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共价键参数
第二章 分子结构与性质
共价键
类型
特征
方向性
饱和性
按原子轨道
的重叠方式
σ键
π键
s-s σ键，如H-H
s-p σ键，如H-Cl
p-p σ键，如Cl-Cl
“头碰头”
重叠方式：
种类
轴对称
对称方式：
种类:
p-p π键
“肩并肩”
重叠方式：
镜面对称
对称方式：
如何用化学语言来描述不同分子的稳定性和空间结构？
价键理论：
原子轨道重叠
1、了解共价键键参数的含义，能用键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。
2、通过认识共价键的键参数对物质性质的影响，探析微观结构对宏观性质的影响。
回顾：卤素单质和氢气反应的难易程度，产物的稳定性大小
反应
易
难
产物
稳定性
稳定
不稳定
如何解释HF、HCl、HBr、HI稳定性的差异？
共价键的强弱不同
如何衡量共价键的强弱？
一、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。
2.意义：
键能越大，断键吸收的能量越多，化学键越牢固，物质越稳定。
说明：键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值，通常取正值，单位是kJ/mol。
键能可通过实验测定，更多却是推算获得的（如盖斯定律），是平均值。
如断开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。
不易受热分解
1.概念：
3.键能规律：
键 键能 键 键能
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
N≡N 946 H－H 436.0
你能发现哪些规律？
①相同原子间的键能：
EC-Cσ键键能＞π键键能（一般）
氮氮键(反常)：
σ键键能＜π键键能
3.键能规律：
键 键能 键 键能
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
N≡N 946 H－H 436.0
你能发现哪些规律？
卤素单质键能：
Cl2＞Br2＞I2
F2反常
氢化物键能：
同周期从左到右递增
N-H反常
同主族从上到下递减
②不同原子间的键能：
一般成键原子半径越大，键能越小
4.键能应用：
（1）判断共价键的稳定性（键能越大，共价键越稳定）
从键能的定义可知，破坏1mol化学键所需能量越多，即共价键的键能越大，则共价键越稳定。
（2）判断分子的稳定性（一般键能越大，分子越稳定）
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。
如分子的稳定性： HF＞HCl＞HBr＞HI。
（3）估算化学反应的反应热
同一化学键解离成气态原子所吸收的能量与气态原子结合形成化学键所释放的能量在数值上是相等的，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
解析：对于反应H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)　ΔH＝436.0 kJ·mol－1＋242.7 kJ·mol－1－2×431.8 kJ·mol－1＝－184.9 kJ·mol－1。
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) H=-184.9 kJ/mol
对于反应H2(g)＋Br2(g) =2HBr(g)　ΔH＝436.0 kJ·mol－1＋193.7 kJ·mol－1－2×366 kJ·mol－1＝－102.3 kJ·mol－1。
H2(g)+Br2(g)=2HBr(g) H=-102.3 kJ/mol
计算，1 mol H2分别跟1 mol Cl2、1 mol Br2(蒸气)反应，分别形成2 mol HCl和2 mol HBr，哪一个反应释放的能量更多？如何用计算的结果说明氯化氢分子和溴化氢分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质？
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。
H＝反应物键能总和－生成物键能总和
同种类型的化学反应，相同物质的量的反应物放出的热量越多，产物越稳定，反应越容易发生。
【思考】N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强，从键能的角度如何理解这一化学事实。(利用课本P37表2-1的相应数据分析)
从表2-1的数据可知，N≡N、O=O、F-F的键能依次减小，而N-H、O-H与H-F的键能依次增大。即旧键易断裂，新键形成后很稳定。所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。
键 N≡N O=O F-F N-H O-H F-H
键能（kJ/mol） 946 497.3 157 390.8 462.8 568
1.正误判断
(1)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( )
(2)N-H的键能是很多分子中的N-H的键能的平均值( )
(3)O-H的键能是指在298.15 K、101 kPa下，1 mol气态分子中1 mol O-H解离成气态原子所吸收的能量( )
(4)C=C的键能等于C-C的键能的2倍( )
(5)σ键一定比π键牢固( )
解题规律：键能越大→共价键越牢固→分子越稳定
规律：C≡C、C=C的 σ键键能 ＞ π键键能
特例：N≡N、N=N的σ键键能 ＜ π键键能
2.结合表中共价键的键能数据，思考讨论：
(1)成键原子相同而共价键数目不同时，键能强弱规律：____________________________。
单键键能 < 双键键能 < 三键键能
(2)判断HF、HCl、HBr、HI的热稳定性强弱：
________________；
其中_____更容易发生热分解生成相应的单质。
(3)若形成1 mol H—Cl，释放的能量是________kJ。
HF>HCl>HBr>HI
HI
431.8
二、键长
1.概念：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。
2.单位：pm（1 pm＝10-12 m）
3.键长大小：
4.影响因素：原子半径越小，键长越短
原子半径决定共价键的键长。原子半径越小，共价键的键长越短。
键长
F2
141pm
键长
Cl2
198pm
键长
Br2
228pm
键长
I2
267pm
5.共价键键长规律：
②成键原子相同时，
键长：单键键长＞双键键长＞三键键长
①同种类型的共价键，
成键原子的原子半径越小，键长越短。
请同学们观察右表，并找出键长数据中存在的规律 (从成键个数，成键原子的半径分析)
③一般地，键长越短, 键能越大，共价键越牢固,由此形成的分子越稳定。
键长是衡量共价键强弱的另一重要参数
5.共价键键长规律：
请同学们观察右表，并找出键长数据中存在的规律 (从成键个数，成键原子的半径分析)
思考与讨论
1. 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。
思考与讨论
2.乙烯、乙炔为什么比乙烷活泼？
虽然键长C≡C＜C=C＜C－C，键能C≡C＞C=C＞C－C，但乙烯、乙炔在发生加成反应时，只有π键断裂(π键的键能一般小于σ键的键能)，即共价键部分断裂。
6.键长的应用：
（1）判断共价键的稳定性
键长越短，键能越大，表明共价键越稳定。
（2）分子的空间结构
键长是影响分子空间结构的因素之一。
解题规律：键长越短→键能越大→键越牢固→分子越稳定
①HCl和HBr哪个的熔沸点高？为什么？
②金刚石和晶体硅哪个的熔沸点高？为什么？
为什么CH4分子的空间结构为正四面体形，而CH3Cl分子的空间结构是四面体形而不是正四面体形。
C—H和C—Cl的键长不相等。
其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。
三、键角
1.概念：在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角
2.意义：
多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。键角是描述分子结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。
键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。
CH4
109°28′
NH3
107°18′
H2O
105°
CO2
180°
直线形
V形（角形）
正四面体形
三角锥形
键角反应了分子的空间结构
思考：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？
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
109°28′
120°
107°
105°
180°
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′。
键参数
键能
键长
键角
描述分子的空间结构
衡量共价键的稳定性
决定分子的性质
计算反应热
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，化学性质越稳定。
原子间
相互作用
共价键
键参数
定量
键角
键长
键能
键的
强弱
分子的
稳定性
特征
方向性
饱和性
测定
晶体 X 射线衍射实验
分子空间结构
原子
轨道重叠
σ 键：轴对称
分
类
π 键：镜面对称
决定分子的性质
1.下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量，根据表中数据回答下列问题：
物质 Cl2 Br2 I2 H2 HCl HBr HI
能量/(kJ/mol) 242.7 193.7 152.7 436 431.8 366 298.7
(1)下列物质本身具有的能量最低的是（ ）
A.H2 B.Cl2 C.Br2 D.I2
A
(2)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与H2反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是________。
(3)若无上表中的数据，你能回答问题(2)吗？_____(填“能”或“不能”)，你的判断依据是_______________________________________________________。
Cl2
能
生成物越稳定，放出的热量越多，在HX中，X元素的非金属性越强(原子半径越小)，HX越稳定
2.下列说法正确的是( )
A.键长是成键两原子半径的和
B.非极性键的键能大于极性键的键能
C.键能越大，表示该分子越容易受热分解
D.键长越短，键能往往越大，共价键越稳定。
D
3.意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的气态N4分子，其分子结构如图所示。已知断裂1 mol N—N吸收167 kJ热量，生成1 mol N≡N放出942 kJ热量，根据以上信息和数据，判断下列说法正确的是（ ）
A.N4属于一种新型的化合物
B.N4分子中存在非极性键
C.N4分子中N—N的键角为109°28′
D.1 mol N4转变成N2将吸收882 kJ热量
B
4.二氯化二硫(S2Cl2)，非平面结构，常温下是一种黄红色液体，有刺激性恶臭，熔点：－80 ℃，沸点：137.1 ℃。下列对于二氯化二硫叙述正确的是( )
A.二氯化二硫的电子式为
B.分子中只有σ键
C.分子中S—Cl的键长大于S—S的键长
D.分子中S—Cl的键能小于S—S的键能
B

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