高二化学人教版选修三同步课件_2.1.2_共价键的键参数与等电子原理

第 2 课时

共价键的键参数与等电子原理

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课 前预习导学

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目标导航学习目标 1.认识键能、键长、键角等 键参数的概念。 2.能用键能、键长、键角说明简 单分子的某些性质。 3.了解等电子原理的应用。 重点难点 1.能用键参数—— 键能、键长、键角 说明简单分子的某些性质。 2.知道等电子原理, 结合实例说明等电子原 理的应用。

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预习导引1 .键参数——键能、键长与键角 (1)键能是指气态基态原子形成 1 mo l 化学键释放的最低能量。单 位是 kJ· mo l-1 ,键能越大, 形成化学键时释放的能量越多,化学键越 稳定 。 (2)键长是衡量共价键稳定性的另一个参数 ,是形成共价键的两原 子之间的核间距。键长越短, 往往键能越大 ,表明共价键越稳定。

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(3)键角 ①概念 :多原子分子中,两个共价键之间的夹角叫键角。 ②写出下列分子的键角 :CO2 180° ; H2 O105° 。多原子分子的键角一 定,表明共价键具有方向性。 ③键角、键长、键的极性决定着分子的空间构型。

预习交流讨论键能与键长的关系是否一定是键长越短键能越大? 答案:不是,比如 F—F 键键长短,键能却小。F 原子的半径很小,因 此其键长短,而由于键长短,两个 F 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,与 Cl2 相比,F2 的稳定性差,很容易与 其他物质反应。

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2.等电子原理 等电子原理是指原子总数相同,价电子总数相同的分子具有相似 的化学键特征,它们的许多性质相近。

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课 堂合作探究

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问题导学1. 共价键的键参数活动与探究 1 分析下表数据, 回答下列问题 :键 H —H F —F Cl—Cl 键能 (kJ· mol ) 436 157 242.7-1

键长/pm 74 141 198

键 C —C C C C≡C

键能 (kJ· mol ) 347.7 615 812-1

键长/pm 154 134 121

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Br—Br I—I H—F H—Cl H—Br H—I

193.7 152.7 568 431.8 366 298.7

228 267 92 127 141 161

N—N N N N≡N C—N C—O C—F

193 418 946 305 351 453

146 122 110 147 143 133

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(1)讨论 HX 的稳定性与键能的关系。 答案:一般来说,结构相似的分子 ,共价键的键能越大,分子越稳定。 在卤素的氢化物中, 按 F、 Cl、 Br、 I 的顺序, 由于卤素原子的半径逐渐 增大,H—X 键的键长也逐渐增大,键能逐渐减小,HX 的稳定性逐渐减弱。

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(2)讨论 C— C、 C

C、 C≡ C 的键能大小为什么不是 1∶ 2∶ 3? C 由一个 σ 键和一个 π 键构

答案: C— C 由 1 个 σ 键构成,C

成,C≡ C 由一个 σ 键和两个 π 键构成,由于在两个原子间形成的不饱和 键中, σ 键的键能比 π 键的键能大 ,因此 C 的键能的 2 倍、 3 倍。 C、 C≡ C 的键能不是 C—C

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(3)N2

、O2 、 F2 跟 H2 的反应能力依次增强, 从键能的角度应如何理 解这一化学事实? 答案:从上表的数据可知,N— H 键、 O — H 键与 H —F 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。 所 以 N2 、 O2 、F2 与 H2 的反应能力依次增强。

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迁移与应用 已知某些共价键的键能如下表 ,试回答下列问题 :共价键 H—H Cl—Cl C—H 键能/(kJ· mol-1) 436.0 242.7 413.4 共价键 O—H N≡N H—Cl 键能/(kJ· mol-1) 462.8 946 431.8

(1)H —H 键的键能为什么比 Cl— Cl 键的键能大? (2)已知 H2 O 在 2 000 ℃时有 5%的分子分解 ,而 CH4 在 1 000 ℃时 可完全分解为 C 和 H2 ,试解释其中的原因。 (3)试解释氮气为什么能在空气中稳定存在。

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解析: 本题可以从键能、键长与分子稳定性关系分析解决。共价键 的键长越短 ,往往键能越大 ,共价键越稳定。 因为原子半径 r(H)<r(Cl),所以 H— H 键的键长小于 Cl— Cl 键的键 长 ,则 H—H 键的键能 (436.0 kJ · mol-1 )比 Cl— Cl 键的键能 (242.7 kJ· mo l-1 )大。从 H2 O 和 CH4 的分解温度和分解程度可以知道 ,H2 O 比 CH4 更稳定 ,从键能数据可以看出 O—H 键的键能 (462.8 kJ· mo l-1 )比 C— H 键的键能 (413.4 kJ · mol-1 )大 ,所以 H2 O 比 CH4 稳定。从 ∶ N N∶ 可知 ,氮气分子中存在氮氮三键 ,键能 (946 kJ · mo l-1 )大 ,故氮气稳定。

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答案:(1)氢原子的半径比氯原子的半径小, 故 H — H 键的键长比 Cl— Cl 键的键长短,H— H 键的键能比 Cl— Cl 键的键能大。 (2)O —H 键比 C— H 键键能大, 故 H2 O 比 CH4 稳定。 (3)N2 分子中存在氮氮三键,键能大, 不易与其他物质发生反应 ,故能 在空气中稳定存在。

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1 .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 ,其化学性质越稳定。 例如 ,同主族元素的气态氢化物的稳定性从上到下依次减弱 ,就是 因为共价键的键长逐渐增大、键能逐渐减小的缘故。 2 .化学反应中能量变化 =反应物键能总和 -生成物键能总和 ,即 ΔH =E 反 应物 -E 生成物。

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