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第二章
分子结构与性质
第一节　共价键
课时2　共价键的参数——键能、键长与键角
1．知道共价键的键能、键长、键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。
2．知道σ键和π键强度的相对大小。
1．H2(g)与Cl2(g)反应生成HCl(g)过程中的能量变化如下图所示。
活动一：认识共价键的键能及其应用
(1) 键能是指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量(或键能是气态基态原子形成1 mol化学键释放的能量)。上图中的“436 kJ/mol”“242.7 kJ/mol”分别是H—H、Cl—Cl的键能，共价键的稳定性与键能的大小有什么关系？
【答案】 共价键越稳定，键能越大；反之键能越小。
(2) “H—Cl” 的键能是多少？
【答案】 431.8 kJ/mol
(3) 写出上述反应的热化学方程式。
【答案】 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－184.9 kJ/mol
2．(1) 根据元素的非金属性比较HF、HCl、HBr、HI的热稳定性大小。下表所示的H—F、H—Cl、H—Br、H—I键能大小是否与预测相符？
共价键 H—F H—Cl H—Br H—I
键能/(kJ/mol) 568 431.8 366 298.7
【答案】 热稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI；相符。
(2) N的非金属性与Cl相近，为什么N2的化学性质非常稳定，而Cl2的化学性质却很活泼？
【答案】 N≡N的键能远大于Cl—Cl的键能，化学反应中很难被破坏，所以N2化学性质稳定。
(3) 已知部分化学键的键能大小如下表所示。计算反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的ΔH。
共价键 N≡N H—N H—H
键能/(kJ/mol) 946 390.8 436
【答案】 ΔH＝946 kJ/mol＋3×436 kJ/mol－6×390.8 kJ/mol ＝－90.8 kJ/mol
3．C===C的键能是615 kJ/mol，C—C的键能是347.7 kJ/mol。
(1) 请你据此分析，碳碳σ键与碳碳π键哪个更稳定？
【答案】 碳碳双键中有1个σ键和1个π键，碳碳单键只有σ键，而C===C的键能小于C—C键能的2倍，说明碳碳σ键的键能比碳碳π键的键能大，即σ键比π键稳定。
(2) 烯烃为什么易与Br2的CCl4溶液发生加成反应？
【答案】 烯烃中的碳碳双键中含有1个σ键和1个π键，π键键能较小，容易断裂，所以易发生加成反应。
1．(1) 根据图片①和②，用自己的话给键长下定义，并说说图②的含义。
活动二：认识共价键的键长及其应用
【答案】 键长是指构成化学键的两个原子的核间距。分子中的原子始终处于不断振动之中，键长只是振动着的原子处于平衡位置时的核间距。图②中显示H—I的键长为162 pm。
(2) 根据下列图片，用自己的话给原子的共价半径下定义。
【答案】 共价半径是指相同原子的共价键键长的一半。
2．查阅有关共价键键能、键长的数据，归纳键长与键能之间的关系。
【答案】 化学键的键长与键能是相关的。键长越短，往往键能越大；反之，键长越长，往往键能越小。
3．预测金刚石与晶体硅中C—C、Si—Si的键长、键能的相对大小，再据此进一步预测金刚石与晶体硅的熔点高低(提示：这两种晶体熔化时均需破坏共价键)，课后查阅资料，看看你的预测是否准确。
【答案】 键长：C—C＜Si—Si，键能：C—C＞Si—Si。金刚石的熔点比晶体硅高。
晶体 键长/pm 键能/(kJ/mol) 熔点/℃
金刚石 154 347.7 ＞3 500
晶体硅 235 226 1 410
1．下面是中心原子不含孤电子对的一类AXn型分子(n＝2～6)的理想空间结构模型。请你结合这些模型空间结构的名称，理解模型与键角的关系。
活动三：认识共价键的键角及其应用
2．在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角称为键角，它是描述分子空间结构的重要参数。请你用泡沫小球(或用橡皮泥捏成的小球)、小木棍(或牙签)等材料，根据下列分子的空间填充模型制作它们的球棍模型。(已知：NH3、H2O分子中的键角分别为107°和105°)
【答案】
3．已知：H2O2分子中O—O、H—O的键长分别为147.5 pm和95.0 pm；H—O—O的键角为96°52′，2个“H—O—O”平面之间的夹角为93°52′。试画出H2O2分子的结构式(要求标出有关键长、键角数据，以体现其空间结构)。
【答案】
4．你知道键长和键角的数值可通过何种实验获得吗？
【答案】 X射线衍射实验。
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1．现有下列数据，下列说法不正确的是 (　　)
化学键或原子 C—H N—H O—H C N O H
键长或半径/pm 109 101 96 77 75 74 37
A．成键原子的半径越小，键长越短
B．化学键的键长小于成键原子的半径之和
C．键长的大小不仅与成键原子半径有关，还与电子云重叠程度有关
D．键长越短，化学键越牢固，含有该键的物质越稳定
【解析】 从表格数据可知r(C)>r(N)>r(O)，形成的C—H、N—H、O—H依次变短，A正确；如r(C)＋r(H)＝77＋37>109，B正确；从表中数据可分析得出，键长的大小与成键原子半径有关，当然键长的大小与电子云重叠程度也有关系，如r(C—C)>r(C===C)，C正确；键长越短，键能越大，键越牢固，必须强调可比性，如表格中的 C—H、N—H、O—H可以比较，但如果根据键长比较C—C、C===C的稳定性就是错误的，D错误。
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【答案】 D
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2．已知：H—H键能为436 kJ/mol，O===O键能为497.3 kJ/ mol，Cl—Cl键能为 242.7 kJ/mol，N≡N键能为946 kJ/mol，则下列叙述正确的是 (　　)
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【答案】 D
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3．由短周期前10号元素组成的物质T和X，有如图所示的转化。T为有机物，X是一种不稳定的酸。下列有关说法正确的是 (　　)
A．三种短周期元素为H、C、O
B．等物质的量的T、X分子中含有π键的数目均为6.02×1023个
C．X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍
D．X分子中既含有极性键又含有非极性键
【解析】 1个T、X分子中各含有1个π键，但等物质的量并不一定是1 mol，B错误；X分子中含有的σ键个数为5，T分子中含有的σ键个数为3，C错误；T、X分子中均只含有极性键，无非极性键，D错误。
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【答案】 A
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4．已知白磷(P4)分子是正四面体结构，P原子位于四个顶点。
(1) 1个白磷分子中有_____个P—P，这些键都是_____(填“σ”或“π”)键，每个键的键长________(填“相等”或“不相等”)，键与键之间的夹角为________。
(2) 有两种常见的磷氧化物，一种是P4O6，另一种是P4O10(即五氧化二磷)。P4O6可看作在白磷分子中每两个磷原子间插入一个氧原子，请在左下的方框中画出它的结构式。
6
σ
相等
60°
【答案】
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(3) P4O6中每个磷原子再各与一个氧原子结合即得P4O10(其中磷原子最外层有10个电子)，请在右上的方框中画出其结构式，并从两个不同的角度，对P4O10分子中的共价键进行分类。
【答案】
从电子云的重叠方式看，有σ键和π键；从两核间形成共用电子对的数目看，有单键和双键。

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