2.1.2键参数键能键长与键角课件高二化学人教版选择性必修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、键角等键参数的概念。2.能应用键参数——键能、键长、键角说明简单分子的结构和性质新课导入1.N2与H2在常温下很难发生化学反应，必须在高温下才能发生化学反应，而Cl2和H2很容易发生化学反应，为什么？

化学反应包括旧键断裂和新键形成两个过程，N2分子中存在N≡N，N≡N断裂需要很高的能量，而Cl2中的Cl-Cl断裂需要的能量相对较低，故Cl2容易与H2发生反应。

旧化学键断裂时需要吸收一定的能量，键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。一、键能1、概念：键能是气态分子中断裂1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。或气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量。2、数据：①通常是298.15K(25℃)、101kPa条件下的标准值，单位kJ·mol-1。②可通过实验测定，更多的却是推算获得的(如盖斯定律)。③键能通常为一个平均值（正值）。④同样的共价键在相同或不同的分子中键能也略有区别，如断开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；甲烷中的C-H键和乙烯中C-H键键能不严格相等。3.意义：①表示共价键的强弱

原子形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，体系能量降低越多，释放出的能量越多，形成的共价键的键能越大，意味着共价键越稳定。②表示分子的稳定性

一般来说，结构相似的分子，其共价键的键能越大，分子越稳定。（如HX）键能越大，本身具有能量越低，物质越稳定2024/3/27键键能（kJ·mol-1）键键能（kJ·mol-1）Cl-Cl242.7N-O176Br-Br193.7N=O607I-I152.7O-O142H-F568O=O497.3H-Cl431.8C-C347.7H-Br366C=C615H-I298.7C≡C812①键能越大，物质的活泼性就一定越弱吗？反应物键能越大，反应物在化学反应中完全断裂就越困难，可用同族元素氢化物的键能大小，判断氢化物的热稳定性。但物质的活泼性，键能是影响其一因素，不是唯一因素，如Cl2比Br2活泼，但键能前者大，因此上述说法不正确。②课本38页思考与讨论（1）（2）③同一种元素形成的单键、双键、三键的键能大小关系？④结合键能数据解释：白磷（P-P198kJ/mol)，常温下就能自燃，而同族且非金属性更强的N形成的氮气常温下不能和氧气反应。

⑤结合键能和共价键类型解释：乙烷不易被酸性高锰酸钾溶液氧化，而乙烯乙炔易被氧化成键原子相同的共价键的键能:单键的键能＜双键的键能＜三键的键能

乙烷中只有σ键，乙烯和乙炔中有σ键和π键，且π健键能小，

乙烯、乙炔中π键比乙烷中σ键易断，因此乙烯、乙炔易被酸性高锰酸钾溶液氧化.原创：WJ化学研究院某些共价键的键能（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、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(1)相同原子间的键能为什么氮气化学性质稳定,而乙烯、乙炔化学性质活泼？虽然氮气和乙烯、乙炔分子中均存在π键,但是氮气分子中的π键的键能大于σ键的键能难以断裂，而乙烯、乙炔分子中的π键小于σ键的键能容易断裂，故氮气化学性质稳定,而乙烯、乙炔化学性质活泼。【思考与交流】

(2)不同原子间的键能：一般成键原子半径越大，键能越小。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>I2F2反常④特例：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298.15K、100kPa下，1mol气态分子中1molO—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()√√√××

193946197489

1molN≡N键能大于3molN-N键能之和，而1molP≡P键能小于3molP-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。5、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（一般结构相似的分子中，键能越大，分子越稳定）【例1】

键能：H-FH-ClH-BrH-I

稳定性：HFHCl

HBrHI键能越大，断开化学键需要吸收的能量越多，化学键越稳定。但乙烯、乙炔性质活泼，氮气性质不活泼。（3）估算化学反应的反应热ΔH=反应物的总键能﹣生成物的总键能

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

。如：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？

提示：

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，所以氮分子不易发生加成反应。（4）通过键能判断物质的反应活性。新课讲授——键能（3）键能规律①碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键的键能变化趋势如何？是否存在倍数关系？它们之间的差值大小是怎样的？从键能的角度谈谈为什么乙烷性质稳定，乙烯、乙炔可以发生加成反应？

碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键的键能逐渐增大，但是新增的π键所对应的键能增量部分不如C-C

σ键大。在反应中仅需吸收较少的能量π键就会被破坏，故而乙烯、乙炔的反应活性高。新课讲授——键能（3）键能规律②氮氮单键、氮氮双键、氮氮叁键的键能变化趋势如何？它们之间的差值大小是怎样的？从键能的角度谈谈为何N2非常稳定。

氮氮单键、氮氮双键、氮氮叁键的键能逐渐增大，但是新增的π键所对应的键能增量部分比N-Nσ键大。这是由于N2分子的π键具有一定的特殊性。氮氮叁键键能高达946kJ·mol-1，反应中变为氮原子需要吸收非常多的能量。一般条件无法满足该能量条件，故N2非常稳定。新课讲授——键能（3）键能规律③同主族的卤原子与H之间的共价键键能的变化规律如何？同周期的C、N、O、F与H之间的共价键键能的变化规律如何？

卤化氢中X-H键键能自上而下逐渐减小；同周期的C、N、O、F与H之间的共价键键能自左向右呈逐渐增大（N-H略小于C-H）新课讲授——键能（3）键能规律④卤素单质的共价键键能的变化规律如何？

卤素单质键能：Cl2＞Br2＞I2，但是F2键能反常低，F的原子半径很小，核外电子集中在一个较小区域内，负电密度较大。形成共价键时两原子彼此靠近，电子间的排斥较剧烈，导致能量升高。这一因素部分抵消了形成共价键时能量降低的结果。思考与讨论（1）试利用P37表2-1中的数据进行计算，1molH2分别跟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？H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝436.0kJ/mol＋242.7kJ/mol－2×431.8kJ/mol＝-184.9kJ/molH2(g)＋Br2(g)

=2HBr(g)ΔH＝436.0kJ/mol＋193.7kJ/mol－2×366kJ/mol＝－102.3kJ/mol由计算结果可知：生成2molHCl比生成2molHBr释放的能量多。HCl比HBr更容易生成，则其逆反应——分解更难，故HCl更稳定，HBr更易分解。同类型反应，放出热量越多，反应物越易反应，生成物越稳定！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？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298.15K、100kPa下，1mol气态分子中1molO—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()√√√××对应训练二、键长1、概念：构成共价键的两个原子的核间距。2、单位:(皮米)pm(1pm=10-12m)

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。

键长是衡量共价键稳定性的另一个参数.Cl2中Cl-Cl键长3、键长大小：原子半径决定化学键的键长，一般原子半径越小，共价键的键长越短，键能越大，共价键越稳定键长小于成键原子的原子半径之和4、共价键键长规律：②成键原子相同时，根据共用电子对数目判断对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。①根据原子半径判断同种类型的共价键，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。相同原子的共价键键长的一半称为共价半径。①判断共价键的稳定性5、键长的应用键长越短、一般键能越大，则化学键越稳定，分子的化学性质越不活泼。特例：F-F键（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，原子核间的距离小，斥力大，键能小。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。②影响分子的空间结构: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。键长是影响分子空间结构的因素之一。②成键原子相同时:键长：单键键长＞双键键长＞三键键长

键能：单键键能＜双键键能＜三键键能①同种类型的共价键:6、键长与键能的关系：键长越短，键能越大，由该键形成的分子越稳定。(F2特殊)解释：对相同两原子形成的共价键而言，当两原子间形成双键、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。对应训练下列说法正确的是（）A.在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长B.键长：N—H>P—HC.H—Cl的键能为431.8kJ·mol－1，H—Br的键能为366kJ·mol－1，这可以说明

HCl比HBr分子稳定D.键能越大，表示该分子越容易受热分解C观察上述分子构型并思考：为什么CO2的空间结构是直线形，而H2O的空间结构是V形(角形)？CO2H2O直线形V形(角形)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。2、数据：键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得3、意义：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，键角决定分子的立体结构和分子的极性，分子的许多性质都与键角有关

。

①键长和键角决定分子的空间结构。②常见分子中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、四氯化碳平面型120°苯、乙烯三角锥型107°氨气V型（或角型）105°水分子直线型180°二氧化碳、乙炔CH4

NH3

H2OCO2

苯

4、键角的应用思考与讨论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′。归纳总结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共价键稳定性强弱的判断方法根据原子半径和共用电子对数目判断根据键长判断根据键能判断原子半径越小共用电子对数越多共价键越牢固分子越稳定键能越大共价键越牢固共价键越牢固键长越短电负性越大,共价键一般越稳定由电负性判断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，键能小的解释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。总结：共价键牢固性与物质稳定性的关系归纳总结分子稳定性及反应物反应能力的判断根据化学键的键能判断根据化学反应热效应判断键能越大，共价键越牢固：含该共价键的分子越稳定，该分子反应能力越弱。同类型反应，反应放出的热量越多：产物越稳定，反应物分子反应能力越强补充应用工具——等电子原理1.等电子体：

原子总数、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。

原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子。2.等电子体原理：3、等电子体具有的性质：互为等电子体的物质，具有类似的化学键类型和空间构型，它们的物理性质是相似的，化学性质不同。例如：CO和N2互为等电子体5+5=10，它们的物理性质相似。两相等、两相似：原子总数、价电子总数相等，空间结构和化学键类型相似。4、等电子体的推断确定方法(1)根据等电子原理的定义和条件判断——两相等

(2)借助周期表知识进行等电子体的判定(但须价电子总数相等)①同主族元素，用上下替代法。如CO2可以找CS2,利用S代替O，②同周期元素，左右移位补偿。如N2与CO，C