（新教材適用）2023-2024學(xué)年高中化學(xué)第2章分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第1節(jié)共價(jià)鍵第2課時(shí)鍵參數(shù)鍵能鍵長與鍵角學(xué)案新人教版選擇性必修2

第2課時(shí)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(jià)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(jià)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(jià)鍵的穩(wěn)定性原子間形成共價(jià)鍵時(shí)，原子軌道重疊程度_越大__，釋放能量_越多__，所形成的共價(jià)鍵鍵能越大，共價(jià)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(jià)鍵的鍵能越大，分子越_穩(wěn)定__。(3)利用鍵能計(jì)算反應(yīng)熱ΔH＝_反應(yīng)物__總鍵能－_生成物__總鍵能正誤判斷1．共價(jià)鍵的鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固，由該鍵形成的分子越穩(wěn)定。(√)2．N—H的鍵能是很多分子中的N—H的鍵能的平均值。(√)3．O—H的鍵能是指在298.15K、101kPa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的鍵能等于C—C的鍵能的2倍。(×)深度思考1．試?yán)谜n本P37表2－1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，1molH2分別跟1molCl2、1molBr2(蒸氣)反應(yīng)，分別形成2molHCl和2molHBr，哪一個(gè)反應(yīng)釋放的能量更多？如何用計(jì)算的結(jié)果說明氯化氫分子和溴化氫分子哪個(gè)更容易發(fā)生熱分解生成相應(yīng)的單質(zhì)？提示：查表可知H—H、Cl—Cl、Br—Br、H—Cl、H—Br的鍵能分別為436.0kJ·mol－1、242.7kJ·mol－1、193.7kJ·mol－1、431.8kJ·mol－1、366kJ·mol－1。對于反應(yīng)H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝436.0kJ·mol－1＋242.7kJ·mol－1－2×431.8kJ·mol－1＝－184.9kJ·mol－1。對于反應(yīng)H2(g)＋Br2(g)=2HBr(g)ΔH＝436.0kJ·mol－1＋193.7kJ·mol－1－2×366kJ·mol－1＝－102.3kJ·mol－1。由計(jì)算結(jié)果可知：生成2molHCl比生成2molHBr釋放的能量多。生成的HBr分子中H—Br的鍵能比HCl分子中H—Cl的鍵能小，說明H—Br比H—Cl容易斷裂，所以HBr分子更容易發(fā)生熱分解生成相應(yīng)的單質(zhì)。2．已知N—N、N=N和N≡N的鍵能之比為1.002.174.90，而C—C、C=C、C≡C的鍵能之比為1.001.772.34。如何用這些數(shù)據(jù)理解氮分子不容易發(fā)生加成反應(yīng)而乙烯和乙炔容易發(fā)生加成反應(yīng)？提示：鍵能數(shù)據(jù)表明，N≡N的鍵能大于N—N的鍵能的三倍，N=N的鍵能大于N—N的鍵能的兩倍；而C≡C的鍵能卻小于C—C的鍵能的三倍，C=C的鍵能小于C—C的鍵能的兩倍，說明乙烯和乙炔中的π鍵不牢固，易發(fā)生加成反應(yīng)，而N2分子中N≡N非常牢固，所以氮分子不易發(fā)生加成反應(yīng)。應(yīng)用體驗(yàn)1．根據(jù)表列出的各化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)，判斷如下分子中最穩(wěn)定的是(D)化學(xué)鍵H—HH—ClH—ICl—ClBr—Br鍵能(kJ/mol)436431299247193A．Cl2 B．HClC．Br2 D．H2解析：分子中，鍵能越大，分子越穩(wěn)定，從表中讀出鍵能最大的是H—H鍵，D滿足；故選D。2．已知N—N、N=N和N≡N鍵能之比為1.002.174.90，而C—C、C=C和C≡C鍵能之比為1.001.772.34，下列說法正確的是(C)A．σ鍵一定比π鍵穩(wěn)定B．N2較易發(fā)生加成反應(yīng)C．乙烯、乙炔較易發(fā)生加成反應(yīng)D．乙烯、乙炔中的π鍵比σ鍵穩(wěn)定解析：σ鍵不一定比π鍵強(qiáng)度大，如氮?dú)庵笑益I的強(qiáng)度比π鍵強(qiáng)度小，即σ鍵不一定比π鍵穩(wěn)定，故A錯(cuò)誤；N≡N鍵能大不易發(fā)生加成反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；乙烯和乙炔中π鍵的鍵能小易斷裂，所以乙烯、乙炔較易發(fā)生加成反應(yīng)，故C正確；乙烯、乙炔中的σ鍵比π鍵穩(wěn)定，故D錯(cuò)誤。故選C。3．化學(xué)鍵的鍵能是指氣態(tài)基態(tài)原子間形成1mol化學(xué)鍵時(shí)釋放的最低能量。如：H(g)＋I(xiàn)(g)→H—I(g)＋297kJ，即H—I鍵的鍵能為297kJ/mol，也可以理解為破壞1molH—I鍵需要吸收297kJ的熱量?；瘜W(xué)反應(yīng)的發(fā)生可以看成舊化學(xué)鍵的破壞和新化學(xué)鍵的形成。下表是一些鍵能數(shù)據(jù)(單位：kJ/mol)：鍵能鍵能鍵能H—H436Cl—Cl243H—Cl432S—S255H—S339C—F427C—Cl330C—I218H—F568C—O351H—O463閱讀上述信息，回答下列問題：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷CCl4的穩(wěn)定性小于(填“大于”或“小于”)CF4的穩(wěn)定性。試預(yù)測C—Br鍵的鍵能范圍：218kJ/mol<C—Br鍵鍵能<330kJ/mol。(2)結(jié)合表中數(shù)據(jù)和熱化學(xué)方程式H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－QkJ/mol，則熱化學(xué)方程式中Q的值為185。(3)由表中數(shù)據(jù)能否得出這樣的結(jié)論：①半徑越小的原子形成的共價(jià)鍵越牢固(即鍵能越大)。不能(填“能”或“不能”)。②非金屬性越強(qiáng)的原子形成的共價(jià)鍵越牢固。不能(填“能”或“不能”)。從數(shù)據(jù)中找出一些規(guī)律，請寫出一條：與相同原子結(jié)合時(shí)，同主族元素形成的共價(jià)鍵，原子半徑越小，共價(jià)鍵越牢固。解析：(1)鍵能越大，分子越穩(wěn)定。C—Cl鍵鍵能為330kJ/mol，C—F鍵鍵能為427kJ/mol，所以CF4更穩(wěn)定；F、Cl、Br、I是同主族元素，原子半徑越來越大，與C形成的共價(jià)鍵的鍵長越來越長，鍵能越來越小，所以C—Br鍵的鍵能大小介于C—I鍵鍵能和C—Cl鍵鍵能之間，故答案為：小于；218kJ/mol；330kJ/mol。(2)ΔH＝反應(yīng)物鍵能之和－生成物鍵能之和＝436kJ/mol＋243kJ/mol－2×432kJ/mol＝－185kJ/mol，所以Q＝185。(3)①H的原子半徑小于F的原子半徑，但是H—H鍵鍵能小于H—F鍵鍵能，所以①結(jié)論不正確，故答案為：不能；②Cl的非金屬性強(qiáng)于S，但是S—S鍵鍵能大于Cl—Cl鍵鍵能，所以②結(jié)論不正確；從H—F、H—Cl；C—F、C—Cl；H—O、H—S幾組鍵的鍵能中可得出：與相同原子結(jié)合時(shí)，同主族元素形成的共價(jià)鍵，原子半徑越小，共價(jià)鍵越牢固。二、鍵長和鍵角1．鍵長(1)概念：構(gòu)成化學(xué)鍵的兩個(gè)原子的_核間距__，因此_原子半徑__決定共價(jià)鍵的鍵長，_原子半徑__越小，共價(jià)鍵的鍵長越短。(2)應(yīng)用：共價(jià)鍵的鍵長越短，往往鍵能越_大__，表明共價(jià)鍵越_穩(wěn)定__，反之亦然。2．鍵角(1)概念：在多原子分子中，_兩個(gè)相鄰共價(jià)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(jià)鍵具有_方向__性，因此鍵角影響著共價(jià)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(shí)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)部分鍵角圖解正誤判斷1．在分子中，兩個(gè)成鍵的原子間的距離叫鍵長。(×)2．雙原子分子中化學(xué)鍵鍵長越長，分子越穩(wěn)定。(×)3．鍵長：H—I>H—Br>H—Cl、C—C>C=C>C≡C。(√)4．鍵長的大小與成鍵原子的半徑和成鍵數(shù)目有關(guān)。(√)5．多原子分子的鍵角是一定的，表明共價(jià)鍵具有方向性。(√)6．CH4和CH3Cl分子的空間結(jié)構(gòu)都是正四面體。(×)深度思考1．根據(jù)下表中的HCl、HBr和HI的鍵長、鍵能的數(shù)據(jù)和熱分解溫度，考察它們之間的相關(guān)性。通過這個(gè)例子說明分子的結(jié)構(gòu)如何影響分子的化學(xué)性質(zhì)？鍵鍵長/pm鍵能/(kJ·mol－1)HX的熱分解溫度/℃H—Cl127.4431.81000H—Br141.4366600H—I160.9298.7300提示：數(shù)據(jù)表明：共價(jià)鍵的鍵長越短，鍵能越大，該共價(jià)鍵越穩(wěn)定，含該鍵的分子越穩(wěn)定，越不容易分解。2．為什么F—F的鍵長比Cl—Cl的鍵長短，但鍵能卻比Cl—Cl的鍵能小？提示：氟原子的半徑很小，因而F—F的鍵長比Cl—Cl的鍵長短，但也是由于F—F的鍵長短，兩個(gè)氟原子在形成共價(jià)鍵時(shí)，原子核之間的距離就小，排斥力大，因此鍵能比Cl—Cl的鍵能小。3．為什么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？提示：C—H和C—Cl的鍵長不相等。4．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之間的夾角，為109°28′。5．實(shí)驗(yàn)測得H2S為共價(jià)化合物，H—S—H的夾角為92.3°，鍵長相同，則H2S的空間結(jié)構(gòu)是什么？提示：H2S分子的空間結(jié)構(gòu)是V形結(jié)構(gòu)。應(yīng)用體驗(yàn)1．NH3分子的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形結(jié)構(gòu)而不是平面正三角形結(jié)構(gòu)，最充分的理由是(C)A．NH3分子內(nèi)3個(gè)N—H的鍵長均相等B．NH3分子內(nèi)3個(gè)價(jià)鍵的鍵角和鍵長均相等C．NH3分子內(nèi)3個(gè)N—H的鍵長相等，鍵角都等于107°D．NH3分子內(nèi)3個(gè)N—H的鍵長相等，鍵角都等于120°解析：NH3分子內(nèi)的鍵角和鍵長都相等，可能有兩種情況，一是平面正三角形，二是三角錐形結(jié)構(gòu)。如果鍵角為120°，則必然為平面正三角形，故選C。2．下列有關(guān)鹵化氫的說法正確的是(C)A．鍵長：H—F>H—Cl>H—Br>H—IB．鍵能：H—F<H—Cl<H—Br<H—IC．形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子之間的核間距叫做鍵長D．H—F鍵是p－pσ鍵解析：形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子之間的核間距叫做鍵長，近似等于兩原子半徑之和，由于原子半徑F＜Cl＜Br＜I，則鍵長：H—F＜H—Cl＜H—Br＜H—I，A錯(cuò)誤；一般共價(jià)鍵鍵長越短，鍵能越大，則鍵能：H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，B錯(cuò)誤；形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子之間的核間距叫做鍵長，C正確；H原子只有s電子云，則H—F鍵是s－pσ鍵，D錯(cuò)誤。故選C。3．鍵長是描述共價(jià)鍵的物理量之一，下列各項(xiàng)中的距離屬于鍵長的是(B)A．水分子中兩個(gè)氫原子核之間的距離B．氯氣分子中兩個(gè)氯原子核之間的距離C．氬氣中兩個(gè)相鄰氬原子核間的距離D．CO2分子中兩個(gè)氧原子核之間的距離解析：鍵長是成鍵原子間的核間距，水分子中兩個(gè)氫原子不成鍵，A錯(cuò)誤；氯氣分子中兩個(gè)氯原子間形成共價(jià)鍵，兩個(gè)氯原子核之間的距離屬于鍵長，B正確；氬氣中兩個(gè)相鄰氬原子不成鍵，C錯(cuò)誤；CO2分子中兩個(gè)氧原子不成鍵，D錯(cuò)誤；故答案選B。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(shí)，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(jià)鍵而言，當(dāng)兩個(gè)原子形成雙鍵或者三鍵時(shí)，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．反映共價(jià)鍵強(qiáng)弱的物理量是(B)A．鍵能 B．鍵能、鍵長C．鍵能、鍵長、鍵角 D．鍵長、鍵角解析：鍵能可看作是斷開共價(jià)鍵所需的能量，鍵能越大，則斷開共價(jià)鍵時(shí)所需的能量就越大，含該鍵的分子就越穩(wěn)定；鍵長越長鍵能反而越小，故反映鍵的強(qiáng)弱的物理量是鍵能和鍵長，故選B。2．下列關(guān)于σ鍵和π鍵的理解不正確的是(C)A．σ鍵一般能單獨(dú)形成，而π鍵一般不能單獨(dú)形成B．σ鍵可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn)，π鍵一定不能繞鍵軸旋轉(zhuǎn)C．CH3—CH3、CH2=CH2、CH≡CH中碳碳鍵的鍵能都相同D．碳碳雙鍵中有一個(gè)σ鍵，一個(gè)π鍵，碳碳三鍵中有一個(gè)σ鍵，兩個(gè)π鍵解析：由于原子軌道先按重疊程度大的“頭碰頭”方向進(jìn)行重疊，故先形成σ鍵。后才能形成π鍵，A正確；σ鍵為單鍵，可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn)，π鍵在雙鍵、三鍵中存在，不能繞鍵軸旋轉(zhuǎn)，B正確；鍵能大小順序?yàn)镃≡C＞C=C＞C—C，C錯(cuò)誤；單鍵均為σ鍵，雙鍵含1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，三鍵含1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵，D正確。故選C。3．鍵長、鍵角和鍵能是描述共價(jià)鍵的三個(gè)重要參數(shù)，下列敘述正確的是(A)A．鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)B．因?yàn)镠—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倍解析：當(dāng)物質(zhì)分子內(nèi)有多個(gè)化學(xué)鍵時(shí)，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(gè)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(gè)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(cuò)誤；F的原子半徑是X中最小的，H—F鍵的鍵長是H—X中最短的，C錯(cuò)誤；碳碳三鍵中有一個(gè)σ鍵兩個(gè)π鍵，碳碳雙鍵中有一個(gè)σ鍵一個(gè)π鍵，π鍵鍵能小于σ鍵鍵能，則碳碳三鍵和碳碳雙鍵鍵能小于單鍵鍵能的3倍和2倍，D錯(cuò)誤。4．某些共價(jià)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表(單位：kJ·mol－1)：共價(jià)鍵H—HCl—ClBr—BrH—Cl鍵能436243193431共價(jià)鍵I—IN≡NH—OH—N鍵能151946463391(1)由表中所列化學(xué)鍵所形成的分子中，最穩(wěn)定的是_N2__，最不穩(wěn)定的是_I2__(寫化學(xué)式)。(2)把1molI2(g)分子中化學(xué)鍵斷裂為氣態(tài)原子時(shí)，需要_吸收__(填“吸收”或“放出”)_151__kJ能量。已知反應(yīng)2HI(g)=H2(g)＋I(xiàn)2(g)的ΔH為11kJ·mol－1，則1molHI(g)分子中化學(xué)鍵斷裂時(shí)需吸收的能量為_299__