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

第一节 共价键 第二章 分子结构和性质 第二课时 键参数——键能、键长与键角 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，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 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。 4、数据： 断开CH4中的4个C—H，所需能量并不相等，因此，CH4中的C—H键能是平均值，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。 键能越大，化学键越牢固，分子越稳定。 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 某些共价键的键能（kJ·mol－1） ①相同原子间的键能： ②碳碳单键 ＜碳碳双键＜ 碳碳三键 （且不存在倍数关系） ③氮氮单键 ＜氮氮双键 ＜ 氮氮三键 ④特例： 5、键能规律： 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) 单键＜双键＜三键 一般来说，σ键比π键更稳定，但N2例外 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。 6、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 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： 4、共价键键长规律： ②成键原子相同时，键长：单键键长＞双键键长＞ 三键键长 ①同种类型的共价键，成键原子的原子半径越大，键长越大。 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 表2－2 共价键的键长 ①根据原子半径判断 其他条件相同时，成键原子的半径越大，键长越长。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。 5、键长判断方法 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，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 6、键能与键长的关系 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键键能比Cl-Cl键键能小） 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。 键长是衡量共价键强弱的另一重要参数。 7、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。 【问题】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。 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 键长和键角决定分子的空间结构。 常见分子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（或角形） 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′。 解析：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】课本P38 （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？ 通过计算1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时，放出184.9 kJ的热量；1 mol H2与1 mol Br2(蒸气)反应生成2 mol HBr时，放出102.3 kJ的热量。说明2 mol HBr分解需要吸收的能量比2 mol HCl低，故HBr更易分解。 (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) 由于N≡N、O=O、F-F的键能依次减小，同时N-H、O-H、F-H键键能依次增大。即旧键易断裂，新键形成后很稳定。故N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。 键 N≡N O=O F-F N-H O-H F-H 键能（kJ/mol） 946 497.3 157 390.8 462.8 568 【思考与讨论】课本P38 (3)通过上述例子，你认为键长、键能对分子的化学性质有什么影响？ 一般来说，形成的共价键的键长越短，键能越大，共价键越稳定，含有该键的分子越稳定，化学性质越稳定。 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。 【课堂小结】 键能 键长 共价键的稳定性 一般来说，形成的共价键的键长越短，键能越大，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 1、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 【课堂达标】 2、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 3、有关碳和硅的共价键键能如下表所示，简要解释下列有关事实。 (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：  (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 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 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。 $