课时作业2：2.1.2 键参数——键能、键长与键角

第2课时 键参数——键能、键长与键角

基础巩固

1.下列说法正确的是( )

A.分子的结构是由键角决定的

B.共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定

C.CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X(X===F、Cl、Br、I)键的键长、键角均相等

D.H2O分子中两个O—H键的键角为180°

解析 分子的结构是由键参数——键角、键长决定的，A项错误；由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X(X＝F、Cl、Br、I)键的键长不相等，C项错误；H2O分子中两个O—H键的键角为105°，D项错误。

答案 B

2.根据π键的成键特征判断C===C的键能与C—C键能的数量关系( )

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 由于π键的键能比σ键键能小，双键中有一个π键和一个σ键，所以双键的键能小于单键的键能的2倍。

答案 C

3.右表为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是( )

A.W、R元素单质分子内都存在非极性键

B.X、Z元素都能形成双原子分子

C.键长W—HW—H

D.键长X—H

解析 由元素在周期表中的位置可知，X为N、W为P、Y为S、R为Ar、Z为Br。白磷单质中存在非极性键，但稀有气体分子为单原子分子，分子中没有化学键，A错误；氮气、溴单质都是双原子分子，B正确；原子半径W>Y，故键长W—H>Y—H，电负性WW—H，C错误；原子半径W>X，故键长W—H>X—H，键长越短，键能越大，故键能W—H

答案 B

4.下列说法中正确的是( )

A.分子中键能越大，键长越小，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463 kJ/mol，即18 g H2O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，键长越小，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463 kJ/mol指的是拆开1 mol H—O键形成气态氢原子和氧原子所吸收的能量为463 kJ，1 mol H2O中含2 mol H—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

5.关于键长、键能和键角，下列说法中错误的是( )

A.键角是描述分子空间结构的重要参数

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 键角是描述分子空间结构的重要参数，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615 kJ·mol－1，C—C键的键能为347.7 kJ·mol－1，二者不是2倍的关系，C项错误；O—H键的键能为462.8 kJ·mol－1，H—F键的键能为568 kJ·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 C

6.下列有关性质的比较中，正确的是( )

A.微粒半径：O2－＜F－＜Na＋＜Li＋

B.第一电离能：He＜Ne＜Ar

C.分子中的键角：CH4＞H2O＞CO2

D.共价键的键能：C—C＜C===C＜C≡C

解析 Li＋的电子层数最少，所以离子半径最小，其余三种离子的电子层结构相同，核电荷数越大，离子半径越小，所以O2－＞F－＞Na＋＞Li＋，A错误；稀有气体元素的第一电离能随电子层数的增多而减小，所以He＞Ne＞Ar，B错误；甲烷分子为正四面体形，键角是109°28′，水为V形分子，键角是105°，二氧化碳为直线形分子，键角为180°，所以二氧化碳分子中的键角最大，C错误；键长：C—C＞C===C＞C≡C，所以键能：C—C＜C===C＜C≡C，D正确。

答案 D

7.HBr气体的热分解温度比HI气体的热分解温度高的原因是( )

A.HBr分子中的键长比HI分子中的键长小，键能大

B.HBr分子中的键长比HI分子中的键长大，键能小

C.HBr的相对分子质量比HI的相对分子质量小

D.HBr分子间作用力比HI分子间作用力大

解析 HBr和HI均是共价化合物，含有共价键。由于HBr分子中的键长比HI分子中的键长小，键能大，破坏共价键消耗的能量多，所以HBr气体的热分解温度比HI气体的热分解温度高。

答案 A

8.根据下表中所列的键能数据，判断下列分子中最不稳定的是( )

化学键 H—H H—Cl H—Br Br—Br

键能/(kJ·mol－1) 436.0 431.8 366 193.7 A.HCl B.HBr

C.H2 D.Br2

解析 键能越小，键长越长，共价键越不牢固，分子越不稳定。

答案 D

9.已知H—H键能为436 kJ·mol－1，N—H键能为391 kJ·mol－1，根据化学方程式：N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，则N≡N键能约为( )

A.431 kJ·mol－1 B.946 kJ·mol－1

C.649 kJ·mol－1 D.896 kJ·mol－1

解析 化学反应的本质是反应物分子旧键断裂(吸收能量)和生成物分子新键形成(放出能量)，反应热等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和。设N≡N的键能为E(N≡N)，则有1 mol×E(N≡N)＋3 mol×436 kJ·mol－1－2 mol×3×391

kJ·mol－1＝－92.4 kJ，解得E(N≡N)≈946 kJ·mol－1。

答案 B

10.已知一定条件下断裂或形成某些化学键的能量关系如下表：

断裂或生成的化学键 能量数据

断裂1 mol H2分子中的化学键 吸收能量436

kJ

断裂1 mol Cl2分子中的化学键 吸收能量243

kJ

形成1 mol HCl分子中的化学键 释放能量431

kJ

对于反应：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)，下列说法正确的是( )

A.该反应的反应热ΔH＞0

B.生成1 mol HCl时反应放热431 kJ

C.氢气分子中的化学键比氯气分子中的化学键更牢固

D.相同条件下，氢气分子具有的能量高于氯气分子具有的能量

解析 由题表中数据可知，H—H键键能＞Cl—Cl键键能，键能越大，键越牢固，分子具有的能量越低，C项正确、D错误。

答案 C 11.白磷与氧气可发生反应P4＋5O2===P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—P a kJ·mol－1、P—O b kJ·mol－1、P===O c kJ·mol－1、O===O d kJ·mol－1。

根据如图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是( )

A.(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1

B.(4c＋12b－6a－5d) kJ·mol－1

C.(4c＋12b－4a－5d) kJ·mol－1

D.(4a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1

解析 化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。白磷和氧气反应，就是白磷中磷原子之间的化学键和氧气分子中氧原子之间的化学键断裂和P4O10分子中的化学键新形成的过程，而共价键断裂要吸收能量，共价键形成要放出能量。从图中可以看出1个白磷分子中有6个P—P共价键，所以1 mol P4中共价键断裂要吸收6a kJ的能量，1 mol氧分子中共价键断裂要吸收d kJ的能量；1个P4O10中有4个P===O共价键和12个P—O共价键，所以生成1 mol P4O10需放出(4c＋12b) kJ的能量，所以该化学反应的反应热为(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1。

答案 A

能力提升

12.Ⅰ.已知氢分子的形成过程示意图如图所示，请据图回答问题。

(1)H—H键的键长为________，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是________。

(2)下列说法中正确的是________(填字母)。

A.氢分子中含有一个π键 B.由①到④，电子在核间出现的概率增大

C.由④到⑤，必须消耗外界的能量

D.氢分子中含有一个极性共价键

Ⅱ.几种常见化学键的键能如下表所示。

化学键 Si—O H—O O===O Si—Si Si—C

键能/(kJ·mol－1) 452 462.8 497.3 226 X

请回答下列问题：

(1)试比较Si—Si键与Si—C键的键能大小：X________(填“＞”“＜”或“＝”)226 kJ·mol－1。

(2)H2被认为是21世纪人类最理想的燃料，而又有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。试计算每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为________；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为________(已知1 mol Si中含有2 mol

Si—Si键，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键)。

解析 Ⅰ.(1)可以直接从题图中读出有关数据，H—H键的键长为74 pm；体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。(2)氢分子中含有一个σ键，A项错误；核间距逐渐减小时，两个氢原子的原子轨道会相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大，B项正确；④已经达到稳定状态，当改变构成氢分子的两个氢原子的核间距时，必须消耗外界的能量，C项正确；氢分子中含有一个非极性共价键，D项错误。Ⅱ.(1)Si—Si键的键长比Si—C键的键长长，Si—Si键的键能比Si—C键的键能小。(2)由题图可知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为1 000 g÷2 g·mol－1×(462.8 kJ·mol－1×2－436 kJ·mol－1－497.3

kJ·mol－1×12)＝120 475 kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kJ·mol－1×4 mol－497.3 kJ·mol－1×1 mol－226 kJ·mol－1×2 mol＝858.7 kJ。

答案 Ⅰ.(1)74 pm ①⑤②③④ (2)BC Ⅱ.(1)＞ (2)120 475 kJ 858.7 kJ

13.氮是地球上极为丰富的元素。

(1)Li3N中氮元素以N3－存在，基态N3－的电子排布式为________。

(2)N≡N键的键能为946 kJ·mol－1，N—N键的键能为193 kJ·mol－1，说明N2中的________键比________键稳定(填“σ”或“π”)。

(3)(CH3)3NH＋和AlCl－4可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成，熔点低于