2.1.2键参数—键能、键长与键角课件 2026-2027学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

第二章 分子结构与性质 第一节 共价键 2.1.2 键参数—键能、键长与键角 学习目标 1、理解键能、键长和键角等键参数的含义，能利用键参数解释物质的某些性质。 2、通过共价键理论模型的发展过程，初步体会不同理论模型的价值和局限。 一、键参数 —— 键能、键长与键角 1、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）定义： （2）单位： （3）意义： ★ 键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值，通常取正值 kJ / mol或kJ • mol-1 共价键的强弱可用键能来衡量 ★ 键能越大，即断开化学键时需要吸收的能量越多，意味着这个化学键越牢固，越不容易被打断，由该键形成的分子越稳定 一、键参数 —— 键能、键长与键角 1、键能 键能可通过实验测定，更多的却是推算获得的。例如，依次断开CH4中的4个C—H，所需能量并不相等，因此，CH4中的C—H键能只是平均值，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 （4）规律： 【思考】 （1）HF、HCl、HBr和HI稳定性的差异？ （2）F2、Cl2、Br2、I2键能变化规律及原因？ ★ 同种类型的共价键，成键原子半径越小，键能越大，共价键越牢固 F原子半径很小，因此F-F的键长短，而由于键长短，两个F原子形成共价键时，原子核之间的距离小，排斥力大，很容易断键，因此键能小 如：F2 + H2 = 2HF，在暗处能剧烈化合并发生爆炸，生成的HF很稳定 （4）规律： 【思考】 （3）碳碳单、双、三键键能的差别？ （4）氮氮单、双、三键键能的差别？ ★ 同样的成键原子之间，形成的键越多，键能越大 【思考1】碳碳双键中 π 键键能是否等于267.3 kJ / mol？为什么？ 【思考2】氮氮双键中 π 键键能是否大于 σ 键键能？为什么？ 【练习】由教材表2 - 1的数据判断，下列分子的稳定性强弱： （1）Cl2 Br2 I2 （2）NH3 H2O 一、键参数 —— 键能、键长与键角 1、键能 ＞ ＞ ＜ ★ 键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定 某些共价键的键能 键 键能 （kJ · mol-1 ） 键 键能 （kJ · mol-1 ） Cl—Cl 242.7 O—H 462.8 Br—Br 193.7 N—H 390.8 I—I 152.7 ① 判断共价键的稳定性： ★ 多重键比较稳定性时，需比较 π 键和 σ 键各自的键能，不能看整体键能 一、键参数 —— 键能、键长与键角 1、键能 （5）应用 键能越大，断开化学键时需吸收的能量越多，化学键越稳定 ② 判断分子的稳定性： 结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定， 如：分子稳定性：HF ＞ HCl ＞ HBr ＞ HI 如：比较C≡C和N≡N的键能时，应比较C≡C和N≡N中 π 键和 σ 键各自的键能。原子半径C ＞ N，N≡N中 π 键和 σ 键的键能会更大 ③ 估算化学反应热效应： （5）应用 【思考】 H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g)，是吸热反应还是放热反应？计算反应热? 解：△H = 反应物键能总和 - 生成物键能总和 = （436.0 + 242.2 - 2 × 431.8）kJ / mol = -180.4 kJ / mol ＜ 0 放热反应 ＞ 0 吸热反应 【思考与讨论】 （2）N2、O2、F2 跟H2的反应能力依次增强，从键能的角度应如何理解这一化学事实？ 而N-H、O-H、F-H键键能依次增大，成键时放出的热量越多，化学键越稳定，形成的分子更稳定（次） 解：N≡N、O=O、F-F键键能依次减小，断键更容易（主） O2(g) + 2H2(g) = 2H2O(l) ∆H = -481.9 kJ / mol N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ∆H = -90.8 kJ / mol F2(g) + H2(g) = 2HF(g) ∆H = -543 kJ / mol 某些共价键的键能 键 键能 （kJ · mol-1 ） 键 键能 （kJ · mol-1 ） N≡N 946 N—H 390.8 O=O 497.3 O—H 462.8 F—F 157 H—F 568 【思考与讨论】 （1）试利用表2 - 1的数据进行计算，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，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？ H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) ∆H = -184.9 kJ / mol H2(g) + Br2(g) = 2HBr(g) ∆H = -102.3 kJ / mol 形成HCl释放的能量比形成HBr释放的能量多，因而生成的HCl更稳定，即HBr更容易发生热分解生成相应的单质 某些共价键的键能 键 键能 （kJ · mol-1 ） 键 键能 （kJ · mol-1 ） H—H 436.0 H—Cl 431.8 Cl—Cl 242.7 H—Br 366 Br—Br 193.7 一、键参数 —— 键能、键长与键角 2、键长 （1）定义： 构成化学键的两个原子的核间距 ★ 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）意义： 衡量共价键强弱的另一重要参数 Cl2中Cl-Cl键长 一、键参数 —— 键能、键长与键角 2、键长 【思考】分析表2 - 2的数据，找出键长存在的规律？（从成键原子的半径、成键个数分析） ★ 原子半径决定化学键的键长，同种类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短 ★ 成键原子相同时，键长：单键键长 ＞ 双键键长 ＞ 三键键长 表2 - 2 某些共价键的键长 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 1 pm = 10-12 m 一、键参数 —— 键能、键长与键角 2、键长 【思考与讨论】 （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？ ★ 一般地，键长越短，键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定 ★ 注意：F-F键不符合“键长越短，键能越大”的规律 一、键参数 —— 键能、键长与键角 2、键长 （3）应用 ① 判断共价键的稳定性： ② 判断分子的空间结构： 一般地，键长越短，键能越大，共价键越稳定，由该键形成的分子越稳定 键长是影响分子空间结构的因素之一 【思考】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？ C-H和C-Cl的键长不相等 CH4 CH3Cl 【思考】乙烯、乙炔为什么比乙烷活泼？ 一、键参数 —— 键能、键长与键角 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 乙烷 乙烯 乙炔 表2 - 2 某些共价键的键长 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 分子 CO2 H2O NH3 CH4 分子的空间结构 分子的空间结构名称 键角 3、键角 （1）定义： 在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角 180° 直线形 V 形(角形) 三角锥形 正四面体形 180° 105° 105° 107° 107° 109°28′ 109°28′ ★ 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（键角决定分子的空间构型），分子的许多性质与键角有关 一、键参数 —— 键能、键长与键角 3、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 X射线衍射光学原理 【思考】如图，P4和CH4均为正四面体结构，它们的键角是否相同，为什么？ 不同，P4分子的键角是指P—P—P之间的夹角，为60°； 而CH4分子的键角是指H—C—H的夹角，为109°28′ ★ 相同原子的共价键键长的一半称为共价半径 一、键参数 —— 键能、键长与键角 4、共价半径 分子 键长 / pm 共价半径 / pm F2 141 71 Cl2 198 99 Br2 228 114 I2 267 134 共价半径 r 常见分子中的键角与分子的空间结构 分子的空间结构名称 键角 实例 直线形 180° CO2、CH≡CH V 形（或角形） 105° H2O 平面形 120° C6H6、CH2=CH2、BF3 三角锥形 107° NH3 正四面体 109°28′ CH4、CCl4 ★ 键长和键角决定分子的空间结构 键参数的一些应用 ① 共价键的键能和键长反映了共价键的强弱程度，键长和键角常被用来描述分子的空间构型 ② 一般来讲，形成共价键的两原子半径之和越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定 ★ 可用共价键牢固程度解释酸性：HF < HCl < HBr < HI及H2S < H2Se < H2Te 键参数的一些应用 ③ 当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠，重叠程度越大，键长越短，键能越大 ④ 键能与化学反应过程中的能量关系： a. 化学反应过程中，旧键断裂所吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量，反应为吸热反应，否则，反应为放热反应 反应热(△H) = 反应物总键能 - 生成物总键能 b. 反应物和生成物的化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化，化学反应的实质是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物分子内新化学键的形成，所以反应的热效应可由键能求算 1、下列说法中，错误的是（ ） A. 键长越长，化学键越牢固 B. 成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固 C. 对双原子分子来讲，键能越大，含有该键的分子越稳定 D. 原子间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键 A 2、能够用键能解释的是（ ） A. 氮气的化学性质比氧气稳定 B. 常温常压下，溴呈液体，碘为固体 C. 稀有气体一般很难发生化学反应 D. 硝酸易挥发，硫酸难挥发 A 3、下列说法中正确的是（ ） A. 分子中键能越大，键长越长，则分子越稳定 B. 元素周期表中的ⅠA族和ⅦA族元素的原子间可能形成共价键 C. 水分子可表示为HO—H，分子中键角为180° D. H—O键键能为463 kJ · mol-1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2 × 463 kJ B 4、已知N-N、N=N和N≡N的键能之比为1.00 : 2.17 : 4.90，而C-C、C=C、C≡C的键能之比为1.00 : 1.77 : 2.34。如何用这些数据理解N2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键能的三倍，N=N的键能大于N-N键能的两倍； 而C≡C的键能却小于C-C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N2不易发生加成反应。 氮气 π 键的键能相对较大，乙烯和乙炔的 π 键的键能相对较小，因此后两者的 π 键更容易断裂而发生加成反应 表2 - 1 某些共价键的键能 键 键能 （kJ · mol-1 ） 键 键能 （kJ · mol-1 ） 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 表2 - 2 某些共价键的键长 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 $