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第2课时　共价键的键参数
知道键能、键长、键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。认识微观粒子间的相互作用与物质性质的关系,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
必备知识
正误判断
一、三个重要的键参数
1.三个重要键参数的定义及意义
键参数 定义 意义
键长 两个成键原子的原子核间的距离 两原子间的键长越短,化学键越强,键越牢固。键长是影响分子空间结构的因素之一
键角 在多原子分子中,两个化学键的夹角 键角是影响分子空间结构的重要因素
键能 在1×105 Pa、298 K条件下,断开1 mol AB(g)分子中的化学键,使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量,常用EA—B表示 键能的大小可定量地表示化学键的强弱程度。键能越大,共价键越牢固。含有该键的分子越稳定
必备知识
正误判断
2.常见分子的键角及空间结构
分子 键角 空间结构
CO2 180° 直线形
H2O 104.5° 角形
NH3 107.3° 三角锥形
【微思考1】有同学认为C==C键的键能等于C—C键键能的2倍,这种说法是否正确
提示:不正确。C==C键中含有1个π键,由于π键原子轨道重叠程度小,不如σ键稳定,所以C==C键的键能小于C—C键键能的2倍。
必备知识
正误判断
二、键能、键长和键角的应用
1.键能的应用
(1)表示共价键的强弱。
键能的大小可以定量地表示化学键的强弱程度。键能愈大,断开时需要的能量就愈多,化学键就愈牢固。
(2)判断分子的稳定性。
结构相似的分子中,共价键的键能越大,分子越稳定。
(3)判断物质在化学反应过程中的能量变化。
在化学反应中,旧化学键的断裂吸收能量,新化学键的形成放出能量,因此反应焓变与键能的关系为ΔH=∑E反应物-∑E生成物。
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2.键长的应用
(1)键长与键的稳定性有关。一般来说,键长愈短,化学键愈强,键
愈牢固。
(2)键长与分子空间结构有关。
(3)键长的比较方法。
①根据原子半径比较:在其他条件相同时,成键原子的半径越小,键长越短。
②根据共用电子对数比较:相同的两原子形成共价键时,单键键长>双键键长>三键键长。
3.键角的应用
键角常用于描述多原子分子的空间结构。
必备知识
正误判断
【微思考2】比较HF、HCl、HBr、HI分子中键能的大小。
提示:原子半径:FH—Cl>H—Br>H—I。
【微思考3】为什么N2通常情况下很稳定
提示:因为N2分子中存在N≡N键,该键键能大,破坏该共价键需要很大的能量。
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.键长越短,键能一定越大。(　　)
2.双原子分子中化学键键能越大,分子越牢固。(　　)
3.双原子分子中化学键键长越长,分子越牢固。(　　)
4.双原子分子中化学键键角越大,分子越牢固。(　　)
答案:1.×　2.√　3.×　4.×
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共价键键参数与分子的性质
问题探究
1.键长、键能对分子的化学性质有什么影响
提示:一般地,形成的共价键的键能越大,键长越短,共价键越稳定,含有该键的分子越稳定,化学性质越稳定。
2.如何判断键能大小
提示:一般来说,键长越短,键能越大,即成键原子间的核间距越短,成键原子的原子半径越小,键能越大。
3.分子的空间结构与哪些键参数有关
提示:键长和键角。
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深化拓展
1.共价键键参数与分子性质的关系
键能越大,键长越短,分子越稳定。
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2.共价键强弱的判断
(1)由原子半径和共用电子数判断:成键原子的原子半径越小,共用电子数越多,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。
(3)由键长判断:共价键的键长越短,共价键越牢固。
(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的吸引力越大,形成的共价键越稳定。
【微点拨】分子的稳定性与键能和键长有关,而由分子构成的物质的熔、沸点高低与键能和键长无关。
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素能应用
典例碳和硅的有关化学键的键能如下表所示,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
356 413 336 226 318 452
(1)通常条件下,比较CH4和SiH4的稳定性强弱:　　　　　　　。
(2)硅与碳同族,硅也有一系列氢化物,但硅的氢化物在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)SiH4的稳定性小于CH4,Si更易生成氧化物,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
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答案:(1)CH4比SiH4稳定
(2)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
(3)C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定,而Si—H的键能却远小于Si—O键,所以Si—H键不稳定,因此Si倾向于形成稳定性更强的Si—O键
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解析:(1)因为C—H键的键能大于Si—H键的键能,所以CH4比SiH4稳定。
(2)C—C键和C—H键的键能比Si—H键和Si—Si键的键能都大,因此烷烃比较稳定,而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成。
(3)C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定,而Si—H键的键能却远小于Si—O键,所以Si—H键不稳定,则Si倾向于形成稳定性更强的Si—O键。
规律技巧许多物质的化学性质不活泼,都与键能有关,如N2和SiO2。
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变式训练1HBr气体的热分解温度比HI气体的热分解温度高的原因是(　　)
A.HBr分子中的键长比HI分子中的键长短,键能大
B.HBr分子中的键长比HI分子中的键长长,键能小
C.HBr的相对分子质量比HI的相对分子质量小
D.HBr分子间作用力比HI分子间作用力大
答案:A
解析:HBr和HI均是共价化合物,含有共价键。由于HBr分子中的键长比HI分子中的键长短,键能大,破坏HBr中的共价键消耗的能量多,所以HBr气体的热分解温度比HI气体的热分解温度高。
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变式训练2 下列说法中正确的是(　　)
A.在分子中,两个原子间的距离叫键长
B.非极性键的键能大于极性键的键能
C.键能越大,表示该分子越容易受热分解
D.H—Cl的键能为431 kJ·mol-1,H—I的键能为297 kJ·mol-1,这可说明HCl分子比HI分子稳定
答案:D
解析:形成共价键的两个原子核间的距离为键长,A项不正确;键能的大小取决于成键原子的半径和共用电子数,与键的极性无必然联系,B项不正确;键能越大,分子越稳定,受热时越不易分解,C项不正确;D项正确。
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变式训练3N≡N键的键能为945 kJ·mol-1,N—N键的键能为160 kJ·mol-1,计算说明N2中的　　　　(填“σ”或“π”,下同)键比　　　　键稳定。
答案:π　σ
解析:N≡N键中有一个σ键和两个π键,其中σ键的键能约是160 kJ·mol-1,则π键键能= kJ·mol-1=392.5 kJ·mol-1,键能越大,共价键越稳定,故N≡N键中π键比σ键稳定。
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1. 下列分子最难断裂为原子的是(　　)
A.HCl B.HI C.H2S D.PH3
答案:A
解析:元素的电负性越大,元素原子吸引共用电子的能力越强,键能越大,分子越稳定,分子越难分解。Cl元素的电负性最大,所以HCl最难断裂为原子。
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2. 下列说法正确的是(　　)
A.键角决定了分子的结构
B.共价键的键能越大,共价键越牢固,含有该键的分子越稳定
C.CCl4中键长相等,键角不同
D.C==C键的键能是C—C键键能的两倍
答案:B
解析:分子结构是由键角和键长共同决定的,A项错;CCl4分子结构与CH4相似,为正四面体形,分子中的键角相同,键长相等,C错;C==C键中有一个σ键和一个π键,通常而言,σ键键能大于π键键能,故C==C键的键能应小于C—C键键能的两倍,D错。
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3. 根据π键的成键特征,判断C==C键的键能和C—C键的键能的关系是(　　)
A.碳碳双键的键能等于碳碳单键的键能的2倍
B.碳碳双键的键能大于碳碳单键的键能的2倍
C.碳碳双键的键能小于碳碳单键的键能的2倍
D.无法确定
答案:C
解析:碳碳双键中含有1个π键,由于π键电子云重叠程度小,不如σ键稳定,所以碳碳双键的键能小于碳碳单键键能的2倍,选项C正确。
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4. 下列事实不能用键能的大小来解释的是(　　)
A.N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.F2比O2更容易与H2反应
答案:B
解析:由于N2分子中存在N≡N键,键能很大,破坏该共价键需要很多的能量,所以N2的化学性质很稳定;稀有气体都为单原子分子,分子内部没有化学键;卤族元素从F到I原子半径逐渐增大,其对应氢化物化学键的键长逐渐变长,键能逐渐变小,所以稳定性逐渐减弱;由于H—F键的键能大于H—O键,所以更容易生成HF。
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5.用“>”或“<”填空。
(1)比较键长大小:
①C—H　　N—H　　H—O;
②H—F　　H—Cl。
(2)比较键能大小:
①C—H　　N—H　　H—O;
②H—F　　H—Cl。
(3)比较键角大小:
①CO2　　NH3;②H2O　　NH3。
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答案:(1)①>　>　②<　(2)①<　<　②>
(3)①>　②<
解析:(1)①由于C、N、O原子的半径依次减小,所以C—H、N—H、H—O键的键长依次减小;②F原子的半径小于Cl原子,因此H—F键的键长小于H—Cl键。
(2)由于C—H、N—H、H—O键的键长依次减小,因此键能依次增大;由于H—F键的键长小于H—Cl键,因此H—F键的键能大于H—Cl键。
(3)CO2为直线形分子,NH3为三角锥形分子,故键角CO2大于NH3。H2O分子中键角小于NH3分子。

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