化学人教版选修3学案：2-1-2 共价键的键参数　等电子原理 Word版含解析

化学人教版选修3学案：2-1-2 共价键的键参数　等电子原理 Word版含解析

www.ks5u.com 第二课时　共价键的键参数　等电子原理 ‎[学习目标]　1.通过数据认识键能、键长、键角等键参数的概念，树立数据观。‎ ‎2．能利用键能、键长、键角三个键参数推断某些简单分子的性质。‎ ‎3．了解等电子原理及其常见应用。‎ 一、键参数 ‎1．键能 ‎(1)概念：键能是气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能 量。键能取正值，单位kJ·mol－1。‎ ‎(2)意义：键能是衡量共价键稳定性的重要参数。键能越大，形成化学键时放出的能量越多，意味着这个化学键越稳定，越不容易被打断。‎ ‎2．键长 ‎(1)概念：键长是指形成共价键的两个原子之间的核间距。‎ ‎(2)意义：键长是衡量共价键稳定性的另一个重要的参数，共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。‎ ‎3．键角 ‎(1)概念：在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角称为键角。‎ ‎(2)常见分子中共价键的键角 CO2分子键角为180°，结构式为O===C===O，H2O分子中H—O—H键角为105°，是一种角(或V)形分子。BF3分子中键角为120°，其为平面正三角形分子。白磷(P4)分子的键角为60°，其为正四面体形分子。‎ ‎(3)键角是描述分子立体结构的重要参数。多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。‎ 二、等电子原理 具有相同的原子总数和价电子总数 的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相似的。此原理称为等电子原理。满足等电子原理的分子称为等电子体。‎ 知识点一　　　键参数与分子性质 ‎1．一般来讲，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，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．键长越短，往往键能越大，共价键越稳定。‎ ‎3．键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键角是描述分子立体结构的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的空间结构就确定了。如NH3分子的H—N—H键角是107°，N—H键的键长是101×10－12 m，就可以断定NH3分子是三角锥形分子，如上图。‎ ‎4．F—F键键长短，键能小的解释：‎ 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，因此键能小，F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。‎ (1)通过键长、键角可以判断分子的立体构型。,(2)键长不等于成键两原子半径的和，而是小于其半径的和。,(3) 键能与键长反映键的强弱程度，键长和键角用来描述分子的立体结构。,(4)有机物分子中碳原子与碳原子形成的共价键的键长规律如下：C—C>C===C>C≡C。‎ ‎1.熟记六种常见物质类型。‎ ‎【点拨】　180°　直线形　105°　V形　107°　三角锥形 ‎109°28′　正四面体形　120°　平面三角形　60°　正四面体形 ‎2．如何理解反应热(ΔH)与键能的关系？‎ ‎【点拨】　ΔH ‎＝反应物的键能总和－生成物的键能总和，其中，ΔH<0时，为放热反应；ΔH>0时，为吸热反应。例如，1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl的反应热(ΔH)的计算。已知EH—H＝436 kJ·mol－1，ECl—Cl＝243 kJ·mol－1，EH—Cl＝432 kJ·mol－1，则ΔH＝EH—H＋ECl—Cl－2EH—Cl＝436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1－2×432 kJ·mol－1＝－185 kJ·mol－1<0，该反应为放热反应。‎ ‎【例1】　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(　　)‎ 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 ‎【提示】　首先明确：①键长越长键能越小；②共价键的本质是自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，原子轨道发生重叠。其次注意：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。‎ ‎【解析】　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O成键，无偏移，D项错误；关于C项，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。‎ ‎【答案】　B ‎(多选)关于键长、键能和键角，下列说法中不正确的是(　CE　)‎ A．键角是描述分子立体结构的重要参数 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，键长越长，共价化合物越稳定 D．键角的大小与键长、键能的大小无关 E．C===C键的键能等于C—C键键能的2倍 F．因为H—O键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐增强 解析：键角是描述分子立体结构的重要参数，如H2O分子中2个H—O键的键角为105°，故H2O为V形(角形)分子，A正确；键长的大小与成键原子的半径有关，如Cl原子的半径小于I原子的半径，所以Cl—Cl键的键长小于I—I键的键长。此外，键长还和成键数目有关，如乙烯分子中C===C键的键长比乙炔分子中C≡C键的键长要长，B正确；键能越大，键长越短，共价键越强，共价化合物越稳定，C错误；键角的大小取决于成键原子轨道的夹角，与键长、键能无关，D正确；C===C键的键能为615 kJ/mol，C—C键的键能为347.7 ‎ kJ/mol，二者并不是2倍的关系，E错误；H—O键的键能为462.8 kJ/mol，H—F键的键能为568 kJ/mol，H—O键的键能小于H—F键的键能，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，因此O2、F2跟H2反应的能力依次增强，F正确。故选CE。‎ 知识点二　　等电子原理的应用 ‎1．应用：等电子体的许多性质是相近的，空间构型是相同的。利用等电子体可以：‎ ‎(1)判断一些简单分子或离子的立体构型；‎ ‎(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。‎ ‎2．常见等电子体 (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。对主族元素来说，必须是最外层电子数相同而不是总电子数相同，如CO2和CS2是等电子体，而CH4和NH3不是等电子体。‎ 如何判断等电子体？‎ ‎【点拨】　‎ 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。‎ ‎【例2】　由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体。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 ‎【提示】　本题抓住题目中所给的关系“等电子体”信息，原子数相同，价电子总数相同即可顺利求解。‎ ‎【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。‎ ‎【答案】　A 等电子原理：原子数相同、最外层电子总数相同的分子互称为等电子体。等电子体的结构、物理性质均相似。‎ ‎(1)根据以上原理，仅由第二周期元素组成的共价化合物分子中，互为等电子体的是N2和CO；CO2和N2O。‎ ‎(2)此后，等电子原理又有发展。例如：由短周期元素组成的粒子，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：SO2、O3。‎ 解析：给定分子或离子写等电子体时，应依据原子和价电子数分别相等的原则写出。第二周期元素中，B、C、N、O、F等可形成共价型分子，如N2与CO互为等电子体，在此基础上增加同种元素的原子可得其他的等电子体，如CO2和N2O。‎ ‎1．N—H键键能的含义是(　C　)‎ 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 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1 mol N—H键键能的3倍。‎ ‎2．在白磷(P4)分子中，4个P原子分别处在正四面体的四个顶点，结合有关P原子的成键特点，下列有关白磷的说法正确的是(　C　)‎ A．白磷分子的键角为109°28′‎ B．分子中共有4对共用电子对 C．白磷分子的键角为60°‎ D．分子中有6对孤电子对 解析：白磷的空间结构为，键角为60°，分子中共有6对共用电子对，有4对孤电子对。‎ ‎3．下列说法正确的是(　D　)‎ 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，说明HCl比HBr分子稳定 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做键长，C项错。‎ ‎4．能够用键能的大小作为主要依据来解释的是(　D　)‎ A．常温常压下，氯气呈气态，而溴单质呈液态 B．硝酸是挥发性酸，而硫酸、磷酸是不挥发性酸 C．稀有气体一般难以发生化学反应 D．空气中氮气的化学性质比氧气稳定 解析：共价分子构成物质的状态取决于分子间作用力的大小，与分子内共价键的键能无关；物质的挥发性与分子内键能的大小无关；稀有气体是单原子分子，无化学键，难于发生化学反应的原因是它们已形成稳定结构；氮气比氧气稳定是由于N2分子中形成的共价键键能比O2分子中共价键键能大，在化学反应中更难以断裂。‎ ‎5．下表是一些键能数据/(kJ·mol－1)：‎ 由上表中数据能否得出这样的结论：‎ ‎(1)半径越小的原子形成的共价键越牢固(即键能越大)。不能(填“能”或“不能”)。‎ ‎(2)非金属性越强的原子形成的共价键越牢固。不能(填“能”或“不能”)。‎ ‎(3)能否从数据中找出一些规律，请写出一条：能，同主族元素与相同原子结合形成共价键时，原子半径越小，共价键越强。‎ ‎(4)试预测C—Br键的键能范围：218_kJ·mol－1S>Si。‎ ‎(2)C2O和N2O4是等电子体，C2O离子具有较强的还原性，它能使酸性KMnO4溶液褪色，Mn原子在元素周期表中的位置是第四周期ⅦB族，外围电子排布式为3d54s2。‎ ‎(3)两原子14个电子的等电子体的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：N2、CO、CN－(分子或离子)。每个分子或离子中含1个σ键，2个π键。‎ 解析：(1)三种粒子均为四原子24价电子微粒，属于等电子体。(2)寻找C2O的等电子体，首先想到将C替换为N，然后凑足价电子总数，此微粒可以是N2O4。(3)两原子14个电子的微粒首先应想到N2，然后以N2为基础，尝试替换为C原子和O原子，使价电子总数相等即可。‎