2.1.2 共价键参数 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

第一节 共价键 人教版选择性必修2 第二章 分子结构与性质 第2课时 共价键参数 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？ 如何解释HCl、HBr和HI的稳定性的差异？ 卤化氢 HCl HBr HI 在1 000 ℃分解的百分数/% 0.001 4 0.5 33 F、Cl、Br、I原子半径逐渐增大,非金属性依次减弱，F2、Cl2、Br2、I2与氢气反应越来越难,HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱。 CH4 甲烷分子为 结构,键角是 。 正四面体 109°28' 温故知新 利用键能、键长和键角等键参数解释物质的某些性质 【学习目标】 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。 【重点难点】 1、概念： 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，化学键越牢固，物质越稳定。 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。 1、碳碳单键、碳碳双键和碳碳三键之间键能关系？ 键 键能 （kJ·mol－1） C-C 347.7 C=C 615 C≡C 812 N-N 193 N=N 418 N≡N 946 表2-1某些共价键的键能 2、氮氮单键、氮氮双键和氮氮三键之间键能关系？ σ键键能 ＞ π键键能 碳碳单键 ＜碳碳双键 ＜ 碳碳三键 (且不存在倍数关系) 氮氮单键 ＜氮氮双键 ＜ 氮氮三键 (且不存在倍数关系) σ键键能 ＜ π键键能 特殊 思考与讨论 分析数据，有何结论？ 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 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？ 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，N2分子中N≡N非常牢固，所以氮分子不易发生加成反应。 键 键能（kJ·mol-1 ） 键 键能（kJ·mol-1 ） Cl-Cl 242.7 N-O 176 Br-Br 193.7 N=O 607 I-I 152.7 O-O 142 H-F 568 O=O 497.3 H-Cl 431.8 C-C 347.7 H-Br 366 C=C 615 H-I 298.7 C≡C 812 成键原子相同的共价键的键能:单键的键能 ＜ 双键的键能 ＜ 三键的键能 形成共价键的原子的原子半径越大，键能越小 3、规律： 4、应用 （1）判断共价键的稳定性 键能越大，断开化学键需要吸收的能量越多，化学键越稳定。 （2）判断分子的稳定性 结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。 （3）判断化学反应中的能量变化 ΔH=反应物总键能-生成物总键能 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 1、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。 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。(利用课本P37表2-1的相应数据分析) 提示　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。 思考与讨论 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 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( ) √ √ √ × × 【课堂练习1】 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 KH2PO4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 KH2PO4>m> 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 <m></m> 如表： 193 946 197 489 从能量角度看，氮以N2 、而白磷以P4（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</m> 形式存在，而白磷以P4形式存在 【课堂练习2】 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。单位：pm（1 pm＝10-12 m）。 2、键长大小的判断方法： （1）根据原子半径判断 其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。如键长：H－I > H－Cl>H－F；Br－Br>Cl－Cl>F－F；Si－Si>Si－C>C－C。 （2）根据共用电子对数目判断 对于相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子间形成双键、三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长>双键键长>三键键长。如键长：C－C > C=C > C≡C。 3、键长、键能与分子性质的关系： 键 键长/pm 键能/(kJ·mol－1) HX的热分解温度/℃ H-Cl 127.4 431.8 1 000 H-Br 141.4 366 600 H-I 160.9 298.7 300 根据下表中的HCl、HBr和HI的键长、键能的数据和热分解温度，考察它们之间的相关性。通过这个例子说明分子的结构如何影响分子的化学性质？ 键长是衡量共价键强弱的另一重要参数。一般来说，共价键的键长越短，键能越大，该共价键越牢固，含该键的分子越稳定，越不容易分解。 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。 思考与讨论 4、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 下表是从实验中测得的不同物质中的键长和键能数据： O-O O22- O2- O2 O2+ 键长/(10－12 m) 149 128 121 112 键能/(kJ·mol－1) x y a＝494 b＝628 其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能大小的顺序是b>a>y>x，该规律性是（ ） A、成键时，电子数越多，键能越大 B、键长越短，键能越大 C、成键所用的电子数越少，键能越小 D、成键时电子对越偏移，键能越大 B 【课堂练习3】 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 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。 键长和键角决定分子的空间结构，键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。 2、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。 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° 提示　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′。 下列能说明BF3 分子中4个原子在同一平面的理由是( @54@ )。 A、任意两个键的夹角为120° B、B-F 是非极性共价键 C、3个B-F的键能相等 D、3个 B-F的键长相等 A 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4】 【课堂练习5】 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 课堂小结 1、N—H的键能的含义是(　　) A．由N和H形成1 mol NH3所放出的能量 B．把1 mol NH3中的共价键全部解离所吸收的能量 C．解离约6.02×1023个N—H所吸收的能量 D．形成1个N—H所放出的能量 C 【巩固训练】 2、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 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 4、下列说法正确的是（ ) A、分子的结构是由键角决定的 B、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 C、CF4、CCl4、CBr4、CI4中C-X的键长、键角均相等 D、NH3分子中两个N-H的键角为120° B 5、下列关于 键和 键的理解<zzd>不正确</zzd>的是( @53@ )。 A、 键一般能单独形成，而 键一般不能单独形成 B、 键可以绕键轴旋转， 键一定不能绕键轴旋转 C、 、 、 中碳碳键的键能都相同 D、碳碳双键中有1个 键，1个 键，碳碳三键中有1个 键，2个 键 C 6、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 $$