第二章 第一节 第2课时 键参数——键能、键长与键角 课件1-2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课件PPT（人教版2019）

第2课时 键参数——键能 键长与键角 第一节 共价键 化学 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结构与性质。 2.认识共价键的键参数对物质的结构与性质的影响,探析微观结构对宏观性质的影响。 学习重难点 重点、难点： 通过键参数解释物质的结构与性质。 知识回顾 1.共价键的定义 共价键，也被称为分子键，是化学键的一种。它的形成是通过原子之间共用电子对所形成的相互作用。具体来说，当两个或多个原子共同使用它们的外层电子时，就会形成共价键。这种共享电子的方式使得每个原子都能达到稳定的电子构型，即满足八隅体规则（对于主族元素来说）或稳定的电子排布。 2.共价键的形成条件 共价键一般出现在非金属元素之间，且成键的原子最外层电子未达到饱和状态，则在两原子之间通过形成共用电子对成键。 导入新课 [情境设问] N、O、F非金属性依次增强,N2、O2、F2与氢气的反应能力依次增强,氢化物的稳定性依次增强,其原因是什么?不同分子空间结构不尽相同,其原因是什么? N、O、F非金属性依次增强的原因是它们吸引电子的能力逐渐增强，这导致它们与氢原子形成共价键时，对氢原子上电子云的吸引力也逐渐增强。因此，N2、F2、O2与氢气的反应能力依次增强，因为非金属性强的元素更容易与氢原子形成稳定的共价键。不同分子空间结构不尽相同的原因主要是分子内部原子之间的相互作用以及共价键的排列方式不同。 导入新课 1.概念:气态分子中1 mol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:键能可以通过实验测定,但更多的是推算获得的,通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值。 通常指在标准状况下气态分子解离成气态原子时,1 mol 化学键所需能量的平均值。对双原子分子来说,键能就是键的解离能。 一、键能 课堂探究 成键本质:共用电子对与成键原子的静电作用 4.成键要素 成键元素:一般为同种或不同种非金属元素 成键类型:极性键、非极性键 成键粒子:原子 一、键能 导入新课 键能可以估算化学反应的热效应,判断某一化学反应是吸热反应还是放热反应,可以查出相关化学键的键能,通过计算便可知道。 键 键能（kJ/mol） 键 键能（kJ/mol）   H—H 436.0 N≡N 946 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 一、键能 课堂探究 【思考】 1.N2、O2、F2与氢气反应的能力依次增强,从键能的角度如何理解这一事实? N—H、O—H、H—F的键能依次为390.8 kJ·mol-1、462.8 kJ·mol-1、568 kJ·mol-1,键能依次增加,分子的稳定性增强,故N2、O2、F2与氢气反应的能力依次增强。 一、键能 2.1 mol H2分别与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?如何通过计算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? 通过计算,1 mol H2分别与1 mol Cl2、1 mol Br2(蒸气)反应,分别形成2 mol HCl和2 mol HBr,放出能量依次为184.9 kJ、102.3 kJ,1 mol H2与1 mol Cl2反应形成2 mol HCl放出的能量多,氯化氢分子更稳定,溴化氢分子更容易发生热分解生成相应的单质。 课堂探究 5.键能的应用 （1）判断共价键的稳定性 从键能的定义可知,破坏1 mol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。 （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。 一、键能 课堂探究 5.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,即ΔH=反应物中化学键键能之和-生成物中化学键键能之和。 （4）键能的大小直接影响化学反应的活性和选择性。 一般来说，键能越大，化学键越牢固，化学反应的活化能越高，反应越难进行。反之，键能越小，化学键越不稳定，反应越容易进行。因此，键能可以用来预测和设计化学反应，如有机合成中的官能团转化。 一、键能 课堂探究 二、键长 键长指两个成键原子的核间距离,是了解分子结构的基本参数,也是了解化学键强弱和性质的参数。对于由相同的A和B两个原子组成的化学键,键长值小,键强;键的数目多,键长值小。在实际的分子中,由于受共轭效应、空间阻碍效应和相邻基团电负性的影响,同一种化学键的键长还有一定差异。键长的测定主要是通过分子光谱和热化学手段。下表为常见共价键的键长。 课堂探究 二、键长 键 键长/pm 键 键长/pm H—H 74 C≡C 120 F—F 141 C—H 109 Cl—Cl 198 O—H 96 Br—Br 228 N—H 101 I—I 267 N≡N 110 C—C 154 Si—Si 235 C=C 133 Si—O 162   常见化学键的键长 课堂探究 二、键长 1.键长的定义 键长是分子中两个成键原子核间的距离，是描述分子结构的基本参数之一。例如，在H2分子中两个H原子的核间距为74pm，因此，H一H键长就是74pm。 2.键长与键能的关系 键长和键能是衡量化学键稳定性的重要参数。键长越短，键能越大，化学键越稳定”。例如，H一F、H一Cl、H一Br、H一I键的键长依次递增，而键能依次递减。 课堂探究 二、键长 3.影响键长的因素 （1）原子半径 原子半径越小，键长越短，键能越大。例如，在H一X键中，F的原子半径最小，所以H一F的键长最短，键能最大。 （2）化学环境 在同一种化学键中，由于受共轭效应、空间阻碍效应和相邻基团电负性的影响，键长还有一定的差异。 课堂探究 二、键长 4.键长在化学反应中的应用 （1）对化学反应速率的影响 键长越短，键能越大，化学反应越容易进行，反应速率越快。 （2）对物质的热稳定性的影响 键长越短，键能越大，物质的热稳定性越好。例如，H—F键的键能最大，所以HF分子在高温下也保持稳定。 课堂探究 二、键长 【思考】对比F—F、Cl—Cl、Br—Br的键能和键长,总结键能和键长的关系,键长和键能对分子的性质有什么影响? 利用键长可以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,分子越稳定。比如键长:F—F<Cl—Cl<Br—Br,则分子的稳定性:F2>Cl2>Br2。 课堂探究 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或三键时,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。 【总结】键长的判断方法 二、键长 课堂探究 【思考】 由于C—H和C—Cl的键长不相等,故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。可见键长可以影响分子的空间结构。 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),即共价键部分断裂。 2.解释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。 二、键长 1.乙烯、乙炔为什么比乙烷活泼? 课堂探究 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称为键角。 下面是CO2、H2O、NH3分子的键角。 二氧化碳分子的键角为180°,分子呈现直线形;水分子的键角为105°,分子呈现V形,氨分子的键角为107°,分子呈现三角锥形。键角可反映分子的空间结构,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。 课堂探究 键角即两相邻共价键之间的夹角,由于共价键的方向性,共价化合物的键角是一定的,但组成相似的化合物未必有相同的键角,孤电子对对成键电子对有较大的排斥作用,可导致键角变小。 三、键角 课堂探究 2.影响键角大小的因素 （1）原子间的电子云排斥力:原子间电子云排斥力越大，键角越大. （2）原子间的成键数目:通常情况下成键数目越多，键角越小。 （3）孤对电子的排斥力:孤对电子数目越多，对成键电子对的排斥越大，键角越小。 （4）杂化状态:原子的杂化状态也会影响键角的大小，如sp3、sp2、sp杂化状态的碳，形成的键角分别接近109°28'、120°、180°。 三、键角 课堂探究 3.键角与分子构型的关系 化学键角决定了分子的立体构型，如V形、直线形、三角锥形等。而这些立体构型又进一步决定了分子的化学性质和反应活性。例如: 1.线形分子:如二氧化碳(CO2)其化学键角为180°，具有线形结构。 2.四面体形分子:如甲烷(CH4)，其化学键角约为109°28'，具有正四面体形结构。 三、键角 课堂探究 4.键角的应用 （1）判断分子构型:通过测量键角，可以确定分子的立体构型，如线形、平面三角形、四面体形等。 （2）药物设计与优化:在药物设计中键角对于确定药物分子的活性构象至关重要。通过调整药物分子的键角，可以改变其与受体分子的结合方式和亲和力，从而提高药物的疗效和选择性。 （3）材料开发:例如，在液晶材料的开发中，需要控制分子的键角以实现特定的光学和电学性质。 三、键角 课堂探究 5.键角对分子的影响 键角的大小影响着分子的极性和稳定性。例如，在COCl2分子中，由于C原子与O原子间以双键C=O结合，导致C—Cl键的键角大于C一O键的键角。 总结:键角是描述分子空间结构的重要参数，它受到中心原子杂化类型、电负性、孤电子对数目以及是否存在重键等多种因素的影响。了解键角对于理解分子的形状和化学性质具有重要意义。 三、键角 关于键长、键能和键角,下列说法错误的是(　　) A.键角是描述分子空间结构的重要参数 B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关 C.C=C等于C—C键能的2倍 D.因为O—H的键能小于H—F的,所以O2、F2与H2反应的能力逐渐增强 课堂练习 【练习1】 C 下列有关性质的比较中,正确的是(　　) A.粒子半径:O2-<F-<Na+<Li+ B.第一电离能:He<Ne<Ar C.分子中的键角:CH4>H2O>CO2 D.共价键的键能:C—C<C=C<C≡C 课堂练习 【练习2】 D 某些化学键的键能如表所示: 下列有关说法正确的是(　　) A.1 mol H2(g)分别与Cl2(g)、Br2(g)、I2(g)反应,则与碘完全反应放出的热量最多 B.H—F的键能大于431 kJ·mol-1 C.H2与Cl2反应的热化学方程式为H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)　ΔH=-248 kJ·mol-1 D.稳定性最强的化学键是H—Cl 课堂练习 【练习3】 D 下列事实不能用键能的大小来解释的是(　　) A.N元素的电负性较大,但N2的化学性质很稳定 B.稀有气体一般难发生反应 C.HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱 D.F2比O2更容易与H2反应 课堂练习 【练习4】 B 课堂小结 布置作业 教材P39“练习与应用”第2、3、5(6)(7)、7题。 谢谢大家 $$