2.1.2 键能键参数 课件 2023-2024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 ——课时2 键参数　 第二章 分子结构与性质 核心素养发展目标 1.能用键能、键长和键角说明简单分子的某些性质，知道共价键的主要类型σ键和π键，能用键能、键长、键角等键参数判断简单分子的构型和稳定性。 2.简单介绍等电子原理的概念及应用 2 1 本节重点 本节难点 键能 键长和键角 HCl、HBr和HI中的化学键均为共价键，其稳定性存在一定的差异，那么，如何进行比较呢? 卤化氢 HCl HBr HI 比例 模型 在1 000 ℃分解的百分数/% 0.001 4 0.5 33 表1 常见卤化氢的稳定性 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。 键能:气态分子中________化学键解离成气态原子所_______的能量。单位是什么？ 键能有什么特点？ 键能大小与分子稳定性有什么关系？ ③ 在吸放热反应的判断中如何应用？ kJ·mol-1 1 mol 吸收 通常是298.15 K、100 kPa条件下的标准值 取正值，取平均值；键能越大，键越牢固，分子越稳定 计算化学反应的反应热 (焓变) ∆H ═ 反应物总键能－生成物总键能 甲烷中C-H 键键能平均值为 415.5 kJ·mol-1 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 · · · · · · · · · · · · · · 成键 放出能量 断键 吸收能量 热效应 ΔH > 0 吸热反应 ΔH < 0 放热反应 ΔH = 反应物总键能 - 生成物总键能 ΔH (HCl) = [ ( 436 + 242.7 ) - 2×431.8 ] kJ/mol = - 184.9 kJ/mol ΔH (HBr) = [ ( 436 + 193.7 ) - 2×366 ] kJ/mol = - 102.3 kJ/mol P38思考与讨论 （1）利用 P37 表 2-1 数据计算，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？ HBr 分解需吸收能量少，更易分解。 键 键能 N－H 390.8 O－H 462.8 F－ H 568 （2）请结合教材 P37表 2-1 分析，N2、O2、F2与氢气的反应能力依次增强，从键能的角度如何理解这一事实？(从成键原子的半径分析) N—H、O—H、H—F的键能依次增加，分子的稳定性增强，故N2、O2、F2与氢气的反应能力依次增强。 大 小 形成共价键的原子的原子半径越小，键能越大 键 键能 C－C 347.7 C = C 615 C = C 812 P38思考与讨论 (3)键能：共价键强弱的参数之一。键能越大，共价键越牢固。请结合下列数据思考为何碳碳双键的键能不是碳碳单键的二倍，碳碳三键的键能不是碳碳单键的三倍？你能总结出什么规律？ 碳碳单键：1 个 σ 键 碳碳双键：1 个 σ 键，1个 π 键 碳碳三键：1 个 σ 键，2个 π 键 σ 键与 π 键 强度不同 乙烯分子中σ 键强于π 键 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？ 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。 练习1.根据下表中的H—X键的键能回答下列问题： 共价键 H—F H—Cl H—Br H—I 键能/kJ·mol－1 568 431.8 366 298.7 ①若使2 mol H—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是 。 ②表中共价键最难断裂的是 ，最易断裂的是 。 ③由表中键能大小数据说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次 ，说明四种分子的稳定性依次 ，即HF分子很稳定，最 分解，HI分子最不稳定， 分解。 吸收863.6kJ的能量 H—F H—I 减小 减弱 难 易 【例1】某些化学键的键能(kJ·mol－1)如下表所示。 (1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量______ kJ。 184.9 化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I 键能 436 242.7 193 151 431.8 363 297 (2)在一定条件下，1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应，放出热量由多到少的顺序是____(填字母)。 a.Cl2＞Br2＞I2 b.I2＞Br2＞Cl2 c.Br2＞I2＞Cl2 预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热____(填“多”或“少”)。 a 多 (4)应用 ①判断共价键的稳定性 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 。 牢固 > > > 反应物中化学键键能之和﹣生成物中化学键键能之和 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。 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，即ΔH= 根据价键理论分析氮气分子中的成键情况，并解释N2通常很稳定的原因。 两个氮原子各自用三个p轨道分别形成一个σ键和两个π键。N2分子中存在N≡N，键能大，破坏它需要消耗较高的能量，因而N2通常很稳定。 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。 键参数——键能 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 。 应用： ΔH＝ 总键能－ 总键能 反应物 生成物 越大 越多 稳定 判断共价键的稳定性 应用一 判断分子的稳定性 应用二 利用键能计算反应热 应用三 一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越 。 稳定 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( ) √ √ √ × × 键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。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。找出键长与键能及稳定性的关系？ 表2-2 某些共价键键能(kJ/mol)、键长/pm(1pm=10-12m) 键 键能 键长 键 键能 键长 H－H 436 74 C≡C 812 120 F－F 157 141 C－H 413.4 109 Cl－Cl 242.7 198 O－H 462.8 96 Br－Br 193.7 228 N－H 390.8 101 I－I 152.7 267 N≡N 946 110 C－C 347.7 154 Si－Si 　 235 C=C 615 133 Si－O 　 162 键 键能 键长 键 键能 键长 F－F 157 141 C－H 413.4 109 Cl－Cl 242.7 198 N－H 390.8 101 Br－Br 193.7 228 O－H 462.8 96 规律：键长越短，一般键能越大，化学键越牢固，由该键形成的分子越稳定 键长 同种类型的共价键，成键原子的半径越小，键长越小。 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。 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。 ③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？ 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 由于F—F的键长短，两个F原子形成共价键时，原子核之间距离小，排斥力大，因此键能小,化学性质很活泼。 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 思考与讨论：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？ 由于C-H和C-Cl 的键长不相等，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。可见键长可以判断分子的空间结构 观察上述分子构型并思考：为什么CO2的空间结构是直线形，而H2O的空间结构是V形(角形)？ CO2 H2O 直线形 V形(角形) 示例： 键角：在多原子分子中， 之间的夹角。 应用： 在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有 性，因此键角影响着共价分子的 。 两个相邻共价键 方向 空间结构 描述分子空间结构的重要参数 180◦ 104.5◦ CO2 H2O NH3 CH4 P4 180° 104.5° 60° 107.3° 109.28° 【例1】下表是从实验中测得的不同物质中的键长和键能数据：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 O—O键 O2 键长/(10－12m) 149 128 121 112 键能/(kJ·mol－1) x y a＝494 b＝628 B 1. 下列各说法中正确的是( ) A.分子中键能越高，键长越长，则分子越稳定 B.元素周期表中的ⅠA族(除H外)和ⅦA族元素的原子间不能形成共价键 C.水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180° D.H—O的键能为463 kJ·mol－1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×463 kJ B 2.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.键角是描述分子空间结构的重要参数 B.因为H—O的键能小于H—F的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱 C.H—F的键长是H—X中最长的 D.碳碳三键和碳碳双键的键能分别是单键键能的3倍和2倍 A 3.已知H—H的键能为436 kJ·mol－1，O==O的键能为497.3 kJ·mol－1，Cl—Cl的键能为242.7 kJ·mol－1，N≡N的键能为946 kJ·mol－1，则下列叙述中正确的是( ) A.N—N的键能为 ×946 kJ·mol－1＝315.3 kJ·mol－1 B.氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的短 C.氧气分子中氧原子是以共价单键结合的 D.氮气分子比氯气分子稳定 D 4.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 A 1 3 5.已知某些共价键的键能、键长数据如表所示： 共价键 Cl—Cl Br—Br I—I H—F H—Cl H—Br H—I H—O 键能/(kJ·mol－1) 242.7 193.7 152.7 568 431.8 366 298.7 462.8 键长/pm 198 228 267         96 共价键 C—C C==C C≡C C—H N—H N==O O—O O==O 键能/(kJ·mol－1) 347.7 615 812 413.4 390.8 607 142 497.3 键长/pm 154 133 120 109 101       (1)下列推断正确的是______(填字母，下同)。 A.热稳定性：HF>HCl>HBr>HI B.氧化性：I2>Br2>Cl2 C.沸点：H2O>NH3 D.还原性：HI>HBr>HCl>HF ACD (2)在HX(X＝F、Cl、Br、I)分子中，键长最短的是____，最长的是____；O—O的键长_____ (填“大于”“小于”或“等于”)O==O的键长。 HF HI 大于 小结： 键参数 键能 键长 键角 描述分子的空间结构的重要参数 衡量共价键的稳定性 决定 分子的性质 防晒霜的防晒原理 波长为 300 nm 的紫外光的光子所具有的能量约为 399 kJ •mol-1，这一能量比蛋白质分子中重要的化学键C一C键、C-N 键和C—S 键的键能都大。因此，紫外光的能量足以使这些化学键断裂，从而破坏蛋白质分子。 防晒霜之所以能有效地减轻紫外光对人体的伤害，其原因之一是它的有效成分的分子中含有π键。这些分子中的π键的电子在吸收紫外光后被激发，从而能阻挡部分紫外光。 拓展延伸 键能 键长和键角 概念 规律 应用 概念 规律 应用 规律一：形成共价键的原子的原子半径越大，键能越小 规律二：成键原子相同，单键的键能<双键的键能<三键的键能 判断共价键的稳定性 判断分子的稳定性 利用键能计算反应热 规律一：同种类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越小 规律二：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 规律三：一般地，键长越短, 键能越大，共价键越牢固,由此形成的分子越稳定 第一节　共价键 第2课时 课堂小结 $$