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第一节 共价键
2.1.2共价键的键参数
人教版高中化学选必二
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？
{BDBED569-4797-4DF1-A0F4-6AAB3CD982D8}卤化氢
分解的百分数/%
HCl
0.0014
HBr
0.5
HI
33
分析下表中卤化氢在1000℃时的分解率，你能得出什么结论？
结论：HCl、HBr、 HI越来越易分解
说明：①卤化氢的热稳定性大小为：
HCl＞HBr ＞ HI
②H-Cl、H-Br、H-I中的 σ键牢固。
【问题提出】
目录
键角
03
04
键能
01
键长
02
键能
概念：气态分子中 化学键解离成气态原子所 的能量。
单位：
注意：
1 mol
吸收
kJ·mol－1
通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值；
可以通过实验测定，但更多是推算获得的。
例如，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 。
碳碳双键键能不等于碳碳单键键能的两倍。
意义： 衡量共价键的强弱。
某些共价键的键能(kJ·mol－1)
1.相同原子间的键能：
单键＜双键＜三键
2.碳碳双键键能不等于碳碳单键键能的两倍，碳碳叁键不等于碳碳单键的三倍，说明了什么？
σ键键能 ＞ π键键能
3.氮氮双键键能不等于氮氮单键键能的两倍，氮氮叁键不等于氮氮单键的三倍，说明了什么？
σ键键能 ＜ π键键能
【思考交流】请找出键能数据中的规律。
氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应
规律：一般来说，结构相似的分子中，原子半径越小，键能越大。
某些共价键的键能(kJ·mol－1)
【思考交流】请找出键能数据中的规律。
N—H、O—H与H—F的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定。所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。
　　
F原子半径很小，因此两个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。
某些共价键的键能(kJ·mol－1)
【思考交流】F-F不符合“半径越小，键能越大”的规律，为什么？
某些共价键的键能（kJ·mol－1）
①相同原子间的键能：
②碳碳双键键能小于碳碳单键键能的两倍，碳碳叁键小于碳碳单键的三倍：

③氮氮双键键能大于氮氮单键键能的两倍，氮氮叁键大于氮氮单键的三倍：

④特例：
键能规律：
单键＜双键＜三键
碳碳键：σ键键能 ＞ π键键能
氮氮键：σ键键能 ＜ π键键能
第二周期氢化物键能依次增大 N-H反常
卤素单质键能：Cl2 >Br2>I2 F2反常
问题：已知N—N、N==N和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C==C、C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34。如何用这些数据理解氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应？
提示　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。
键能——应用
(1)判断共价键强弱（稳定性）
原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度 ，释放能量 ，所形成的共价键键能越大，共价键越 。
(2)判断分子的稳定性
一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越 。
(3)利用键能计算反应热
ΔH＝ 的总键能－ 的总键能。
越大
越多
稳定
稳定
反应物
生成物
键能——思考与讨论
1. 1mol H2分别与1mol Cl2、1mol Br2(蒸气)反应，分别形成2mol HCl 和2mol 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＝436.0 kJ·mol－1＋242.7 kJ·mol－1
－2×431.8 kJ·mol－1＝－184.9 kJ·mol－1
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
由计算结果可知：生成2 mol HCl比生成2 mol HBr释放的能量多。
HBr分子中H—Br的键能比HCl分子中H—Cl的键能小，说明H—Br比H—Cl容易断裂，所以HBr分子更容易发生热分解生成相应的单质。
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。
键能——思考与讨论
从表中数据可知，N—H、O—H与H—F的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定。所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。
键能——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(　　)
√
×
√
√
×
（2021·河北卷节选） ????????????????????????? 晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大 ????????????????????????? 晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。已知有关氮、磷的单键和三键的键能 ?????????????????????????? 如表：
?
????—????
????≡????
????—????
????≡????
193
946
197
489
193
946
197
489
从能量角度看，氮以 ???????? 、而白磷以 ?????? （结构式可表示为 ）形式存在的原因是：______________
?
1molN≡N 键能大于3molN-N键能之和，而1molP≡P键能小于3molP-P键能之和，键能越大物质越稳定，故氮以N2 形式存在，而白磷以P4形式存在
课堂练习2
2、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。
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。
3）键长大小：
pm（1 pm＝10-12 m）
2）单位：
1.特例：为什么F—F的键长比Cl—Cl的键长短，但键能却比Cl—Cl的键能小？
键长——思考与讨论
氟原子的半径很小，因而F—F的键长比Cl—Cl的键长短；但也由于F—F的键长短，两个氟原子之间的距离很小，排斥力较大，因此键能比Cl—Cl的键能小。
2.为什么CH4分子的空间结构是正四面体，而CH3Cl只是四面体而不是正四面体？
C—H和C—Cl的键长不相等。
{BDBED569-4797-4DF1-A0F4-6AAB3CD982D8}键
键长（pm）
键能（kJ·mol-1）
F-F
141
157.0
Cl-Cl
198
242.7
Br-Br
228
193.7
I-I
267
152.7
4）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大，键长越大。
从以下数据中可以得到什么结论：
③ 相同的成键原子：单键键长 > 双键键长 >叁键键长
① 通常，键能越大，键长越短，共价键越稳定。
② 同种类型的键，成键原子半径越小，键长越短，键能越大，键越牢固。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
H-F
H-Cl
H-Br
H-I
键长（pm）
92
128
141
161
键能（kJ/mol）
567
431
366
298
5）键能与键长的关系
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}C-C
C=C
C≡ C
Cl-Cl
F-F
154
134
120
198
141
347
598
820
242.7
157
④特例：
如F-F键（比Cl-Cl键小）
原因：由于原子半径小，键长短，但由于键长短，两原子形成共价键时，原子核之间的距离小，排斥力大，键能小
键长是衡量共价键强弱的另一重要参数
7）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。
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。
问题：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。
键长——正误判断
(1)在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长(　　)
(2)双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定(　　)
(3)键长：H—I>H—Br>H—Cl、C—C>C==C>C≡C(　　)
(4)键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关(　　)
×
×
√
√
同为三原子分子，为什么CO2的空间结构是直线形，而H2O的空间结构是V形？
NH3

H2O

CO2

常见分子的空间结构
三角锥形
V形
直线形
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
键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得
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。
①键长和键角决定分子的空间结构。
②常见分子中的键角与分子空间结构。
{93296810-A885-4BE3-A3E7-6D5BEEA58F35}分子立体构型
键角
实例
正四面体
109°28′
甲烷、四氯化碳
平面型
120°
苯、乙烯
三角锥型
107°
氨气
V型（或角型）
105°
水分子
直线型
180°
二氧化碳、乙炔
2）键角的应用
CH4
NH3
H2O
CO2
苯
意义：多原子分子中的键角一定,表明共价键具有方向性。键角是描述分子空间构型的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。
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′。
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。
[思考与讨论]
键角——正误判断
(1)水分子可表示为H—O—H，分子中的键角为180°(　　)
(2)多原子分子的键角是一定的，表明共价键具有方向性(　　)
(3)CH4和CH3Cl分子的空间结构都是正四面体(　　)
√
×
×
课堂小结
共价键强弱的判断
1.由原子半径和共用电子对数判断:
成键原子的原子半径越小，两原子间共用电子对数越多，则一般共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。
2.由键能判断:
共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。
3.由键长判断：
共价键的键长越小，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。
(4)由电负性判断:
元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力越大，形成的共价键一般越稳定。
特别提醒 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。
归纳总结结
共价键的牢固性与物质稳定性的关系：
(1)对于双原子分子，其分子内只含一个共价键时，共价键越牢固，该物质分子的化学性质越稳定。
(2)共价键的牢固程度与其化学活泼性不是完全相同的，如C≡C键或C=C键，依据键能数据是较牢固的共价键，但由于该类键中的π键部分是由原子轨道的侧面重叠所得，所以容易破坏而发生化学反应。
(3)F—F的键长短，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，因此键能不大，F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。
归纳总结结
键参数的应用
不同。N2中存在N≡N，氮氮三键的键能比较大，
断开氮氮三键需要较高的能量，故单质的活泼性：N2化学反应包括旧键断裂和新键形成两个过程，N2中N≡N断裂需要很高的能量，而Cl2中Cl—Cl键断裂需要的能量相对较低，故氯气容易与氢气发生反应。
原子半径：FH—Cl>H—Br>H—I，稳定性：HF>HCl>HBr>HI。
课堂练习
√
1.表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量：
物质
Cl2
Br2
I2
H2
能量/(kJ·mol－1)
242.7
193.7
152.7
436
下列物质本身具有的能量最低的是
A.H2 B.Cl2 C.Br2 D.I2
课堂练习
√
2.已知X—X、Y—Y、Z—Z的键长分别为198 pm、74 pm、154 pm，则它们单质分子的稳定性是
A.X2>Y2>Z2 B.Z2>Y2>X2
C.Y2>X2>Z2 D.Y2>Z2>X2
课堂练习
√
3.能说明BF3分子中四个原子在同一平面的理由是
A.任意两个键的夹角为120°
B.B—F是非极性共价键
C.三个B—F的键能相同
D.三个B—F的键长相等
课堂练习
4.已知下列化学键的键能：
化学键
C—C
N—N
O—O
O==O
O—H
S—H
Se—H
N—H
As—H
键能/
(kJ·mol－1)
347.7
193
142
497.3
462.8
363.5
276
390.8
247
(1)过氧化氢不稳定，易发生分解反应：2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)，利用键能数据计算该反应的反应热为_________________。
－213.3 kJ·mol－1
(2)O—H、S—H、Se—H的键能逐渐减小，原因是___________________
____________________________________________________________________________，据此可推测P—H的键能范围为____________＜P—H的键能＜______________。
O、S、Se位于同一主族，原子半径逐渐增大，O—H、S—H、Se—H的键长逐渐变长，因而键能依次减小
390.8 kJ·mol－1　
247 kJ·mol－1
D
C

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