(共32张PPT)
第一课时 共价键
素养目标
1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键,从微观结构认识分子的产生原因,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
2.根据原子轨道的重叠方式,了解共价键可分为σ键和π键等类型;结合原子轨道的伸展方向,了解共价键具有饱和性和方向性。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.s原子轨道电子云是球形的,p原子轨道电子云是哑铃状的。
2.共价键的本质是成键原子之间通过共用电子对产生静电作用。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.共价键
共价键是原子间通过共用电子对所形成的相互作用,共价键具有
饱和性。
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.共价键的类型(按成键原子的原子轨道重叠方式分类)
(1)σ键。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)π键。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(3)判断σ键、π键的一般规律。
共价单键为σ键;共价双键中有一个σ键、一个π键;共价三键由一个σ键和两个π键组成。
乙烷、乙烯和乙炔分子中的σ键、π键:
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考】两个原子间可以只形成σ键,也可以只形成π键吗?为什么乙烯和乙炔的性质比乙烷活泼?
提示:π键不能独立存在,π键电子云由两块组成,是以σ键所连接的两个原子成镜面对称的。
乙烯和乙炔分子中存在π键,π键稳定性差,故乙烯、乙炔比乙烷性质活泼,容易发生加成反应。
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.共价键的形成条件
结论:当成键原子的电负性相差很大时,形成的电子对不会被共用,形成的将是离子键;而共价键是电负性相差不大的原子之间形成的化学键。
原子
Na
Cl
H
Cl
C
O
电负性
0.9
3.0
2.1
3.0
2.5
3.5
电负性之差
(绝对值)
2.1
0.9
1.0
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.所有共价键都有方向性和饱和性。
( )
2.N2分子中σ键与π键的个数比是2∶1。( )
3.CO2分子中有一个σ键和一个π键。( )
4.一般来说,σ键比π键强度大,更稳定。( )
5.形成Cl2分子时,p轨道的重叠方式可以为
。( )
6.σ键和π键都只存在于共价分子中。( )
答案:1.× 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.×
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
共价键的本质与类型
问题探究
水分子的空间充填模型 过氧化氢分子的空间充填模型
1.水分子中的共价键是哪些原子形成的哪类共价键?为什么水分子中的三个原子不在一条直线上?
提示:水分子中的共价键是由O原子与H原子形成的σ键;共价键的方向性导致水分子中的三个原子不在一条直线上。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.过氧化氢分子中的O、H元素的化合价分别是多少?为什么?
提示:过氧化氢分子中O、H元素的化合价分别是-1价、+1价。
过氧化氢分子中有两类共价键,O—O间的共价键是非极性键,共用电子对不偏移;O—H键是极性键,氧的电负性较H大,共用电子对偏向氧。
3.共价键可以存在于哪些物质中?举例说明。
提示:共价键可以存在于共价单质中,如H2、O2、N2等;可以存在于共价化合物中,如H2O、H2SO4、CH4等;也可以存在于离子化合物中,如NaOH、NH4Cl、Na2O2等。
探究1
探究2
素养脉络
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深化拓展
1.共价键的本质
共价键的本质是原子之间形成共用电子对(或原子轨道的重叠)。
2.共价键的类型
按照不同的分类方法,可将共价键分为不同的类型:
探究1
探究2
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3.共价键的表示方式
(1)用电子式表示:用小黑点(或×)表示原子最外层电子。如:
(2)用结构式表示:用一条短线表示一对共用电子(见下表)。
探究1
探究2
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(3)共价键形成过程的表示方法:用电子式表示(以Cl2、H2O、CO2为例):
探究1
探究2
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4.共价键存在的范围
(1)共价化合物[原子间以共用电子对(共价键)形成的化合物]中。原子之间通过共价键结合,共价化合物中一定存在共价键。如SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2、H2SO4等。
(2)非金属单质分子中。如O2、F2、H2、C60、单质硫、白磷(P4)等(稀有气体为单原子分子,不存在化学键),双原子(或多原子)分子中一定存在共价键(但红磷等分子结构较复杂,常以元素符号代表其单质)。
探究1
探究2
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5.共价键的特征
共价键的特征:共价键具有饱和性和方向性。
(1)共价键的饱和性。
按照共用电子对理论,一个原子有几个未成对电子,便可以与几个自旋相反的电子配对成键,这就是共价键的“饱和性”。H原子、Cl原子都只有一个未成对电子,因而只能形成H2、HCl、Cl2分子,不能形成H3、H2Cl、Cl3等分子。
(2)共价键的方向性。
原子之间形成共价键时,两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠,而且原子轨道重叠越多,电子在两核间出现的概率越大,形成的共价键越牢固。电子所在的原子轨道都具有一定的形状,原子轨道要取得最大重叠决定了共价键必然具有方向性。
探究1
探究2
素养脉络
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素能应用
典例1下列各组物质中,所有化学键都是共价键的是( )
A.H2S和Na2O2
B.H2O2和CaF2
C.NH3和N2
D.HNO3和NaCl
答案:C
解析:A项,Na2O2中既有离子键又有O—O共价键,不符合题意;B项,CaF2中只有离子键,不符合题意;D项,NaCl属于离子化合物,没有共价键,不符合题意。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
规律总结
一般活泼金属元素与活泼非金属元素电负性相差较大,易形成离子键,而非金属元素之间电负性相差较小,原子间易形成共价键;离子化合物一定含有离子键,也可能含有共价键,如NH4Cl、Na2O2等。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练1下列说法正确的是( )
A.若把H2S写成H3S,则违背了共价键的饱和性
B.H3O+的存在说明共价键不应有饱和性
C.所有共价键都有方向性
D.金属元素与非金属元素的原子间只形成离子键
答案:A
解析:硫原子有两个未成对电子,根据共价键的饱和性,形成的氢化物为H2S,A项正确;H2O只能结合1个H+形成H3O+,证明共价键有饱和性,B项错误;H2分子中两个氢原子的1s轨道发生重叠形成H—H
σ键,因为s轨道电子云呈球形,所以H2分子中的H—H键没有方向性,C项错误;AlCl3是铝原子与氯原子通过共价键形成的共价化合物,D项错误。
探究1
探究2
素养脉络
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σ键与π键
问题探究
观察下图中乙烷、乙烯和乙炔分子的球棍模型,回答相关问题。
问题思考:
(1)乙烯和乙炔分子中的碳原子间,既存在σ键,又存在π键,σ键和π键的成键方式有何不同?
提示:σ键是原子轨道以“头碰头”方式发生重叠成键;π键是p轨道与p轨道以“肩并肩”方式发生重叠成键。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(2)从乙烷、乙烯和乙炔分子中存在的σ键和π键来看,σ键和π键的存在条件和数目有何规律?
提示:σ键可以独立存在,π键不能单独存在。
所有的单键都是σ键;双键中有一个σ键和一个π键;三键中有一个σ键和两个π键。
(3)乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼?
提示:乙烯分子中的碳碳双键和乙炔分子中的碳碳三键中分别含有1个和2个π键,π键原子轨道重叠程度较小,不稳定,容易断裂。而乙烷分子中没有π键,σ键原子轨道重叠程度大,比较稳定,不易断裂。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
σ键和π键的比较
共价键类型
σ键
π键
原子轨道
重叠方式
沿键轴方向
(“头碰头”)重叠
沿键轴方向平行
重叠(“肩并肩”)
原子轨道重叠部位
两原子核之间,在键轴处
键轴上方和下方
原子轨道重叠程度
大
小
键的强度
较大
较小
化学活泼性
不活泼
活泼
成键规律判断
共价单键是σ键;共价双键中一个是σ键,另一个是π键;共价三键中一个是σ键,另两个是π键
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2下列说法不正确的是( )
A.σ键一般比π键原子轨道重叠程度大,形成的共价键强
B.两个原子之间形成共价键时,最多有1个σ键
C.气体单质中,一定有σ键,可能有π键
D.一个N2分子中有1个σ键,2个π键
答案:C
解析:气体单质分子中,可能有σ键,如Cl2;可能有π键,如N2;也可能没有化学键,如稀有气体分子。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
规律总结
对于原子之间能否形成π键可依据原子的价电子数确定,若达到稳定结构只差一个电子,如H、Cl,则只能形成σ键;若达到稳定结构差两个及两个以上电子,如O、N等,则既能形成σ键,又能形成π键,H2O分子中氧原子只形成σ键,而O2分子中既有σ键,又有π键。另外需要注意,分子中存在π键,则一定存在σ键,但若存在σ键,则不一定存在π键。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练2-1关于σ键和π键的比较,下列说法不正确的是( )
A.σ键是轴对称的,π键是镜面对称的
B.σ键是“头碰头”式重叠,π键是“肩并肩”
式重叠
C.σ键不能断裂,π键容易断裂
D.氢原子只能形成σ键,氧原子可以形成σ键和π键
答案:C
解析:σ键较稳定,不易断裂,而不是不能断裂。化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练2-2(1)1
mol
HCHO分子中含有σ键的数目为 。?
(2)CS2分子中,共价键的类型有 。?
(3)Ni能与CO形成正四面体形的共价化合物Ni(CO)4,1
mol
Ni(CO)4中含有 mol
σ键。?
(4)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型材料,题图中1号C与相邻C形成σ键的个数为 。?
石墨烯结构
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:(1)3NA (2)σ键、π键 (3)8 (4)3
解析:(1)HCHO的结构式为
,则1
mol
HCHO分子中含有3
mol
σ键。(2)CS2分子中,C与S原子形成双键,每个双键都是由1个σ键和1个π键组成,故CS2分子中含有的共价键类型为σ键和π键。(3)CO分子的电子式为C??,故1个CO分子中存在1个σ键,而Ni(CO)4中Ni与每个CO分子之间还存在σ键,故1
mol
Ni(CO)4中含有8
mol
σ键。(4)由题图可以看出,每个碳原子能与三个相邻碳原子形成单键,故1号碳原子与相邻碳原子能形成3个σ键。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
1.原子间形成分子时,决定各原子相互结合的数量关系的是( )
A.共价键的方向性
B.共价键的饱和性
C.形成共价键原子的大小
D.共价键的稳定性
答案:B
2.下列元素之间难以形成共价键的是( )
A.Na和Cl
B.C和H
C.N和N
D.S和O
答案:A
3.下列物质的分子中,没有π键的是( )
A.CO2
B.N2
C.CH≡CH
D.HClO
答案:D
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
4.(双选)下图表示氢原子的电子云重叠示意图。以下各种说法中错误的是( )
A.图中电子云重叠意味电子在核间出现的概率大
B.是两个氢原子核外的1s原子轨道发生重叠形成共价键
C.氢原子的核外电子呈云雾状,在两核间分布得密一些,将两核吸引
D.氢原子之间形成σ键,s-s
σ键具有方向性
答案:CD
解析:电子云是对核外电子运动状态的一种形象描述,并不是指电子呈云雾状,图中“小黑点”的疏密只表示电子出现概率的大小,C项错误;s电子云是球形对称的,s-s
σ键无方向性,D项错误。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
5.有以下物质:①HF ②Cl2 ③H2O ④N2 ⑤C2H4 ⑥C2H6 ⑦H2 ⑧H2O2 ⑨HCN(H—C≡N)。其中,只含有极性键的是 ;只含有非极性键的是 ;既有极性键,又有非极性键的是 ;只有σ键的是 ;既有σ键又有π键的是 ;含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是 ;含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成π键的是 。?
答案:①③⑨ ②④⑦ ⑤⑥⑧ ①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ ⑦ ④⑤⑨
解析:由同种元素形成的共价键是非极性键,由不同种元素形成的共价键是极性键。在形成的共价键中,单键都是σ键,双键或三键中既有σ键又有π键,π键由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成。?第二章分子结构与性质
第一节 共价键
第一课时 共价键
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.相距很远的两个氢原子相互逐渐接近,在这一过程中体系能量将( )
A.先变大后变小
B.先变小后变大
C.逐渐变小
D.逐渐增大
答案B
2.下列关于共价键的说法正确的是( )
A.共价键只存在于共价化合物中
B.只含有共价键的物质一定是共价化合物
C.非金属元素的原子只能通过共价键形成共价分子
D.离子化合物中既可能含有极性键也可能含有非极性键
答案D
3.下列分子中,只有σ键没有π键的是( )
A.CH4
B.N2
C.CH2CH2
D.CH≡CH
答案A
4.关于乙醇分子的下列说法正确的是( )
A.分子中共含有8个极性键
B.分子中不含非极性键
C.分子中只含σ键
D.分子中含有1个π键
答案C
5.(双选)下列有关共价键的叙述不正确的是( )
A.某原子跟其他原子形成共价键时,其共价键数一定等于该元素原子的价电子数
B.水分子内氧原子结合的电子数已经达到饱和,故不能再结合其他粒子
C.只由非金属元素形成的化合物也可能是离子化合物
D.所有简单离子的核电荷数与其核外电子数一定不相等
答案AB
解析非金属元素的原子形成的共价键数目取决于该原子最外层的未成对电子数,一般最外层有几个未成对电子就能形成几个共价键,故A项说法不正确;H2O分子还可以结合H+形成H3O+,B项错误;只由非金属元素形成的化合物也可能是离子化合物,如NH4Cl等铵盐;不管是阴离子还是阳离子,核内质子数与核外电子数必定不相等,此差值就是离子所带的电荷数。
6.下列变化中释放能量的是( )
A.1s22s22p63s11s22s22p6
B.N≡N(g)N(g)+N(g)
C.22
D.2H(g)H—H(g)
答案D
解析A项变化中失去1个3s电子,需要吸收能量;B项变化中共价键断裂,需要吸收能量;由于2px、2py、2pz的能量相等,故C项变化中无能量变化;D项变化是形成共价键,该过程释放能量。
7.下列用电子式表示物质的形成过程中,正确的是( )
A.H×+·H+]-
B.
C.
D.·+··
答案D
解析A项中HCl是共价化合物,电子式应为;B项中NaBr为离子化合物,NaBr的电子式应为Na+]-;C项中MgF2的电子式应为]-Mg2+]-。只有D项正确。
8.下列说法正确的是( )
A.Cl2是双原子分子,H2S是三原子分子,这是由共价键的方向性决定的
B.H2O与H2S的空间结构相似,这是由共价键的饱和性决定的
C.并非所有的共价键都有方向性
D.两原子轨道发生重叠后,电子在两核间出现的概率减小
答案C
解析s轨道是球形对称,所以s-s
σ键无方向性,其他所有的共价键都有方向性。共价键的饱和性决定组成分子的原子间的数量关系,共价键的方向性,决定分子的空间结构。
9.(1)指出下图所表示的共价键类型的名称,并列举含有该共价键的一种物质,写出其分子式。
① 键, ;?
② 键, ;?
③ 键, ;?
④ 键, ;?
⑤ 键, 。?
(2)某有机物分子的结构简式为CH2CHCOOH,该分子中有 个σ键, 个π键,有 种极性键, (填“有”或“没有”)非极性键。?
(3)用电子式表示Cl2、NH3、H2S、CO2分子的形成过程。
答案(1)①s-s
σ H2 ②s-p
σ HCl ③p-p
σ
Cl2 ④pz-pzπ N2 ⑤py-pyπ N2 (2)8 2 4 有
(3)Cl2:·+·
NH3: 3H×+··H
H2S: 2H×+··H
CO2: ··+2··
解析(2)分子中有3个C—H
σ键、2个C—C
σ键、2个C—O
σ键、1个O—H
σ键;CC和CO中分别有1个π键;有C—H、CO、C—O、O—H
4种极性键;含有CC、C—C非极性键。
提升能力跨越等级
1.下列不属于共价键成键因素的是( )
A.共用电子对在两原子核之间高概率出现
B.共用的电子必须配对
C.成键后体系能量降低,趋于稳定
D.两原子核体积大小要适中
答案D
解析共价键的成因和本质是:当成键原子相互靠近时,原子轨道发生重叠,自旋状态相反的未成对电子形成共用电子对,两原子核间的电子云密度增加,体系的能量降低。
2.在氯化氢分子中,形成共价键的原子轨道是( )
A.氯原子的2p轨道和氢原子的1s轨道
B.氯原子的2p轨道和氢原子的2p轨道
C.氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道
D.氯原子的3p轨道和氢原子的3p轨道
答案C
解析H原子和Cl原子的轨道表示式分别为和,由此可以看出,H原子的1s轨道和Cl原子的3p轨道上各有一个未成对电子,故两者在形成氯化氢分子时,形成共价键的原子轨道是氯原子的3p轨道和氢原子的1s轨道。
3.(双选)下列说法正确的是( )
A.1
mol
CnH2n+2分子中含有(3n+1)
mol共价键
B.Na2O2和Na2O晶体中阳离子与阴离子的数目比相同,化学键类型也相同
C.只含有非金属元素的化合物不一定只有共价键
D.电负性之差小于1.7的两种元素的原子间一定形成共价键
答案AC
解析烷烃分子中只有C—C键和C—H键,1个CnH2n+2分子中含有(n-1)个C—C键和(2n+2)个C—H键,A项正确;Na2O2和Na2O中Na+与、Na+与O2-数目比均为2∶1,但Na2O2中有非极性键而Na2O中无共价键,B项不正确;NH4Cl等铵盐中含有离子键,C项正确;电负性之差小于1.7的Na与H、K与H等均形成离子键,D项不正确。
4.具有下列电子排布式的原子中,不能形成π键的是
( )
A.1s22s22p63s23p4
B.1s22s22p3
C.1s22s22p63s1
D.1s22s22p2
答案C
解析四种原子分别是S、N、Na、C,其中Na是活泼金属,在化学反应中易失去一个电子,形成的是离子键,而π键是共价键中的一种。
5.在N2F2分子中,所有原子均符合8电子稳定结构,则该分子中两个氮原子之间的键型构成是( )
A.仅有一个σ键
B.仅有一个π键
C.一个σ键,一个π键
D.一个σ键,两个π键
答案C
解析由题给条件可知,N2F2的结构式为,则两个氮原子之间为氮氮双键,其中有一个σ键,一个π键。
6.防晒霜之所以能有效地减轻紫外线对人体的伤害,是因为其有效成分的分子中含有π键,这些分子中的π键电子可以在吸收紫外线后被激发,从而阻挡部分紫外线对皮肤的伤害。下列物质没有防晒效果的是( )
A.氨基苯甲酸
B.羟基丙酮
C.肉桂酸()
D.酒精
答案D
解析π键只存在于不饱和键中,A、B、C项物质分子中均含有π键,而酒精分子中无不饱和键,不含有π键,故酒精没有防晒效果,D项符合题目要求。
7.下列结构图中“”代表原子序数从1~10的元素的原子实(原子实是原子除去最外层电子后的剩余部分),小黑点代表未用于形成共价键的最外层电子,短线代表价键(示例:表示F2)。
根据各图表示的结构特点,写出上述分子的化学式:
A ,B ,C ,D 。?
答案NH3 HCN CO(NH2)2 BF3
解析A是NH3,N原子有一对电子未参与成键,3个价电子用于形成3个单键,而与N原子相连的原子只有一个价电子,故只可能是H原子。B是H—C≡N,这是因为:第一,它是直线形分子;第二,中间一个原子形成4个键,所以是C原子,左边原子只有一个价电子,故为H原子,而右边原子显然是N原子。C是,从图中可看出,最上面的原子是O原子,它用2个价电子与C原子形成双键,成为羰基,左、右两边与C相连的显然是N原子,与N原子相连的两个原子显然是H原子。D是BF3,在1~10号元素中价电子为7的只有F原子,每个F原子各用一个价电子与中间原子形成单键,而中间一个原子只有3个价电子,应该是B原子,故该分子是BF3。
8.分析下列化学式中画有横线的元素,选出符合要求的物质填空。
A.NH3 B.H2O C.HCl D.CH4 E.C2H6 F.N2
(1)所有的价电子都参与形成共价键的是 ;?
(2)只有一个价电子参与形成共价键的是 ;?
(3)最外层有未参与成键的电子对的是 ;?
(4)既有σ键又有π键的是 。?
答案(1)D、E (2)C (3)A、B、C、F (4)F
解析NH3分子中N与3个H形成3个σ键,还有一对未成键电子;H2O分子中O与2个H形成2个σ键,还有两对未成键电子;HCl分子中Cl与1个H形成1个σ键,还有三对未成键电子;CH4分子中C与4个H形成4个σ键,碳原子的4个价电子全部参与成键;C2H6分子中C分别与3个H及另1个C形成4个σ键,碳原子的4个价电子都参与成键;N2分子中两个N原子之间形成1个σ键,2个π键,还各有一对未成键电子。
贴近生活拓展创新
有三种物质AC2、B2C2、AD4,元素A在自然界中形成的物质种类最多;元素B的单质能在C的气态单质中剧烈燃烧,火焰呈黄色,并生成淡黄色固体B2C2;元素D的负一价阴离子的电子层结构与氩原子相同,则:
(1)A、B、C、D的元素名称分别是 、 、 、 。?
(2)AD4分子中含有的共价键类型为 (填“σ键”或“π键”)。?
(3)D的负一价阴离子的电子排布式为 ,B2C2的电子式为 ,属于 (填“离子化合物”或“共价化合物”)。?
答案(1)碳 钠 氧 氯
(2)σ键 (3)1s22s22p63s23p6 Na+]2-Na+
离子化合物
解析元素A在自然界中形成的物质种类最多,A是碳元素;淡黄色固体B2C2是Na2O2,即B为Na,C为氧;元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同,D为Cl。第二课时 键参数——键能、键长与键角
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.能说明BF3分子中的4个原子在同一平面的理由是
( )
A.B—F键之间夹角为120°
B.B—F键为非极性共价键
C.3个B—F键的键能相同
D.3个B—F键的键长相等
答案A
解析BF3分子中键角均为120°时,BF3分子中的4个原子共面且构成平面三角形。
2.下列说法正确的是( )
A.键角决定了分子的结构
B.共价键的键能越大,共价键越牢固,含有该键的分子越稳定
C.CH4、CCl4分子中键长相等,键角不同
D.CC键的键能是C—C键能的两倍
答案B
解析分子结构是由键角、键长及共价键个数共同决定的,A项错误;CH4、CCl4分子均为正四面体形,它们的键角相同,键长不等,C错误;CC键中的双键由一个σ键和一个π键构成,σ键键能一般大于π键键能,因此CC键的键能应小于C—C键键能的两倍,D错误。
3.下列说法正确的是( )
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大,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
答案A
解析键能越大,键长越小时,分子越稳定,故A对,B错;双原子分子中的共价键不存在键角,故C错;两原子之间σ键的重叠程度要大于π键,故σ键的键能一般要大于π键,D项说法错误。
4.下列说法正确的是( )
A.分子中键能越大,键长越小,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462.8
kJ·mol-1,即18
g水分解生成H2和O2时,放出能量为(2×462.8)
kJ
答案A
解析分子中键能越大,键长越小,分子越稳定,A项正确;AlCl3中含有共价键,B项错误;水分子中两个O—H键的键角小于180°,C项错误;H—O键的键能是破坏1
mol
H—O键所吸收的能量,在1
mol
H2O分子中有2
mol
H—O键,故18
g水蒸气中的H—O键断裂应吸收能量2×462.8
kJ,而当H、O形成H2和O2时需放出能量,故应根据公式“ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能”计算18
g水蒸气分解生成H2和O2时吸收的能量,D项错误。
5.下列分子最难分裂成原子的是( )
A.HF
B.HCl
C.HBr
D.HI
答案A
解析一般来说,原子半径越小,其原子形成的共价键键长越小,键能越大,越难断键。原子半径:FE(H—Cl)>E(H—Br)>E(H—I),即HF最难分裂成氟原子和氢原子。
6.已知N2(g)+O2(g)2NO(g)为吸热反应,ΔH=+180
kJ·mol-1,其中N≡N、OO键的键能分别为946
kJ·mol-1、498
kJ·mol-1,则NO分子中N、O之间共价键的键能为( )
A.1
264
kJ·mol-1
B.632
kJ·mol-1
C.316
kJ·mol-1
D.1
624
kJ·mol-1
答案B
解析180
kJ·mol-1=946
kJ·mol-1+498
kJ·mol-1-2E(NO),所以E(NO)=632
kJ·mol-1。
7.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键的键长为 ,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键与Si—C键的键能大小(填“>”“<”或“=”):X
kJ·mol-1 226
kJ·mol-1。?
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键,1
mol
SiO2中含4
mol
Si—O键)。?
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键的键长为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键的键长比Si—C键的键长大,键能小。②由题图可知H—H键的键能为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。
提升能力跨越等级
1.已知1
mol气态基态氢原子完全结合形成氢气时,释放出的能量为218
kJ·mol-1,下列说法正确的是( )
A.H—H键的键能为218
kJ·mol-1
B.H—H键的键能为436
kJ·mol-1
C.1
mol气态氢原子的能量低于0.5
mol
H2的能量
D.使1
mol
H2完全分解至少需要218
kJ的能量
答案B
解析键能是指气态基态原子形成1
mol化学键时释放出的热量,1
mol氢原子只能形成0.5
mol
H—H键,成键过程中放出能量,故A、C两项不正确,B项正确;由能量守恒原理及键能定义可知1
mol
H2完全分解至少需要436
kJ的能量,D项不正确。
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
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
解析从键能的角度分析,四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为HF>H2O>CH4>NH3;从键长的角度分析,四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为HF>H2O>NH3>CH4;综合两方面因素可以确定最稳定的是HF。
3.(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
数据
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;对比四种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。
4.化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能可以看作是形成化学键时释放的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示,现提供以下化学键的键能(kJ·mol-1)数据:P—P:198 P—O:360 OO:498,则反应P4(白磷)+3O2P4O6的反应热ΔH为
( )
A.-1
638
kJ·mol-1
B.+1
638
kJ·mol-1
C.-126
kJ·mol-1
D.+126
kJ·mol-1
答案A
解析反应的热效应是断裂1
mol
P4和3
mol
O2分子中共价键吸收的能量和形成1
mol
P4O6分子中共价键放出能量的总和。由各物质的分子结构知1
mol
P4中含6
mol
P—P键,3
mol
O2含3
mol
OO键,化学反应的反应热ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=(198
kJ·mol-1×6+498
kJ·mol-1×3)-360
kJ·mol-1×12=-1
638
kJ·mol-1。
5.已知部分键能、键长数据如下表所示:
共价键
Cl—Cl
Br—Br
I—I
H—F
H—Cl
H—Br
H—I
H—O
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
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,下同)。?
A.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)下列有关推断正确的是 。?
A.同种元素形成的共价键的稳定性:三键>双键>单键
B.同种元素形成的双键键能一定小于单键键能的2倍
C.键长越小,键能一定越大
D.氢化物的键能越大,其稳定性一定越强
(3)在相同条件下,将乙烯、乙炔以同速率通入等体积同浓度的溴的四氯化碳溶液中,下列观察到的现象正确的是 。?
A.前者和后者同时褪色
B.前者后褪色,后者先褪色
C.前者先褪色,后者后褪色
D.无法判断
(4)在HX分子中,键长最小的是 ,键长最大的是 ;O—O键的键长 (填“大于”“小于”或“等于”)OO键的键长。?
答案(1)ACD (2)A (3)C (4)HF HI 大于
解析(1)根据表中数据,同主族气态氢化物的键能从上至下逐渐减小,稳定性逐渐减弱,A项正确;从键能看,氯气、溴单质、碘单质的稳定性逐渐减弱,由原子结构知,氧化性也逐渐减弱,B项错误;水在常温下呈液态,而NH3在常温下呈气态,则H2O的沸点比NH3高,C项正确;还原性与失电子能力有关,还原性:HI>HBr>HCl>HF,D项正确。(2)由碳碳键的数据知A项正确;由O—O键、OO键的键能知,B项错误;C—H键的键长大于N—H键的键长,但是N—H键的键能反而较小,C项错误;由C—H键、N—H键的键能可知,C—H键的键能较大,而CH4稳定性比NH3弱,D项错误。(3)单从键能数据看,乙烯断裂1
mol
π键消耗能量约为(615-347.7)kJ·mol-1×1
mol=267.3
kJ,乙炔断裂2
mol
π键消耗能量约为(812-347.7)kJ·mol-1=464.3
kJ,乙炔和乙烯分子中π键键能相差不大,但由于C≡C键的键长比CC键的键长小,导致乙烯中的π键更容易断裂,故乙烯更容易与Br2反应,C项正确。
贴近生活拓展创新
a、b、c、d是四种由短周期元素构成的中性粒子,它们都有14个电子,且都是通过共价键形成的物质。回答下列问题:
(1)a是单核粒子,a单质可用作半导体材料,a粒子的电子排布式为 。?
(2)b是双核粒子,常温下为无色无味气体。b的化学式为 ,人吸入气体b后容易引起中毒,是因为 而使人中毒。?
(3)c是双核粒子且是一种单质,写出其电子式: 。c分子中所含共价键的类型为 (填“极性键”或“非极性键”),c单质常温下性质稳定,不易发生反应,原因是 。?
(4)d是四核粒子,其结构式为 ;d分子内所含共价键有 个σ键, 个π键;σ键与π键的强度大小关系为σ键 (填“>”“<”或“=”)π键,原因是 。?
答案(1)1s22s22p63s23p2或[Ne]3s23p2
(2)CO CO被吸入人体后,会与血液中的血红蛋白结合,使血红蛋白丧失输送氧气的能力
(3N?? 非极性键 N2分子中的共价三键键能很大,共价键很牢固
(4)H—C≡C—H 3 2 > σ键中原子轨道的重叠程度比π键中原子轨道的重叠程度大,形成的共价键强
解析由题意知,a是单核粒子,含14个电子,则a是Si,Si可作半导体材料;b是双核粒子,根据其是无色无味气体,能使人中毒,可确定b为CO,CO进入人体会与血液中的血红蛋白结合而使血红蛋白丧失输送氧气的能力,使人中毒;c是双核粒子组成的单质,每个原子有7个电子,故c为N2,N2分子的结构式为N≡N,分子中的共价键为非极性键,N2分子中的共价三键键能很大,所以N2分子很稳定;d是四核粒子,即4个原子共有14个电子,只能是C2H2,C2H2的结构式为H—C≡C—H,分子中有两个H—C
σ键,一个C—C
σ键,两个π键,σ键中原子轨道重叠程度大,故σ键的强度大于π键。(共26张PPT)
第二课时 键参数——键能、键长与键角
素养目标
1.通过认识共价键的键能、键长和键角,从微观角度模型化解释分子的空间结构。
2.结合共价键的键长、键能和键角等数据,理解分子的性质与键参数的关系,培养证据推理与模型认知的核心素养。
3.掌握用共价键的强弱解释物质稳定性的方法。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.甲烷分子为正四面体结构,键角是109°28'。
2.F、Cl、Br、I原子半径逐渐增大,F2、Cl2、Br2、I2与氢气反应越来越难,HF、HI、HBr、HI的稳定性逐渐减弱。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.键参数——键能、键长与键角
(1)键能。
键能是气态分子中断裂1
mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。键能可用于估算化学反应的热效应,如H—H键、F—F键、H—F键的键能分别为436
kJ·mol-1、157
kJ·mol-1、568
kJ·mol-1,则H2与F2反应是放热反应(填“放热”或“吸热”)。?
(2)键长。
键长是指形成共价键的两个原子之间的核间距。化学键的键长与键能是相关的。例如,C—C键、C=C键、C≡C键的键长分别为154
pm、133
pm、120
pm,键长越来越小,它们的键能分别为347.7
kJ·mol-1、615
kJ·mol-1和812
kJ·mol-1,越来越大。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(3)键角。
键角是指在多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角。如CO2的结构式为
,键角为180°,是一种直线形分子;H2O分子中的H—O—H键角是105°,是一种V形(或称角形)分子。多原子分子中的键角一定,表明共价键具有方向性。
键长和键角的数值可以通过晶体的X射线衍射实验获得。
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.键参数的应用
(1)分子的热稳定性。
参照教材37页表2-1中的键能数据。计算1
mol
H2分别与1
mol
Cl2、1
mol
Br2(蒸气)反应生成2
mol
HCl和2
mol
HBr时,分别放出(填“放出”或“吸收”)184.9
kJ和放出(填“放出”或“吸收”)102.3
kJ的热量。则2
mol
HBr分解需要吸收的能量比2
mol
HCl低(填“高”或“低”),故HBr更易分解。
(2)反应能力比较。
N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强,其原因是N≡N键、O=O键、F—F键的键能依次为946
kJ·mol-1、497.3
kJ·mol-1、157
kJ·mol-1,键能越来越小,共价键越来越容易断裂。
(3)键长越小,键能越大,分子的化学性质越不活泼(填“越活泼”或“越不活泼”)。
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考】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:N原子的半径比P原子的半径小,故键长N—H键比P—H键小,则N—H键的键能比P—H键的键能大,N—H键更难被破坏,NH3更难分解。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.键角是描述分子空间结构的重要参数。
( )
2.键长是成键两原子半径的和。( )
3.C=C键的键能等于C—C键键能的2倍。( )
4.键长越小,键能一定越大,分子就一定越稳定。( )
5.因为O—H键的键能小于H—F键的键能,所以O2、F2与H2反应的能力依次减弱。( )
答案:1.√ 2.× 3.× 4.× 5.×
探究
素养脉络
随堂检测
键参数的应用
问题探究
根据下图所示回答相关问题。
探究
素养脉络
随堂检测
(1)根据上图判断H2与Cl2反应生成HCl是放热反应还是吸热反应?如何利用键能计算反应的反应热ΔH?
提示:反应中断裂旧键吸收436.0
kJ+242.7
kJ=678.7
kJ热量,形成新键放出431.8
kJ·mol-1×2
mol=863.6
kJ热量,放热值大于吸热值,故该反应是放热反应。
ΔH=反应物总键能-生成物总键能
(2)根据元素周期律可知,HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强,请利用键参数加以解释。
提示:键长H—FH—Cl>H—Br>H—I,故HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强。
探究
素养脉络
随堂检测
(3)一般来说,键长越短,键能越大。但F—F键键长(141
pm)比Cl—Cl键键长(198
pm)小,而F—F键键能(157
kJ·mol-1)却比Cl—Cl键键能(242.7
kJ·mol-1)小,为什么?
提示:氟原子的半径小导致F—F键键长小,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键键能不大,F2的稳定性较差,容易与其他物质发生反应。
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深化拓展
1.共价键键参数的应用
(1)键能的应用。
①表示共价键的强弱。
键能越大,断开化学键需要吸收的能量越多,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判断化学反应中的能量变化。
在化学反应中,断裂旧化学键吸收能量,形成新化学键释放能量,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。
探究
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随堂检测
(2)键长的应用。
①键长越小,一般键能越大,共价键越稳定,含该共价键的分子越稳定。
②键长的比较方法。
a.根据成键原子的原子半径比较。同类型的共价键,成键原子的原子半径越小,键长越小。
b.根据共用电子对数比较,相同的两个原子间形成共价键时,单键键长>双键键长>三键键长。
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(3)键角的应用。
①键长和键角决定分子的空间结构。
②常见分子中的键角与分子空间结构。
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2.共价键强弱的判断
(1)由原子半径和共用电子对数判断:成键原子的原子半径越小,两原子间共用电子对数越多,则一般共价键越牢固,含有该共价键的分子越稳定。
(2)由键能判断:共价键的键能越大,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。
(3)由键长判断:共价键的键长越小,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。
(4)由电负性判断:元素的电负性越大,该元素的原子对共用电子对的吸引力越大,形成的共价键一般越稳定。
特别提醒由分子构成的物质,其熔、沸点与共价键的键能和键长无关,而分子的稳定性由键长和键能大小决定。
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素能应用
典例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,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 。?
共价键
C—C
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O
348
413
351
226
318
452
探究
素养脉络
随堂检测
答案:(1)CH4比SiH4稳定
(2)C—C键和C—H键键能较大,所形成的烷烃较稳定,而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成
(3)C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定,而Si—H的键能却远小于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
探究
素养脉络
随堂检测
解析:(1)因为C—H键的键能大于Si—H键的键能,所以CH4比SiH4稳定。
(2)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键的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成。
(3)C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定,而Si—H的键能却远小于Si—O键的,所以Si倾向于形成稳定性更强的Si—O键。
规律总结
(1)键长越小,键能越大,共价键越稳定,共价分子的性质也就越稳定。
(2)键长和键角决定分子的空间结构。
探究
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随堂检测
变式训练1关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是( )
A.键角是描述分子空间结构的重要参数
B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关
C.键能越大,键长越大,共价化合物越稳定
D.键角的大小与键长、键能的大小无关
答案:C
解析:键角是描述分子空间结构的重要参数,如CO2分子中的2个C=O键的键角为180°,故分子为直线形分子,A正确。键长的大小与成键原子的半径有关,如Cl的原子半径小于I的原子半径,Cl—Cl键的键长小于I—I键的键长;键长还和成键数目有关,成键数目越多,键长越小,B正确。键能越大,键长越小,共价键越强,共价化合物越稳定,故C错误。键角的大小取决于成键原子轨道的夹角,D正确。
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随堂检测
变式训练2下列说法正确的是( )
A.分子中键能越大,表示分子拥有的能量越高,共价键越难断裂
B.分子中键长越大,表示成键原子轨道重叠越多,键越牢固
C.形成化学键的过程是一个吸收能量的过程
D.形成化学键的过程是一个放出能量的过程
答案:D
解析:键能越大,表示破坏该键需要的能量越多,并不是分子拥有的能量越高;键长越大,表示成键的两原子的核间距越大,分子越不稳定;化学键的形成是原子由高能量状态向稳定状态(低能量状态)转变的过程,所以是一个放热过程。
探究
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1.可以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
答案:B
2.从键长的角度判断,下列共价键中最稳定的是( )
A.H—F
B.N—H
C.C—H
D.S—H
答案:A
探究
素养脉络
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3.N—H键键能的含义是( )
A.由N和H形成1
mol
NH3所放出的能量
B.把1
mol
NH3中的共价键全部拆开所吸收的热量
C.拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的热量
D.形成1个N—H键所放出的热量
答案:C
探究
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随堂检测
4.(双选)氰气的分子式为(CN)2,结构式为N≡C—C≡N,性质与卤素单质相似。下列叙述正确的是( )
A.分子中各原子的最外层均满足8电子结构
B.分子中N≡C键的键长大于C—C键的键长
C.分子中含有2个σ键和4个π键
D.能和氢氧化钠溶液发生反应生成NaCN、NaCNO和H2O
答案:AD
解析:(CN)2分子中每个C、N原子分别形成4个键、3个键,原子的最外层均满足8电子结构,A项正确;分子中含有3个σ键,4个π键,C项错误;成键原子半径越大,键长越大,N原子半径小于C原子半径,故N≡C键比C—C键的键长小,B项错误;由(CN)2与卤素单质性质相似,卤素单质能和NaOH溶液反应,故(CN)2也可以和NaOH溶液反应,D正确。
探究
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5.已知H—H键的键能为436
kJ·mol-1,N—H键的键能为391
kJ·mol-1,根据热化学方程式:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.4
kJ·mol-1,计算N≡N键的键能是
kJ·mol-1。?
答案:945.6
解析:化学反应的本质是反应物分子中旧键断裂(吸收能量),生成物分子中新键形成(放出能量),反应热等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和。
设N≡N的键能为E(N≡N),则有:
1
mol×E(N≡N)+3
mol×436
kJ·mol-1-2
mol×3×391
kJ·mol-1=-92.4
kJ·mol-1×1
mol
解得E(N≡N)=945.6
kJ·mol-1。
