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【名校资料】2013-2014年山西大同一中高二化学人教版选修三同步课件:共价键的键参数与等电子原理 26张PPT


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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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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2. 等电子原理
活动与探究 2 写出常见的 18 电子微粒, 讨论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+、H2 S、 H2 O2 、N2 H4 、C2 H6 、 CH3 OH 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 N2 O 与 CO2 ,其原子数、价电子数、电子总数相等;SO2 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。

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迁移与应用 1919 年 ,Langmu ir 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 N O 2 互 为等电子体的分子有 、 。
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解析:(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 N2 O 和 CO2 。(2)N O 2 的 最外层的电子数为 :5+6× 2+1=18,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)N2 CO CO2 N2 O (2)SO2 O3
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1 .一些常见的等电子体 : 二原子 10 电子的等电子体 :N2 、 CO、 CN-; 三原子 16 电子的等电子体 :CO2 、 CS2 、 N2 O、 CNO-; 三原子 18 电子的等电子体 :N O 2 、 O3、 SO2 ; 四原子 24 电子的等电子体 :N O 3 、 CO 3 、 BF3 、 SO3 (g)。
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2 .等电子体的快速找法 : (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、N3 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 N2 O 和 N3 互为等电子体。 (3)同主族元素最外层电子数相等 ,故可将粒子中的元素原子换成 同主族元素原子 ,如 O3 和 SO2 互为等电子体。
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当堂检测
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:A

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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: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 σ 键的重叠程度要大于 π 键 ,故 σ 键的键能要 大于 π 键。 答案:A

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3 .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 键能/(kJ· mol-1) 键长/pm H —C 413.4 109 H —N 390.8 101 H —O 462.8 96 H —F 568 92

A.CH4

B.NH3

C.H2 O

D.HF

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、 H2 O、 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、 H2 O、 NH3 、 CH4 ;综合两方面因素最稳定的是 HF。 答案: D

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4 .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. 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 ,共价键越强 ,形成的共价化合物越稳定 ,故 C 项 错误。 答案:C

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+ 5 .科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构 ,例如 CH4 与 N H4 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:① ;②
CH4 NH+ 4 ①
+ N 2H 2 6

;③
CO23 ② ③ N2



2+ 解析: 根据等电子原理 ,和 N2H6 是等电子体的是 C2 H6 ,和 CO 3 是等电子 -

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体的是 NO 3 ,和 N2 是等电子体的是 CO。 答案: ① C2 H6 ②N O 3
-

③ CO

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