1、高中化学第二章分子结构与性质12键参数键能键长和键角等电教学案新人教版选修3第二课时键参数键能、键长和键角等电子原理学习目标：1. 认识键能、键长、键角等键参数的概念。2.能用键参数键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。3.知道等电子原理，结合实例说明“等电子原理的应用”。知识回顾1相邻原子间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。成键粒子一般为非金属元素原子(相同或不相同)或金属元素原子与非金属元素原子。2共价键的形成条件：非金属元素的原子之间形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属元素与非金属元素的原子之间形成共价键。3共价键的特征：饱和性和方向性。4键特征：以形成化学键的两原子
2、核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称；强度较大。键特征：键的电子云具有镜像对称性，即每个键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像；键不能旋转；不如键牢固，较易断裂。要点梳理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_mol化学键释放的最低能量。单位是kJmol1，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。(3)键角概念：多原子分子中，两个共价键之间的夹角叫键角
3、。写出下列分子的键角：CO2180；H2O105。多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。键角、键长、键的极性决定着分子的空间构型。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。满足等电子原理的分子称为等电子体。知识点一键参数与分子性质1一般来讲，形成共价键的两原子半径之和越小，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。如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，故共价键牢固程度HFHClHBrHI，因此，稳定性HFHClHBrHI。2键长越短，往往键能越大，共价键
4、越稳定。3键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键角是描述分子立体结构的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的空间结构就确定了。如NH3分子的HNH键角是107，NH键的键长是1011012m，就可以断定NH3分子是三角锥形分子，如图。4FF键键长短，键能小的解释F原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两F原子形成共价键时，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能小，F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。问题探究1氮气为什么能在空气中稳定存在。答案N2分子存在氮氮三键，键能(946 kJmol1)大，不易与其他物质发生反应，故能在空气中稳定存在。2如何理解反应热(H)与键
5、能的关系？答案H反应物的键能总和生成物的键能总和，其中，H0时，为吸热反应。例如，1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl的反应热的计算。已知EHH436 kJmol1，EClCl243 kJmol1，EHCl432 kJmol1，则HEHHEClCl2EHCl436 kJmol1243 kJmol12432 kJmol1185 kJmol1CCCC。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解析键能越大，断开该
6、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。答案A2参考下表化学键的键能与键长数据，判断下列分子中，受热最稳定的是()化学键HCHNHOHF键能/(kJmol1)413.4390.8462.8568键长/pm1091019692ACH4 BNH3CH2O DHF解析从键能的角度分析，四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为：HF、H2O、CH4、NH3；从键长的角度分析，四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为：HF、H2O、NH3、CH4；综合两方面因素最稳定的是HF。答案D(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
7、，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HE反应物E生成物。知识点二等电子原理1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。2常见等电子体类型实例空间构型双原子10电子(价电子总数)的等电子体N2、CO、NO、C、CN直线形三原子16电子的等电子体CO2、CS2、N2O、CNO、NO、N、CNS、BeCl2(g)直线形三原子18
8、电子的等电子体NO、O3、SO2V形四原子24电子的等电子体NO、CO、BF3、SO3(g)、BO、CS平面三角形五原子32电子的等电子体SiF4、CCl4、BF、SO、PO正四面体形七原子48电子的等电子体SF6、PF、SiF、AlF正八面体形问题探究电子数相同的微粒与等电子体是否相同？答案电子数相同的微粒是指微粒中所有的电子数之和相同，但微粒中原子的数目不一定相同，如18电子的微粒有S2、HS、Cl、Ar、K、Ca2、H2S、H2O2、N2H4、C2H6、CH3OH等。等电子体是指原子总数相等、价电子数相同的微粒，其电子总数不一定相同。如N2O与CO2，其原子数、价电子数、电子总数相等；S
9、O2和O3其原子数相同、价电子数相同，但电子总数SO2为32，O3电子总数为24，显然电子总数不同。等电子体的快速找法要互为等电子体，就是要求粒子中原子总数和各原子价电子总数均相等，其解决方法通常为(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均互为等电子体。(2)将粒子中一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素的带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等，故可将粒子中原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。(1)等电子体的价电子总数相同，而组成原子的核外电子总数不一定
10、相同，如CO2和CS2。(2)可将等电子原理扩大到离子，应用更为广泛。(3)应用等电子原理的前提是原子总数必须相同，其次是价电子总数相同。对主族元素来说，必须是最外层电子数相同而不是总电子数相同，如CO2和CS2是等电子体，而CH4和NH3不是等电子体。11919年，Langmuir提出等电子体的概念后，等电子体的概念又得到发展，由短周期元素组成的粒子，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。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()ASO2与O3 BCO2与NO2CCS2与NO2 DPCl3与BF3解析由题中信息可知，只要
11、算出分子中各原子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。通过计算可知A项符合。答案A21919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的粒子，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_、_。解析
12、(1)第二周期元素中，只有B、C、N、O、F可形成共价型分子，同素异形体间显然不能形成等电子体，若为含两个原子的等电子体，则可能是某元素的单质与其相邻元素间的化合物，如N2与CO，在此基础上增加同种元素的原子可得其他的等电子体，如N2O和CO2。(2)NO的最外层的电子数为：562118，平均每个原子的最外层电子数为6，则可能为O3或SO2。答案(1)N2COCO2N2O(2)SO2O3等电子体的价电子总数相同，而组成原子核外电子总数不一定相同，如CO2和CS2。知识脉络共价键 核心要点1键能、键长、键角是共价键的三个参数键能、键长决定了共价键的稳定性；键长、键角决定了分子的空间构型。2等电子
13、体：原子数相同，价电子数也相同的微粒。如：CO和N2，CH4和NH等电子体性质相似。1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，键的键能要小于键的键能解析在双原子分子中没有键角，故C错；当键能越大，键长越短时，分子越稳定，故A对，B错；D中键的重叠程度要大于键，故键的键能要大于键。答案A2科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构，例如CH4与NH有相同的电子数和空间构型。依此原理在下表空格中填出相应的化学式：CH4CONHN2HN2解析根据等电子原理，和N2H是等电子体的是C2H6
14、，和CO是等电子体的是NO，和N2是等电子体的是CO。答案C2H6NOCO3某些共价键的键能数据如下表(单位：kJmol1)：共价键HHClClBrBrHClHIIINNHOHN键能436243194432299153946463391(1)把1 mol Cl2分解为气态原子时，需要_(填“吸收”或“放出”)_kJ能量。(2)由表中所列化学键形成的单质分子中，最稳定的是_，最不稳定的是_；形成的化合物分子中最稳定的是_，最不稳定的是_。(3)试通过键能数据估算下列反应的反应热：H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)解析本题主要考查键能的定义以及键能与化学键稳定性的关系。(1)键能是指气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量，新键形成释放能量，则旧键断裂必然吸收能量，根据能量守恒定律断开1 mol ClCl键吸收的能量等于形成1 mol ClCl键释放的能量。(2)键能越大，化学键越稳定，越不容易断裂，化学性质越稳定，因此最稳定的单质为N2，最不稳定的单质是I2，最稳定的化合物是H2O，最不稳定的化合物是HI。(3)HE(反应物键能之和)E(生成物键能之和)(4362432432) kJmol1185 kJmol1。答案(1)吸收243(2)N2I2H2OHI(3)H185 kJmol1。
