人教版选修3 第二章 第一节 共价键 分子晶体与原子晶体 第2课时 学案.doc

第2课时共价键的键参数与等电子原理课程目标核心素养建构1.知道键能、键长、键角等键参数的概念，能用键参数说明简单分子的某些性质。2.知道等电子原理的含义，学会等电子体的判断和应用。知 识 梳 理一、键参数键能、键长与键角1.概念和特点概念特点键能气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量键能越大，键越稳定键长形成共价键的两个原子之间的核间距键长越短，键能越大，键越稳定键角分子内两个共价键之间的夹角表明共价键有方向性，决定分子的立体结构2.对物质性质的影响二、等电子体的判断和应用1.等电子原理原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。2.等电子体满足等电子原理的分子称为等电子体。如co和n2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，它们的许多性质相似。3.应用举例等电子体具有相似的化学键特征和空间构型，它们的许多性质是相似的，利用等电子原理可以判断某些分子或离子的空间构型。(1)co、cn等与n2互为等电子体，则co和cn的结构式分别为co、cn-。(2)cs2、n2o等与co2互为等电子体，则cs2的结构式为s=c=s，空间构型为直线形。(3)no、co、so3等与bf3互为等电子体，则no的空间构型为平面三角形。(4)ph3、h3o、ash3等与nh3互为等电子体，则ph3、h3o、ash3的空间构型为三角锥形。(5)so、po、sio、sicl4等与ccl4互为等电子体，则so、po等空间构型为正四面体形。自 我 检 测1.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。(1)键长越短，键能一定越大。()(2)等电子体并不都是电中性的。()(3)双原子分子中化学键键能越大，分子越牢固。()(4)双原子分子中化学键键长越长，分子越牢固。()(5)双原子分子中化学键键角越大，分子越牢固。()(6)同一分子中，键与键的原子轨道重叠程度一样多，只是重叠的方向不同。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.关于键长、键能和键角，下列说法中错误的是()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.c=c键等于cc键键能的2倍d.因为oh键的键能小于hf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中两个ho键的键角为105，故h2o为v形分子，a项正确；键长的大小与成键原子的半径有关，如cl的原子半径小于i的原子半径，clcl键的键长小于ii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cc键的键长要大，b项正确；c=c键的键能为615 kjmol1，cc键的键能为347.7 kjmol1，二者不是2倍的关系，c项错误；oh键的键能为462.8 kjmol1，hf键的键能为568 kjmol1，oh键与hf键的键能依次增大，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，o2、f2跟h2反应的能力依次增强，d项正确。答案c3.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，也可互称为等电子体。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no2c.cs2与no2 d.pcl3与bf3解析由题中信息可知，只要算出分子中各原子的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；f、cl的最外层电子数为7。答案a提升一共价键参数与分子的性质【例1】碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：回答下列问题：(1)通常条件下，比较ch4和sih4的稳定性强弱：_。(2)硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷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，更易生成氧化物，原因是_。解析(1)因为ch键的键能大于sih键的键能，所以ch4比sih4稳定。(2)cc键和ch键的键能比sih键和sisi键的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中sisi键和sih键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。 (3)ch键的键能大于co键的，ch键比co键稳定，而sih的键能却选项小于sio键的，所以sih键不稳定而倾向于形成稳定性更强的sio键。答案 （1）ch4比sih4稳定 （2）cc键和ch键较强，所以青工成的烷烃稳定，而硅烷中sisi键和sih键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成（3）ch键的键能大于co键，ch键比co键稳定，而sih的键能却远小于sio键，所以sih键不稳定而倾向于形成稳定性更强的sio键【名师点拨】1.共价键参数的应用(1)键能的应用表示共价键的强弱键能越大，断开化学键时需要的能量越多，化学键越稳定。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。判断化学反应的能量变化在化学反应中，旧化学键断裂吸收能量，新化学键的形成释放能量，因此反应焓变与键能的关系为h反应物键能总和生成物键能总和，h0时，为放热反应；h0时，为吸热反应。(2)键长的应用一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子越稳定。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)键角的应用键长和键角决定分子的空间构型常见分子的键角与分子空间构型2.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多。(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多。(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。特别提醒由分子构成的物质，其熔、沸点与共价键的键能和键长无关。而分子的稳定性，由键长和键能共同决定。【深度思考】1.半径越小，键能越大吗？提示不一定。ff的键能为157 kj/mol，clcl的键能为242.7 kj/mol，说明，半径越小，键能不一定越大。2.非金属性越强，单质的键能一定越大吗？提示不一定。例如：f2、cl2、br2、i2的键能依次为157 kj/mol、242.7 kj/mol、193.7 kj/mol、152.7 kj/mol。【变式训练】1.三氯化磷分子的空间构型是三角锥形而不是平面正三角形，下列关于三氯化磷分子空间构型理由的叙述，正确的是()a.pcl3分子中pcl三个共价键的键长、键角都相等b.pcl3分子中pcl三个共价键键能、键角均相等c.pcl3分子中的pcl键属于极性共价键d.pcl3分子中pcl键的三个键角都是100.1 ，键长相等解析pcl3分子是由pcl极性键构成的极性分子，其结构类似于nh3。答案d2.下列有关化学键知识的比较肯定错误的是()a.键能：cnc=ncnb.键长：iibrbrclclc.分子中的键角：h2oco2d.相同元素原子间形成的共价键键能：键键解析c、n原子间形成的化学键，三键键能最大，单键键能最小，a正确；原子半径：ibrcl，则键长：iibrbrclcl，b正确；h2o分子中键角是105，co2分子中键角是180，c错误；相同元素原子之间形成的键的键能比键的大，d正确。答案c3.hbr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。答案a4.能说明bf3分子中四个原子在同一平面的理由是()a.任意两个键的夹角为120b.bf键是非极性共价键c.三个bf键的键能相同d.三个bf键的键长相等解析本题考查共价键键参数的运用。当键角为120时，bf3的空间构型为平面三角形，故分子中四个原子共面。答案a提升二等电子原理及应用【例2】(1)根据等电子原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是_和_；_和_。(2)根据等电子原理，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，也可互称等电子体，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：_。解析(1)仅由第二周期元素组成的共价分子中，即c、n、o、f组成的共价分子，如n2与co价电子总数均为10，co2与n2o价电子总数均为16个电子。(2)依题意，只要原子数相同，各原子最外层电子数之和也相同，即可互称等电子体，no为三原子，各原子最外层电子数之和为(5621)，so2、o3也为三原子，各原子最外层电子数之和为6318。答案(1)n2coco2n2o(2)so2、o3【名师点拨】1.等电子体的判断方法原子总数相同，价电子总数相同的粒子。2.等电子体的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：判断一些简单分子或离子的立体构型；利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；利用等电子原理针对某物质找等电子体。3.一些常见的等电子体二原子10电子的等电子体：n2、co、cn、c、no、o；二原子11电子的等电子体：no、o；三原子16电子的等电子体：co2、cs2、n2o、cno、n、scn；三原子18电子的等电子体：no、o3、so2；四原子24电子的等电子体：no、co、bf3、so3(g)、sio；四原子26电子的等电子体：nf3、pcl3、ncl3、so；五原子8电子的等电子体：ch4、nh、sih4；五原子32电子的等电子体：sif4、ccl4、bf、so、sio、po、clo。4.等电子体的确定方法(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(n1，2等)的原子，如n2与co、n和cno互为等电子体。(2)将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带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同，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子，如o3与so2、co2与cs2互为等电子体。(4)互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，如n2o与co2互为等电子体。【深度思考】1.等电子体的构成原子的核外电子总数一定相同吗？提示不一定。只要原子总数相同，价电子总数相同即可。2.计算等电子体的价电子总数的方法？提示等电子体的价电子总数可由其电子式或构成微粒的原子的价电子数来判断：电子式中的键合电子数和孤对电子数之和即为价电子总数；离子中各原子的价电子数之和与离子所带电荷相加(或相减)即得价电子总数。如no的价电子总数为562118。【变式训练】5.下列微粒组是等电子体的是()a.n2o4和no2 b.na和clc.so和po d.no和o2解析n2o4的价电子总数是no2的2倍；no的价电子总数是11，o2的价电子总数是12，故a、d不正确。答案c6.已知原子总数相同、价电子总数相等的微粒称为等电子体，等电子体的结构相似。据此回答下列问题：(1)scn、no的价电子总数都是16，因此它们的结构与第二周期中的两种元素组成的_分子的结构相似，该分子呈_形。(2)co、no等微粒具有相同的通式ax3，且价电子总数都是_，因此它们的结构与由a族的两种元素组成的_分子的结构相似，呈_形。解析根据等电子体的概念及常见等电子体即可回答问题。答案(1)co2或n2o直线(2)24so3平面三角7.根据等电子原理，回答下列问题。(1)co分子的结构式为_。(2)已知反应cac22h2ochchca(oh)2。cac2中c与o互为等电子体，o的电子式可表示为_；1 mol o中含有的键的数目为_。(3)二氧化钛(tio2)是常用的、具有较高催化活性和稳定性的光催化剂，常用于污水处理。o2在其催化作用下，可将cn氧化成cno，进而得到n2。写出一种与cn互为等电子体的单质分子的结构式_，根据等电子原理写出co、hcn分子的结构式_、_。与cno互为等电子体的分子、离子化学式分别为_、_(各写一种)。cno的空间构型为_，cno中键与键的个数比为_。解析根据等电子原理、原子总数、价电子总数相同的分子或离子具有相似的结构特征和许多相近的性质来回答问题。(1)co与n2互为等电子体，故co结构式为co。 (2)由cac2与h2o反应的产物chch，可推知cac2中存在c，其电子式为cc2，结构式为cc2- ，故c的等电子体o的电子式为oo2，结构式为oo2+，1个oo键中含有1个键和2个键，所以1 mol o中含有2na个键。(3)用o原子替换cn中的n原子，同时减少1个负电荷，用n原子替换cn中的c原子，同时减少1个负电荷，分别得到cn的两种等电子体co和n2。根据等电子体原理可推知co和cn的结构式分别为co，cn-，则hcn的结构式为hcn。用o原子替换cno中的n原子同时要去掉1个负电荷可得cno的等电子体co2，用s替换co2中的o原子得等电子体cs2，co与n2互为等电子体，用n2替换cno中的co可得等电子体n，用n原子替换cno中的c原子同时要去掉1个负电荷得其等电子体n2o，co2的结构式为o=c=o，所以cno的结构式为n=c=o-，空间构型为直线形，键与键的数目比为2211。答案(1)co (2)oo22n个(3)nn co hcnco2(或n2o、cs2、becl2等)n直线形11课时作业基础题组1.下列说法正确的是()a.分子的结构是由键角决定的b.共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定c.cf4、ccl4、cbr4、ci4中cx(x=f、cl、br、i)键的键长、键角均相等d.h2o分子中两个oh键的键角为180解析分子的结构是由键参数键角、键长决定的，a项错误；由于f、cl、br、i的原子半径不同，故cx(x=f、cl、br、i)键的键长不相等，c项错误；h2o分子中两个oh键的键角为105，d项错误。答案b2.下列说法不正确的是()a.键能越大，表示化学键越牢固，越难以断裂b.一般地，成键的两原子核越近，键长越短，化学键越牢固，形成的物质的性质越稳定c.破坏化学键时消耗能量，而形成化学键时释放能量d.碘易升华，这与分子中ii键的键能大小有关解析键能越大，断开该键所需的能量越多，化学键越牢固，形成的物质的性质越稳定，a项正确；一般情况下，键长越短，断开该键越难，该化学键越牢固，形成的物质的性质越稳定，b项正确；破坏化学键时需要吸收能量，形成化学键时释放出能量，c项正确；物质的升华属于物理性质，与化学键的键能大小无关，d项错误。答案d3.等电子体是指原子总数相同、价电子总数也相同的微粒。下列各选项中的两种微粒不互为等电子体的是()a.n2o和co2 b.o3和noc.ch4和nh d.oh和nh解析a项中的n2o和co2均含3个原子和16个价电子，b项中的o3和no均含3个原子和18个价电子，c项中的ch4和nh均含5个原子和8个价电子，因此，a、b、c三项均符合等电子体的定义。d项中的oh和nh虽然都含有8个价电子，但二者所含原子总数不相同，不符合等电子体的定义。答案d4.下列说法正确的是()a.离子化合物中不可能存在共价键b.干冰溶于水时有共价键生成c.键和键都只能存在于共价化合物中d.除h2、x2(x为f、cl、br、i)和稀有气体外，其他非金属单质中都存在键解析离子化合物nh4cl中除含有离子键外还含有共价键，a项错误；干冰溶于水生成h2co3，有ho键等生成，b项正确；离子化合物na2o2中存在oo 键，离子化合物cac2中存在cc键，含有1个键、2个键，c项错误；p4、金刚石等非金属单质中，都只存在共价单键(即键)，d项错误。答案b5.下列有关性质的比较中，正确的是()a.微粒半径：o2fnalib.第一电离能：henearc.分子中的键角：ch4h2oco2d.共价键的键能：ccc=ccc解析li的电子层数最少，所以离子半径最小，其余三种离子的电子层结构相同，核电荷数越大，离子半径越小，所以o2fnali，a错误；稀有气体元素的第一电离能随电子层数的增多而减小，所以henear，b错误；甲烷分子为正四面体形，键角是10928，水为v形分子，键角是105，二氧化碳为直线形分子，键角为180，所以二氧化碳分子中的键角最大，c错误；键长：ccc=ccc，所以键能：ccc=ccc，d正确。答案d6.下列反应中，有机物化学键的断裂只涉及键断裂的是()a.ch4的燃烧b.c2h4的加成反应c.ch4与cl2的取代反应d.c2h4被酸性kmno4溶液氧化解析ch4的燃烧和c2h4被酸性kmno4溶液氧化的反应中断裂了所有化学键，ch4与cl2的取代反应中只有单键断裂。答案b7.n2的分子结构可以表示为，co的分子结构可以表示为，其中椭圆框表示键，下列说法中不正确的是()a.n2分子与co分子中都含有三键b.n2分子与co分子中的键并不完全相同c.n2与co互为等电子体d.n2与co的化学性质相同解析从题图可以看出，n2分子与co分子中均含有1个键和2个键，所以二者都含有三键，a项正确。n2分子中的2个键是由每个n原子各提供2个p电子以“肩并肩”的方式重叠形成的，而co分子中的2个键，其中1个键是配位键，成键电子完全由氧原子提供，b项正确。n2与co的原子总数和价电子总数均相同，互为等电子体，其物理性质相似，但化学性质差别较大，c项正确、d项错误。答案d8.白磷与氧气可发生反应p45o2=p4o10。已知断列下列化学键需要吸收的能量分别为pp a kjmol1、po b kjmol1、p=o c kjmol1、o=o d kjmol1。根据如图所示的分子结构和有关数据估算该反应的h，其中正确的是()a.(6a5d4c12b) kjmol1b.(4c12b6a5d) kjmol1c.(4c12b4a5d) kjmol1d.(4a5d4c12b) kjmol1解析化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。白磷和氧气反应，就是白磷中磷原子之间的化学键和氧气分子中氧原子之间的化学键断裂和p4o10分子中的化学键新形成的过程，而共价键断裂要吸收能量，共价键形成要放出能量。从图中可以看出1个白磷分子中有6个pp共价键，所以1 mol p4中共价键断裂要吸收6a kj的能量，1 mol氧分子中共价键断裂要吸收d kj的能量；1个p4o10中有4个p=o共价键和12个po共价键，所以生成1 mol p4o10需放出(4c12b) kj的能量，所以该化学反应的反应热为(6a5d4c12b) kjmol1。答案a9.已知氢分子的形成过程示意图如图所示，请据图回答问题。(1)hh键的键长为_，中，体系能量由高到低的顺序是_。(2)下列说法中正确的是_(填字母)。a.氢分子中含有一个键b.由到，电子在核间出现的概率增大c.由到，必须消耗外界的能量d.氢分子中含有一个极性共价键.几种常见化学键的键能如下表所示。化学键siohoo=osisisic键能/(kjmol1)452462.8497.3226x请回答下列问题：(1)试比较sisi键与sic键的键能大小：x_(填“”“”或“”)226 kjmol1。(2)h2被认为是21世纪人类最理想的燃料，而又有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。试计算每千克h2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为_；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为_(已知1 mol si中含有2 mol sisi键，1 mol sio2中含有4 mol sio键)。解析.(1)可以直接从题图中读出有关数据，hh键的键长为74 pm；体系能量由高到低的顺序是。(2)氢分子中含有一个键，a项错误；核间距逐渐减小时，两个氢原子的原子轨道会相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大，b项正确；已经达到稳定状态，当改变构成氢分子的两个氢原子的核间距时，必须消耗外界的能量，c项正确；氢分子中含有一个非极性共价键，d项错误。.(1)sisi键的键长比sic键的键长长，sisi键的键能比sic键的键能小。(2)由题图可知hh键的键能为436 kjmol1，每千克h2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为1 000 g2 gmol1(462.8 kjmol12436 kjmol1497.3 kjmol1)120 475 kj；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kjmol14 mol497.3 kjmol11 mol226 kjmol12 mol858.7 kj。答案.(1)74 pm(2)bc.(1)(2)120 475 kj858.7 kj10.已知某些共价键的键能、键长数据如表所示：共价键键能/(kjmol1)键长/pmclcl242.7198brbr193.7228ii152.7267hf568hcl431.8hbr366hi298.7ho462.896cc347.7154c=c615133cc812120ch413.4109nh390.8101n=o607oo142o=o497.3(1)下列推断正确的是_(填字母，下同)。a.稳定性：hfhclhbrhib.氧化性：i2br2cl2c.沸点：h2onh3d.还原性：hihbrhclhf(2)下列有关推断正确的是_。a.同种元素原子形成的共价键的稳定性：三键双键单键b.同种元素原子形成的双键的键能一定小于单键的2倍c.键长越短，键能一定越大(3)在hx(xf、cl、br、i)分子中，键长最短的是_，最长的是_；oo键的键长_(填“大于”“小于”或“等于”)o=o键的键长。解析(1)根据表中数据知，同主族元素从上至下气态氢化物的键能逐渐减小，稳定性逐渐减弱，a项正确；从键能看，氯气、溴单质、碘单质的稳定性逐渐减弱，由原子结构知，氧化性也逐渐减弱，b项错误；h2o在常温下为液态，nh3在常温下为气态，则h2o的沸点比nh3的高，c项正确；还原性与得失电子能力有关，还原性：hihbrhclhf，d项正确。(2)键能越大，化学键越稳定，越不容易断裂，由表中碳碳键的数据知a项正确；由oo键、o=o键的键能知，b项错误；ch键的键长大于nh键的键长，但是nh键的键能反而较小，c项错误。答案(1)acd(2)a(3)hfhi大于能力题组11.等电子体的结构相似、物理性质相近。如n2和co互为等电子体。下表为部分等电子体的代表物质及其空间构型：等电子体类型代表物质立体构型四原子24价电子等电子体so3平面三角形四原子26价电子等电子体so三角锥形五原子32价电子等电子体ccl4四面体形六原子40价电子等电子体pcl5三角双锥形七原子48价电子等电子体sf6八面体形试回答：(1)写出下面物质分子或离子的立体构型：bro_，co_，clo_。(2)由第二周期元素组成，与f2互为等电子体的离子有_。(3)sf6的立体构型如图(1)所示，请按照该表示方法在图(2)中表示osf4分子中o、s、f原子的空间位置。已知osf4分子中o、s间为共价双键，s、f间为共价单键。解析(1)bro含有4个原子，26个价电子，所以其结构与so相似，为三角锥形；co含有4个原子，24个价电子，与so3的结构相似，为平面三角形，同理可知clo为正四面体形。(2)f2含有2个原子，14个价电子，所以由第二周期元素组成，且与f2互为等电子体的离子有o。(3)sf6含有7个原子，48个价电子，立体构型为八面体形，osf4含有6个原子，40个价电子，其立体构型为三角双锥形。答案(1)三角锥形平面三角形正四面体形(2)o(3)12.氮是地球上极为丰富的元素。(1)li3n中氮元素以n3存在，基态n3的电子排布式为_。(2)nn键的键能为946 kjmol1，nn键的键能为193 kjmol1，说明n2中的