为
[B]分子中既有极性键又有非极性键
[C]分子中S—Cl的键长大于S—S的键长
[D]分子中S—Cl的键能小于S—S的键能
【答案】 B
【解析】 S2Cl2中硫原子之间形成1个共用电子对,氯原子与硫原子之间形成1个共用电子对,结合分子结构可知,S2Cl2的结构式为Cl—S—S—Cl,电子式为,故A错误;S2Cl2中Cl—S属于极性键,S—S属于非极性键,故B正确;同周期主族元素从左往右,原子半径逐渐减小,所以氯原子半径小于硫原子半径,键长越短键能越大,所以分子中S—Cl的键长小于S—S的键长,S—Cl的键能大于S—S的键能,故C、D错误。
能力提升
11.从实验中测得的不同粒子中氧氧之间的键长和键能数据如下表所示:
粒子 O2
键长/(10-12 m) 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,该规律是( )
[A]成键时所用电子数越多,键能越大
[B]键长越短,键能越大
[C]成键时所用电子数越少,键能越大
[D]成键时电子对越偏移,键能越大
【答案】 B
【解析】 根据题给数据可知,O2与比较,键能大的对应的键长短,按此分析的键长比中的键长长,所以键能应该小。若按照此规律,键长由短到长的顺序为a>y>x,与题意吻合,B项正确。
12.李时珍在《本草纲目》中记载:“柳叶煎之,可疗心腹内血、止痛,治疥疮。”如今,借助现代有机提纯技术,人们从自然界的柳叶中提纯出了一种重要的化学物质水杨酸(结构如图),并用它来合成止痛药阿司匹林。下列对水杨酸的结构分析不正确的是( )
[A]水杨酸分子中的碳氧键有两种不同的键长
[B]水杨酸分子中苯环上碳碳键的键能是环外碳碳单键的键能的两倍
[C]水杨酸分子中的碳原子一定位于同一个平面上
[D]水杨酸分子中的C—C—C键角比C—O—H键角大
【答案】 B
【解析】 水杨酸分子中的碳氧键有单键和双键两种,键长不同,A项正确;水杨酸分子中苯环上的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊键,键能比碳碳单键的两倍小,B项错误;根据水杨酸的结构可知,水杨酸分子中的碳原子均在同一平面上,C项正确;水杨酸分子中的C—C—C键角约为120°,C—O—H键角与水分子中H—O—H键角类似,接近105°,D项正确。
13.右图为元素周期表前四周期的一部分,下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述正确的是( )
[A]W、R元素单质分子内都存在非极性键
[B]W4呈正四面体形,键角为109°28′
[C]键长:W—H[D]键能:X—H>W—H
【答案】 D
【解析】 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。P的常见同素异形体红磷和白磷的分子中均有非极性键,而Ar由单原子构成,其单质内没有化学键,A错误;P4呈正四面体形,键角为60°,B错误;原子半径为W>Y,故键长为W—H>Y—H,C错误;原子半径为W>X,故键长为W—H>X—H,键长越短,键能越大,故键能为X—H>W—H,D正确。
14.(6分)碳和硅的有关化学键的键能如下表所示,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) 347.7 413.4 351 226 318 452
(1)(3分)硅与碳同族,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
。
(2)(3分)SiH4比CH4更易生成氧化物,原因是
。
【答案】 (1)C—C和C—H的键能较大,所形成的烷烃稳定,而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
15.(11分)Ⅰ.(5分)根据氢分子的形成过程示意图,回答下列问题。
(1)(3分)H—H的键长为 ,①~⑤中,体系能量由高到低的顺序是
。
(2)(2分)下列说法正确的是 (填字母)。
A.氢分子中含有一个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.氢分子中含有一个极性共价键
Ⅱ.(6分)已知几种常见化学键的键能如下表:
化学键 Si—O H—O OO Si—Si Si—C
键能/(kJ/mol) 452 463 498 226 x
(3)(2分)比较Si—C与Si—Si的键能大小:x (填“>”“<”或“=”)226。
(4)(4分)H2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”的观点。已知1 mol单质硅含有2 mol Si—Si,1 mol SiO2含4 mol Si—O。试计算:每千克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 。
【答案】 (1)0.074 nm ①⑤②③④
(2)BC
(3)>
(4)120 500 kJ 858 kJ
【解析】 (1)可以直接从题图上有关数据读出,H—H 的键长为0.074 nm;体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。
(2)氢分子中只含有一个σ键,A错误;核间距逐渐减小时,两个氢原子的原子轨道会相互重叠,导致电子在核间出现的概率增大,B正确;④已经达到稳定状态,C正确;氢分子中只含有一个非极性共价键,D错误。
(3)Si—Si的键长比Si—C的键长长,键能小。
(4)由题图可知,H—H的键能为436 kJ/mol,每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为×(463 kJ/mol×2-436 kJ/mol×1-498 kJ/mol×)=120 500 kJ;每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kJ/mol×4 mol-498 kJ/mol×1 mol-226 kJ/mol×2 mol=858 kJ。
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