2.1.2 键参数——键能、键长与键角 课件 -2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦共价键的键能、键长、键角三大参数，通过卤化氢分解率数据导入，以问题链衔接微观结构与宏观性质，搭建从现象探究到本质理解的学习支架。 其亮点在于结合数据表格与实例分析，如用键能比较分子稳定性、键角推断空间结构，培养证据推理与模型认知核心素养。丰富的“练一练”和思考讨论，助力学生深化理解，教师可直接用于课堂互动与知识巩固。

第二章　分子结构与性质 第一节 共价键 第2课时 共价键的键参数 学习 目标 PART 01 PART 02 PART 03 通过认识共价键的键能、键长和键角,从微观角度模型化解释分子的空间结构。 结合共价键的键长、键能和键角等数据,理解分子的性质与键参数的关系,培养证据推理与模型认知的核心素养。 掌握用共价键的强弱解释物质稳定性的方法。 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？ 卤化氢 分解的百分数/% HCl 0.0014 HBr 0.5 HI 33 分析下表：在1000℃时的卤化氢分解率，你能得出什么结论？ 结论：HCl、HBr、 HI越来越易分解 共价键的三个键参数——键能、键长与键角 说明：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。 NH3 三角锥形 CH4 正四面体形 问题导入 气态分子中1mol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。 4、数据来源： 提示：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。 键能可以通过实验测定，更多却是推算获得的，是平均值。 一、键能 5、意义： 衡量共价键的强弱 某些共价键的键能（kJ·mol－1） ①相同原子间的键能： 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： 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： ④特例： 6、键能规律： 单键＜双键＜三键 碳碳键：σ键键能 ＞ π键键能 氮氮键：σ键键能 ＜ π键键能 第二周期氢化物键能依次增大，N-H反常 卤素单质键能：Cl2 >Br2>I2 F2反常 问题：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？ 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。 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。但乙烯、乙炔性质活泼，氮气性质不活泼。 7、键能的应用 ①判断共价键的稳定性（键能越大，共价键越稳定） ②判断分子的稳定性（一般键能越大，分子越稳定） 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=反应物的总键能 - 生成物的总键能 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、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( ) √ √ √ × × 练一练 2. <m></m> 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 <m></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3mol P-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。 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？ H—H(436.0 kJ·mol－1) Cl—Cl(242.7 kJ·mol－1) Br—Br(193.7 kJ·mol－1) H—Cl(431.8 kJ·mol－1) H—Br(366 kJ·mol－1) 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。 [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) 从表2-1的数据可知，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。 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。 2.键长大小： 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。 单位：pm（1 pm＝10-12 m） 二、键长 从以上数据中可以得到以下结论： ③ 相同的成键原子：单键键长 > 双键键长 >叁键键长 ① 通常，键能越大，键长越短，共价键越稳定。 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 C-C C=C C≡ C Cl-Cl F-F 154 134 120 198 141 347 598 820 242.7 157 特例： 如F-F键,键长比Cl-Cl键短,键能比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。 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？ 3.键长、键能与分子化学性质的关系： 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，该共价键越稳定，含该键的分子越稳定，越不容易分解。 键 键长/pm 键能/(kJ·mol－1) HX的热分解温度/℃ H—Cl 127.4 431.8 1000 H—Br 141.4 366 600 H—I 160.9 298.7 300 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、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 思考：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。 5、键长的应用 ①判断共价键的稳定性 键长越短，键能越大，共价键越稳定。 ②解释分子的空间结构 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. 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 B 练一练 2.氰气的化学式为(CN)2，结构式为N C C N，性质与Cl2相似，下列叙述正确的是( 　 　) A．在一定条件下可发生加成反应 B．分子中N C键的键长大于C—C键的键长 C．分子只含有2个σ键和4个π键 D．不和NaOH溶液反应 A 为什么CO2的空间结构是直线形，H2O的空间结构是V形，而NH3的空间结构是三角锥形？ V形 常见分子的空间结构 NH3 H2O CO2 三角锥形 直线形 [想一想] 另外我们再来关注一个问题，同为三原子分子，CO2分子的空间结构为直线形，而H2O分子的空间结构为V形，从哪个角度可以对此作出解释呢？ 20 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° 1、概念 在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角 三、键角 21 三、键角 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：①多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。 ②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 。 键长和键角决定分子的空间结构。 3、键角的应用 22 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？ 　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′。 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？ 3.下列能说明BF3 分子中4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.3个B-F的键能相等 D.3个 B-F的键长相等 A 练一练 　H2S分子是V形结构 4.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 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: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。 (1)对于双原子分子，其分子内只含一个共价键时，共价键越牢固，该物质分子的化学性质越稳定。 (2)共价键的牢固程度与其化学活泼性不是完全相同的，如C≡C键或C=C键，依据键能数据是较牢固的共价键，但由于该类键中的π键部分是由原子轨道的侧面重叠所得，所以容易破坏而发生化学反应。 (3)F—F的键长短，键能小的原因：F原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两F原子形成共价键时，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能不大，F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。 五、共价键牢固性与物质稳定性的关系 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键断裂为气态原子的能量变化是 ___________ 。 ②表中共价键最难断裂的是 ，键长最长的是 。 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 练一练 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、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 练一练 2、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 3、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： 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。 3、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。 (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 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 O O O $