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第2章　微粒间相互作用与物质性质
第1节　共价键模型
第2课时　键参数
[目标导航]1.知道键长、键角、键能等键参数的概念，能用键参数说明简单分子的某 些性质。
2. 学会键能与反应热相互求算的方法。
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研习任务　键参数
教材　认知
键参数
1. 键长
原子核　
短　
2. 键角
（3）常见分子的键角及空间结构
两个　
空间结构　
直线　
角　
三角锥　
1 mol　
气态　
气态　
大　
[思考1]　N—H键能的含义是 　　　　　　　　　　　　　。
提示：在1×105 Pa，298 K条件下，断开1 mol N—H生成气态N原子和气态H原子所吸 收的热量
[思考2]　分子的空间结构是由 　　和 　　共同决定的。HF、HCl、HBr、HI的稳定性 逐渐 　　（填“增强”或“减弱”），理由是 　　　　　　　
（从键参数角度考虑）。
提示：键长　键角　减弱　卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的键长逐 渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱
×
×
×
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探究　活动
键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键长和键角是描述分子空间结构的参数。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的键长是101 pm，就可以断定NH3分子是三角锥形 分子，如图所示。
1. 根据元素周期律可知NH3的稳定性强于PH3，你能利用键参数加以解释吗？
提示：键长：N—H＜P—H，键能：N—H＞P—H，因此NH3更稳定。
2. 一般来说，键长越短，键能越大，但F—F键长短，键能小，请思考其原因。
提示：氟原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两个氟原子形成共价键 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。
重点　讲解
1. 键参数对物质性质的影响
2. 共价键参数的应用
（1）键能的应用
①判断共价键的稳定性。原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，体系能量下 降越多，释放能量越多，形成的共价键的键能越大，共价键越牢固。
②判断分子的稳定性。一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越稳 定。如分子的稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI。
③判断物质反应活性的大小。例如，比较N原子和P原子、N2和P4的反应活性。由于 非金属性N＞P，即N比P更容易得到电子，因此N原子有更大的反应活性；而P—P键 能为201 kJ/mol，N≡N键能为946 kJ/mol，因此N≡N在化学反应中更难被破坏，亦即N2 比P4的反应活性小。
④利用键能计算反应热。键能与反应热的关系为ΔH＝反应物总键能－生成物总键 能。若反应物总键能＞生成物总键能，即ΔH＞0，则反应吸热；若反应物总键能＜ 生成物总键能，即ΔH＜0，则反应放热。
（2）键长的应用
①一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子越稳定。
②键长的比较方法
a.根据原子半径比较，同类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短。
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。
（3）键角的应用
①键长和键角决定分子的空间结构。
②常见分子的键角与分子空间结构
分子的空间结构 键角 实例
正四面体形 109°28' CH4、CCl4
平面形 120° 苯、乙烯、BF3等
三角锥形 107° NH3
角形 104.5° H2O
直线形 180° CO2、CS2、CH≡CH
3. 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，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。
（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大。
（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大。
①根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。如 键长：H—I＞H—Cl＞H—F；Br—Br＞Cl—Cl＞F—F；Si—Si＞Si—C＞C—C。
②根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言，单键键长＞双键键长 ＞三键键长。如键长：碳碳单键＞碳碳双键＞碳碳三键。
（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，形成的共价键越稳定。
研习　经典
A. 键长越长，键能越大，共价化合物越稳定
B. 通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热的大小
C. 键角是确定多分子立体结构的重要参数
D. 同种原子间形成的共价键键长：三键＜双键＜单键
解析：键长越长，键能越小，共价化合物越不稳定，故A错误；反应热＝反应物的总 键能－生成物的总键能，则通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热 的大小，故B正确；键长和键角常被用来描述分子的空间结构，键角是描述分子立体 结构的重要参数，故C正确；原子间键能越大，键长越短，键能的一般关系为三键＞ 双键＞单键，则键长：三键＜双键＜单键，故D正确。
A
A. 稀有气体一般难发生化学反应
B. CH4分子比SiH4稳定
C. 常温常压下氯气呈气态而溴单质呈液态
D. C—H键能为413.4 kJ·mol－1，解离1 mol CH4分子中C—H，需要放出的能量为 4×413.4 kJ
解析：稀有气体为单原子分子，原子最外层为2或8电子稳定结构，一般难发生化学反 应，与键能无关，A错误；碳原子半径小于硅原子半径，碳氢键键长小于硅氢键键 长，碳氢键键能大于硅氢键，故CH4分子比SiH4稳定，B正确；氯气相对分子质量小 于溴单质，分子间作用力小，熔、沸点低，故氯气呈气态而溴单质呈液态，与键能无 关，C错误；断键需要吸收能量，而不是放出能量，D错误。
B
化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I
键能/
（kJ/mol） 436 243 193 151 431 356 299
A. 1 mol H2分别与Cl2、Br2、I2反应，则在碘中完全反应放出的热量最多
B. 1 mol H2与足量的Cl2完全反应，放出的热量是248 kJ
C. H—F键能大于431 kJ/mol
D. 稳定性最强的化学键是H—Cl
C
解析：1 mol H2分别与Cl2、Br2、I2反应，生成2 mol HCl、HBr和HI，根据ΔH＝反应 物键能总和－生成物键能总和可知，生成2 mol HCl放热183 kJ，生成2 mol HBr放热83 kJ，生成2 mol HI放热11 kJ，则在Cl2中完全反应放出的热量最多，A错误；1 mol H2 与足量的Cl2完全反应，放出热量183 kJ，B错误；原子半径：Cl＞F，则键长：H—F ＜H—Cl，共价键键长越短，键能越大，则H—F键能大于431 kJ/mol，C正确；根据C 中分析可知，H—X中，稳定性最强的化学键是H—F，D错误。
A. CH4、NH3、CO2分子中的键角依次增大
B. HCl、HBr、HI分子中的键长依次增大
C. H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小
D. H2O、PH3、SiH4分子的稳定性依次减弱
解析：CH4、NH3、CO2分子中的键角分别为109°28'、107.3°、180°，故A错误； 原子半径越大，形成的共价键的键长越长，Cl、Br、I的原子半径依次增大，所以与H 形成的共价健的键长依次增大，故B正确；元素的非金属性越强，形成的共价键越稳 定，共价键的键能越大，则H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小，故C正确；非金 属性：O＞P＞Si，则简单氢化物的稳定性：H2O＞PH3＞SiH4，故D正确。
A
5. 某些化学键的键能（kJ·mol－1）如表所示：
化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I
键能 436 242.7 193.7 152.7 431.8 366 298.7
184.9　
a.Cl2＞Br2＞I2 b.I2＞Br2＞Cl2 c.Br2＞I2＞Cl2
解析：由表中数据计算知1 mol H2在足量Cl2中燃烧放热最多，在足量I2中燃烧放 热最少，则反应产物越稳定，放出热量越多。因稳定性：HF＞HCl，故1 mol H2在足 量F2中燃烧比在足量Cl2中燃烧放热多。
a　
多　
6. 碳和硅的有关化学键的键能如表所示，简要分析和解释下列有关事实。
化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
键能/（kJ·mol－1） 347 413 358 226 323 368
CH4比SiH4稳定　
C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和
Si—H键较弱，易断裂，导致长链硅烷难以生成
Si—H键的键能小于Si—O键，所以Si倾向于形成
稳定性更强的氧化物
A. 键角是描述分子空间结构的重要参数
B. 键长是形成共价键的两原子的核间距
C. 键能：H—I＞H—Br＞H—Cl
D. 键角的大小与键长、键能的大小无关
解析：键长越大，键能越小，因为原子半径大小为I＞Br＞Cl，所以键长：H—I＞H— Br＞H—Cl，键能：H—I＜H—Br＜H—Cl，C错误。
C
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A. 键能：C—N＜C N＜C≡N
B. 键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl
C. 键角：H2O＞CO2
D. 乙烯分子中碳碳键的键能：σ键＞π键
C
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解析：一般同种原子间形成的共价键，三键的键能大于双键，双键的键能大于单键， 所以键能：C—N＜C N＜C≡N，A项正确；原子半径：Cl＜Br＜I，原子半径越 大，原子间形成的共价键的键长越长，故键长：I—I＞Br—Br＞Cl—Cl，B项正确； H2O分子呈角形，两个氢氧键的夹角为104.5°，CO2分子呈直线形，两个碳氧键的夹 角为180°，故键角：H2O＜CO2，C项错误；σ键为“头碰头”重叠形成，强度大，π 键为“肩并肩”重叠形成，强度小，故乙烯分子中碳碳键的键能：σ键＞π键，D项正确。
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A. 分子中键能越大，键角越大，则分子越稳定
B. 元素周期表中的ⅠA族（除H外）和ⅦA族元素的原子可能形成共价键
C. 水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°
D. H—O键能为463 kJ/mol，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为926 kJ
解析：元素周期表中的ⅠA族（除H外）和ⅦA族都是活泼金属和活泼非金属元素，它 们形成的化学键都是离子键，故B项错误；水分子的空间结构是角形，键角是 104.5°，故C项错误；H—O键能为463 kJ/mol，18 g水即1 mol H2O分解成2 mol H和1 mol O时吸收的能量为926 kJ，但原子在重新形成氢气、氧气时又放出能量，因此消 耗能量小于926 kJ，故D项错误。
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化学键 H—H Cl—Cl H—S H—F
键能/（kJ·mol－1） 436 243 339 427
A. H2S B. Cl2 C. H2 D. HF
解析：共价键的键能越高，共价键越牢固，分子能量越低，分子越稳定，反之，分子 越不稳定。
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A. 键角是两个相邻共价键之间的夹角，说明共价键有方向性
B. 成键原子始终处于振动之中，键长是成键原子处于平衡位置时的核间距
C. 共价键是通过原子轨道重叠并共用电子对而形成的，所以共价键有饱和性
D. C—H键能为413.4 kJ/mol，即解离1 mol CH4分子中的C—H，需要放出能量为 4×467 kJ
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解析：电子云的重叠只能按一定的方向进行，共价键有方向性，除去s轨道外其他原 子轨道如p、d等轨道都有一定的伸展方向，沿轨道方向重叠可产生最大重叠，形成的 键最稳定，所以分子内两个共价键之间存在键角，故A正确；键长是两个成键原子的 平均核间距离，是成键原子处于平衡位置时的核间距，故B正确；共价键是通过原子 轨道重叠并共用电子对而形成的，共价键有方向性和饱和性，故C正确；已知C—H键 能为413.4 kJ/mol，断键吸收能量，则解离1 mol CH4分子中C—H，吸收的热量为 4×413.4 kJ，故D错误。
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6. 已知几种共价键的键能如下表：
化学键 C—Cl C—H Cl—Cl H—Cl
键能/（kJ·mol－1） 350.5 410.2 242.7 431.8
C. 由键能可知，C—Cl比C—H更容易断裂
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化学键 H—H N≡N N—H
键能/（kJ·mol－1） 436 945.6 391
A. －990.6 kJ·mol－1
B. ＋990.6 kJ·mol－1
C. －92.4 kJ·mol－1
D. －208.0 kJ·mol－1
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A. 1 mol N4转变成N2将放出882 kJ热量
B. N—N键比N≡N键稳定
C. 1 mol N4比2 mol N2的总能量低
D. N4是由极性键组成的分子
A
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解析：1 mol N4转变成N2时断裂6 mol N—N键，吸收的热量为6×167 kJ＝1 002 kJ， 形成2 mol N≡N键，放出的热量为2×942 kJ＝1 884 kJ，故反应过程中放出的热量为1 884 kJ－1 002 kJ＝882 kJ，A正确；键能越大，共价键越稳定，B错误；1 mol N4反应 转化为2 mol N2时放出882 kJ的热量，说明1 mol N4比2 mol N2的总能量高，C错误； N4中的N—N键是同一元素的原子形成的共价键，属于非极性键，D错误。
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已知：
（a、b、c均大于零）
A. H2、I2和HI分子中的化学键都是非极性共价键
B. 断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为（c＋b＋a） kJ
C. 相同条件下，1 mol H2（g）和1 mol I2（g）的总能量小于2 mol HI（g）的总能量
D. 向密闭容器中加入2 mol H2（g）和2 mol I2（g），充分反应后放出的热量为2a kJ
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A. 乙烯中碳碳双键的键能是乙烷中碳碳单键的键能的2倍
B. N—O键的极性比C—O键的极性弱
C. 氮气分子中含有2个σ键和1个π键
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A. σ键和
　　　π键之比为7∶1
B. 某元素气态基态原子的逐级电离能（kJ/mol）分别为738、1 451、7 733、10 540、 13 630、17 995、21 703，当它与氯气反应时可能生成的阳离子是X3＋
C. 共价键的键长越短，形成的共价键键能就一定越大
D. 1个S原子最多只能与2个H原子结合形成H2S分子，是由共价键的饱和性决定的
D
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解析：单键为σ键，双键为1个σ键、1个π键，题给结构中共有16个单键、2个双键，即 18个σ键、2个π键，σ键和π键之比为9∶1，A错误；该元素第三电离能剧增，最外层应 有2个电子，表现为＋2价，当它与氯气反应时可能生成的阳离子是X2＋，B错误；原 子间共用电子对数目相同的共价键，键长越短，键能越大，如氮氮三键的键长小于碳 碳三键的键长，氮氮三键的键能大于碳碳三键的键能，氮氮三键的键长大于O—H键 长，但氮氮三键的键能大于O—H键能，C错误；1个S原子含有2个未成对电子，故最 多只能与2个H原子结合形成H2S分子，是由共价键的饱和性决定的，D正确。
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O—O键数据 O2
键长/10－12m 149 128 121 112
键能/（kJ·mol－1） X Y Z＝494 W＝628
A. 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
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13. 已知下列化学键的键能：
化学键 C—C N—N O—O O—H
键能/（kJ/mol） 347.7 193 142 497.3 462.8
化学键 S—H Se—H N—H As—H —
键能/（kJ/mol） 347 276 390.8 247 —
回答下列问题：
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解析：ΔH＝反应物总键能－生成物总键能＝（462.8 kJ/mol×4＋142 kJ/mol×2）－（497.3 kJ/mol＋462.8 kJ/mol×4）＝－213.3 kJ/mol。
解析：键长越小，键能越大，O—H、S—H、Se—H键长依次增大，因而键能依 次减小；N—H、P—H、As—H键长依次增大，因而键能依次减小，P—H键能介于 N—H和As—H键能之间，即247 kJ/mol＜P—H键能＜390.8 kJ/mol。
－213.3 kJ/mol　
O—H、S—H、Se—H键的键
长依次增大，因而键能依次减小
247 kJ/mol　
390.8 kJ/mol　
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解析：C—C键能较大，较稳定，因而易形成C—C长链，而N—N、O—O键能 小，不稳定，易断裂，因此难以形成N—N、O—O长链。
C—C键能较
大，较稳定，因而易形成C—C长链，而N—N、O—O键能小，不稳定，易断裂，因
此难以形成N—N、O—O长链
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解析：CO2分子内含有2个碳氧双键，双键中一个是σ键，另一个是π键，则1 mol CO2中含有的σ键个数为2NA（或1.204×1024）。
2NA（或1.204×1024）　
1∶2　
1∶1　
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解析：反应中有4 mol N—H断裂，即有1 mol N2H4参加反应，生成1.5 mol N2和 2 mol H2O，则形成的σ键有（1.5×1＋2×2）mol＝5.5 mol。
5.5　
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解析：设分子式为CmHn，则6m＋n＝16，当m＝2，n＝4时，符合题意，即 分子式为C2H4，结构式为 ，所以1个C2H4分子中共含有5个σ键和1个π键， 即该分子中σ键与π键的个数之比为5∶1。
5∶1　
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解析：1个乙醛分子中存在1个碳氧双键，5个单键，故1 mol乙醛中含有σ键的个 数为6NA（或3.612×1024），1个CO（NH2）2分子中存在1个碳氧双键，6个单键，1 个CO（NH2）2分子中含有7个σ键。
6NA（或3.612×1024）　
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