高中化學(xué)新教材同步選擇性必修第二冊 第2章 第一節(jié) 第2課時 鍵參數(shù)-鍵能、鍵長與鍵角

第2課時鍵參數(shù)——鍵能、鍵長與鍵角[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.了解共價鍵鍵參數(shù)的含義，能用鍵能、鍵長、鍵角說明簡單分子的某些性質(zhì)。2.通過認(rèn)識共價鍵的鍵參數(shù)對物質(zhì)性質(zhì)的影響，探析微觀結(jié)構(gòu)對宏觀性質(zhì)的影響。一、鍵能1．概念氣態(tài)分子中1_mol化學(xué)鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量。它通常是298.15K、100kPa條件下的標(biāo)準(zhǔn)值，單位是kJ·mol－1。2．應(yīng)用(1)判斷共價鍵的穩(wěn)定性原子間形成共價鍵時，原子軌道重疊程度越大，釋放能量越多，所形成的共價鍵鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定。(2)判斷分子的穩(wěn)定性一般來說，結(jié)構(gòu)相似的分子，共價鍵的鍵能越大，分子越穩(wěn)定。(3)利用鍵能計算反應(yīng)熱ΔH＝反應(yīng)物總鍵能－生成物總鍵能(1)共價鍵的鍵能越大，共價鍵越牢固，由該鍵形成的分子越穩(wěn)定()(2)N—H鍵能是很多分子中的N—H鍵能的平均值()(3)O—H鍵能是指在298.15K、100kPa下，1mol氣態(tài)分子中1molO—H鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量()(4)C=C鍵能等于C—C鍵能的2倍()答案(1)√(2)√(3)√(4)×1．根據(jù)價鍵理論分析氮?dú)夥肿又械某涉I情況，并解釋N2通常很穩(wěn)定的原因。提示兩個氮原子各自用三個p軌道分別形成一個σ鍵和兩個π鍵。N2分子中存在N≡N，鍵能大，破壞它需要消耗較高的能量，因而N2通常很穩(wěn)定。2．N2、O2、F2與H2的反應(yīng)能力依次增強(qiáng)，從鍵能的角度如何理解這一化學(xué)事實。(利用課本表2－1的相應(yīng)數(shù)據(jù)分析)提示從表2－1的數(shù)據(jù)可知，N—H、O—H與H—F的鍵能依次增大，意味著形成這些鍵時放出的能量依次增大，化學(xué)鍵越來越穩(wěn)定。所以N2、O2、F2與H2的反應(yīng)能力依次增強(qiáng)。3．某些化學(xué)鍵的鍵能(kJ·mol－1)如下表所示?；瘜W(xué)鍵H—HCl—ClBr—BrI—IH—ClH—BrH—I鍵能436242.7193151431.8363297(1)1molH2在2molCl2中燃燒，放出熱量________kJ。(2)在一定條件下，1molH2與足量的Cl2、Br2、I2分別反應(yīng)，放出熱量由多到少的順序是________(填字母)。a．Cl2＞Br2＞I2 b．I2＞Br2＞Cl2c．Br2＞I2＞Cl2預(yù)測1molH2在足量F2中燃燒比在Cl2中燃燒放熱________(填“多”或“少”)。答案(1)184.9(2)a多解析(1)根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)可得，H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝436kJ·mol－1＋242.7kJ·mol－1－431.8kJ·mol－1×2＝－184.9kJ·mol－1，1molH2在2molCl2中燃燒，參加反應(yīng)的H2和Cl2都是1mol，生成2molHCl，故放出的熱量為184.9kJ。(2)由表中數(shù)據(jù)計算知1molH2在Cl2中燃燒放熱最多，在I2中燃燒放熱最少；由以上結(jié)果分析，生成物越穩(wěn)定，放出熱量越多。因穩(wěn)定性：HF＞HCl，故1molH2在F2中燃燒比在Cl2中燃燒放熱多。二、鍵長和鍵角1．鍵長(1)概念：構(gòu)成化學(xué)鍵的兩個原子的核間距，因此原子半徑?jīng)Q定共價鍵的鍵長，原子半徑越小，共價鍵的鍵長越短。(2)應(yīng)用：共價鍵的鍵長越短，往往鍵能越大，表明共價鍵越穩(wěn)定，反之亦然。2．鍵角(1)概念：在多原子分子中，兩個相鄰共價鍵之間的夾角。(2)應(yīng)用：在多原子分子中鍵角是一定的，這表明共價鍵具有方向性，因此鍵角影響著共價分子的空間結(jié)構(gòu)。(3)試根據(jù)空間結(jié)構(gòu)填寫下列分子的鍵角分子的空間結(jié)構(gòu)鍵角實例正四面體形109°28′CH4、CCl4平面形120°苯、乙烯、BF3等三角錐形107°NH3V形(角形)105°H2O直線形180°CO2、CS2、CH≡CH(4)部分鍵角圖解(1)分子中通常鍵能越大，鍵長越短，分子越穩(wěn)定()(2)鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)()(3)鍵長H—I＞H—Br＞H—Cl；C—C＞C=C＞C≡C()答案(1)√(2)√(3)√1．為什么F—F鍵長比Cl—Cl鍵長短，但鍵能卻比Cl—Cl鍵能?。刻崾痉拥陌霃胶苄?，因而F—F鍵長比Cl—Cl鍵長短，但也是由于F—F鍵長短，兩個氟原子在形成共價鍵時，原子核之間的距離就小，排斥力大，因此鍵能比Cl—Cl鍵能小。2．(2019·山西省實驗中學(xué)高二月考)下表是從實驗中測得的不同物質(zhì)中的鍵長和鍵能數(shù)據(jù)：O—O鍵Oeq\o\al(2－,2)Oeq\o\al(－,2)O2Oeq\o\al(＋,2)鍵長/(10－12m)149128121112鍵能/(kJ·mol－1)xya＝494b＝628其中x、y的鍵能數(shù)據(jù)尚未測定，但可根據(jù)規(guī)律推導(dǎo)鍵能大小的順序是b>a>y>x，該規(guī)律性是()A．成鍵時，電子數(shù)越多，鍵能越大B．鍵長越短，鍵能越大C．成鍵所用的電子數(shù)越少，鍵能越小D．成鍵時電子對越偏移，鍵能越大答案B解析觀察表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，測定的化學(xué)鍵都是O—O，因此不存在成鍵時電子數(shù)多少的問題，也不存在電子對偏移的問題，但是O2與Oeq\o\al(＋,2)比較，鍵能大的對應(yīng)的鍵長短，據(jù)此分析Oeq\o\al(2－,2)的鍵長比Oeq\o\al(－,2)的鍵長長，所以O(shè)eq\o\al(2－,2)中O—O的鍵能比Oeq\o\al(－,2)的小。若按照此規(guī)律，鍵長由短到長的順序為Oeq\o\al(＋,2)＜O2＜Oeq\o\al(－,2)＜Oeq\o\al(2－,2)，鍵能大小的順序應(yīng)為b＞a＞y＞x，與題意吻合，所以B項正確。3．如圖白磷和甲烷均為正四面體結(jié)構(gòu)它們的鍵角是否相同，為什么？提示不同，白磷分子的鍵角是指P—P之間的夾角，為60°；而甲烷分子的鍵角是指C—H的夾角，為109°28′。(1)鍵長與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系：鍵長是影響分子空間結(jié)構(gòu)的因素之一。如CH4分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體，而CH3Cl只是四面體而不是正四面體，原因是C—H和C—Cl的鍵長不相等。(2)定性判斷鍵長的方法①根據(jù)原子半徑進(jìn)行判斷。在其他條件相同時，成鍵原子的半徑越小，鍵長越短。②根據(jù)共用電子對數(shù)判斷。就相同的兩原子形成的共價鍵而言，當(dāng)兩個原子形成雙鍵或者三鍵時，由于原子軌道的重疊程度增大，原子之間的核間距減小，鍵長變短，故單鍵鍵長＞雙鍵鍵長＞三鍵鍵長。1．(2020·云南省祿豐縣第一中學(xué)高二月考)下列各說法中正確的是()A．分子中鍵能越高，鍵長越長，則分子越穩(wěn)定B．元素周期表中的ⅠA族(除H外)和ⅦA族元素的原子間不能形成共價鍵C．水分子可表示為H—O—H，分子中鍵角為180°D．H—O的鍵能為463kJ·mol－1，即18gH2O分解成H2和O2時，消耗能量為2×463kJ答案B解析分子中鍵長越短，鍵能越高，則分子越穩(wěn)定，鍵長越長，鍵能越低，則分子越不穩(wěn)定，A不正確；元素周期表中的ⅠA族(除H外)和ⅦA族元素都是典型的金屬和非金屬元素，所以形成的化學(xué)鍵是離子鍵，B正確；水分子的結(jié)構(gòu)是V形，鍵角是105°，C不正確；H—O的鍵能為463kJ·mol－1，18gH2O即1molH2O分解成2molH和1molO時消耗的能量為2×463kJ，故D錯誤。2．(2019·四川雅安中學(xué)高二月考)鍵長、鍵角和鍵能是描述共價鍵的三個重要參數(shù)，下列敘述正確的是()A．鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)B．因為H—O的鍵能小于H—F的鍵能，所以O(shè)2、F2與H2反應(yīng)的能力逐漸減弱C．H—F的鍵長是H—X中最長的D．碳碳三鍵和碳碳雙鍵的鍵能分別是單鍵鍵能的3倍和2倍答案A解析當(dāng)物質(zhì)分子內(nèi)有多個化學(xué)鍵時，化學(xué)鍵之間的夾角叫鍵角，它反映了分子內(nèi)原子的空間分布情況，因此鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，A正確；O2分子內(nèi)兩個O原子形成2對共用電子對，結(jié)合力強(qiáng)，斷裂吸收的能量高，而F2內(nèi)的2個F原子形成1對共用電子對，結(jié)合力相對O2來說弱，斷裂吸收的能量低，因此與H2反應(yīng)F2更容易發(fā)生反應(yīng)，而O2相對來說弱，即F2比O2與H2反應(yīng)的能力強(qiáng)，B錯誤。3．已知H—H的鍵能為436kJ·mol－1，O=O的鍵能為497.3kJ·mol－1，Cl—Cl的鍵能為242.7kJ·mol－1，N≡N的鍵能為946kJ·mol－1，則下列敘述中正確的是()A．N—N的鍵能為eq\f(1,3)×946kJ·mol－1＝315.3kJ·mol－1B．氮?dú)夥肿又械墓矁r鍵的鍵長比氫氣分子中的短C．氧氣分子中氧原子是以共價單鍵結(jié)合的D．氮?dú)夥肿颖嚷葰夥肿臃€(wěn)定答案D解析在N2分子中，N原子間以N≡N結(jié)合，其中有一個σ鍵和兩個π鍵，但σ鍵的鍵能大于π鍵的鍵能，故A項錯誤；共價鍵的鍵長和成鍵原子的半徑有關(guān)，由于原子半徑r(H)<r(N)，所以H—H的鍵長小于N≡N，故B項錯誤；氧氣分子中的化學(xué)鍵由一個σ鍵和一個π鍵組成，故C項錯誤；由于N≡N的鍵能很大，所以N2比Cl2穩(wěn)定。4．能說明BF3分子中四個原子在同一平面的理由是()A．任意兩個鍵的夾角為120°B．B—F是非極性共價鍵C．三個B—F的鍵能相同D．三個B—F的鍵長相等答案A解析當(dāng)鍵角為120°時，BF3的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，故分子中四個原子共面。5．已知某些共價鍵的鍵能、鍵長數(shù)據(jù)如表所示：共價鍵Cl—ClBr—BrI—IH—FH—ClH—BrH—IH—O鍵能/(kJ·mol－1)242.7193.7152.7568431.8366298.7462.8鍵長/pm19822826796共價鍵C—CC=CC≡CC—HN—HN=OO—OO=O鍵能/(kJ·mol－1)347.7615812413.4390.8607142497.3鍵長/pm154133120109101(1)下列推斷正確的是________(填字母，下同)。A．熱穩(wěn)定性：HF>HCl>HBr>HIB．氧化性：I2>Br2>Cl2C．沸點(diǎn)：H2O>NH3D．還原性：HI>HBr>HCl>HF(2)在HX(X＝F、Cl、Br、I)分子中，鍵長最短的是______，最長的是________；O—O的鍵長________(填“大于”“小于”或“等于”)O=O的鍵長。答案(1)ACD(2)HFHI大于解析(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，同主族元素從上至下氣態(tài)氫化物的鍵能逐漸減小，熱穩(wěn)定性逐漸減弱，A項正確；從鍵能看，氯氣、溴單質(zhì)、碘單質(zhì)的熱穩(wěn)定性逐漸減弱，由原子結(jié)構(gòu)知，氧化性也逐漸減弱，B項錯誤；H2O在常溫下為液態(tài)，NH3在常溫下為氣態(tài)，則H2O的沸點(diǎn)比NH3的高，C項正確；還原性與得失電子能力有關(guān)，還原性：HI>HBr>HCl>HF，D項正確。題組一鍵參數(shù)的理解1．下列事實不能用鍵能的大小來解釋的是()A．N元素的電負(fù)性較大，但N2的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定B．稀有氣體一般難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)C．HF、HCl、HBr、HI的熱穩(wěn)定性逐漸減弱D．F2比O2更容易與H2反應(yīng)答案B解析由于N2分子中存在三鍵，鍵能很大，破壞共價鍵需要很大的能量，所以N2的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定；稀有氣體都為單原子分子，分子內(nèi)部沒有化學(xué)鍵；鹵族元素從F到I原子半徑逐漸增大，其氫化物中的化學(xué)鍵鍵長逐漸變長，鍵能逐漸變小，所以熱穩(wěn)定性逐漸減弱；由于H—F的鍵能大于H—O，所以二者相比較，更容易生成HF。2．根據(jù)π鍵的成鍵特征判斷C=C的鍵能是C—C的鍵能的()A．2倍 B．大于2倍C．小于2倍 D．無法確定答案C解析由于π鍵的鍵能比σ鍵鍵能小，雙鍵中有一個π鍵和一個σ鍵，所以雙鍵的鍵能小于單鍵的鍵能的2倍。3．下列單質(zhì)分子中，鍵長最長，鍵能最小的是()A．H2B．Cl2C．Br2D．I2答案D解析鍵長與原子的半徑有關(guān)，原子半徑越大，形成的分子的鍵長越長；鍵能與得失電子的難易有關(guān)，得電子越容易，鍵能越大。四種原子中，I的原子半徑最大，且得電子最難，故D項正確。4．關(guān)于鍵長、鍵能和鍵角，下列說法錯誤的是()A．鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)B．鍵長是形成共價鍵的兩原子間的核間距C．鍵能越大，鍵長越長，共價化合物越穩(wěn)定D．鍵角的大小與鍵長、鍵能的大小無關(guān)答案C解析鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，如CO2中的2個C=O的鍵角為180°，故分子為直線形分子，A正確；鍵長是形成共價鍵的兩個原子間的核間距，B正確；鍵能越大，鍵長越短，共價鍵越強(qiáng)，共價化合物越穩(wěn)定，故C錯誤；鍵角的大小取決于成鍵原子軌道的夾角，D正確。題組二鍵參數(shù)的應(yīng)用5．H2和I2在一定條件下能發(fā)生反應(yīng)：H2(g)＋I(xiàn)2(g)2HI(g)ΔH＝－akJ·mol－1，下列說法正確的是()已知：(a、b、c均大于零)A．H2、I2和HI分子中的化學(xué)鍵都是非極性共價鍵B．?dāng)嚅_2molHI分子中的化學(xué)鍵所需能量約為(c＋b＋a)kJC．相同條件下，1molH2(g)和1molI2(g)總能量小于2molHI(g)的總能量D．向密閉容器中加入2molH2(g)和2molI2(g)，充分反應(yīng)后放出的熱量為2akJ答案B解析HI分子中共價鍵是由不同種非金屬形成的，屬于極性共價鍵，A錯誤；反應(yīng)熱等于斷鍵吸收的能量與形成化學(xué)鍵放出的能量的差值，則－a＝b＋c－2x，解得x＝eq\f(a＋b＋c,2)，所以斷開2molHI分子中的化學(xué)鍵所需能量約為(c＋b＋a)kJ，B正確；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則相同條件下，1molH2(g)和1molI2(g)總能量大于2molHI(g)的總能量，C錯誤；該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，則向密閉容器中加入2molH2(g)和2molI2(g)，充分反應(yīng)后放出的熱量小于2akJ，D錯誤。6．已知N2＋O2=2NO為吸熱反應(yīng)，ΔH＝＋180kJ·mol－1，其中N≡N、O=O的鍵能分別為946kJ·mol－1、498kJ·mol－1，則N—O的鍵能為()A．1264kJ·mol－1 B．632kJ·mol－1C．316kJ·mol－1 D．1624kJ·mol－1答案B解析反應(yīng)熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學(xué)鍵所放出的能量的差值，即946kJ·mol－1＋498kJ·mol－1－2x＝180kJ·mol－1，解得x＝632kJ·mol－1。7．三氯化磷分子的空間結(jié)構(gòu)不是平面正三角形，其理由敘述中正確的是()A．PCl3分子中3個共價鍵的鍵角均相等B．PCl3分子中P—Cl屬于極性共價鍵C．PCl3分子中3個共價鍵的鍵長均相等D．PCl3分子中P—Cl的3個鍵角都是100.1°答案D解析PCl3分子若是平面正三角形，鍵角應(yīng)為120°。8．氨分子、水分子、甲烷分子中共價鍵的鍵角分別為a、b、c，則a、b、c的大小關(guān)系為()A．a(chǎn)<b<c B．c<b<aC．b<c<a D．b<a<c答案D解析甲烷是正四面體形分子，鍵角為109°28′，氨分子是三角錐形分子，鍵角為107°，水分子是V形分子，鍵角為105°，若氨分子、水分子、甲烷分子中共價鍵的鍵角分別為a、b、c，則b<a<c。9．對比以下幾個反應(yīng)式：Cl＋Cl→Cl2ΔH1＝－247kJ·mol－1；O＋O→O2ΔH2＝－493kJ·mol－1；N＋N→N2ΔH3＝－946kJ·mol－1?？梢缘贸龅慕Y(jié)論是()A．在常溫下氮?dú)獗妊鯕夂吐葰夥€(wěn)定B．氮、氧和氯的單質(zhì)常溫下為氣體C．氮、氧和氯都是雙原子分子D．氮?dú)?、氧氣和氯氣的密度不同答案A解析成鍵釋放出能量時，ΔH3最小，常溫下氮?dú)庾罘€(wěn)定，A正確；常溫下三種物質(zhì)均為氣體，與上述反應(yīng)式無關(guān)，B錯誤；氣體的密度與上述反應(yīng)式無關(guān)，D錯誤。10．下圖為元素周期表前4周期的一部分，下列有關(guān)R、W、X、Y、Z五種元素的敘述中，正確的是()A．W、R元素單質(zhì)分子內(nèi)都存在非極性鍵B．X、Z元素都能形成雙原子分子C．第一電離能：X>Y>WD．鍵長：X—H<W—H，鍵能：X—H<W—H答案B解析由元素在周期表中的位置可知，X為N、W為P、Y為S、R為Ar、Z為Br。白磷單質(zhì)中存在非極性鍵，但稀有氣體分子為單原子分子，分子中沒有化學(xué)鍵，A錯誤；氮?dú)狻鍐钨|(zhì)都是雙原子分子，B正確；第一電離能應(yīng)是N>P>S，C錯誤；原子半徑：W>X，故鍵長：W—H>X—H，鍵長越短，鍵能越大，故鍵能：W—H<X—H，D錯誤。11．有A、B、C、D、E、F六種元素，已知：①它們位于三個不同的短周期，核電荷數(shù)依次增大。②E元素的電離能數(shù)據(jù)見下表(kJ·mol－1)：I1I2I3I4……496456269129540……③B與F同主族。④A、E分別都能與D按原子個數(shù)比為1∶1或2∶1形成化合物。⑤B、C分別都能與D按原子個數(shù)比為1∶1或1∶2形成化合物。請回答下列問題：(1)寫出只含有A、B、D、E四種元素的兩種無機(jī)鹽的化學(xué)式：________、________。(2)B2A2分子中存在________個σ鍵，________個π鍵。(3)人們通常把拆開1mol某化學(xué)鍵所吸收的能量看成該化學(xué)鍵的鍵能，鍵能的大小可以衡量化學(xué)鍵的強(qiáng)弱，也可以用于計算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的鍵能之和與生成物的鍵能之和的差，下表列出了上述部分元素形成的化學(xué)鍵的鍵能：化學(xué)鍵F—DF—FB—BB=DD=D鍵能/(kJ·mol－1)452226347.7745497.3①1mol下列三種物質(zhì)所具有的化學(xué)鍵全部斷裂所需要的能量由高到低的順序為________(用a、b、c表示)。a．B與D形成的穩(wěn)定化合物b．F的單質(zhì)c．F與D形成的化合物②試計算1molF單質(zhì)燃燒時的反應(yīng)熱ΔH＝________(已知1molF原子可以形成2molF—F)。解析由題意可知，E為堿金屬，A、E均能與D形成原子個數(shù)比為1∶1或2∶1的化合物，說明D為O，E為Na，A為H。B、C都能與O形成原子個數(shù)比為1∶1或1∶2的化合物，則B為C，C為N。B與F同主族，則F為Si。(1)H、C、O、Na四種元素可形成NaHCO3或CH3COONa等鹽。(2)1個C2H2分子中含有1個三鍵和2個單鍵，有3個σ鍵和2個π鍵。(3)②反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的鍵能總和減去生成物的鍵能總和：ΔH＝2ESi—Si＋EO=O－4ESi—O＝2×226kJ·mol－1＋497.3kJ·mol－1－4×452kJ·mol－1＝－858.7kJ·mol－1。12．下表是一些鍵能數(shù)據(jù)(單位：kJ·mol－1)：化學(xué)鍵鍵能化學(xué)鍵鍵能化學(xué)鍵鍵能化學(xué)鍵鍵能H—H436Cl—Cl243H—Cl432H—O467S=S255H—S339C—F427C—O347C—Cl330C—I218H—F565回答下列問題：(1)①由表中數(shù)據(jù)能否得出下列結(jié)論：半徑越小的原子形成的共價鍵越牢固(即鍵能越大)________(填“能”或“不能”，下同)；非金屬性越強(qiáng)的原子形成的共價鍵越牢固________。②能否從數(shù)據(jù)中找出一些規(guī)律，請寫出一條：________________________________________；試預(yù)測C—Br的鍵能范圍：________kJ·mol－1＜C—Br鍵能＜________kJ·mol－1。(2)由熱化學(xué)方程式H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－185kJ·mol－1并結(jié)合上表數(shù)據(jù)可推知一個化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱(設(shè)反應(yīng)物和生成物均為氣態(tài))與反應(yīng)物和生成物的鍵能之間的關(guān)系是_______________________________________________________________________________，由熱化學(xué)方程式2H2(g)＋S2(s)=2H2S(g)ΔH＝－224.5kJ·mol－1和表中數(shù)值可計算出1molS2(s)氣化時將________(填“吸收”或“放出”)________kJ的熱量。(3)鹵代烴RX在同樣條件下發(fā)生堿性水解反應(yīng)時，RF、RCl、RBr、RI(R相同)的反應(yīng)活性由大到小的順序是________________。答案