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第二章 分子结构与性质
第一节 共价键
课时2 键参数——键能、键长与键角
学习目标
1.通过认识共价键的键能、键长和键角,从微观角度模型化解释分子的空间结构。
2.结合共价键的键长、键能和键角等数据,理解分子的性质与键参数的关系,培养证据推理与模型认知的核心素养。
3.掌握用共价键的强弱解释物质稳定性的方法。
思考讨论
卤化氢 在1000℃分解的百分数/%
HCl 0.0014
HBr 0.5
HI 33
得出：在1000℃时，卤化氢分解率大小比较为HCl＜HBr＜HI
说明：卤化氢的稳定性大小比较为HCl＞HBr ＞ HI
如何解释HCl、HBr 、 HI的稳定性的差异呢？
键能
01
键能
气态分子中 1 mol 化学键解离成气态原子所吸收的能量
概念
kJ mol-1
单位
测定条件
通常是298.15K、100kPa条件下的标准值。
意义
越强
难
衡量共价键的强弱，键能越大，共价键 ，越 断裂
注意：断开CH4中的4个C—H，所需能量并不相等，因此，CH4中的C—H只能是平均值，而表2-1中的C—H键能是更多分子中的C—H键能的平均值。
键能可以实验测定，更多是推算获得，是平均值
01
键能
应用
(1)判断共价键的稳定性：
键能越大，共价键越牢固
(2)判断分子的稳定性：
一般来说，结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。
根据热效应判断：同类型反
应，反应放出的热量越多，产
物越稳定。
根据能量判断：能量越低越
稳定
(3)估算化学反应的反应热：
ΔH=反应物中化学键键能之和－生成物中化学键键能之和
01
键能
键 键能 键 键能
H－H 436.0 N≡N 946
F－F 157 N－O 176
Cl－Cl 242.7 N＝O 607
Br－Br 193.7 O－O 142
I－I 152.7 O＝O 497.3
C－C 347.7 C－H 413.4
C=C 615 N－H 390.8
C≡C 812 O－H 462.8
C－O 351 H－F 568
C＝O 745 H－Cl 431.8
N－N 193 H－Br 366
N＝N 418 H－I 298.7
1、对于同种元素形成的单键、双键、三键的键能有何差异？
2、双键键能不等于单键键能的两倍，说明了什么？
同种元素:单键<双键<三键(键能)
σ键 和 π键 键能不相等：
C与C之间：σ键＞ π键
N与N之间：σ键< π键
01
键能
键 键能 键 键能
H－H 436.0 N≡N 946
F－F 157 N－O 176
Cl－Cl 242.7 N＝O 607
Br－Br 193.7 O－O 142
I－I 152.7 O＝O 497.3
C－C 347.7 C－H 413.4
C=C 615 N－H 390.8
C≡C 812 O－H 462.8
C－O 351 H－F 568
C＝O 745 H－Cl 431.8
N－N 193 H－Br 366
N＝N 418 H－I 298.7
3、对比卤素单质的键能，与卤素氢化物的键能，你能发现什么规律？
从上到下，卤素原子半径越大，键能越小（F除外）
【思考】
为什么呢？
键长
02
键长
概念
衡量共价键强弱的另一重要参数
构成化学键的两个原子的核间距。（不过，分子中的原子始终处于不断振动之中，键长只是振动着的原子处于平衡位置时的核间距。）
pm（1 pm＝10-12 m）
单位
同类型化学键：原子半径越大，键长越长
02
键长
1、对比，卤素单质、卤素氢化物键能和键长，你能发现什么规律？
相同类型的化学键：原子半径越大，键长越长，键能越小（F除外）
02
键长
F-F不符合“键长越短，键能越大”的规律，为什么？
F原子半径很小，因此F-F的键长短，而由于键长短，两个F原子形成共价键时，原子核之间的距离小，排斥力大，因此键能小。
02
键长
2、对比碳碳键 键能和键长，你能发现什么规律？
相同原子形成的化学键：键长：三键>双键>单键，键长越长，键能越小
02
键长
总结
键能和键长的关系
1、都是是衡量共价键强弱的重要参数
2、同种类型的键，成键原子半径越小，键长越短，键能 越大，化学键越稳定
3、相同的成键原子：单键键长 > 双键键长 >三键键长，但是键能大的不一定稳定（不会完全断裂）
键能除了判断共价键稳定性以外，还能估算化学反应的反应热：故根据化学键的键能数据可计算化学反应的反应热 ΔH=反应物中化学键键能之和﹣生成物中化学键键能之和
注意
02
键长
思考讨论
(1) 参照教材表2-1中的键能数据。计算1 mol H2分别与1 mol Cl2、1 mol Br2(蒸气)反应生成 2 mol HCl和 2 mol HBr 时，哪一个释放出的能量更多？
解析：对于反应H2(g)＋Cl2(g)==2HCl(g)　
ΔH＝（436.0＋242.7 －2×431.8） kJ·mol－1＝－184.9 kJ·mol－1。
对于反应H2(g)＋Br2(g) ===2HBr(g)　
ΔH＝（436.0 ＋193.7 －2×366 ）kJ·mol－1＝－102.3 kJ·mol－1。
02
键长
思考讨论
如何用计算的结果说明氯化氢分子和溴化氢分子那个更容易发生热分解生成相应的单质？
通过计算 1 mol H2与 1 mol Cl2反应生成 2 mol HCl时，放出184.9 kJ 的热量；1 mol H2与 1 mol Br2(蒸气)反应生成 2 mol HBr时,放出 102.3 kJ 的热量。说明 2 mol HBr 分解需要吸收的能量比 2 mol HCl低,故HBr更易分解。
02
键长
思考讨论
(2)N2、O2、F2与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
N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强,其原因是N≡N键、O=O键、F—F键的键能依次为946 kJ·mol-1、497.3 kJ·mol-1、157 kJ·mol-1,键能越来越小,共价键越来越容易断裂。而N-H、O-H、F-H键的键能依次为390.8kJ·mol-1、462.8kJ·mol-1、568kJ·mol-1键能越来越大，共价键越来越容易生成。
02
键长
思考讨论
（3）如何理解常温下N2化学性质稳定，而乙炔和乙烯化学性质活泼？
　键能数据表明，N≡N的键能大于N—N的键能的三倍，N=N的键能大于N—N的键能的两倍；而C≡C的键能却小于C—C的键能的三倍，C=C的键能小于C—C的键能的两倍，说明乙烯和乙炔中的π键不牢固，易发生加成反应，而N2分子中N≡N非常牢固，所以氮分子不易发生加成反应。
02
键长
(3) 通过上述例子，你认为键长、键能对分子的化学性质有什么影响？
提示：键长越小，键能越大，分子的化学性质越不活泼。
思考讨论
键角
03
键角
概念
描述分空间结构重要的参数、
在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角。
105℃
键角是描述分子空间结构的重要参数，多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性
意义
键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。
测定
03
键角
分子的空间结构 键角 实例
正四面体形 CH4、CCl4
平面形 苯、乙烯、BF3等
三角锥形 NH3
V形(角形) H2O
直线形 CO2、CS2、CH≡CH
常见分子的键角和空间结构
109°28′
120°
107°
105°
180°
03
键角
思考讨论
1.如图白磷和甲烷均为正四面体结构：它们的键角是否相同，为什么？
　不同，白磷分子的键角是指P—P之间的夹角，为60°；而甲烷分子的键角是指C—H的夹角，为109°28′。
03
键角
思考讨论
2、实验测得H2S为共价化合物，H—S—H的夹角为92.3°，键长相同，则H2S的空间结构是什么？
H2S分子是V形结构
课堂总结
04
课堂总结
键能
键长和键角
概念
规律
应用
概念
规律
应用
规律一：形成共价键的原子的原子半径越大，键能越小
规律二：成键原子相同，单键的键能<双键的键能<三键的键能
判断共价键的稳定性
判断分子的稳定性
利用键能计算反应热
规律一：同种类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越小
规律二：成键原子相同的共价键的键长：单键键长＞双键键长＞三键键长
规律三：一般地，键长越短, 键能越大，共价键越牢固,由此形成的分子越稳定
键参数
注意：由分子构成的物质，其熔、沸点与共价键的键能和键长无关，而分子的稳定性由键长和键能大小决定。
课堂练习
05
课堂练习
1、关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是（ ）
A．键长越长，键能越大，共价化合物越稳定
B．通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热的大小 C．键角是确定多分子立体结构的重要参数
D．同种原子间形成的共价键键长：三键＜双键＜单键
A
05
课堂练习
2、下列描述不正确的是（ ）
A．碳碳键键长：碳碳单键>碳碳双键>碳碳三键
B．最高价含氧酸的酸性：H2CO3C．微粒半径：Li+D．键角：BF3>CH4>H2O
C
05
课堂练习
3、共价键①N≡N　②H—F　③H—O　④N—H　⑤P—H中,键能由大到小的顺序正确的是(　 　)
A.①②③④⑤　　　　 B.⑤④③②①
C.①⑤④③② D.②③④⑤①
A
05
课堂练习
4、关于键能、键长和键角，下列说法中不正确的是(　　)
A．键能可用于估算反应热
B．键长的长短与成键原子的半径和成键数目有关
C．一般情况下，键长越长，键能越大，共价化合物越稳定
D．键角的大小与键长的长短、键能的大小无关
C
05
课堂练习
5、氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C－C≡N，性质与卤素相似。下列说法正确的是
A．不和氢氧化钠溶液发生反应
B．分子中N≡C的键长大于C－C的键长
C．分子中含有两个σ键和四个π键
D．分子中既有极性键又有非极性键
D
05
课堂练习
6、下列关于乙烷和乙烯的说法正确的是
A．二者的键角均相等
B．二者σ键个数之比为7：5
C．二者的键长均相等
D．碳碳键的键能后者是前者的两倍
B
05
课堂练习
7、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
A
05
课堂练习
8、X、Y、Z、Q、W是原子序数依次增大的前四周期元素，其中X是宇宙中含量最多的元素；在同周期元素中，第一电离能数值比Y大的元素有2种；Z元素原子的价层电子排布是nsnnp2n；Q、W元素原子的最外层均只有1个电子，但Q元素原子中只有两种形状的电子云，W元素原子的次外层内的所有轨道的电子均成对。下列说法错误的是
A．电负性：XB．键能：X Y > X Z
C．Q 2Z2的阴阳离子比为1：2
D．W元素位于元素周期表的ds区
B
05
课堂练习
【分析】X、Y、Z、Q、W是原子序数依次增大的前四周期元素，其中X是宇宙中含量最多的元素，所以X为氢元素；Z元素原子的价层电子排布是nsnnp2n，因此n只能为2，Z元素为氧元素；由于Y的原子序数小于Z大于X，在同周期元素中，第一电离能数值比Y大的元素有2种，则Y为氮元素；Q、W元素原子的最外层均只有1个电子，但Q元素原子中只有两种形状的电子云，可知Q为钠元素；W元素原子的次外层内的所有轨道的电子均成对且原子序数大于钠，所以W应该为第四周期的元素，又因为W的最外层只有一个电子且次外层内的所有轨道的电子均成对即3d轨道全充满，4s轨道有一个电子，所以W为铜元素。
05
课堂练习
9、下列事实不能够用键能解释的是( )
A.氮气的化学性质比氧气稳定
B.稀有气体一般难发生反应
C.F2比O2更容易和氢气反应
D.卤化氢的热稳定性随原子序数递增依次递减
E.H2O的热稳定性比HF差
F. H2O的熔沸点比H2S高
B F
05
课堂练习
10、根据下表中的H—X键的键能回答下列问题：
共价键 H—F H—Cl H—Br H—I
键能/kJ·mol－1 568 431.8 366 298.7
①若使2 mol H-Cl键断裂为气态原子的能量变化是_____________________。
②表中共价键最难断裂的是 ，键长最长的是 。
③由表中键能大小数据说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次 ，说明四种分子的稳定性依次 ，即HF分子很稳定，最 _______分解，HI分子最不稳定， 分解。
吸收863.6kJ的能量
H—F
H—I
减小
减弱
难
易

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