2.1.2键参数键能键长与键角（教学设计）高二化学（人教版2019选修第二册）

第二章《分子结构与性质》教学设计第一节共价键第二课时键参数键能、键长与键角课题：2.1.2键参数键能、键长与键角课时1授课年级高二课标要求知道键能、键长，键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构教材分析本节内容是高中化学人教版（2019版）选择性必修二第二章第一节《共价键》内容，该内容是高中选修课程中，研究分子结构的第一节的第二课时。这部分内容从定量的角度来研究共价键，键能和键长可以用来描述键的强弱，键角可以用来描述分子的空间结构。教材直接给出键能和键长的概念，并很简洁地用表格形式列出了某些共价键的键能和键长，表格中的这些参数对分子性质是有影响的，教材通过“思考与讨论”中的具体问题让学生运用这些键参数解释对分子性质的影响。化学键的键长与键能是相关的，教材列举实例说明了它们的相关性。教材中的表21和表22的信息是比较多的，可以利用这些数据，比较同主族元素单质中各物质的键长和键能的差异；可以比较同种元素形成的单键、双键和三键的键长和键能的差异；可以比较同主族元素的氢化物的键长和键能的差异；等等。同时，在《化学反应原理》模块中，介绍有关化学反应的能量变化时，用到了键能数据，但在本节中没有列举具体例子来说明键能数据的应用，只说明了从键能数据表里查出相关化学键的键能，通过计算相关物质的键能变化可知化学反应的热效应。键角是描述分子空间结构的重要参数。教材介绍键角时，首先给出了什么是键角，然后通过CO2和H2O等物质的键角，说明了键角与分子空间结构的关系，并进一步说明了共价键具有方向性。本节教材的最后一句话：“键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得”，既表达了键长和键角的数据可由实验获得，又为教材后续介绍晶体的X射线衍射实验打下伏笔。本节课教材从表格出发，整节课教材中给出3张表格，分别从不同角度帮助学生了解键能和键长的相关知识。对表格的数据分析，能够提升学生的数据处理能力，能够激发学生对微观抽象物质的学习兴趣，更好理键能和键长的本质，培养初步的科学探究能力。教学目标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教学重、难点重点：用键能、键长和键角等键参数解释物质的某些性质难点：键能、键长和键角等键参数的应用核心素养宏观辨识与微观探析：通过宏观上对物质稳定性，分子结构的认识。探究微观中共价键键能、键长、键角对物质物理化学性质的影响，从而更好地理解键能、键长、键角与物质性质的变化规律。证据推理与模型认知：通过对表格数据进行分析整理，找出键能、键长与物质稳定性的关系，找出键能、键长之间的关系，从而建立键能与键长的关系模型，逐步构建模型思维。科学探究与创新意识：通过对键能、键长、键角应用的探究，了解他们在判断物质稳定性和物质空间构型中的应用，培养初步的科学探究能力。学情分析在必修阶段，学生对化学键、共价键、离子键的知识有了一定的了解，知道他们的定义、成键微粒、成键本质、成键条件、成键原因及存在范围。对于共价键，必修教材从元素种类的角度，更加深入的研究了它的分类方法。能够用电子式表示离子化合物和共价单质及共价化合物。能够用结构式表示共价单质和共价化合物。同时介绍了水、二氧化碳、甲烷分子的空间构型。在选择性必修一中，学生能够利用键能来计算反应的焓变。由此可见，学生对于共价键比较熟悉，对于键能有一定的了解。因此在选修二阶段的教学中可以充分利用学生对键能和常见物质分子构型已有的知识经验，对照共价键及上节课所学的相关知识，在复习和强化的基础上，结合书中提供的三个表格对共价键的键参数进行学习。在教学中指导学生认真阅读教材中的相关内容，特别是对书中给予的三个数据表格进行认真阅读和体会，找出键能、键长、键角的相互关系、变化规律及对物质性质的影响。同时，围绕教材中的【思考与讨论】展开探究，结合教师的讲解和学生预习所查找的资料内容，从定量的角度加深对键能和键长变化规律的理解。教学过程教学环节教学活动设计意图环节一、情景导入环节一、氧探究键能的相关知识创设实验情境任务一、探究键能的相关知识【情景创设】播放氢气与氯气，氢气与溴蒸气反应的视频。【情景探究】1mo1H2分别与1molCl2,、1molBr2(蒸气)反应，分别形成2molHCl和2molHBr,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？请同学们结合选择性必修一学过的热化学反应的知识，并利用教材P37表21的数据进行计算。【学生】计算焓变，利用相关数据进行解题。生成2molHCl和2molHBr分别放出184.9kJ和102.3kJ的热量，生成HCl放热更多，所以HCl比HBr更易生成，更难分解。【教师】点评、补充【过渡】通过刚才的计算，我们知道，要解决这方面的问题，需要用到键能的数据，通过计算反应前后反应物和生成物键能的大小，从而判断反应的吸放热情况，判断物质的稳定性。实质上，物质稳定性的强弱，就是共价键强弱的宏观体现，而共价键的强弱不仅与键能有关，还与键长有关，同时，分子的构型还与共价键的键角有关，那么到底什么是键能、键长与键角，他们与共价键之间到底有什么关系，通过今天的探究，我们就能解决这些问题。【任务一】探究键能的相关知识【学生活动】阅读教材P37第一、二自然段及表21，回答下列问题：键能的定义？键能的测定条件？键能的单位？键能的测定方法？同种类型的共价键，键能大小关系，例如：E(CC)E(C=C)E(C≡C)同主族元素氢化物键能的变化规律？（例如：HF、HCl、HBr、HI）同周期元素氢化物键能的变化规律？（例如：CH、NH、OH、FH）键能的应用？【学生1】气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量称为键能【学生2】键能通常是298.15K、101kPa条件下的标准值【学生3】kJ·mol1【学生4】键能可通过实验测定，更多的却是推算获得的平均值【学生5】同种类型的共价键，键能大小为：单键<双键<三键【学生6】同主族元素氢化物键能的变化规律：从上往下，键能依次减小【学生7】同周期元素氢化物键能的变化规律：从左往右，键能依次增大【学生8】（1）计算反应热：△H=反应物的键能总和生成物的键能总和【教师】评价、补充键能的应用。判断共价键的稳定性：原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，体系能量降低越多，释放能量越多，形成共价键的键能越大，共价键越牢固。（3）判断分子的稳定性：一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越稳定。例如分子的稳定性：HF>HCl>HBr>HI【对应训练1】根据键能数据(HCl431kJ·mol1,HI297kJ∙mol1),可得出的结论是（）A.溶于水时，HI比HCl更容易电离，所以氢碘酸是强酸B.HI比HCl的熔、沸点高C.HI比HCl稳定D.断裂等物质的量的HI和HCl中的化学键，HI消耗的能量多【答案】A【解析】键能越小越容易发生电离，HCl的键能大于HI,所以HI分子比HCl更容易电离，氢碘酸是强酸，故A正确；由分子构成的物质，熔沸点与化学键强弱无关，故B错误；化学键的键能越大，化学键越稳定，越不易发生电离、不易发生分解反应，HCl的键能大于HI,说明HCl的稳定性大于HI,故C错误；键能越大，拆开相同物质的量的化学键时消耗能量越多，拆开相同物质的量的HI分子比HCl消耗的能量小，故D错误。【对应训练2】能够用键能的大小作为主要依据来解释的是（）A.常温常压下，氯气呈气态而溴单质呈液态B.硝酸是挥发性酸，而硫酸、磷酸是不挥发性酸C.稀有气体一般难于发生化学反应D.空气中氮气的化学性质比氧气稳定【答案】D【解析】A项，取决于分子间的作用力的大小，与分子内共价键的键能无关；B项，物质的挥发性与分子内键能的大小无关；C项，稀有气体是单原子分子，无化学键，难于发生化学反应的原因是它们的价电子已形成稳定结构；D项，氮气比氧气稳定是由于N2分子中共价键的键能(946kJ·mol1)比O2分子中共价键的键能(497.3kJ/mol)大，在化学反应中更难于断裂。【对应训练3】下列能用键能大小来解释的是（）A.N2的化学性质比O2更稳定B.相同状况下，氯气的密度比空气的大C.稀有气体一般难发生化学反应D.HI的沸点比HCl的沸点高【答案】A【解析】N2分子中存在N≡N键，O2分子中存在O=O键，由于三键的键能大于双键，故N2的化学性质比O2更稳定，A项符合题意；氯气的摩尔质量大于空气的平均摩尔质量，故相同状况下，氯气的密度比空气的大，与键能大小无关，B项不符合题意；稀有气体是单原子分子，没有化学键，C项不符合题意；键能影响物质的稳定性，与物质的沸点高低无关，D项不符合题意。【小结】重点记忆的知识：键能的定义、键能的应用同类型物质键能的变化规律：单键<双键<三键【过渡】以上就是有关键能的相关内容，接下来，我们继续探究共价键的另一个键参数——键长的相关知识。创设氢气在氯气和溴蒸气中燃烧的实验情境，激发探究欲望。利用旧知解决新知，有助于加深对新知的学习和理解带着问题阅读教材找答案，培养学生的阅读能力和自主解决问题的能力环节二、探究键长的相关知识环节三、探究键角的相关知识任务二，探究键长的相关知识任务三、探究键角的相关知识【任务二】探究键长的相关知识【学生活动】阅读教材P37第三自然段及表22，P38第一、三自然段，P39资料卡片，小组讨论，回答下列问题：键长的定义？键长的测定方法？键长与键能关系？键长与共价半径的关系？同种元素构成的不同共价键键长的关系？例如：单键双键三键键长与分子空间构型的关系？【学生1】构成化学键的两个原子的核间距叫做该化学键的键长。由于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。【学生2】可通过晶体的X射线衍射实验获得【学生3】键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定【学生4】在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短【学生5】相同的两原形成共价键时，单键键长>双键键长>三键键长【学生6】键长是影响分子空间结构的因素之一【教师】评价、补充【对应训练1】下列说法正确的是（）A.氯化氢的分子式是HCl而不是H2Cl,是由共价键的方向性决定的B.CH4分子的空间结构是正四面体形，是由共价键的饱和性决定的C.电子云在两个原子核间重叠后，电子在两核间出现的概率增大D.分子中共价键键长越长，键能越大，则分子越稳定【答案】C【解析】氯化氢的分子式是HCl而不是H2Cl,与共价键的饱和性有关，故A错误；CH4分子的空间结构是正四面体形，与共价键的方向性有关，而与饱和性无关，故B错误；电子云在两个原子核间重叠后，电子出现概率增大，体系能量降低，形成稳定物质，所以C选项是正确的；分子中共价键键长越长，键能越小，分子越不稳定，故D错误。【对应训练2】氰气的化学式为(CN)2,结构式为N≡CC≡N,性质与卤素相似。下列叙述正确的是（）分子中既有极性键，又有非极性键分子中N≡C键的键长大于CC键的键长分子中含有2个σ键和4个π键D.不和氢氧化钠溶液发生反应【答案】A【解析】分子中N≡C键是极性键，C—C键是非极性键，A项正确；成键原子半径越小，键长越短，N原子半径小于C原子半径，故N≡C键比C—C键的键长短，B项错误；(CN)2分子中含有3个σ键和4个π键，C项错误；由于(CN)2与卤素性质相似，故其可以和氢氧化钠溶液反应。【对应训练3】下列说法中正确的是（）A.键能越小，表示化学键越牢固，越难以断裂B.两个成键原子的原子核越近，键长越长，化学键越牢固，性质越稳定C.破坏化学键时，消耗能量，而形成新的化学键时，则释放能量D.键能、键长只能定性地分析化学键的特性【答案】C【解析】键能越大，表示化学键越牢固，越难以断裂，A错误；两个成键原子的原子核越近，键长越短，化学键越牢固，性质越稳定，B错误；破坏化学键时，消耗能量，而形成新的化学键时，则释放能量，C正确；键能、键长能定量分析化学键的特性，D错误。【小结】重点记忆的知识：键长的定义键长与键能、物质稳定性、原子半径、分子空间构型的关系相同的两原形成共价键时，单键键长>双键键长>三键键长【过渡】以上就是有关键长的相关内容，接下来，我们继续探究共价键的最后一个键参数——键角的相关知识。【任务三】探究键角的相关知识【学生活动】阅读教材P38第二自然段，回答以下问题：1、键角的概念？2、键角的意义?3、常见分子的键角及分子的空间结构填表？分子键角空间结构CO2H2ONH3CH4P44、键角的测定方法？【学生1】在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角称为键角【学生2】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，分子的许多性质都与键角有关。多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性【学生3】分子键角空间结构CO2（O=C=O）180°直线形H2O（HO）105°V形(或称角形)NH3（NH）107°三角锥形CH4（CH）109º28´正四面体形P4（PP）60º正四面体形【学生4】键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得【教师】评价、补充【小结】重点记忆的知识：键角的定义和意义常见分子的键角及分子的空间结构3、键角的测定方法【对应训练1】在下列的比较中错误的是（）A.强度：σ键>π键B.键角：H2O<CO2C.键长：HF>FFD.键能：CC>CSi【答案】C【解析】π键比σ键重叠程度小，形成的共价键不稳定，故强度：σ键>π键，选项A正确；H2O为V形结构，CO2为直线形结构，则分子中的键角：H2O<CO2,选项B正确；H原子半径小于F原子，半径越小，键长越小，故HF<FF,选项C错误；原子半径越小，共价键键能越大，原子半径：C<Si,则共价键的键能：CC>CSi,选项D正确。【对应训练2】下列关于键长、键能和键角的说法中不正确的是（）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有关C.多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性D.键能越大，键长就越长，共价化合物也就越稳定【答案】D【解析】键角是多原子分子中两个相邻共价键之间的夹角，是描述分子空间结构的重要参数，A正确；键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关，B正确；多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性，C正确；键能越大，键长越短，共价化合物越稳定，D错误。【对应训练3】下列有关共价键键参数的比较中，不正确的是（）A.键能：CN<C=N<C≡NB.键长：II>BrBr>ClClC.分子中的键角：H2O>NH3D.乙烯分子中碳碳键的键能：σ键>π键【答案】C【解析】键能：单键<双键<三键，则键能：CN<C=N<C≡N,A正确；原子半径：I>Br>Cl,则键长：II>BrBr>ClCl,B正确；H2O分子中键角为105°,NH3分子中键角为107°,故分子中的键角：H2O<NH3,C错误；σ键通过“头碰头”重叠形成，强度大，π键通过“肩并肩”重叠形成，强度小，故乙烯分子中碳碳键的键能：σ键>π键，D正确。【学生活动】探讨教材P38，【思考与讨论】，回答相关问题：(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？(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？【学生1】由于N≡N,O=O、FF的键能依次减小，而NH、OH、FH的键能依次增大，所以，N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强。【学生2】一般来说，分子中共价键的键长越小，键能越大，共价键越稳定。【总结】重点记忆：键参数对分子性质的影响：相同类型的共价化合物分子，成键原子半径越小，键长越短，键能越大，分子越稳定【课后拓展】多媒体展示分子的空间结构小组合作学习，培养学生共同解决问题的能力和表达能力对点训练，通过练习，发现问题，调控课堂，提高效率。适时强调重难点，有助于学生对知识重难点的把握展示多样的分子结构，巩固所学知识的同时，为后面新课的开启起到承上启下的作用环节四、课后巩固作业设计作业：教材P39页练习与应用2、3、5（6）（7），7、8练习册习题1.（易）人们常用HX表示卤化氢(X代表F、C1、Br、I),下列说法中，正确的是（）A.形成共价键的两个原子之间的核间距叫做键长B.HF的键长是HX中最长的C.HF是ppσ键D.HF的键能是HX中最小的【答案】A【解析】X原子半径越大，HX键的键长越长，则HI键的键长最长，B错误；HF键是H原子的1s轨道和F原子的2p轨道重叠形成的，应是spσ键，C错误；一般情况下键长越短，键能越大，HF的键长是HX中最短的，故HF的键能是HX中最大的，D错误。2.（易）下列说法中，错误的是（）A.键能是衡量化学键稳定性的参数之一，键能越大，则化学键就越牢固B.键长与共价键的稳定性没有关系C.键角是两个相邻共价键之间的夹角，说明共价键有方向性D.共价键是通过原子轨道重叠并共用电子对而形成的，所以共价键有饱和性【答案】B【解析】一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，B错误。3.（易）NH3的空间结构是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，解释该事实的充分理由是（）A.NH3内NH键是极性键B.分子内3个NH键的键长相等，键角相等C.NH3内3个NH键的键长相等，3个键角都等于107°D.NH3内3个NH键的键长相等，3个键角都等于120°【答案】C【解析】N—H键为极性键不能说明NH3为三角锥形，A项错误；三个N—H键键能与键长分别相同，键角相等仍有可能为正三角形，B项错误；D项事实说明NH3的空间结构为平面三角形。4.（易）关于键长、键能和键角，下列说法中错误的是（）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键的键能等于C—C键键能的2倍D.因为O—H键的键能小于HF键的键能，所以F2比O2更容易与H2反应【答案】C【解析】键角是描述分子空间结构的重要参数，如H2O中两个H—O键的键角为105°,故H2O为V形分子，A正确；键长的大小与成键原子的半径有关，如Cl的原子半径小于I的原子半径，ClCl键的键长小于II键的键长，此外，键长还和成键数目有关，如乙烯分子中C=C键的键长比乙炔分子中C≡C键的键长要大，B正确；C=C键的键能为615kJ·mol1,CC键的键能为347.7kJ·mol1,二者不是2倍的关系，C错误；O—H键的键能为462.8kJ·mol1,H—F键的键能为568kJ·mol1,O—H键与H—F键的键能依次增大，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，故F2比O2更容易与H2反应，D正确。5.（中）从实验测得不同物质中O—O键的键长和键能的数据如下表：OO键/数据O22O2—O2O2+键长/1012m149128121112键能/(kJ∙mol1)xyz=494w=628其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能的大小顺序为z>y>x。该规律是（）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【答案】B【解析】由题表中数据可知，成键时电子数越多，键能越小，A不符合题意；由题表中数据可知，键长越短，键能越大，B符合题意；由题表中数据无法判断成键所用的电子数与键能的关系，C不符合题意；电子对偏移程度与键能无关，D不符合题意。6.（中）下表为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中，正确的是（）A.W、R元素单质分子内都存在非极性键B.X、Z元素都能形成双原子分子C.键长WH<YH,键的极性YH>WHD.键长XH<WH,键能XH<WH【答案】B【解析】由元素在周期表中的位置可知，X为N、W为P、Y为S、R为Ar、Z为Br。磷元素形成的白磷单质中存在非极性键，但稀有气体分子为单原子分子，分子中没有化学键，A错误；氮气、溴单质都是双原子分子，B正确；原子半径W>Y,故键长WH>YH,电负性W<Y,元素电负性越大，对键合电子吸引力越大，与H元素形成的化学键极性越大，故键的极性YH>WH,C错误；原子半径W>X,故键长WH>XH,键长越短，键能越大，故键能WH<XH,D错误。7.（易）正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键的3倍和2倍。（）(2)键长等于成键两原子的半径之和。（）【答案】(1)×(2)×【解析】（1）C≡C键的键能为812kJ·mol1,C=C键的键能为615kJ·mol1,CC键的键能为347.7kJ·mol1,三者不是3倍和2倍的关系。（2）键长的定义为构成化学键的两个原子的核间距叫做该化学键的键长。由于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。所以键长不是简单的等于成键两原子的半径之和。8．（易）某些化学键的键能如下表：键HHHIHFHClHBrIIClClBrBr键能436299568432366153243194根据表中数据回答问题：(1)下列物质本身具有的能量最低的是(填字母，下同)。A.H2B.Cl2C.Br2D.I2(2)下列氢化物中，最稳定的是。A.HFB.HClC.HBrD.HI(3)X2+H2=2HX(X代表F、Cl、Br、I,下同)的反应是(填“吸热”或“放热”)反应。(4)1molCl2在一定条件下与等物质的量的H2反应，放出的热量是kJ。相同条件下，X2分别与H2反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出的热量最多的是。【答案】(1)A(2)A(3)放热(4)185