课时素养评价
六 共价键的键参数 等电子原理
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括4小题,每小题5分,共20分)
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
【解析】选B。相距很远的两原子之间作用力几乎为零,能量为两原子能量之和;随着距离的减小,两原子相互吸引,使体系能量缓慢下降;当两原子继续靠近时,两原子轨道重叠;各成单电子配对成键,能量最低,再进一步接近,两原子核之间的相互斥力又将导致体系能量上升。
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(X=F、Cl、Br、I)键的键长、键角均相等
D.H2O分子中两个O—H键的键角为180°
【解析】选B。分子的结构是由键角、键长共同决定的,A项错误;由于F、Cl、Br、I的原子半径不同,故C—X(X=F、Cl、Br、I)键的键长不相等,C项错误;H2O分子中两个O—H键的键角为105°,D项错误。
3.通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同,则下列有关说法中正确的是
( )
A.CH4和N是等电子体,键角均为60°
B.N和C是等电子体,均为平面正三角形结构
C.H3O+和PCl3是等电子体,均为三角锥形结构
D.B3N3H6和苯是等电子体,B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道
【解析】选B。CH4和N都是正四面体结构,键角均为109°28′,A项不正确;N和C是等电子体,均为平面三角形结构,B项正确;H3O+和PCl3价电子总数不相等,不是等电子体,C项不正确;B3N3H6结构与苯相似,也存在“肩并肩”式重叠的轨道,D项不正确。
【补偿训练】
(2020·西安高二检测)意大利罗马大学的Fulvio
Cacace等人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167
kJ热量,生成1
mol
N≡N键放出942
kJ热量,根据以上信息和数据,判断下列说法正确的是
( )
A.N4属于一种新型的化合物
B.N4分子中存在非极性共价键
C.N4分子中N—N键角为109°28′
D.1
mol
N4转变成N2将吸收882
kJ热量
【解析】选B。N4是由氮元素形成的一种单质,A选项错误;氮元素为活泼非金属元素,氮原子之间形成的是非极性共价键,B选项正确;N4是正四面体结构,键角为60°,C选项错误;已知断裂1
mol
N—N键吸收167
kJ热量,生成1
mol
N≡N键放出942
kJ热量,则1
mol
N4转变成N2将放出882
kJ热量,D选项错误。
4.下列事实不能用键能的大小来解释的是
( )
A.氮元素的电负性较大,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.HF比H2O稳定
【解析】选B。由于N2分子中存在三键,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;稀有气体都为单原子分子,没有化学键;卤族元素从F到I,原子半径逐渐增大,其氢化物中化学键的键长逐渐变长,键能逐渐变小,所以稳定性HF>HCl>HBr>HI;由于H—F键的键能大于H—O键,所以稳定性HF>H2O。
【补偿训练】
1.已知N—H键的键能为390.8
kJ·mol-1,下列说法中正确的是
( )
A.由气态N和气态H形成1
mol
NH3所放出的能量为390.8
kJ
B.把1
mol
NH3中的共价键全部拆开所吸收的热量为390.8
kJ
C.拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的热量为390.8
kJ
D.由气态N和气态H形成1个N—H键放出390.8
kJ的热量
【解析】选C。1
mol
NH3含有3
mol
N—H键,A、B错误;键能是指形成1
mol化学键所放出的热量,D错误。
2.已知一些化学键的键能数据如下(kJ·mol-1)
键
H—H
Br—Br
I—I
Cl—Cl
H—Cl
H—I
H—Br
键能
436.0
193.7
152.7
242.7
431.8
298.7
366
下列说法中正确的是
( )
A.H—F键的键能可能为400
kJ·mol-1
B.1
mol
H2在2
mol
Cl2中燃烧,放出热量184.9
kJ
C.热稳定性HI>HBr>HCl
D.H—H键键能大于Cl—Cl键键能,原因为H非金属性比Cl强
【解析】选B。根据H—Cl、H—Br、H—I键键能数据可知,H—F键键能应该大于H—Cl,即大于431.8
kJ·mol-1,A错误;1
mol
H2在2
mol
Cl2中燃烧,参与反应的H2和Cl2都是1
mol,生成2
mol
HCl。其ΔH为436.0
kJ·mol-1×1
mol+
242.7
kJ·mol-1×1
mol-431.8
kJ·mol-1×2
mol=-184.9
kJ,B正确;热稳定性与键能有关,键能越大,热稳定性越强,所以热稳定性HI
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
5.近年来发现了多种含氮的离子。我国科学家成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl,阴离子的结构为[],阴离子中的σ键总数为________个。美国科学家合成了含有的盐类,含有该离子的盐是高能爆炸物质,该离子的结构呈“V”形,如图所示(图中箭头代表单键)。离子含有________个π键,下列微粒中与互为等电子体的是________;与互为等电子体的是________。?
A.P
B.CCl4
C.SiHF3
D.CHO2Cl
【解析】由图可知:离子含有5个σ键,离子含有4个π键。离子与离子都含有5个原子,价电子数分别为26、24。P与CCl4的价电子数为32,SiHF3的价电子数为26,CHO2Cl的价电子数为24。由此可答。
答案:5 4 C D
【补偿训练】
臭氧(O3)又称为超氧,它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。臭氧主要分布在10～50
km高度的平流层大气中,极大值在20～30
km高度之间。在常温常压下,稳定性较差,可自行分解为氧气。臭氧具有青草的味道,吸入少量对人体有益,吸入过量对人体健康有一定危害。
O3能吸收大气中紫外线,保护人类赖以生存的空间。O3的分子结构如图,呈V形,两个O—O键的夹角为116.5°。三个原子以一个O为中心,与另外两个O分别构成共价键;中间O提供两个电子,旁边两个O各提供一个电子,构成一个特殊的化学键(虚线内部)——三个O均等地享有这四个电子。请回答:
(1)题中共价键是________键,特殊的化学键是________键。?
(2)臭氧与氧气的关系是____________。?
(3)下列分子中与O3分子的结构最相似的是________(填序号)。?
A.H2O B.CO2 C.SO2 D.BeCl2
(4)分子中某原子有一对或几对没有与其他原子共用的价电子叫孤电子对,那么O3有________对孤电子对。?
【解析】特殊的化学键是中间O提供的两个电子,和旁边两个O各提供的一个电子,形成一个三原子四电子大π键。O2与O3是同素异形体。互为等电子体的分子结构相似,O3与SO2互为等电子体。O3的两端的原子各有两对孤电子对,中间的原子有一对孤电子对,共有5对孤电子对。
答案:(1)σ 大π (2)同素异形体 (3)C (4)5
一、选择题(本题包括2小题,每小题5分,共10分)
6.下列有关性质的比较中,正确的是
( )
A.微粒半径:B.键长:N—H>P—H>As—H
C.分子中的键角:CS2>SCN->CO2
D.共价键的键能:C—C【解析】选D。Li+的电子层数最少,所以离子半径最小,其余三种离子的电子层结构相同,核电荷数越大,离子半径越小,所以>F->Na+>Li+,A错误;N、P、As同一主族,半径越来越大,所以键长N—HCC>C≡C,所以键能:C—C7.化学反应可视为旧键的断裂和新键的形成过程。化学键的键能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):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
【解析】选A。反应中的键能包括: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分子中共价键放出的能量。由各物质的分子结构知1
mol
P4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。故ΔH=(198
kJ·mol-1×6+498
kJ·mol-1×3)-
360
kJ·mol-1×12=-1
638
kJ·mol-1。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
8.等电子体是指两个或两个以上的分子(或离子),它们的原子总数相同,分子(或离子)中价电子总数也相同,等电子体具有相似的电子结构、几何构型和性质。
(1)Si、SO3、N三种粒子是等电子体,其中Si、S、N三种基态原子的第一电离能从大到小的顺序为____________。?
(2)C2和________是等电子体,C2具有较强的还原性,它能使酸性KMnO4溶液褪色,Mn在元素周期表中的位置是_________________,外围电子排布图为____________________。?
(3)双原子14电子的等电子体共同特点是物质中都具有共价三键,请举出相应的3个例子________________(分子或离子)。每个分子或离子中含______________个σ键,________个π键。?
【解析】(1)由Si、S、N三种元素在周期表中的位置关系和第一电离能规律可判断其大小关系:N>S>Si。(2)氮原子比碳原子多一个电子,故N2O4与C2互为等电子体。(3)一个三键中有一个σ键和两个π键。
答案:(1)N>S>Si
(2)N2O4 第4周期ⅦB族
(3)N2、CO、、CN-(任选3个) 1 2(共71张PPT)
第2课时 共价键的键参数
等电子原理
一、键参数——键长、键角与键能
1.概念和特点:
必备知识·自主学习
概 念
特 点
键能
_________原子形成_____________
释放的最低能量
键能越大,化学键越牢固,
分子越稳定
键长
形成共价键的两个原子之间的
_______
键长越短,键能_____,
共价键越_____
键角
分子内两个_______之间的夹角
表明共价键有_______,
决定分子的_________
气态基态
1
mol
化学键
核间距
越大
稳定
共价键
方向性
空间构型
2.对分子性质的影响:
(1)键能_____,键长_____,分子越稳定。
越大
越短
【自主探索】
判断下列说法是否正确。
(1)键能越大,键长越长,共价化合物越稳定。
( )
提示:×。键能越大,键长越短,物质越稳定。
(2)碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键键能的3倍和2倍。
( )
提示:×。碳碳双键中含有一个σ键、1个π键,而碳碳三键中含一个σ键、2个π键,导致碳碳双键和碳碳三键的键能小于碳碳单键键能的2倍和3倍。
(3)键长等于成键两原子的半径之和。
( )
提示:×。键长是两个成键原子的平均核间距离。
二、等电子原理
1.等电子原理:_________相同、___________相同的分子具有相似的
___________,它们的许多性质是相近的。
2.等电子体:原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子。如CO和N2
属于等电子体,它们的许多性质相似。
原子总数
价电子总数
化学键特征
【自主探索】
判断下列说法是否正确。
(1)只有原子总数和价电子总数都相同的分子(或离子)才是等电子体。
( )
提示:√。等电子体是指原子总数和价电子总数都相同的微粒。
(2)CH4、H2O、NH3、HF均含10个质子和10个电子,故为等电子体。
( )
提示:×。等电子体的原子总数应该相等。
(3)H2O、H2S、H2Se互为等电子体。
( )
提示:√。三种分子的原子总数和价电子总数相等,属于等电子体。
关键能力·合作学习
知识点一 键参数及其应用?
1.键参数与分子性质的关系
(1)共价键强弱的判断:
①由原子半径和共用电子对数判断。
一般来说,形成共价键的两原子半径之和越小,共用电子对数越多,则共价键越牢固,含有该共价键的分子越稳定。
如HF、HCl、HBr、HI中,分子的共用电子对数相同(1对),因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大,故共价键牢固程度H—F>H—Cl>H—Br>H—I,因此,稳定性HF>HCl>HBr>HI。
②由键能判断。
共价键的键能越大,表示破坏共价键消耗的能量越多,则共价键越牢固。
③由键长判断:共价键的键长越短,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。
(2)分子立体结构的判断。
键长和键角是描述分子立体构型的参数。一般来说,如果知道分子中的键长和键角,这个分子的几何构型就确定了。如NH3分子的H—N—H键角是107°,N—H键的键长是101
pm,就可以断定NH3分子是三角锥形分子。如图:
2.共价键的键能与化学反应热
(1)化学反应的实质:化学反应的实质就是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的生成。
(2)化学反应过程有能量变化:反应物和生成物中化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。
(3)放热反应和吸热反应:
①放热反应:旧键断裂消耗的总能量小于新键形成放出的总热量。
②吸热反应:旧键断裂消耗的总能量大于新键形成放出的总热量。
(4)反应热(ΔH)与键能的关系:
ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和
【易错提醒】键参数的几个认识误区
(1)键长和键角共同决定分子的立体结构。
(2)键长不是成键两原子的原子半径之和,而是小于其半径之和。
(3)键能越大,一般键长越短,分子越稳定。
【合作探究】
(1)双原子分子中化学键键角越大,键长越长,分子越稳定吗?
提示:双原子分子中没有键角,决定分子稳定性的是键能和键长,键能越大,键长越短,分子越稳定。
(2)实验测得BeCl2为共价化合物,两个Be—Cl键间的夹角为180°,键长相同,据此能否判断BeCl2的几何构型?
提示:确定了分子中的键长和键角,分子的几何构型即可确定,BeCl2的键长相同,Cl—Be—Cl键角为180°,故BeCl2分子为直线形分子。
【典例示范】
【典例】根据氢气分子的形成过程示意图,回答问题。
(1)H—H键的键长为______________,①～⑤中,体系能量由高到低的顺序是________。?
(2)下列说法中正确的是________。?
A.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加
C.由④到⑤,必须消耗外界的能量
D.氢气分子中含有一个极性共价键
(3)已知几种常见化学键的键能如下表所示:
化学键
Si—O
H—O
O＝
O
Si—Si
Si—C
键能/
(kJ·mol-1)
460
467
498
176
X
请回答下列问题:
①比较Si—Si键与Si—C键的键长大小可知:X________176
kJ·mol-1(填“>”“<”或“=”)。
?
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”的观点。试计算:每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为__________。
?
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)键参数的含义及影响键能大小的因素。
(2)共价键的键能与反应热的关系。
【解析】(1)直接从图上有关数据可以看出,H—H键的键长为0.074
nm;体系能
量由高到低的顺序是①⑤②③④。
(2)氢气分子中含有一个σ键,选项A错误;共价键的本质就是高概率地出现在原
子间的电子与原子核之间的电性作用,选项B是正确的;④已经达到稳定状态,选
项C是正确的;氢气分子中含有一个非极性共价键,选项D错误。
(3)①Si—Si键的键长比Si—C键的键长大,键能小。②从题图上读出,H—H键的
键能为436
kJ·mol-1,每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为1
000
g÷
2
g·mol-1×(467
kJ·mol-1×2-436
kJ·mol-1-498
kJ·mol-1×
)=
124
500
kJ。
答案:(1)0.074
nm ①⑤②③④ (2)BC
(3)①> ②124
500
kJ
【母题追问】(1)已知1
mol
SiO2的总键能为1
840
kJ·mol-1,反应:Si(s)+2O2(g)====SiO2(s) ΔH=-492
kJ·mol-1,则每1
mol
Si中含有______________NA个Si—Si。?
提示:根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能
,设1
mol
Si中含有x
mol
Si—Si,则:(176x+2×498)-1
840=-492,所以x=2。
(2)有人认为硅也是未来的理想燃料,你认为其主要优点有哪些(任答1点)?
提示:来源丰富,便于储存和运输,燃烧过程污染易控等。
【规律方法】(1)原子之间形成化学键是放热过程,断裂化学键是吸热过程,所以原子之间相互靠近。体系能量逐渐降低,形成稳定化学键后,体系能量最低。
(2)一般而言:原子半径越小→共价键键长越短→键能越大→物质越稳定,所以比较物质的稳定性,可从原子半径着手分析。
(3)键能与反应热计算关系为ΔH=反应物总键能-生成物总键能。
【素养训练】
1.NH3、NF3、NCl3等分子中心原子相同,如果周围原子电负性大者键角小。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
【解析】选C。因电负性:F>Cl>H,故键角大小为NH3>NCl3>NF3。
2.(2020·烟台高二检测)参考下表化学键的键能与键长数据,判断下列分子中,受热最稳定的是
( )
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
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)键能越大,键长越短,化学键越强;
(2)分子的热稳定性主要取决于化学键的稳定性。
【解析】选D。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;综合两方面因素分析,最稳定的是HF。
3.(2020·武汉高二检测)已知H—H键能为436
kJ·mol-1,N—H键能为
391
kJ·mol-1,根据化学方程式:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
ΔH=-92.4
kJ·mol-1,则N≡N键的键能是
( )
A.431
kJ·mol-1
B.946
kJ·mol-1
C.649
kJ·mol-1
D.896
kJ·mol-1
【解析】选B。化学反应的本质是反应物分子中的旧键断裂(吸收能量)和生
成物分子中的新键形成(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键的键能为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,解得E(N≡N)≈
946
kJ·mol-1。
知识点二 等电子体的判断及其应用?
1.常见等电子体:
2.等电子原理的应用:
(1)判断一些简单分子或离子的空间构型。
(2)利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。
(3)利用等电子原理针对某物质找等电子体。
3.等电子体的换算方法:
(1)将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n=1,2等)的原子,如N2
与CO、
和CNO-互为等电子体。
(2)将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位
电荷的阳离子(或阴离子),如N2O和
互为等电子体。
(3)同主族元素最外层电子数相等,故可将粒子中的元素原子换成同主族元素原
子,如O3和SO2互为等电子体。
【易错提醒】
(1)等电子体的价电子总数相同,而组成原子的核外电子总数不一定相同,如CO2和CS2。
(2)可将等电子原理扩大到离子,应用更为广泛。
(3)应用等电子原理的前提是原子总数必须相同,其次是价电子总数相同。
【合作探究】
(1)等电子体的结构相似,所以性质也相似吗?
提示:等电子体只是原子个数和价电子总数相等,所以结构相似,某些物理性质相似,但多数化学性质差异很大,如N2与CO等。
(2)H2S、
PH3、SiH4、
H2O2等均含有18电子,属于等电子体吗?
提示:等电子体的要求是原子总数相等,价电子总数相等,题中四种分子所含原子总数不相同,不是等电子体。
【典例示范】
【典例】(2020·长沙高二检测)等电子体的结构相似、物理性质相近,称为等电子原理。N2和CO为常见的等电子体。下表为部分元素形成的等电子体及对应的立体构型表。
等电子体类型
代表物质
立体构型
四原子24e-等电子体
SO3
平面三角形
四原子26e-等电子体
三角锥形
五原子32e-等电子体
CCl4
四面体形
六原子40e-等电子体
PCl5
三角双锥形
七原子48e-等电子体
SF6
八面体形
试回答:
(1)下面离子的立体构型:
Br
________,C
________,Cl
________。?
(2)由第1、2周期元素组成,与F2互为等电子体的离子有________。?
(3)SF6的立体构型如图1所示,请再按照图1的表示方法在图2中表示OSF4分子中O、S、F原子的空间位置。已知OSF4分子中O、S间为共价双键,S、F间为共价单键。
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)等电子体的结构和性质相似;
(2)符合条件的分子和离子都有可能互为等电子体。
【解析】解决本题的关键是互为等电子体的物质结构相似、物理性质相近。
(1)Br
与S
互为四原子26e-等电子体,所以其立体构型与S
一样为三角锥
形;C
与SO3互为四原子24e-等电子体,与SO3的结构相同,立体构型为平面三角
形;同理可知Cl
与CCl4互为等电子体,Cl
的立体构型为四面体形。
(2)F2中含有2个原子,14个价电子,所以第1、2周期中与F2互为等电子体的离子
有
。
(3)SF6的立体构型为八面体形,如图1;OSF4与PCl5互为六原子40e-等电子体,其立
体构型为三角双锥形。
答案:(1)三角锥形 平面三角形 四面体形
(2)
(3)
【母题追问】(1)SiF2Cl2的立体构型是四面体吗?是正四面体吗?
提示:根据等电子体原理,SiF2Cl2与CCl4属于等电子体,所以为四面体,但是由于
四个顶点的原子不一样,所以不是正四面体。
(2)各写出一种与H2O为等电子体由第一、二周期的元素组成的阳离子和阴离子
符号。
提示:根据N3-、O2-、F-的最外层电子数相同进行分析。N
、H2F+与H2O为等电
子体。
【规律方法】等电子体确定的四种技巧
(1)将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n=1,2等)的原子,如N2
与CO、
和CNO-互为等电子体。
(2)将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位
电荷的阳离子(或阴离子),如N2O和
互为等电子体。
(3)同主族元素最外层电子数相同,故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元
素原子,如O3与SO2、CO2与CS2互为等电子体。
(4)互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子,如N2O
与CO2互为等电子体。
【素养训练】
1.原子总数相同、价电子总数相同的粒子,互称为等电子体。硼元素可形成
三个等电子体阴离子:B
、B
和B
,则m、n的值为
( )
A.5,3
B.2,4
C.3,1
D.1,2
【解析】
选A。B
中价电子总数为3+6×2+1=16,所以B
、B
中电子总数为3+4×2+m=3+5×2+n=16,解得m=5、n=3。
2.近年来,出现了一种叫作“嗨气球”的东西,通俗地说,就是向气球里面打入一种俗称“笑气”的气体,据说吸食了“笑气”之后就会开心。这种所谓“上头快、不上瘾、没伤害”的致幻方式爆红,但致人死亡的报道也屡屡见报。笑气(N2O)又称一氧化二氮,是一种无色有甜味气体,在室温下稳定,有轻微麻醉作用,并能致人发笑。
下列说法合理的是
( )
A.依据等电子原理N2O与SiO2分子具有相似的结构(包括电子式)
B.已知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连,则N2O的电子式可表示为
C.N2O与CO2互为等电子体,因此不含非极性键
D.N2O为V形分子
【解析】选B。互为等电子体的两者必须具有相同的原子总数和价电子总数,故
N2O与CO2互为等电子体,而CO2的结构式为
,故N2O也为直线形分子,
而SiO2为正四面体形结构,A项、D项错误;因为N2O分子中氧原子只与一个氮原子
相连,则N2O的结构式为
,N2O分子中含有非极性键,B项正确,C项错误。
3.已知原子总数相同、价电子总数相同的微粒称为等电子体,等电子体的结构和性质相似。据此回答下列问题:
(1)SCN-、N
的价电子总数都是16,因此它们的结构与第二周期中的两种元素组成的________分子的结构相同,该分子呈________形。?
(2)已知N2、CO、H2O、NH3、CO2均为高中化学常见的分子,根据要求回答有关问题:
①根据N2与CO互为等电子体,写出CO分子的电子式________。?
②试比较两分子中的键角大小:H2O________NH3(填“>”“=”或“<”
)。?
③CO2中含有的σ键和π键的数目之比为________。?
【解析】(1)根据等电子体的概念及常见等电子体即可回答问题。
(2)①N2与CO互为等电子体,互为等电子体的物质结构相似,则依据氮气的电子
式可知CO分子的电子式为
②水分子中氧元素含有2对孤对电子,而氨气分子中氮元素含有一对孤对电子,
孤对电子越多,排斥力越强,因此H2O分子中的键角小于NH3分子中的键角。
③单键都是σ键,双键中含有1个σ键和1个π键,则根据二氧化碳的结构式
O＝C＝O可知CO2中含有的σ键和π键的数目之比为2∶2=1∶1。
答案:(1)CO2(或N2O) 直线 (2)
②< ③1∶1
【课堂小结】
1.共价键的三个键参数,键长、键能可用来判断共价键的稳定性,键角可用于判断分子的立体构型。
2.等电子体原子总数相同,价电子总数相同,但组成原子的核外电子总数不一定相同。
【三言两语话重点】
(1)1个公式:ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。
(2)2个对应:键长越大→键能越小→键越稳定。
(3)3个参数:
课堂检测·素养达标
1.(2020·楚雄高二检测)下列说法正确的是
( )
A.键能越大,表示该分子越容易受热分解
B.共价键都具有方向性
C.在分子中,两个成键的原子间的距离叫键长
D.H—Cl的键能为431.8
kJ·mol-1,H—Br的键能为366
kJ·mol-1,这可以说明HCl比HBr分子稳定
【解析】选D。A.键能越大,表示该分子越难分解,不正确;B.不正确,例如s-
s
σ键没有方向性,排除;C.在分子中,两个成键原子核间的距离为键长,不正确。
2.根据等电子原理,下列分子或离子与N
有相似结构的是
( )
①SO3 ②BF3 ③CH4 ④NO2
A.①②
B.②③
C.③④
D.②④
【解析】选A。N
是4原子,24(5+6×3+1=24)个价电子(最外层电子数)的粒子,
与其原子数相同的只有①和②。SO3的价电子数为6×4=24;BF3的价电子数为
3+7×3=24,故SO3、BF3与N
是等电子体,结构相似。
3.(2020·山东等级考)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似，也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是（
）
A.其熔点主要取决于所含化学键的键能
B.形成大π键的电子全部由N提供
C.分子中B和N的杂化方式相同
D.分子中所有原子共平面
【解题关键】解答本题需注意以下两点：
（1）B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似，苯为平面结构。
（2）B3N3H6(无机苯)与苯中大π键的形成相似。
【解析】选A。无机苯是分子晶体，其熔点主要取决于分子间的作用力，A错误；B原子最外层3个电子，与其他原子形成3个σ键，N原子最外层5个电子，与其他原子形成3个σ键，还剩余2个电子，故形成大π键的电子全部由N原子提供，B正确；无机苯与苯为等电子体，分子中含有大π键，故分子中B、N原子的杂化方式为sp2杂化，C正确；无机苯与苯为等电子体，分子中含有大π键，故分子中B、N原子的杂化方式为sp2杂化，所以分子中所有原子共平面，D正确。
【补偿训练】
根据等电子原理,下列各组分子或离子的立体构型不相似的是
( )
A.N
和CH4
B.H3O+和NH3
C.N
和C
D.CO2和H2O
【解析】选D。根据等电子原理,CO2和H2O二者原子总数相等,但价电子总数不等,不是等电子体,则它们的立体构型不相似。
4.根据下表中所列的键能数据,判断下列分子中最不稳定的是
( )
化学键
H—H
H—Cl
H—Br
Br—Br
键能/
(kJ·mo
l-1)
436.0
431.8
366
193.7
A.HCl
B.HBr
C.H2
D.Br2
【解析】选D。键能越小,键长越长,共价键越不牢固,分子越不稳定。
【补偿训练】
(教材改编)已知N—N、N＝N,N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90,而C—C、C＝C,C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34,下列说法正确的是
( )
A.双键键能一定大于单键键能
B.氮气分子中的π键比乙炔分子中的π键稳定性差
C.双键更稳定,一定比单键更难被破坏
D.氮气分子比乙烯更易发生加成反应
【解析】选A。根据题给信息可知,双键键能一定大于单键键能,A正确;N≡N键能大于N—N键能的三倍,而C≡C键能小于C—C键能的3倍,C＝C键能小于C—C键能的两倍,说明乙烯、乙炔中的π键不牢固,易被破坏而发生加成反应,而氮气分子中N≡N键非常牢固,不易发生加成反应,B、D错误;N＝N键能大于N—N键能的两倍,N＝N键比N—N键更稳定,而C＝C键比C—C键的稳定性差,C错误。
5.已知一定条件下断裂或形成某些化学键的能量关系如下表:
断裂或生成的化学键
能量数据
断裂1
mol
H2分子中的化学键
吸收能量436
kJ
断裂1
mol
Cl2分子中的化学键
吸收能量243
kJ
形成1
mol
HCl分子中的化学键
释放能量431
kJ
对于反应:H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g),下列说法正确的是
( )
A.该反应的反应热ΔH>0
B.生成1
mol
HCl时反应放热431
kJ
C.氢气分子中的化学键比氯气分子中的化学键更牢固
D.相同条件下,氢气分子具有的能量高于氯气分子具有的能量
【解析】选C。由题表中数据可知,H—H键键能>Cl—Cl键键能,键能越大,键越牢固,分子具有的能量越低,C项正确、D错误。
6.(2020·新乡高二检测)能说明BF3分子中的4个原子处于同一平面的理由
是
( )
A.3个B—F键的键能相同
B.3个B—F键的键长相同
C.3个B—F键的键角均为120°
D.3个B—F键均为σ键
【解析】选C。键能和键长是共价键稳定性的重要参数,键角是分子在空间立体结构的重要参数,要学会根据这些参数分析判断分子的结构。当3个B—F的键角均为120°,BF3分子的4个原子处于同一个平面内,且构成平面三角形。其他几个选项虽然能正确描述BF3分子的结构,但无法说明其分子在空间的结构。
【补偿训练】
1.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σ键
B.X、Z元素都有可能形成π键
C.键长X—HW—H
D.形成共价键时电子云重叠程度:W—H>Y—H
【解析】选C。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。稀有气体分子为单原子分子,分子中没有化学键,A错误;N可以形成π键,如氮气,但溴只能形成一个共价键,所以不可能形成π键,B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—HY,故键长W—H>Y—H,
即电子云重叠程度W—H2.(2020·宿迁高二检测)从实验测得不同物质中氧氧键之间的键长和键能数据如下表,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.成键时电子数越多,键能越大
B.键长越长,键能越小
C.成键所用的电子数越少,键能越大
D.成键时电子对越偏移,键能越大
【解析】选B。电子数由多到少的顺序为
>
>O2>
,键能大小顺序为W>Z>Y>X,A项错误;这些微粒都是O成键,共用电子对无偏移,D项错误;对于这些微粒在成键时所用的电子情况,题中无信息,C项错误。
【素养新思维】
7.试回答下列问题:
(1)
碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂,其结构如图
1
mol该分子中
含__________个σ键。?
(2)由短周期元素组成的含有14个电子的四核化合物,其结构式为________;
分子内所含σ键的数目是________,π键的数目是________,σ键的强度比
π键的强度________,原因是__________。?
【解析】(1)1
mol
该分子中含有8NA个σ键。(2)四核化合物,有14个电子,是乙炔,其结构式为H—C≡C—H;乙炔分子内所含σ键的数目是3个,π键的数目是2个,由于形成σ键的原子轨道的重叠程度比π键的重叠程度大,形成的共价键强,所以σ键的强度比π键的强度大。
答案:(1)8NA (2)
H—C≡C—H 3 2 大 形成σ键的原子轨道的重叠程度比π键的重叠程度大,形成的共价键强
【补偿训练】
某些共价键的键能数据如下表(单位:kJ·mol-1):
共价键
H—H
Cl—Cl
Br—Br
H—Cl
H—I
I—I
N≡N
H—O
H—N
键能
436
243
194
432
299
153
946
463
391
(1)把1
mol
Cl2分解为气态原子时,需要________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量。?
(2)由表中所列化学键形成的单质分子中,最稳定的是________,最不稳定的是________;形成的化合物分子中最稳定的是________。?
(3)试通过键能数据估算下列反应的反应热:H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g) ΔH=________。?
【解析】(1)键能是指气态基态原子形成1
mol化学键释放的最低能量,新键形
成释放能量,则旧键断裂必然吸收能量,根据能量守恒定律断开1
mol
Cl—Cl键
吸收的能量等于形成1
mol
Cl—Cl键释放的能量。
(2)键能越大,化学键越稳定,越不容易断裂,化学性质越稳定,因此最稳定的单
质为N2,最不稳定的单质是I2,最稳定的化合物是H2O,最不稳定的化合物是HI。
(3)ΔH=E(反应物键能之和)-E(生成物键能之和)=(436+243-2×432)kJ·mol-1
=-185
kJ·mol-1。
答案:(1)吸收 243 (2)N2 I2 H2O
(3)-185
kJ·mol-1