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《第二章 分子结构与性质》
第一节 共价键
2.1.2 键参数——键能、键长与键角
学习目标
1.理解键能、键长、键角等键参数的概念。
2.能应用键参数——键能、键长、键角说明简单分子的结构和性质
新课导入
1.N2与H2在常温下很难发生化学反应，必须在高温下才能发生化学反应，而Cl2和H2很容易发生化学反应，为什么？
化学反应包括旧键断裂和新键形成两个过程，N2分子中存在N≡N，N≡N断裂需要很高的能量，而Cl2中的Cl-Cl断裂需要的能量相对较低，故Cl2容易与H2发生反应。
旧化学键断裂时需要吸收一定的能量，键能是指气态分子中 1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。
一、键能
（1）概念：指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。
（2）数据：
①通常是298.15 K(25 ℃)、101 kPa条件下的标准值，单位kJ·mol-1。
②可通过实验测定，更多的却是推算获得的(如盖斯定律)。
③键能通常为一个平均值。
④同样的共价键在不同的分子中键能也略有区别，如甲烷中的C-H键和乙烯中C-H键键能不严格相等
新课讲授——键能
共价键
键能（kJ·mol-1）
H-CH3 → · CH3 ＋H· 439.3
H-CH2 → CH2 ＋H· 442.0
H-CH → CH ＋H· 442.0
H-C → C· ＋ H· 338.6
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甲烷中C-H 键键能平均值为 415.5 kJ·mol-1
新课讲授——键能
（3）键能规律
①碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键的键能变化趋势如何？是否存在倍数关系？它们之间的差值大小是怎样的？从键能的角度谈谈为什么乙烷性质稳定，乙烯、乙炔可以发生加成反应？
碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键的键能逐渐增大，但是新增的π键所对应的键能增量部分不如C-C σ键大。在反应中仅需吸收较少的能量π键就会被破坏，故而乙烯、乙炔的反应活性高。
新课讲授——键能
（3）键能规律
②氮氮单键、氮氮双键、氮氮叁键的键能变化趋势如何？它们之间的差值大小是怎样的？从键能的角度谈谈为何N2非常稳定。
氮氮单键、氮氮双键、氮氮叁键的键能逐渐增大，但是新增的π键所对应的键能增量部分比N-N σ键大。这是由于N2分子的π键具有一定的特殊性。氮氮叁键键能高达946 kJ·mol-1，反应中变为氮原子需要吸收非常多的能量。一般条件无法满足该能量条件，故N2非常稳定。
新课讲授——键能
（3）键能规律
③同主族的卤原子与H之间的共价键键能的变化规律如何？同周期的C、N、O、F与H之间的共价键键能的变化规律如何？
卤化氢中X-H键键能自上而下逐渐减小；同周期的C、N、O、F与H之间的共价键键能自左向右呈逐渐增大（N-H略小于C-H）
新课讲授——键能
（3）键能规律
④卤素单质的共价键键能的变化规律如何？
卤素单质键能：Cl2＞Br2＞ I2，但是F2键能反常低，F的原子半径很小，核外电子集中在一个较小区域内，负电密度较大。形成共价键时两原子彼此靠近，电子间的排斥较剧烈，导致能量升高。这一因素部分抵消了形成共价键时能量降低的结果。
思考与讨论
（1）试利用P37表2-1中的数据进行计算，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？
H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)
ΔH＝436.0kJ/mol＋242.7kJ/mol－2×431.8kJ/mol＝-184.9kJ/mol
H2(g)＋Br2(g) =2HBr(g)
ΔH＝436.0 kJ/mol＋193.7 kJ/mol－2×366 kJ/mol＝－102.3 kJ/mol
由计算结果可知：生成2 mol HCl比生成2 mol HBr释放的能量多。
HCl比HBr更容易生成，则其逆反应——分解更难，故HCl更稳定，HBr更易分解。
同类型反应，放出热量越多，反应物越易反应，生成物越稳定！
思考与讨论
（2）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？
由于N≡N、O=O、F-F的键能依次减小，同时N-H、O-H、F-H键键能依次增大。即旧键易断裂，新键形成后很稳定。故N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强
定量衡量共价键强弱
判断分子的稳定性
利用键能估算化学反应热效应
键能越大，气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量越多，共价键越牢固。
一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越稳定。
ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。
归纳总结——键能的应用
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、100 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( )
√
√
√
×
×
对应训练
二、键长
（1）概念：构成共价键的两个原子的核间距。
（2）单位：pm (1pm = 10-12m)
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。
新课讲授——键长
新课讲授——键长
（3）键长规律
①根据数据讨论对于同种类型的共价键(如卤素单质)，成键原子的半径与键长的关系。
同种类型的共价键，成键原子的半径越小，键长越小。
②根据数据讨论成键原子相同的共价键的键长与共价键数目的关系。
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
（4）键长与键能的关系：
键长越短，键能越大
但是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键的键长短，但也是由于F—F的键长短，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,化学性质很活泼。
新课讲授——键长
对应训练
下列说法正确的是（ ）
A.在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长
B.键长：N—H>P—H
C.H—Cl的键能为431.8 kJ·mol－1，H—Br的键能为366 kJ·mol－1，这可以说明
HCl比HBr分子稳定
D.键能越大，表示该分子越容易受热分解
C
180°
CO2 直线形
104.5°
H2OV形
107.3°
NH3三角锥形
109°28′
CH4正四面体
109°28′
新课讲授——键角
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称为键角。
（2）数据：键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得
新课讲授——键角
109°28′
60°
键角一定，表明共价键具有方向性。键角是描述分子立体结构的重要参数，键角决定分子的立体结构和分子的极性，分子的许多性质与键角有关。
归纳总结
键能
键长
共价键的稳定性
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。
键角
分子的空间结构
决定分子的性质
键参数
决定
决定
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欢迎指正

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