2020高中化学人教版选修三教学课件：2-1-2 键参数——键能、键长和键角 等电(共38张)

4．F－F 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 kJ·mol－1)大，不易 与其他物质发生反应，故能在空气中稳定存在。
1．1919 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( )
A．SO2 与 O3 C．CS2 与 NO2
(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
(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° ；H2O 105° 。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。
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。
熟记六种常见物质类型
(1)通过键长、键角可以判断分子的立体构型。 (2)键长不等于成键两原子半径的和，而是小于其半径的和。 (3)键能与键长反映键的强弱程度，键长和键角用来描述分子 的立体结构。 (4)有机物分子中碳原子与碳原子形成的共价键的键长规律 如下：C－C>C＝C>C≡C。
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
4．σ 键特征：以形成化学键的两原子核的 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 。
π 键特征：π 键的电子云具有镜像对称性，即每个 π 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 ；π 键
2．键长越短，往往键能越 大 ，共价键越 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 H－N－H 键角是 107°，N－H 键的键长是 101×10－12m，就可以断定 NH3 分子是 三角锥 形分子，如图。
[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 N2O 和 CO2。(2)NO2－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。
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．常见等电子体子总数)的 N2、CO、NO＋、
(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。
五原子 32 电子 SiF4、CCl4、BF4－、 的等电子体 SO24－、PO34－
七原子 48 电子 SF6、PF－ 6 、SiF26－、 的等电子体 AlF36－
空间构型 V形
平面三角形
正四面体形 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；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。
[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．等电子体：原子数相同，价电子数也相同的微粒。如： CO 和 N2，CH4 和 NH＋ 4 等电子体性质相似。
请做：随堂达标验收S
[答案] (1)N2 CO CO2 N2O (2)SO2 O3
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]
共价键键参数键最 键键能低 长角：能 ：：气量 形任态成意基共两态价个原键共子的价形两键成个之1原间m子的o之夹l化间角学的键核释间放距的 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，它们的许多性质相近。
键长/pm 109
101
96
92
A．CH4 C．H2O
B．NH3 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、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)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 NO2－互为等电子体的分子有________、______。
2．如何理解反应热(ΔH)与键能的关系？
[答案] ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和，其 中，ΔH<0 时，为放热反应；ΔH>0 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 EH－H ＝436 kJ·mol－1，ECl－Cl＝243 kJ·mol－1，EH－Cl＝432 kJ·mol－1，则 ΔH＝ EH－ H＋ ECl－ Cl－ 2EH－ Cl＝ 436 kJ·mol－ 1＋ 243 kJ·mol－ 1－ 2×432 kJ·mol－1＝－185 kJ·mol－1<0，该反应为放热反应。
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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 H－F>H－Cl>H－Br>H－I，因此，稳定性 HF > HCl > HBr > HI。
等电子体
C22－、CN－
三原子 16 电子 CO2、CS2、N2O、 的等电子体 CNO－、NO＋2 、N3－、 CNS－、BeCl2(g)
空间构型 直线形
直线形
类型
实例
三原子 18 电子 的等电子体 NO－ 2 、O3、SO2
四原子 24 电子 NO－ 3 、CO23－、BF3、 的等电子体 SO3(g)、BO33－、 CS23－
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(n ＝1,2 等)的原子，如 N2 与 CO、N－ 3 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 N3－互为 等电子体。
[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
2．参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 H－C H－N H－O H－F
键能 413.4 390.8 462.8 568
/(kJ·mol－1)
B．CO2 与 NO2 D．PCl3 与 BF3
[解析] 由题中信息可知，只要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] A
2．1919 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。