2.1.2 键参数—键能、键长与键角 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

组织建设 第2课时 键参数-键能、键长与键角 第二章 分子结构与性质 第1节　共价键 理解键能、键长、键角的概念。 通过理解键参数的概念，能根据物质微观结构预测物质在特定条件下可能具有的性质。 了解键参数的应用。 学习目标 新课导入 知识回顾 共价键 类型 特征 σ键 “头碰头” 稳定 π键 “肩并肩” 易断裂 方向性 饱和性 思考 根据1000℃时卤化氢分解率，你能得出什么结论？说明什么问题？ 卤化氢 分解的百分数/% HCl 0.0014 HBr 0.5 HI 33 HCl、HBr、 HI越来越易分解 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。 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？ 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。 1、概念： 2、单位: 3、条件： 键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值。 kJ/mol。键能通常取正值。 ——衡量共价键的强弱。键能越大，键越牢固，分子越稳定。 4、意义： 键能可通过实验测定，更多却是推算获得的。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，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 键能 键 键能 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 O－H 462.8 C≡C 812 N－H 390.8 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 N≡N 946 H-H 436 思考1：分析表中数据，你能得出哪些结论？ ①同种元素形成共价键键能： 单键<双键<叁键 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：碳碳键：σ键键能 ＞ π键键能 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： 氮氮键：σ键键能 ＜ π键键能 5、键能的应用 ①判断共价键的稳定性 ②判断分子的稳定性 ③估算化学反应的反应热 ΔH=反应物的总键能 - 生成物的总键能 键能越大，断开化学键需要吸收的能量越多，共价键越稳定。 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。 ΔH<0时，放热反应；ΔH>0时，吸热反应 【思考与讨论—课本P38】N2 、O2 、F2分别与H2的能力依次增强,从键能的角度应如何理解这一化学事实？ N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强,其原因是N≡N键、O=O键、F—F键的键能依次为946 kJ·mol-1、497.3 kJ·mol-1、157 kJ·mol-1,键能越来越小，共价键越来越容易断裂。 ④判断物质反应能力 1.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( ) √ √ √ × × 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 解题规律：键能越大→共价键越牢固→分子越稳定 2.能够用键能的大小作为主要依据来解释的是（ ） A.常温常压下氯气呈气态，而溴单质呈液态 B.硝酸是挥发性酸，而硫酸、磷酸是不挥发性酸 C.稀有气体一般难发生化学反应 D.空气中氮气的化学性质比氧气稳定 3.根据键能数据估算CH4(g)+4F2(g)═CF4+4HF(g)的反应热△H为( ) A.﹣1948kJ/mol B.+1948kJ/mol C.﹣485kJ/mol D.+485kJ/mol 化学键 C-H C-F H-F F-F 键能（KJ/mol） 413 489 568 157 D A 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。 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。 4、键长判断方法 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 >三键键长 ① 通常，键长越短→键能越大→键越牢固→分子越稳定。 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。 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（键长是衡量共价键强弱的另一重要参数） 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 6、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。 (1)O—H、S—H、Se—H的键能逐渐减小，原因是___________________ ___________________________________________________________ O、S、Se同一主族， 原子半径递增，O—H、S—H、Se—H的键长递增，因而键能递减。 (2)有机物是以碳骨架为基础的化合物，即碳原子间易形成C—C长链，而氮原子与氮原子间，氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链，原因是____________________________________________________ __________________________________________________________。 C—C的键能较大，较稳定，易形成C—C长链， 而N—N、O—O的键能小，易断裂，很难形成N—N、O—O长链 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 课堂练习:有关化学键的键能如表所示，简要分析和解释下列有关事实： 1.下列说法不正确的是（ ） A.键能越小，表示化学键越牢固，越难以断裂 B.成键的两原子核越近，键长越小，化学键越牢固，性质越稳定 C.破坏化学键时消耗能量，而形成化学键时释放能量 D.依据键能、键长可以分析化学键的强弱 A 问题：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（角形）？ 直线形 V形（角形） 1、概念： 三、键角 在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角 键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得 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 2、意义： 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。 分子立体构型 键角 实例 正四面体 109°28′ 甲烷、四氯化碳 平面形 120° 苯、乙烯 三角锥形 107° 氨气 V形 105° 水分子 直线形 180° 二氧化碳、乙炔 3、键角的应用 CH4 NH3 H2O CO2 苯 问题：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？ 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′。 四、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:共价键的键长越短,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。 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 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 小结： 1.等电子原理 原子总数相同、价电子总数也相等的分子(或离子)具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近，此原理称为等电子原理。 2.等电子体 (1)概念 满足等电子原理的分子(或离子)称为等电子体。 (2)性质 互为等电子体的物质具有相似的化学键类型和空间结构，物理性质相近，但其化学性质差别较大。 扩展内容 CO和N2互为等电子体，它们的物理性质对比如下： 分子 熔点/℃ 沸点/℃ 在水中溶解度(室温) 分子解离能(KJ/mol) 分子的价电子总数 CO -205.05 -191.49 2.3ml 1075 10 N2 -210.00 -195.81 1.6ml 946 10 思考：预测CO分子空间结构和性质 等电子体的运用 变换过程中注意电荷变化，并伴有元素种类的改变 序号 方法 示例 1 2 3 3.确定等电子体的方法 竖换：把同族元素(同族原子价电子数相同)上下交换， 即可得到相应的等电子体 横换：换相邻主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等 可以将分子变换为离子，也可以将离子变换为分子 CO2与 、 O3与 . N2与 . O3与 、 CH4与 . CO与 . CS2 SO2 CO NO2- NH4+ CN－ 类型 实例 空间构型 二原子10价电子等电子体 三原子16价电子等电子体 三原子18价电子等电子体 四原子24价电子等电子体 五原子8价电子等电子体 五原子32价电子等电子体 常见的等电子体： 直线形 直线形 V形 平面三角形 四面体形 四面体形 →互为等电子体可以是分子和分子、分子和离子、离子和离子 N2、CO 、C22－、CN－ CO2、CS2 、N2O、SCN－、N3－ 、NO2－ O3、SO2 、NH4+ NO3－、CO32－、SiO32－、BF3、SO3(g) CH4、SiH4 SiF4、CCl4、SO42－、PO43－ (2)与SiCl4互为等电子体的离子为______________(任写一种即可)。 (3写出一种与CO32-具有相同空间结构的-1价无机酸根离子的化学式 。(2021·海南卷) (1)与NH4+互为等电子体的一种分子为 (填化学式)。 CH4或SiH4 SO42-或PO43- NO3- $$