搜索
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1mol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【自主思考】1.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？答案由教材表21中键能的数值可知：H—F＞H—O＞H—N，而键长：H—F＜H—O＜H—N，说明分子的稳定性：HF＞H2O＞NH3，所以N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。2.有同学认为键的键能等于键的键能的2倍，这种说法是否正确？答案不正确，根据碳碳双键中含有1个π键，由于π键原子轨道重叠程度小，不如σ键稳定，所以键键能小于键键能的2倍。3.比较HF、HCl、HBr、HI分子的稳定性强弱，并说明理由。答案稳定性依次减弱，从键长和键能角度解释为原子半径：F＜Cl＜Br＜I，键长：，键能：，稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI。4.试解释氮气为什么能在空气中稳定存在？答案因为N2分子中存在键，键能大，破坏共价键需要很大的能量。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、。（2）CS2、N2O等与CO2互为等电子体，则CS2的结构式为，空间构型为直线形。（3）NO－3、CO2－3、SO3等与BF3互为等电子体，则NO－3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）SO2－4、PO3－4、SiO4－4、SiCl4等与CCl4互为等电子体，则SO2－4、PO3－4等空间构型为正四面体形。【自主思考】1.已知CN－与N2互为等电子体，则HCN分子中σ键与π键的数目之比为多少？答案1∶1。HCN中CN－与N2结构相同，含有三个键，一个σ键和两个π键；另外H和C之间形成一个σ键，所以HCN分子中σ键与π键数目之比为2∶2，即为1∶1。2.分别写出与N2、CO2互为等电子体的分子或离子。答案CO、C2－2、O2＋2；CS2、N2O、CSO、SCN－、N－3。[效果自测]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，σ键与π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C—C键键能的2倍D.因为O—H键的键能小于H—F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H—O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，Cl—Cl键的键长小于I—I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C≡C键的键长要大，B项正确；C===C键的键能为615kJ·mol－1，C—C键的键能为347.7kJ·mol－1，二者不是2倍的关系，C项错误；O—H键的键能为462.8kJ·mol－1，H—F键的键能为568kJ·mol－1，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，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O3B.CO2与NO2C.CS2与NO2D.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探究一共价键参数与分子的性质【探究讨论】1.半径越小，键能越大吗？提示不一定。F—F的键能为157kJ/mol，Cl—Cl的键能为242.7kJ/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157kJ/mol、242.7kJ/mol、193.7kJ/mol、152.7kJ/mol。【点拨提升】1.共价键参数的应用（1）键能的应用①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。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ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，ΔH＜0时，为放热反应；ΔH＞0时，为吸热反应。（2）键长的应用①一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子越稳定。②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①键长和键角决定分子的空间构型②常见分子的键角与分子空间构型化学式结构式键角空间构型CO2180°直线形NH3107°三角锥形H2O105°V形BF3120°平面三角形CH4109°28′正四面体形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。【典题例证1】下列说法中正确的是()A．分子中键能越大，键长越短，则分子越稳定B．只有非金属原子之间才能形成共价键C．水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°D．H—O键键能为463kJ/mol，即18gH2O分解成H2和O2时，消耗能量为(2×463)kJ解析在分子中键能越大，键长越短，分子越稳定，A正确；有些金属和非金属之间也能形成共价键，如AlCl3，B错误；水分子中两个H—O键的键角为105°，C错误；H—O键键能为463kJ/mol指的是拆开1molH—O键形成气态氢原子和氧原子所吸收的能量为463kJ，1molH2O中含2molH—O键，需吸收(2×463)kJ的能量形成气态氢原子和氧原子，但氢原子和氧原子进一步形成H2和O2时释放能量，即需知H—H键和O===O键的键能方能计算，故D错。答案A【学以致用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P—Cl三个共价键的键长、键角都相等B.PCl3分子中P—Cl三个共价键键能、键角均相等C.PCl3分子中的P—Cl键属于极性共价键D.PCl3分子中P—Cl键的三个键角都是100.1°，键长相等解析PCl3分子是由P—Cl极性键构成的极性分子，其结构类似于NH3。答案D探究二等电子原理及应用【探究讨论】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－2的价电子总数为5＋6×2＋1＝18。【点拨提升】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：①判断一些简单分子或离子的立体构型；②利用等电子体在性质上的相似性制造新材料；③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价电子的等电子体：N2、CO、CN－、C2－2、NO＋、O2＋2；二原子11价电子的等电子体：NO、O＋2；三原子16价电子的等电子体：CO2、CS2、N2O、CNO－、N－3、SCN－；三原子18价电子的等电子体：NO－2、O3、SO2；四原子24价电子的等电子体：NO－3、CO2－3、BF3、SO3(g)、SiO2－3；四原子26价电子的等电子体：NF3、PCl3、NCl3、SO2－3；五原子8价电子的等电子体：CH4、NH＋4、SiH4；五原子32价电子的等电子体：SiF4、CCl4、BF－4、SO2－4、SiO4－4、PO3－4、ClO－4。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（n＝1，2等）的原子，如N2与CO、N－3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－3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。【典题例证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－2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－2为三原子，各原子最外层电子数之和为（5＋6×2＋1），SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和为6×3＝18。答案（1）N2COCO2N2O（2）SO2、O3【学以致用2】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CaC2＋2H2O―→＋Ca（OH）2。CaC2中C2－2与O2＋2互为等电子体，O2＋2的电子式可表示为；1molO2＋2中含有的π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。①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、。②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