2.1.2键参数—键能、键长与键角 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（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 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】 CH4 CH3CH2OH CH3COOH C6H6 C8H8 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？ 键参数—键能、键长与键角 【新课导入】 3 学习任务一：键 能 1.概念：气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。 2.单位：kJ•mol-1 3.条件：键能通常是298.15K、100kPa条件下的标准值，可以通过实验测定， 更多是推算获得。 一、键能 4 资料卡片 键能通常是一个平均值。 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 · · · C-H 键键能平均值： = 415.5 kJ·mol-1 断开CH4中的4个C-H ，所需能量并不相等，因此，CH4中C-H键的键能是平均值。 · · · · · · · · · 1.判断共价键的稳定性（键能越大，共价键越稳定） 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，则共价键越稳定。 2.判断分子的稳定性 （键能衡量共价键强弱的重要参数，一般键能越大，分子越稳定） 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。 4、键能的应用 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 ΔH=反应物中化学键键能之和﹣生成物中化学键键能之和 6 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 N－H 390.8 C≡C 812 O－H 462.8 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 436.0 成键原子相同时，键能强弱比较：单键键能＜双键键能＜三键键能。（且不存在倍数关系） 一般 σ键键能 ＞ π键键能 氮氮单键 ＜氮氮 双键 ＜ 氮氮三键 σ键键能 ＜ π键键能(反常) 卤素单质键能：Cl2 ＞Br2 ＞I2 F2键能反常低 思考与讨论1：单键、双键和三键之间键能关系？ 1.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。 深度思考 蓝本P22 深度思考 2.C—C键能明显小于C==C、C≡C，因为键能越大，共价键越稳定，所以C==C、C≡C更稳定，不容易发生加成反应？ 提示　整体键能大，共价键稳定。但是化学反应本质是旧键的断裂新键生成的过程，C==C、C≡C发生加成反应过程并不是全部键断裂。所以，分子稳定性与分子活泼性之间无必然联系 分子稳定性与共价键的稳定性有差异 3.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？ 深度思考 提示　查表可知： 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。 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。 由计算结果可知：生成2 mol HCl比生成2 mol HBr释放的能量多。 生成的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（键能越大，越稳定） 解题规律： 键能越大→共价键越牢固→分子越稳定 4.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，反应前键能依次减小，反应后产物中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。 深度思考 键长：构成化学键的两个原子的核间距。 学习任务二：键 长 1、键长的理解 决定因素： 原子半径决定化学键的键长， 一般原子半径越小，共价键的键长越短 13 资料卡片 键 键长（pm） H-F 92 H-Cl 127 H-Br 142 H-I 161 键 键长（pm） F-F 141 Cl-Cl 198 Br-Br 228 I-I 267 你能发现哪些规律呢？ 键 键长（pm） C-C 154 C=C 133 C≡C 120 某些共价键的键长 卤素 原子半径（pm） F 71 Cl 99 Br 114 I 133 2、共价键键长规律： （1）对于同种类型的共价键，成键原子的原子半径越大，键长越大。 （2）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 3、键长与键能的关系 解题规律： 同种原子之间 键长越短→键能越大→键越牢固→分子越稳定 不同原子之间则不一定（如X2系列）。 根源在于：分子稳定性与原子轨道重叠大小有关，重叠面积越大，分子越稳定；而核间距越小，键长小，并不一定原子轨道重叠就大，很可能是原子半径小。 15 1.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？ 深度思考 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 提示　数据表明：一般共价键的键长越短，键能越大，该共价键越稳定，含该键的分子越稳定，越不容易分解。 提示　氟原子的半径很小，因而F—F的键长比Cl—Cl的键长短，但也是由于F—F的键长短，两个氟原子在形成共价键时，原子核之间的距离就小，排斥力大，分子不稳定，因此键能比Cl—Cl的键能小。 根源（大学）：不同原子之间的键长与键能无必然联系。共价键的本质是轨道重叠。F原子虽然键长短，但是它半径特别小，电子云密度特别大，导致F原子与F原子成键时由于电子间的排斥力特别大，使得轨道重叠小，所以F—F键长虽然短，但原子轨道重叠面积小，键能小。 深度思考 2.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？ 3.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？ 提示　C—H和C—Cl的键长不相等。 深度思考 例5（2022年全国乙卷节选） 答案：① sp2     σ     ②一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔     Cl参与形成的大π键越多，形成的C-Cl键的键长越短 ①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中，C的一个_____杂化轨道与Cl的3Px轨道形成C-Cl_____键，并且Cl的3Pz轨道与C的2Pz轨道形成3中心4电子的大π键。 ②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中，C-Cl键长的顺序是_______，理由：(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多，形成的C-Cl键越强；(ⅱ)_______。 解析： ①一氯乙烯分子中，碳为双键碳，采取sp2杂化，因此C的一个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C-Clσ键； ②结合题干提供信息提示，杂化轨道s成分越多，形成的C-Cl键越强，C-Cl键的键长越短。一氯乙烷中碳采取sp3杂化，一氯乙烯中碳采取sp2杂化，一氯乙炔中碳采取sp杂化，sp杂化时p成分少，sp3杂化时p成分多，因此三种物质中C-Cl键键长顺序为：一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔。对比一氯乙烷、一氯乙烯、一氯乙炔，三者除了杂化不同以外，还有碳原子间π键数量依次增加，说明π键C-Cl的键长有影响。 应用体验 1.下列分子中，最难分裂成原子(最稳定)的是 A.HF B.HCl C.HBr D.HI √ 2.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 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 √ 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）？ H2O CO2 常见分子的空间结构 V形（角形） 直线形 【思考交流】 21 1.键角：在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角称为键角。 105° 180° 107.5° 109°28´ H2O CO2 NH3 CH4 多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。键角是描述分子空间结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。 学习任务三：键 角 22 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 键角可反映分子的空间构型 多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。 学习任务三：键 角 23 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？ 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′。 深度思考 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？ 提示　H2S分子是V形结构。 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 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:一般共价键的键长越小,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:一般元素的电负性越大,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。 O O O $$