（人教版选修3）第二章
《分子结构与性质》教学设计
第一节
共价键
（第二课时
共价键的键参数
等电子原理）
课题：2.1.2
价键的键参数
等电子原理
课时
1
授课班级
教
学
分
析
本课时内容是人教版选修三《物质结构与性质》中的第二章第一节《共价键》第二课时内容。
本节内容的课标要求是“知道共价键的主要类型σ键和п键，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质；结合实例说明等电子原理的应用。”教材主要介绍了从电子云和原子轨道的角度理解共价键的形成、价键的特点、σ键和π键的特征以及共价键参数，是对必修2中共价键内容的加深，使学生进一步丰富物质结构的知识，提高分析问题和解决问题的能力。本节内容理论性较强，使学生在分子水平上进一步形成有关物质结构的基本观念，能从物质结构决定性质的视角解释分子的某些性质，并预测物质的有关性质，体验科学的魅力，进一步形成科学的价值观。
本节教学内容分为两部分：第一部分共价键的形成及类型，第二部分键参数及等电子原理。共价键是常见的化学键之一，掌握共价键的特点及类型，能更好的指导我们认识分子的立体结构，帮助我们来了解形形色色的分子世界。
共价键的键能、键长、键角等键参数的有关知识为以后学习分子的立体构型、原子晶体、分子晶体的晶胞结构奠定了基础，键长和键能是解决分子稳定性，以及以后要学习的晶体的熔沸点大小比较的基础，因此本课时内容是选修3的重点和难点内容之一，它也是选修3要解决实际问题的理论基础。
本课时内容的教法主要是通过巧设疑问，激发学生的学习兴趣和求知欲望，再通过问题驱动来解答疑问，归纳新知识，然后在教师的指导下，通过小组合作交流学习新知识，自主归纳，得出结论，最后通过借助于精选例题，发现新问题，生成新知识，探索新方法。
教
学
目
标
知识与技能
1.通过阅读思考、数据分析，认识键能、键长、键角等键参数的概念，能用键参数――键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。
2通过讨论交流、问题探究等活动，知道等电子原理，会判断简单的等电子体，能结合实例说明“等电子原理的应用。
过程与方法
运用类比、归纳、判断、推理的方法，通过阅读思考、讨论交流、问题探究等活动，形成各概念的区别与联系，熟悉掌握各知识点的共性和差异性。
情感态度价值观
通过在分子水平上进一步认识物质结构，从物质结构决定性质的视角解释分子的某些性质，并预测物质的有关性质，体验科学的魅力，进一步形成科学的价值观，感受化学微观世界的奇妙与和谐。
教学重点
键参数的概念、“等电子原理”及应用
教学难点
用键参数说明简单分子的结构和某些性质
教学过程
教学步骤、内容
教学方法
【情景导入】N2与H2在常温下很难反应，必须在高温下才能发生反应，而F2与H2在冷暗处就能发生化学反应，为什么？要解决这个问题就要了解这些分子中共价键的构成和共价键的键参数。
【板书】活动一、共价键的价参数
【思考1】（1）阅读教材P30页内容，结合表2-1，思考键能的概念是什么？键能与分子的稳定性有何关系？
【交流1】①键能是气态基态原子形成1
mol化学键释放的最低能量。键能的单位是kJ·mol－1。例如：形成1
mol
H—H键释放的最低能量为436.0
kJ，即H—H键的键能为436.0
kJ·mol—1。
【交流2】②下表中是H—X键的键能数据
共价键H—FH—ClH—BrH—I键能/kJ·mol－1568431.8366298.7
【副板书1】A.若使2
mol
H—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收863.6kJ的能量。
【副板书2】B.表中共价键最难断裂的是H—F键，最易断裂的是H—I键。
【副板书3】C.由表中键能数据大小说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小，说明四种分子的稳定性依次减弱，即HF分子很稳定，最难分解，HI分子最不稳定，最易分解。
【思考2】（2）阅读教材P31页内容，根据表2-2数据，思考键长的概念是什么？并举例说明键长与键能有何关系？
【交流1】①键长是指形成共价键的两个原子之间的核间距，因此原子半径决定化学键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。
【交流2】②键长与共价键的稳定性之间的关系：共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。
【交流3】③H2、Cl2、Br2三种分子中，共价键的键长最长的是③，键能最大的是①。
【思考3】（3））阅读教材P31-32页内容，思考键角的概念是什么？键角与分子的空间构型有何关系？
【交流1】①键角是指在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角。在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性。键角是描述分子立体结构的重要参数。
【交流2投影】②根据立体构型填写下列分子的键角：
分子立体构型键角实例正四面体形109°28′CH4、CCl4平面形120°苯、乙烯、BF3三角锥形107°NH3V形(或角形)105°H2O直线形180°CO2、CS2、CH≡CH
【交流3投影】③键角决定分子的空间构型。如：
【讨论1】（1）键能、键长、键角对物质性质有何影响？
【交流投影】
【讨论2】（2）如何判断共价键的强弱？
【交流1】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，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。如原子半径：F＜Cl＜Br＜I，则共价键的牢固程度：H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI。如共用电子对数：N≡N＞Cl—Cl，则共价键的牢固程度：N≡N
＞Cl—Cl。
【交流2】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。
【交流3】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。
【讨论3】（3）共价键的键能与化学反应热有何关系？
【交流1】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形成。
【交流2】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。
【交流3】③放热反应和吸热反应
【强调1】放热反应：旧键断裂吸收的总能量小于新键形成放出的总能量。
【强调2】吸热反应：旧键断裂吸收的总能量大于新键形成放出的总能量。
【交流4】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。
【强调】注意：ΔH＜0时，为放热反应；ΔH＞0时，为吸热反应。
【讨论4】（4）结合教材P32“资料卡片”，思考什么是共价半径？
【交流】相同原子形成的共价键键长的一半称为共价半径。如：
卤素单质的键长与共价半径
【投影】
【问题探究1】（1）试从键长和键能的角度分析卤素氢化物稳定性逐渐减弱的原因是什么？
【交流】卤素原子从F到I原子半径逐渐增大，分别与H原子形成共价键时，按H—F、H—Cl、H—Br、H—I，键长逐渐增长，键能逐渐减小，故分子的稳定性逐渐减弱。
【问题探究2】（2）是否原子半径越小、键长越短，键能越大，分子就越稳定？
【交流】不一定，电负性大的双原子分子，键长较短的键能不一定大。如F2中氟原子的半径很小，因此键长比较短，而两个氟原子形成共价键时，核间距离很小，排斥力很大，即其键能不大，因此F2的稳定性差。
【问题探究3】（3）“键长越短，键能越大”适合于一切分子吗？
【交流1】①不适合，如F2。F原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两F原子形成共价键时，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能不大，F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。
【交流2】②一般来讲，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。
【强调】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。
【典例1】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°
【答案】
B
【解析】
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。
【典例2】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
【答案】
B
【解析】
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。
【典例3】从实验测得不同物质中氧—氧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，但可根据规律性推导键能的大小顺序为W>Z>Y>X。该规律性是( )
氧氧键
数据OOO2O键长/10－12m149128121112键能(kJ·mol－1)XYZ＝494W＝628
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．成键的电子对越偏移，键能越大
【答案】
B
【解析】
利用题中提供的信息，去伪存真找到正确的规律是学习中应着力训练的能力。电子数由多到少的顺序为：O>O>O2>O，键能大小顺序为W>Z>Y>X，A项错误；这些微粒都是由相同的原子组成，电子对无偏移，D项错误；对于这些微粒在成键时所用电子情况，题中无信息，已有的知识中也没有，说明这不是本题考查的知识点，故不选C项。
【板书】活动二、等电子原理
【思考】阅读教材P32-33ye内容，结合表2-3，思考什么叫等电子原理和等电子体？
【交流1】（1）等电子原理是原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。
【交流2】（2）等电子体是满足等电子原理的分子称为等电子体。如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体。
【讨论1】（1）根据等电子原理，列举常见的等电子体，完成小表内容：
【交流投影】
类型实例三原子、16个价电子的等电子体CO2、CS2、N2O、NO、N、BeCl2(g)两原子、10个价电子的等电子体N2、CO、NO＋、C、CN－三原子、18个价电子的等电子体NO、O3、SO2四原子、24个价电子的等电子体NO、CO、BF3、SO3(g)五原子、32个价电子的等电子体SiF4、CCl4、BF、SO、PO
【讨论2】（2）等电子体具有许多性质相近，立体构型相同的特点，因此在化学上有哪些应用？
【交流1】①利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。如NH3和H3O＋，原子总数和价电子总数都相等，其立体构型相同(三角锥形)；SiCl4、SO、SiO、PO等的原子数目和价电子总数都相等，互为等电子体，都呈正四面体形。
【交流2】②应用于制造新材料。等电子体不仅有相似的立体构型，而且有相似的性质。如晶体硅、锗是良好的半导体材料，它们的等电子体AlP、GaAs也都是良好的半导体材料。
【交流3】③利用等电子原理针对某物质找等电子体。
【问题探究1】（1）“只要两种分子中所含的电子总数相等，这两种分子就是等电子体”这句话对吗？
【交流】不对。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。
【问题探究2】（2）NO和O3是等电子体吗？
【交流】只要原子总数相同，各原子最外层电子数之和也相同，即可互称等电子体，NO是三原子组成的离子，其最外层电子数(即价电子)之和为5＋6×2＋1＝18，SO2、O3均含三原子分子，价电子总数为6×3＝18。因此NO和O3是等电子体。
【问题探究3】（3）如何正确判断“等电子体”？
【强调】要互为等电子体，就是要求粒子中原子总数和各原子价电子总数均相等，其解决方法通常为：
【交流1】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、N和CNO－均互为等电子体。
【交流2】②将粒子中一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素的带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N2O和N互为等电子体。
【交流3】③同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。
【典例1】等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，空间结构相似的是( )
A．SO2与O3
B．CO2与NO2
C．CS2与NO2
D．PCl3与BF3
【答案】
A
【解析】
由题中信息可知，只要算出分子中各原子最外层电子数之和即可判断。B的最外层电子数为3；C的最外层电子数为4；N、P的最外层电子数为5；O、S的最外层电子数为6。
【典例2】下列几组微粒互为等电子体的是( )
①N2和CO ②NO和O2- ③CO2和CS2 ④N2O和CO2 ⑤NO2-和O3 ⑥BF3和SO3
A.①②③
B.④⑤⑥
C.①③④⑥
D.①②③④⑤⑥
【答案】
D
【解析】
等电子体具有两个显著特点:一是原子总数相同,二是价电子总数相同。这是判断等电子体的根本依据。从原子总数上看①~⑥都符合条件,关键是看它们之间的价电子总数。①N2和CO价电子总数均为10;②NO和价电子总数均为11;③④二组中四种微粒价电子总数均为16;⑤N和O3价电子总数均为18;⑥BF3和SO3价电子总数均为24。故全部符合题意。
【课堂检测】1．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能量
C．拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的能量
D．形成1个N—H键所放出的能量
【答案】
C
【解析】
N—H键的键能是指形成1
mol
N—H键放出的能量或拆开1
mol
N—H键所吸收的能量，不是指形成1个N—H键释放的能量，1
mol
NH3分子中含有3
mol
N—H键，拆开1
mol
NH3或形成1
mol
NH3吸收或放出的能量应是N—H键键能的3倍。
2．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
【答案】
D
【解析】
键能越大，分子越稳定，A项错，D项正确。H—H键没有方向性，B项错。形成共价键的两个原子之间的核间距叫键长，C项错。
3．NH3分子的空间构型是三角锥形结构而不是平面正三角形结构，最充分的理由是( )
A．NH3分子内3个N—H键键长均相等
B．NH3分子内三个价键的键角和键长均相等
C．NH3分子内3个N—H键的键长相等，键角都等于107°
D．NH3分子内3个N—H键的键长相等，键角都等于120°
【答案】
C
【解析】
NH3分子内的键角和键长都相等，可能有两种情况，一是平面正三角形。二是空间立体结构，如果键角为120°，则必然为正三角形。
4．N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，下列说法中不正确的是( )
A．N2分子与CO分子中都含有三键
B．CO分子与N2分子中的π键并不完全相同
C．N2与CO互为等电子体
D．N2与CO的化学性质相同
【答案】
D
【解析】
从题图可以看出，N2分子与CO分子中均含有一个σ键和两个π键，所以二者都含有三键，A正确；N2分子中的两个π键是由每个氮原子各提供两个p轨道以“肩并肩”的方式形成的，而CO分子中的一个π键是氧原子单方面提供电子对形成的，B正确；N2与CO的原子总数和价电子总数均相同，为等电子体，性质相似，但并不完全相同，C正确，D错误。
5．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NH是等电子体，键角均为60°
B．NO和CO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
【答案】
B
【解析】
甲烷是正四面体形结构，键角是109°28′，A错；NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构，B对；H3O＋和PCl3的价电子总数不相等，C错；苯的结构中存在“肩并肩”式的重叠轨道，故B3N3H6分子中也存在，D错。
【课后巩固】教材P34页3、4、5
【课后提升】1．下列说法正确的是( )
A．分子中化学键键能越大，键长越长，则分子越稳定
B．元素周期表中第ⅠA族和第ⅦA族元素原子间可能形成共价键
C．水分子的结构式可表示为H—O—H，分子中键角为180°
D．H—O键的键能为463
kJ·mol－1，即18
g
H2O分解成H2和O2时吸收的能量为2×463
kJ
【答案】
B
【解析】
A项，分子中化学键键能越大，键长越短，分子越稳定，错误；B项，元素周期表中第ⅠA族元素有金属元素和非金属元素，第ⅦA族元素是非金属元素，非金属元素与非金属元素原子间能形成共价键，正确；C项，水分子中键角为105°，错误；D项，ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，由于未给出H—H键和O===O键的键能，故无法求出反应吸收的能量，错误。
2.最近意大利罗马大学的Fulvio
Cacace
等人获得了极具理论研究意义的N4分子。N4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，下列说法正确的是( )
A．N4属于一种新型的化合物
B．N4与N2互为同素异形体
C．N4沸点比P4(白磷)高
D．1
mol
N4气体转变为N2将吸收882
kJ热量
【答案】
B
【解析】
N4属于一种新型的单质，与N2互为同素异形体，其结构与白磷结构类似，白磷的相对分子质量大于N4，所以白磷沸点高。1
mol
N4中含6
mol
N—N，断键时需吸收1
002
kJ热量，生成1
mol
N2时放出942
kJ热量，所以1
mol
N4气体转变为2
mol
N2将放出882
kJ热量。
3．下列物质属于等电子体的一组是( )
A．CH4和NH
B．B3H6N3和C6H6
C．F－和Mg
D．H2O和CH4
【答案】
AB
【解析】
分析可知A、B项正确，C项中F－和Mg的价电子总数不同，H2O和CH4的原子总数不相同。
4．根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间构型不相似的是( )
A．NH和CH4
B．H3O＋和NH3
C．NO和CO
D．CO2和H2O
【答案】
D
【解析】
根据等电子原理，CO2和H2O二者原子数相等，但价电子总数不等，不是等电子体，则它们的空间构型不相似。
5.根据等电子原理判断，下列说法中错误的是（
）
A．B3N3H6分子中所有原子均在同一平面上
B．B3N3H6分子中存在双键，可发生加成反应
C．H3O＋和NH3互为等电子体，均为三角锥形结构
D．CH4和NH互为等电子体，均为正四面体结构
【答案】 B
【解析】
等电子原理是指具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相似的结构特征。苯是B3N3H6的等电子体，因此，它们的结构相似。苯分子中所有的原子均在同一平面上，苯分子中不存在双键，存在大π键，B错误。H3O＋和NH3互为等电子体，NH3为三角锥形结构，则H3O＋也是三角锥形结构。CH4和NH互为等电子体，CH4是正四面体结构，所以NH也是正四面体结构。
6.根据氢气分子的形成过程示意图,回答问题。
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大
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)几种常见化学键的键能如下表。
化学键Si—OH—OSi—SiSi—C键能368462.8497.3226X
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 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”的观点。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 (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)74
pm ①⑤②③④
(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74
pm;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,A项错误;共价键的本质就是高概率地出现在原子间的电子与原子间的电性作用,B项正确;④已经达到稳定状态,C项正确;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键的长,键能小。②由题图可知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×(462.8
kJ·mol-1×2-436
kJ·mol-1-497.3
kJ·mol-1×)=120
475
kJ;每摩尔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。
7．1919年，Langmuir提出等电子原理：原子总数相同、电子总数相同的粒子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。
(1)根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是________和________；________和________。
(2)此后，等电子原理又有所发展。例如：由短周期元素组成的微粒，只要其原子总数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有________、________。
【答案】
(1)N2 CO CO2 N2O (2)SO2 O3
【解析】
(1)第二周期元素中，只有B、C、N、O、F可形成共价型分子，同素异形体间显然不能形成等电子体，若为含两个原子的等电子体，则可能是某元素的单质与其相邻元素间的化合物，如N2与CO，在此基础上增加同种元素的原子可得其他的等电子体，如N2O和CO2。(2)NO的最外层电子数为5＋6×2＋1＝18，平均每个原子的最外层电子数为6，则与其互为等电子体的为SO2和O3。
知识
结构
与
板书
设计
第一节
共价键
第二课时
共价键的键参数
等电子原理
二、键参数—键能、键长与键角
1.键能：气态基态原子形成l
mol化学键释放的最低能量。通常取正值。
键能越大，化学键越稳定。
2.键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。
键长越短，键能越大，共价键越稳定。
3.键角：在原子数超过2的分子中，两个共价键间的夹角称为键角。
键角决定了分子的空间构型
三、等电子原理
等电子原理：原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。
教学
回顾
这节课比较成功的的地方就是利用导学案教学，将知识点问题化、问题层次化，借助H2、HCl、N2分子的形成过程，步步深入、环环相扣。通过阅读思考、讨论交流、问题探究、对应训练，让学生积极参与教学之中，在各教学环节，学生都能紧跟老师步伐，保持学习、思考的热情，成分挖掘学习潜能，一步步达成本节课的教学目标，课堂教学效率较高。（人教版选修3）2.1.2《共价键的键参数
等电子原理》
课时训练试题
（时间：40分钟
满分：100分）
一、单项选择题：本题包括12小题，每小题5分，共60分。
1．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
2．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·mol－1
436.0
431.8
366
193.7
A.HCl
B．HBr
C．H2
D．Br2
4.已知:P4(g)+6Cl2(g)4PCl3(g) ΔH=a
kJ·mol-1,
P4(g)+10Cl2(g)4PCl5(g) ΔH=b
kJ·mol-1,
3．已知X—X、Y—Y、Z—Z键的键长分别为198
pm、74
pm、154
pm，则它们单质分子的稳定性大小关系为( D )
A．X2>Y2>Z2
B．Z2>Y2>X2
C．Y2>X2>Z2
D．Y2>Z2>X2
P4具有正四面体结构,PCl5中P—Cl键的键能为c
kJ·mol-1,PCl3中P—Cl键的键能为1.2c
kJ·mol-1。
下列叙述正确的是( )
A.P—P键的键能大于P—Cl键的键能
B.可求Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(s)的反应热ΔH
C.Cl—Cl键的键能为(b-a+5.6c)/4
kJ·mol-1
D.P—P键的键能为(5a-3b+12c)/8
kJ·mol-1
5．下列叙述正确的是( )
A．F2、Cl2、Br2、I2的热稳定性依次增强
B．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
C．键能：C—CD．CO2是角形分子，H2O是直线形分子
6．下列说法中不正确的是( )
A．键长和键角决定分子的空间结构
B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键
C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．键长和键能决定分子的稳定性
7．下列微粒属于等电子体的是( )
A．12CO2和14CO
B．H2O和NH3
C．N2和13CO
D．NO和CO
8．下列各对粒子中，空间结构相似的是( )
A．CS2与NO2
B．CO2与N2O
C．SO2与O2
D．PCl3与BF3
9．已知CN－与N2结构相似，推算HCN分子中σ键与π键数目之比为( )
A．1∶3
B．2∶1
C．1∶1
D．1∶2
10．氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，性质与卤素相似，下列叙述正确的是( )
A．在一定条件下可发生加成反应
B．分子中N≡C键的键长大于C—C键的键长
C．分子只含有2个σ键和4个π键
D．不和NaOH溶液反应
11．下列说法中正确的是( )
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键的键长、键角均相等
D．H2O分子中的共价键比HF分子中的共价键牢固
12．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NH是等电子体，键角均为60°
B．NO和CO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
二、非选择题：本体包括4小题，共40分。
13．（9分）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
键能
436
243
193
432
298
共价键
I—I
N≡N
H—O
H—N
键能
151
946
463
393
(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＝_______________________________________。
14．（9分）氮可以形成多种离子，如NO、NH、N、NH、N2H、N2H等，已知N2H与N2H是由中性分子结合质子形成的，类似于NH，因此有类似于NH的性质。
(1)写出N2H与碱溶液反应的离子方程式：
______________________________________________________________。
(2)NH的电子式为________。
(3)N有________个电子。
(4)写出两种与N是等电子体的物质的化学式：
__________________________。
15．(9分)已知某些共价键的键能如表所示，试回答下列问题：
共价键
键能/(kJ·mol－1)
共价键
键能/(kJ·mol－1)
H—H
436
O—H
467
Cl—Cl
243
N≡N
945
C—H
413
H—Cl
431
(1)H—H键的键能为什么比Cl—Cl键的键能大？
(2)已知H2O在2
000
℃时有5%的分子分解，而CH4在1
000
℃时可能完全分解为C和H2，试解释其中的原因。
(3)试解释氮气能在空气中稳定存在的原因。
16．(13分)有A、B、C、D、E、F六种元素，已知：
①它们位于三个不同的短周期，核电荷数依次增大。
②E元素的电离能数据见下表(kJ·mol－1)：
I1
I2
I3
I4
…
496
4
562
6
912
9
540
…
③B与F同主族。
④A、E分别都能与D按原子个数比1?1或2?1形成化合物。
⑤B、C分别都能与D按原子个数比1?1或1?2形成化合物。
(1)写出只含有A、B、D、E四种元素的两种无水盐的化学式：___________、___________。
(2)B2A2分子中存在_______个σ键，______个π键。
(3)人们通常把拆开1
mol
某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。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(ΔH)，化学反应的反应热等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下表列出了上述部分元素形成的化学键的键能：
化学键
F—D
F—F
B—B
F—B
C===D
D===D
键能(kJ·mol－1)
460
176
347.7
347
745
497.3
①下列四种物质的熔点由高到低的顺序为：____________________(用a、b、c、d表示)。
a．F与B形成的化合物
b．B与D形成的稳定化合物
c．F的单质
d．E与D形成的化合物
②试计算1
mol
F
单质燃烧时的反应热ΔH＝____________________(已知1
mol
F
原子可以形成2
mol
F—F键)。
（人教版选修3）2.1.2《共价键的键参数
等电子原理》
课时训练试题参考答案
1.【答案】 B
【解析】 O原子最外层有2个未成对电子，分别与H原子的核外电子形成共用电子对，O原子即达到8电子稳定结构，故1个O原子只能结合2个H原子，符合共价键的饱和性。
2.【答案】 D
【解析】 键能越小，键长越长，共价键越不牢固，分子越不稳定。
3.【答案】 D
【解析】 共价键的键长越短，键能越大，共价键越稳定，因此稳定性：Y2>Z2>X2。
4.【答案】 C
【解析】 由已知两个反应可得:
Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(g)
ΔH=kJ·mol-1,无法求Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(s)的反应热;
设Cl—Cl键的键能为x,则:
x+3×1.2c-5c=,
x=kJ·mol-1,
C正确;设P—P键的键能为y,P4为正四面体形结构,共有6个P—P键,由第1个反应得
6y+×6-4×3×1.2c=a,
y=kJ·mol-1;P—P键的键长大于P—Cl键,故P—P键的键能小于P—Cl键。
5.【答案】 B
【解析】 F2、Cl2、Br2、I2中所含共价键的键长越来越长，键能越来越小，故稳定性依次减弱，A项错误；热稳定性是指物质受热分解的难易程度，HX分解时要破坏H—X键，由HF到HI，其键能依次减小，故其稳定性依次减弱，B项正确；由于碳碳键的键长小于硅硅键的键长，因此碳碳键的键能大于硅硅键的键能，C项错误；键角决定分子的形状，CO2的键角是180°，是一种直线形分子，H2O的键角是105°，是一种角形分子，D项错误。
6.【答案】 C
【解析】 稀有气体为单原子分子，不存在化学键。
7.【答案】 C
【解析】 N2和13CO分子中均含有2个原子、10个价电子，二者互为等电子体。
8.【答案】 B
【解析】 A选项中CS2的价电子总数为16，NO2的价电子总数为17，故二者不属于等电子体；B选项中CO2和N2O的价电子总数均为16，且均为三原子分子，二者互为等电子体，因此具有相似的空间结构；C选项中SO2和O2原子数目不同，价电子总数也不同，故二者不属于等电子体；D选项中PCl3的价电子总数为26，BF3的价电子总数为24，故二者不属于等电子体。
9.【答案】 C
【解析】 CN－与N2结构相似，C原子与N原子之间形成三键，则HCN分子的结构式为H—C≡N，三键中含有1个σ键、2个π键，单键属于σ键，故HCN分子中σ键与π键数目之比为2∶2＝1∶1。
10.【答案】 A
【解析】 三键中有一个σ键，两个π键，π键易断裂而发生加成反应，A项正确；N比C原子半径小，N≡C比C≡C键长短，更比C—C键长短，B项错误；(CN)2分子含一个C—C
σ键，2个C—N
σ键，故σ键有3个，C项错误；(CN)2与Cl2性质相似，可与NaOH溶液反应，D项错误。
11.【答案】 B
【解析】 分子的结构是由键参数——键角、键长共同决定的，故A项错误；由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X键的键长不相等，C项错误；H2O分子中的O—H键不如HF分子中的F—H键牢固，故D项也错。
12.【答案】 B
【解析】 CH4和NH都是正四面体结构，键角均为109°28′，A项不正确；NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构，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。故答案为B项。
13.【答案】
(1)吸收 243
(2)N2 I2 H2O
(3)－185
kJ·mol－1
【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，化学键越牢固，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＝反应物键能之和－生成物键能之和＝(436＋243－2×432)
kJ·mol－1＝－185
kJ·mol－1。
14.【答案】
(1)N2H＋2OH－===N2H4＋2H2O
(2) (3)22
(4)N2O、CO2(其他合理答案也可)
【解析】
(1)由题给信息可知，N2H是由N2H4与两个H＋结合而形成的，所以它与OH－反应时的物质的量之比为1∶2。(2)NH中氮原子最外层5个电子中的2个电子与2个氢原子形成共价键，氮再得到1个电子达到相对稳定结构。(3)N是由3个氮原子结合后再得到1个电子而形成的，所以应该有22个电子。(4)与N是等电子体的物质应该也是由3个原子组成，且价电子总数为16，有N2O、CO2等。
15.【答案】
(1)H原子的半径比Cl原子的半径小，故H—H键的键长比Cl—Cl键的键长短，H—H键的键能比Cl—Cl键的键能大。
(2)O—H键比C—H键的键能大，故H2O比CH4稳定。
(3)N2分子中存在氮氮叁键，键能大，故结构稳定。
【解析】
解答本题可根据键参数与分子性质间的关系分析：共价键的键长越短，键能越大，共价键越牢固。
16.【答案】（1）NaHCO3
CH3COONa
（2）3
2
（3）a>c>d>b
－990.7
kJ/mol
【解析】由题意可知，E为碱金属，能与D形成原子个数比为1?1或2?1的化合物，说明D为O，E为Na，A为H。B、C都能与O形成原子个数比为1?1或1?2的化合物，则B为C，C为N。B与F同主族，则F为Si。(1)H、C、
O、Na四种元素可形成NaHCO3或CH3COONa等盐。(2)一个C2H2分子中含有一个三键和两个单键，有3个σ键和2个π键。(3)①键能越大，形成的物质熔点越高。②反应热等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和：ΔH＝2ESi—Si＋EO===O－4ESi—O＝2×176
kJ·mol－1＋497.3
kJ·mol－1－4×460
kJ·mol－1＝－990.7
kJ·mol－1。第二章
《原子结构与性质》导学案
第一节
共价键
（第二课时
共价键的键参数
等电子原理）
【学习目标】1.通过阅读思考、数据分析，认识键能、键长、键角等键参数的概念，能用键参数――键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。
2通过讨论交流、问题探究等活动，知道等电子原理，会判断简单的等电子体，能结合实例说明“等电子原理的应用。
【学习重点】键参数的概念、“等电子原理”及应用
【学习难点】用键参数说明简单分子的结构和某些性质
【自主学习】
旧知回顾：1.化学反应的实质是反应物分子内
旧键的断裂
和生成物分子内
新键的形成
。当物质发生化学反应时，断开反应物的化学键要_吸收_(放出或吸收)能量；而形成生成物的化学键要__放出__(放出或吸收)能量。
2.s轨道与s轨道形成
σ
键时，电子并不是只在两核间运动，只是电子在两核间出现的
概率
大。因s轨道是
球
形的，故s轨道与s轨道形成σ键时，
无
方向性。两个s轨道
只能
形成σ键，
不能
形成π键。两个原子间
可以
只形成σ键，但
不能
只形成π键。
新知预习：1.键能、键长和键角是共价键的三个键参数。键能是
气态基态原子
形成1
mol化学键释放的
最低
能量。键能的单位是
kJ·mol－1
。键长是指形成共价键的两个原子之间的
核间距
，因此
原子半径
决定化学键的键长，
原子半径
越小，共价键的键长越
短
。键角是指
在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角
。在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有
方向
性。键角是描述分子
立体结构
的重要参数。
2.等电子原理是
原子总数
相同、
价电子总数
相同的分子具有相似的
化学键特征
，它们的许多性质是相近的。如
CO和N2
等。
【同步学习】
情景导入：N2与H2在常温下很难反应，必须在高温下才能发生反应，而F2与H2在冷暗处就能发生化学反应，为什么？要解决这个问题就要了解这些分子中共价键的构成和共价键的键参数。
活动一、共价键的价参数
1.阅读思考：（1）阅读教材P30页内容，结合表2-1，思考键能的概念是什么？键能与分子的稳定性有何关系？
【温馨提示】①键能是气态基态原子形成1
mol化学键释放的最低能量。键能的单位是kJ·mol－1。例如：形成1
mol
H—H键释放的最低能量为436.0
kJ，即H—H键的键能为436.0
kJ·mol—1。
②下表中是H—X键的键能数据
共价键
H—F
H—Cl
H—Br
H—I
键能/kJ·mol－1
568
431.8
366
298.7
A.若使2
mol
H—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收863.6kJ的能量。
B.表中共价键最难断裂的是H—F键，最易断裂的是H—I键。
C.由表中键能数据大小说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小，说明四种分子的稳定性依次减弱，即HF分子很稳定，最难分解，HI分子最不稳定，最易分解。
（2）阅读教材P31页内容，根据表2-2数据，思考键长的概念是什么？并举例说明键长与键能有何关系？
【温馨提示】①键长是指形成共价键的两个原子之间的核间距，因此原子半径决定化学键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。
②键长与共价键的稳定性之间的关系：共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。
③H2、Cl2、Br2三种分子中，共价键的键长最长的是③，键能最大的是①。
（3））阅读教材P31-32页内容，思考键角的概念是什么？键角与分子的空间构型有何关系？
【温馨提示】①键角是指在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角。在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有方向性。键角是描述分子立体结构的重要参数。
②根据立体构型填写下列分子的键角：
分子立体构型
键角
实例
正四面体形
109°28′
CH4、CCl4
平面形
120°
苯、乙烯、BF3
三角锥形
107°
NH3
V形(或角形)
105°
H2O
直线形
180°
CO2、CS2、CH≡CH
③键角决定分子的空间构型。如：
2.讨论交流：（1）键能、键长、键角对物质性质有何影响？
【温馨提示】
（2）如何判断共价键的强弱？
【温馨提示】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，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。如原子半径：F＜Cl＜Br＜I，则共价键的牢固程度：H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI。如共用电子对数：N≡N＞Cl—Cl，则共价键的牢固程度：N≡N
＞Cl—Cl。
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：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。
（3）共价键的键能与化学反应热有何关系？
【温馨提示】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形成。
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
放热反应：旧键断裂吸收的总能量小于新键形成放出的总能量。
吸热反应：旧键断裂吸收的总能量大于新键形成放出的总能量。
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。
注意：ΔH＜0时，为放热反应；ΔH＞0时，为吸热反应。
（4）结合教材P32“资料卡片”，思考什么是共价半径？
【温馨提示】相同原子形成的共价键键长的一半称为共价半径。如：
卤素单质的键长与共价半径
4.问题探究：（1）试从键长和键能的角度分析卤素氢化物稳定性逐渐减弱的原因是什么？
【温馨提示】卤素原子从F到I原子半径逐渐增大，分别与H原子形成共价键时，按H—F、H—Cl、H—Br、H—I，键长逐渐增长，键能逐渐减小，故分子的稳定性逐渐减弱。
（2）是否原子半径越小、键长越短，键能越大，分子就越稳定？
【温馨提示】不一定，电负性大的双原子分子，键长较短的键能不一定大。如F2中氟原子的半径很小，因此键长比较短，而两个氟原子形成共价键时，核间距离很小，排斥力很大，即其键能不大，因此F2的稳定性差。
（3）“键长越短，键能越大”适合于一切分子吗？
【温馨提示】①不适合，如F2。F原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两F原子形成共价键时，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能不大，F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。
②一般来讲，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。
【对应训练】1．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°
【答案】
B
【解析】
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。
2．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
【答案】
B
【解析】
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。
3.从实验测得不同物质中氧—氧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，但可根据规律性推导键能的大小顺序为W>Z>Y>X。该规律性是( )
氧氧键
数据
O
O
O2
O
键长/10－12m
149
128
121
112
键能(kJ·mol－1)
X
Y
Z＝494
W＝628
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．成键的电子对越偏移，键能越大
【答案】
B
【解析】
利用题中提供的信息，去伪存真找到正确的规律是学习中应着力训练的能力。电子数由多到少的顺序为：O>O>O2>O，键能大小顺序为W>Z>Y>X，A项错误；这些微粒都是由相同的原子组成，电子对无偏移，D项错误；对于这些微粒在成键时所用电子情况，题中无信息，已有的知识中也没有，说明这不是本题考查的知识点，故不选C项。
活动二、等电子原理
1.阅读思考：阅读教材P32-33ye内容，结合表2-3，思考什么叫等电子原理和等电子体？
【温馨提示】（1）等电子原理是原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。
（2）等电子体是满足等电子原理的分子称为等电子体。如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体。
2.讨论交流：（1）根据等电子原理，列举常见的等电子体，完成小表内容：
【温馨提示】
类型
实例
三原子、16个价电子的等电子体
CO2、CS2、N2O、NO、N、BeCl2(g)
两原子、10个价电子的等电子体
N2、CO、NO＋、C、CN－
三原子、18个价电子的等电子体
NO、O3、SO2
四原子、24个价电子的等电子体
NO、CO、BF3、SO3(g)
五原子、32个价电子的等电子体
SiF4、CCl4、BF、SO、PO
（2）等电子体具有许多性质相近，立体构型相同的特点，因此在化学上有哪些应用？
【温馨提示】①利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。如NH3和H3O＋，原子总数和价电子总数都相等，其立体构型相同(三角锥形)；SiCl4、SO、SiO、PO等的原子数目和价电子总数都相等，互为等电子体，都呈正四面体形。
②应用于制造新材料。等电子体不仅有相似的立体构型，而且有相似的性质。如晶体硅、锗是良好的半导体材料，它们的等电子体AlP、GaAs也都是良好的半导体材料。
③利用等电子原理针对某物质找等电子体。
3.问题探究：（1）“只要两种分子中所含的电子总数相等，这两种分子就是等电子体”这句话对吗？
【温馨提示】不对。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）NO和O3是等电子体吗？
【温馨提示】只要原子总数相同，各原子最外层电子数之和也相同，即可互称等电子体，NO是三原子组成的离子，其最外层电子数(即价电子)之和为5＋6×2＋1＝18，SO2、O3均含三原子分子，价电子总数为6×3＝18。因此NO和O3是等电子体。
（3）如何正确判断“等电子体”？
【温馨提示】要互为等电子体，就是要求粒子中原子总数和各原子价电子总数均相等，其解决方法通常为：
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、N和CNO－均互为等电子体。
②将粒子中一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素的带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N2O和N互为等电子体。
③同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。
【对应训练】1.等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，空间结构相似的是( )
A．SO2与O3
B．CO2与NO2
C．CS2与NO2
D．PCl3与BF3
【答案】
A
【解析】
由题中信息可知，只要算出分子中各原子最外层电子数之和即可判断。B的最外层电子数为3；C的最外层电子数为4；N、P的最外层电子数为5；O、S的最外层电子数为6。
2.下列几组微粒互为等电子体的是( )
①N2和CO ②NO和O2- ③CO2和CS2 ④N2O和CO2 ⑤NO2-和O3 ⑥BF3和SO3
A.①②③
B.④⑤⑥
C.①③④⑥
D.①②③④⑤⑥
【答案】
D
【解析】
等电子体具有两个显著特点:一是原子总数相同,二是价电子总数相同。这是判断等电子体的根本依据。从原子总数上看①~⑥都符合条件,关键是看它们之间的价电子总数。①N2和CO价电子总数均为10;②NO和价电子总数均为11;③④二组中四种微粒价电子总数均为16;⑤N和O3价电子总数均为18;⑥BF3和SO3价电子总数均为24。故全部符合题意。
【课堂检测】1．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能量
C．拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的能量
D．形成1个N—H键所放出的能量
【答案】
C
【解析】
N—H键的键能是指形成1
mol
N—H键放出的能量或拆开1
mol
N—H键所吸收的能量，不是指形成1个N—H键释放的能量，1
mol
NH3分子中含有3
mol
N—H键，拆开1
mol
NH3或形成1
mol
NH3吸收或放出的能量应是N—H键键能的3倍。
2．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
【答案】
D
【解析】
键能越大，分子越稳定，A项错，D项正确。H—H键没有方向性，B项错。形成共价键的两个原子之间的核间距叫键长，C项错。
3．NH3分子的空间构型是三角锥形结构而不是平面正三角形结构，最充分的理由是( )
A．NH3分子内3个N—H键键长均相等
B．NH3分子内三个价键的键角和键长均相等
C．NH3分子内3个N—H键的键长相等，键角都等于107°
D．NH3分子内3个N—H键的键长相等，键角都等于120°
【答案】
C
【解析】
NH3分子内的键角和键长都相等，可能有两种情况，一是平面正三角形。二是空间立体结构，如果键角为120°，则必然为正三角形。
4．N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，下列说法中不正确的是( )
A．N2分子与CO分子中都含有三键
B．CO分子与N2分子中的π键并不完全相同
C．N2与CO互为等电子体
D．N2与CO的化学性质相同
【答案】
D
【解析】
从题图可以看出，N2分子与CO分子中均含有一个σ键和两个π键，所以二者都含有三键，A正确；N2分子中的两个π键是由每个氮原子各提供两个p轨道以“肩并肩”的方式形成的，而CO分子中的一个π键是氧原子单方面提供电子对形成的，B正确；N2与CO的原子总数和价电子总数均相同，为等电子体，性质相似，但并不完全相同，C正确，D错误。
5．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NH是等电子体，键角均为60°
B．NO和CO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
【答案】
B
【解析】
甲烷是正四面体形结构，键角是109°28′，A错；NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构，B对；H3O＋和PCl3的价电子总数不相等，C错；苯的结构中存在“肩并肩”式的重叠轨道，故B3N3H6分子中也存在，D错。
【课后巩固】教材P34页3、4、5
【课后提升】1．下列说法正确的是( )
A．分子中化学键键能越大，键长越长，则分子越稳定
B．元素周期表中第ⅠA族和第ⅦA族元素原子间可能形成共价键
C．水分子的结构式可表示为H—O—H，分子中键角为180°
D．H—O键的键能为463
kJ·mol－1，即18
g
H2O分解成H2和O2时吸收的能量为2×463
kJ
【答案】
B
【解析】
A项，分子中化学键键能越大，键长越短，分子越稳定，错误；B项，元素周期表中第ⅠA族元素有金属元素和非金属元素，第ⅦA族元素是非金属元素，非金属元素与非金属元素原子间能形成共价键，正确；C项，水分子中键角为105°，错误；D项，ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，由于未给出H—H键和O===O键的键能，故无法求出反应吸收的能量，错误。
2.最近意大利罗马大学的Fulvio
Cacace
等人获得了极具理论研究意义的N4分子。N4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，下列说法正确的是( )
A．N4属于一种新型的化合物
B．N4与N2互为同素异形体
C．N4沸点比P4(白磷)高
D．1
mol
N4气体转变为N2将吸收882
kJ热量
【答案】
B
【解析】
N4属于一种新型的单质，与N2互为同素异形体，其结构与白磷结构类似，白磷的相对分子质量大于N4，所以白磷沸点高。1
mol
N4中含6
mol
N—N，断键时需吸收1
002
kJ热量，生成1
mol
N2时放出942
kJ热量，所以1
mol
N4气体转变为2
mol
N2将放出882
kJ热量。
3．下列物质属于等电子体的一组是( )
A．CH4和NH
B．B3H6N3和C6H6
C．F－和Mg
D．H2O和CH4
【答案】
AB
【解析】
分析可知A、B项正确，C项中F－和Mg的价电子总数不同，H2O和CH4的原子总数不相同。
4．根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间构型不相似的是( )
A．NH和CH4
B．H3O＋和NH3
C．NO和CO
D．CO2和H2O
【答案】
D
【解析】
根据等电子原理，CO2和H2O二者原子数相等，但价电子总数不等，不是等电子体，则它们的空间构型不相似。
5.根据等电子原理判断，下列说法中错误的是（
）
A．B3N3H6分子中所有原子均在同一平面上
B．B3N3H6分子中存在双键，可发生加成反应
C．H3O＋和NH3互为等电子体，均为三角锥形结构
D．CH4和NH互为等电子体，均为正四面体结构
【答案】 B
【解析】
等电子原理是指具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相似的结构特征。苯是B3N3H6的等电子体，因此，它们的结构相似。苯分子中所有的原子均在同一平面上，苯分子中不存在双键，存在大π键，B错误。H3O＋和NH3互为等电子体，NH3为三角锥形结构，则H3O＋也是三角锥形结构。CH4和NH互为等电子体，CH4是正四面体结构，所以NH也是正四面体结构。
6.根据氢气分子的形成过程示意图,回答问题。
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大
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)几种常见化学键的键能如下表。
化学键
Si—O
H—O
Si—Si
Si—C
键能
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 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”的观点。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 (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)74
pm ①⑤②③④
(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74
pm;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,A项错误;共价键的本质就是高概率地出现在原子间的电子与原子间的电性作用,B项正确;④已经达到稳定状态,C项正确;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键的长,键能小。②由题图可知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×(462.8
kJ·mol-1×2-436
kJ·mol-1-497.3
kJ·mol-1×)=120
475
kJ;每摩尔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。
7．1919年，Langmuir提出等电子原理：原子总数相同、电子总数相同的粒子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。
(1)根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是________和________；________和________。
(2)此后，等电子原理又有所发展。例如：由短周期元素组成的微粒，只要其原子总数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有________、________。
【答案】
(1)N2 CO CO2 N2O (2)SO2 O3
【解析】
(1)第二周期元素中，只有B、C、N、O、F可形成共价型分子，同素异形体间显然不能形成等电子体，若为含两个原子的等电子体，则可能是某元素的单质与其相邻元素间的化合物，如N2与CO，在此基础上增加同种元素的原子可得其他的等电子体，如N2O和CO2。(2)NO的最外层电子数为5＋6×2＋1＝18，平均每个原子的最外层电子数为6，则与其互为等电子体的为SO2和O3。
【我的反思】
。
