学年人教版选修3 第2章第1节共价键Word格式文档下载.docx
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105°
H2O
直线形
180°
CO2、CS2、CH≡CH
共价键参数
1.N—H键键能的含义是( )
A.由N和H形成1molNH3所放出的能量
B.把1molNH3中的共价键全部拆开所吸收的热量
C.拆开约6.02×
1023个N—H键所吸收的热量
D.形成1个N—H键所放出的热量
答案 C
解析 N—H键的键能是指形成1molN—H键放出的能量或拆开1molN—H键所吸收的能量,不是指形成1个N—H键释放的能量。
1molNH3中含有3molN—H键,拆开1molNH3或形成1molNH3吸收或放出的能量应是1molN—H键键能的3倍。
2.实验测得四种结构相似的单质分子的键能、键长的数据如下:
A—A
B—B
C—C
D—D
键长/10-10m
a
0.74
c
1.98
193
b
151
d
已知D2分子的稳定性大于A2,则a>
______;
d>
________;
比较a、c的大小__________;
比较b、d的大小__________。
答案 1.98 193 a<
c b>
解析 结构相似的单质分子中,键长越短,键能越大,分子越稳定。
二、等电子原理
1.比较N2和CO的结构、性质,填写下表空格:
分子
N2
CO
结构
原子数
2
电子数
14
价电子数
10
立体构型
性质
沸点/℃
-195.81
-191.49
熔点/℃
-210.00
-205.05
液体密度/g·
cm-3
0.796
0.793
2.分析比较N2和CO的结构和性质,得出的结论是CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数,其性质相近。
3.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(主要是物理性质)是相近的。
满足等电子原理的分子互称为等电子体。
归纳总结
等电子体的理解
(1)等电子体判断方法:
原子总数相同和价电子总数相同的分子。
(2)等电子体应用:
等电子体的许多性质是相近的,立体构型是相同的。
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)常见的等电子体
类型
空间构型
双原子10电子的等电子体
N2、CO、NO+、C
、CN-
三原子16电子的等电子体
CO2、CS2、N2ONO
、N
、BeCl2(g)
三原子18电子的等电子体
NO
、O3、SO2
V形
四原子24电子的等电子体
、CO
、BO
、CS
、BF3、SO3(g)
平面三角形
五原子32电子的等电子体
SiF4、CCl4、BF
、SO
、PO
3.1919年,Langmuir提出等电子原理:
原子总数相同、电子总数相同的分子,互称为等电子体。
等电子体的结构相似、物理性质相近。
(1)根据上述原理,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)此后,等电子原理又有所发展。
例如,由短周期元素组成的微粒,只要其原子总数相同,各原子最外层电子数之和相同,也可互称为等电子体,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________、________。
答案
(1)N2 CO CO2 N2O
(2)SO2 O3
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电子总数均为14,CO2与N2O电子总数均为22。
(2)依题意,只要原子总数相同,价电子总数也相同,即可互称为等电子体,NO
为三原子,其价电子总数为(5+6×
2+1)=18,SO2、O3也为三原子,价电子总数均为6×
3=18。
4.依据等电子原理在下表中填出相应的化学式。
CH4
C2O
NH
N2H
答案 (从上到下,从左到右)C2H6 NO
CO2 N2O4CO
解析 通过对CH4和NH
的比较可知,由于C的原子序数比N的原子序数小1,所以C原子的电子数与N+的电子数相等,因此只要C、N原子数相等且其他元素种类和原子总数相同即符合题意,不要忘了所带的电荷数。
如N2H
和C2H6。
1.共价键的三个键参数,键长、键能可用来判断共价键的稳定性,键角可用于判断分子的立体构型。
2.等电子体原子总数相同,价电子总数相同,但组成原子的核外电子总数不一定相同。
1.下列说法不正确的是( )
A.键能越小,表示化学键越牢固,越难以断裂
B.成键的两原子核越近,键长越短,化学键越牢固,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.键能、键长只能定性地分析化学键的强弱
答案 A
解析 键能越大,断开该键所需的能量越多,化学键越牢固,性质越稳定,故A错误;
B、C、D均正确。
2.根据π键的成键特征,判断C===C键的键能和C—C键的键能的关系是( )
A.双键的键能等于单键的键能的2倍
B.双键的键能大于单键的键能的2倍
C.双键的键能小于单键的键能的2倍
D.无法确定
解析 根据碳碳双键中含有1个π键,由于π键电子云重叠程度小,不如σ键稳定,所以双键的键能小于单键键能的2倍,选项C正确。
3.下列说法中能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面的是( )
A.任意两个B—F键间的夹角相等
B.3个B—F键键能相等
C.3个B—F键键长相等
D.任意两个B—F键间的夹角为120°
答案 D
解析 键参数中,键能和键长是用于判断共价键稳定性的依据,而键角是判断分子立体构型的依据。
任意两个B—F键间的夹角均为120°
时,正好构成一个以B原子为中心的平面结构,因此4个原子共平面。
4.下列物质属于等电子体的一组是( )
A.CH4和NH
B.B3H6N3和C8H8
C.F-和MgD.H2O和CH4
解析 等电子体要具备两个条件:
一是微粒的原子总数相同,二是微粒的价电子总数相同。
分析可知A项正确,C项中F-和Mg的价电子总数不同,B、D项中的原子总数不相同。
5.P元素的价电子排布为3s23p3,P与Cl形成的化合物有PCl3、PCl5,对此判断正确的是( )
A.磷原子最外层有三个未成对电子,故只能结合三个氯原子形成PCl3
B.PCl3分子中的P—Cl键含有π键
C.PCl5分子中的P—Cl键都是π键
D.磷原子最外层有三个未成对电子,但是能形成PCl5,说明传统的价键理论存在缺陷
解析 PCl3的电子式为
P—Cl键都是σ键。
PCl5分子中有5个P—Clσ键,这违背了传统价键理论饱和性原则,说明传统价键理论不能解释PCl5的结构,即传统价键理论存在缺陷。
6.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:
化学键
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O
356
413
336
226
318
452
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__________________________。
答案
(1)CH4比SiH4稳定
(2)C—C键和C—H键较强,所形成的烷烃稳定,而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低,易断裂,导致长链硅烷难以生成
(3)C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定,而Si—H的键能却远小于Si—O键,所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键
解析
(1)因为C—H键的键能大于Si—H键的键能,所以CH4比SiH4稳定。
(2)C—C键和C—H键的键能比Si—H键和Si—Si键都大,因此烷烃比较稳定,而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低,易断裂,导致长链硅烷难以生成。
(3)C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定,而Si—H键的键能却远小于Si—O键,所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。
[基础过关]
题组一 共价键参数及其应用
1.关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是( )
A.键角是描述分子立体构型的重要参数
B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关
C.键能越大,键长越长,共价化合物越稳定
D.键角的大小与键长、键能的大小无关
解析 键能越大,键长越短,共价化合物越稳定。
2.下列说法中正确的是( )
A.双原子分子中化学键键能越大,分子越稳定
B.双原子分子中化学键键长越长,分子越稳定
C.双原子分子中化学键键角越大,分子越稳定
D.在双键中,σ键的键能要小于π键的键能
解析 当键能越大,键长越短时,分子越稳定,故A项正确,B项错误;
在双原子分子中没有键角,C项错误;
σ键的重叠程度大于π键的,故σ键的键能要大于π键的,D项错误。
3.氰气的分子式为(CN)2,结构式为N≡C—C≡N,性质与卤素相似。
下列叙述正确的是( )
A.分子中原子的最外层均满足8电子结构
B.分子中N≡C键的键长大于C—C键的键长
C.分子中含有2个σ键和4个π键
D.不能和氢氧化钠溶液发生反应
解析 (CN)2分子中每个C、N原子分别形成4个键、3个键,原子的最外层均满足8电子结构,且含有3个σ键,4个π键。
成键原子半径越大,键长越长,N原子半径小于C,故N≡C键比C—C键的键长短;
由(CN)2与卤素性质相似,卤素能和NaOH溶液反应,知(CN)2也可以和NaOH溶液反应,所以D错误。
4.从实验测得不同物质中氧氧之间的键长和键能的数据如下:
O—O键
数据
O
O2
键长/10-12m
149
128
121
112
x
y
z=494
w=628
其中x、y的键能数据尚未测定,但可根据规律性推导键能的大小顺序为w>
z>
y>
x;
该规律性是( )
A.成键的电子数越多,键能越大
B.键长越长,键能越小
C.成键所用的电子数越少,键能越大
D.成键时电子对越偏移,键能越大
答案 B
解析 共用一对共用电子对形成一个共价键,所以成键电子数越多,共价键数越多,但键能不一定大,A错误;
键能越长,说明轨道的重合程度越小,越容易断裂,键能越小,B正确;
成键电子数越多,键能越大,C错误;
电子对越偏移说明极性越大,和键能没有必然关系,D错误。
题组二 键能与反应热的互求方法
5.已知H—H键能为436kJ·
mol-1,H—N键能为391kJ·
mol-1,根据化学方程式N2+3H2
2NH3,1molN2与足量H2反应放出的热量为92.4kJ·
mol-1,则N≡N键的键能是( )
A.431kJ·
mol-1B.945.6kJ·
C.649kJ·
mol-1D.896kJ·
解析 本题与热化学反应方程式有关,N≡N、H—H键的断裂需要吸收能量,而N—H的形成需要放出能量,根据能量守恒可得如下关系式:
Q+436kJ·
mol-1×
3-391kJ·
6=-92.4kJ·
mol-1,解得Q=945.6kJ·
6.已知N2+O2===2NO为吸热反应,ΔH=+180kJ·
mol-1,其中N≡N、O===O键的键能分别为946kJ·
mol-1、498kJ·
mol-1,则N—O键的键能为( )
A.1264kJ·
mol-1B.632kJ·
C.316kJ·
mol-1D.1624kJ·
解析 180kJ·
mol-1=946kJ·
mol-1+498kJ·
mol-1-2E(N-O),所以E(N-O)=632kJ·
7.化学反应可视为旧键的断裂和新键的形成过程。
化学键的键能是形成化学键时释放的能量。
已知白磷和P4O6的分子结构如图所示,现提供以下化学键的键能(kJ·
mol-1):
P—P:
198 P—O:
360 O===O:
498,则反应P4(白磷)+3O2===P4O6的反应热ΔH为( )
A.-1638kJ·
mol-1B.+1638kJ·
C.-126kJ·
mol-1D.+126kJ·
解析 反应中的键能包括:
断裂1molP4和3molO2分子中共价键吸收的能量和形成1molP4O6分子中共价键放出的能量。
由各物质的分子结构知1molP4含6molP—P键,3molO2含3molO===O键,化学反应的反应热ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。
故ΔH=(198kJ·
6+498kJ·
3)-360kJ·
12=-1638kJ·
题组三 等电子原理及应用
8.N2的结构可以表示为
,CO的结构可以表示为
,其中椭圆框表示π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.CO分子与N2分子中的π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分子中均有一个σ键和两个π键,所以二者都含有三键,A正确;
N2分子中的两个π键是由每个氮原子各提供两个p轨道以“肩并肩”的方式形成的,而CO分子中的一个π键是氧原子单方面提供电子对形成的,B正确;
N2与CO的原子总数和价电子总数均相同,为等电子体,性质相似,但并不完全相同,C正确,D错误。
9.已知原子总数和价电子总数相同的离子或分子结构相似,如SO3、NO
都是平面三角形。
那么下列分子或离子中与SO
有相似结构的是( )
A.PCl5B.CCl4C.NF3D.N
解析 SO
的价电子数为32个,CCl4的原子数为5,价电子数为4+4×
7=32,故与SO
有相似结构(均为正四面体形);
PCl5分子中价电子数为5+7×
5=40,NF3分子中价电子数为5+7×
3=26,N
的价电子数为5×
3+1=16。
10.通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。
人们发现等电子体的立体构型相同,则下列有关说法中正确的是( )
是等电子体,键角均为60°
B.NO
和CO
是等电子体,均为平面正三角形结构
C.H3O+和PCl3是等电子体,均为三角锥形结构
D.B3N3H6和苯是等电子体,B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道
解析 CH4和NH
为等电子体,都是正四面体结构,键角均为109°
28′,A项不正确;
是等电子体,均为平面正三角形结构,B项正确;
H3O+和PCl3价电子总数不相等,不是等电子体,C项不正确;
B3N3H6结构与苯相似,也存在“肩并肩”式重叠的轨道,D项不正确。
[能力提升]
11.下列结构图中“
”代表原子序数从1~10的元素的原子实(原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分),小黑点代表未用于形成共价键的最外层电子,短线代表价键。
(示例:
)
根据各图表示的结构特点,写出上述分子的化学式:
A:
________,B:
________,C:
__________,D:
________。
答案 NH3 HCN CO(NH2)2 BF3
解析 A显然是NH3,它是一个三角锥形分子,且N原子有一对电子未参与成键,3个价电子用于形成3个单键,而与N原子相连的原子只有一个价电子,故只可能是H原子。
B是H—C≡N,这是因为:
第一,它是直线形分子;
第二,中间一个原子成4个键,所以是C原子,左边原子只有一个价电子,故为H原子,而右边原子显然是N原子。
C是
,从图可看出,最上面的原子是O原子,它用2个价电子与C原子形成双键,成为羰基,左、右两边与C相连的显然是N原子,同理与N原子相连的两个只含1个价电子的原子显然是H原子。
D是BF3,在1~10号元素中价电子为7的只有F原子,每个F原子各用一个价电子与中间原子形成单键,而中间一个原子只有3个价电子,应该是B原子,故该分子是平面三角形的BF3。
12.等电子体是指两个或两个以上的分子(或离子),它们的原子总数相同、分子(或离子)中价电子总数也相同。
(1)SiO
、SO3、NO
三种粒子________(填“是”或“不是”)等电子体,其中Si、S、N三种基态原子的第一电离能的大小关系为____________________。
(2)C2O
和________是等电子体,C2O
具有较强的还原性,它能使酸性KMnO4溶液褪色,Mn原子在元素周期表中的位置是__________,价电子排布式为______________。
(3)两原子14个电子的等电子体的共同特点是物质中都具有共价三键,请举出相应的3个例子:
________(分子或离子)。
每个分子或离子中含________个σ键,________个π键。
答案
(1)是 N>
S>
Si
(2)N2O4 第四周期ⅦB族 3d54s2
(3)N2、CO、CN- 1 2
解析
(1)三种粒子均为四原子24价电子微粒,属于等电子体。
(2)寻找C2O
的等电子体,首先想到将C替换为N,然后凑足价电子总数,此微粒可以是N2O4。
(3)两原子14个电子的微粒首先应想到N2,然后以N2为基础,尝试替换为C原子和O原子,使价电子总数相等即可。
13.已知键能、键长部分数据如下表:
Cl—Cl
Br—Br
I—I
H—O
键能
(kJ·
mol-1)
242.7
193.7
152.7
462.8
键长(pm)
198
228
267
96
C==C
C≡C
N—H
N==O
O—O
O==O
347.7
615
812
413.4
390.8
607
142
497.3
154
133
120
109
101
(1)下列推断正确的是________(填字母,下同)。
A.稳定性:
HF>
HCl>
HBr>
HI
B.氧化性:
I2>
Br2>
Cl2
C.沸点:
H2O>
D.还原性:
HI>
HF
(2)下列有关推断正确的是________。
A.同种元素形成的共价键,稳定性:
三键>
双键>
单键
B.同种元素形成双键键能一定小于单键的2倍
C.键长越短,键能一定越大
D.氢化物的键能越大,其稳定性一定越强
(3)在相同条件下,将乙烯、乙炔以同速率通入等体积同浓度的溴的四氯化碳溶液中,下列观察到的现象正确的是________。
A.前者和后者同时褪色
B.前者后褪色,后者先褪色
C.前者先褪色,后者后褪色
D.无法判断
(4)在HX分子中,键长最短的是____________________________________________,
最长的是________;
O—O键的键长________(填“大于”“小于”或“等于”)O===O键的键长。
答案
(1)ACD
(2)A (3)C (4)HF HI 大于
解析
(1)根据表中数据,同主族气态氢化物的键能从上至下逐渐减小,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;
由表格数据知,E(H—O)>
E(N—H),又因为r(O)<
r(N),则H2O的沸点比NH3高,C项正确;
还原性与失电子能力有关,还原性:
HF,D项正确。
(2)由碳碳键的数据知A项正确;
由O—O键、O===O键的键能知,B项错误;
C—H键的键长大于N—H键的键长,但是N—H键的键能反而较小,C项错误;
由C—H、N—H的键能知,CH4的键能较大,而稳定性较弱,D项错误。
(3)乙烯断裂一个π键,键能为(615-347.7)kJ·
mol-1=267.3kJ·
mol-1,乙炔断裂2个π键总键能为(812-347.7)kJ·
mol-1=464.3kJ·
mol-1,说明乙炔断裂两个π键难于乙烯断裂一个π键,C项正确。
14.a、b、c、d为四种由短周期元素构成的中性粒子,它们都有14个电子,且都是共价键形成的物质。
(1)a是单原子组成,a单质可用作半导体材料,a原子核外电子排布式为_________________。
(2)b是双核化合物,常温下为无色无味气体。
b的化学式为________。
人一旦吸入b气体后,就易引起中毒,是因为_________________________________________________
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