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第2课时 键参数——键能 键长 键角
第二章 分子结构与性质
第一节 共价键
问题：共价键的强弱用什么来衡量？我们如何用化学语言来描述不同分子的空间结构和稳定性？
共价键的三个键参数——键能、键长与键角
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：
任务一 键参数——键能
1. 定义
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
说明：
（1）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。
（2）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。
键能越大
→断键需吸收的能量越多
→共价键越牢固
→分子越稳定
不易受热分解
任务一 键参数——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
问题：对于同种元素形成的单键、双键、三键的键能有何差异？
同种元素键能：单键<双键<三键(键能)
问题：双键键能不等于单键键能的两倍，说明了什么？
σ键键能＞π键键能（一般）
氮氮键(反常)：σ键键能＜π键键能
3. 规律
任务一 键参数——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
卤素单质键能：
Cl2＞Br2＞I2
（F2反常）
问题：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？？
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
O-H＞C-H＞N-H
F-H＞Cl-H＞Br-H＞I-H
一般成键原子半径越大，键能越小
3. 规律
任务一 键参数——键能
(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。
(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
4. 应用
任务一 键参数——键能
物质 化学键 1 mol物质中化学键的数目/mol
CH4 C—H 4
H2O O—H 2
NH3 N—H 3
P4 P—P 6
石墨 C—C 1.5
金刚石 C—C 2
晶体硅 Si—Si 2
二氧化硅 Si—O 4
5. 常见物质中所含化学键的数目
课堂练习
利用下表数据说明乙烷、乙烯和乙炔的反应活性。
乙烷、乙烯和乙炔中碳碳键的键能大小之比不是1∶2∶3，乙烯、乙炔中π键不如σ键牢固，容易发生加成反应。
键 键能
（kJ·mol-1 ）
C-C 347.7
C=C 615
C≡C 812
CH3-CH3 CH2=CH2 CH≡CH
σ键 1个σ键 1个π键 1个σ键
2个π键
任务二 键参数——键长
1. 定义
键长是构成化学键的两个原子的核间距。(可通过晶体的X射线衍射实验获得)
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）
键长
141pm
键长
198pm
键长
228pm
键长
267pm
任务二 键参数——键长
3. 规律
键 键长 键能 键 键长 键能
H-H 74 436 C≡C 120 812
F-F 141 157 C-H 109 413.4
Cl-Cl 198 242.7 O-H 96 462.8
Br-Br 228 193.7 N-H 101 390.8
I-I 267 152.7 N≡N 110 946
C-C 154 347.7 Si-Si 235
C=C 133 615 Si-O 162
规律1：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2：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。
问题：观察下表，并找出键能数据中存在的规律 (从成键原子的半径，成键个数分析)
问题：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。
任务二 键参数——键长
键 键长 键能 键 键长 键能
H-H 74 436 C≡C 120 812
F-F 141 157 C-H 109 413.4
Cl-Cl 198 242.7 O-H 96 462.8
Br-Br 228 193.7 N-H 101 390.8
I-I 267 152.7 N≡N 110 946
C-C 154 347.7 Si-Si 235
C=C 133 615 Si-O 162
任务二 键参数——键长
4. 应用
(1)判断共价键的稳定性
键长越短，键能越大，共价键越稳定。
(2)影响分子的空间结构
如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，原因是C-H和C-Cl 的键长不相等。
任务三 键参数——键角
1. 定义
在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角。(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
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 。
任务三 键参数——键角
问题：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′。
知识总结
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
课堂练习
键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是
A.键长和键角的数值可以通过晶体的X射线衍射实验获得
B.因为H-O键的键能小于H-F键的键能，所以O2、F2与H2的反应能力逐渐减弱
C.水分子的结构可表示为H-O-H，分子中的键角为180°
D.H-O键的键能为463kJ/mol，即18g H2O分解成H2和 O2时，消耗的能量为2×463kJ
A
课堂练习
有关碳和硅的共价键键能如下表所示:简要分析和解释下列有关事实。
(1)比较通常条件下,CH4和SiH4的稳定性强弱:
(2)硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是：
(3)SiH4的稳定性小于CH4,硅更易生成氧化物,原因是：
共价键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
348 413 351 226 318 452
CH4比SiH4稳定
C—C键和C—H键键能较大,所形成的烷烃较稳定,而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成
C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定,而Si—H的键能却远小于Si—O键,所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键

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