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第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第一節(jié) 共價(jià)鍵
2.1.2 鍵參數(shù)----鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角
教材文本閱讀問題提綱P37-38：
1.鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角？
2.鍵長(zhǎng)、鍵角的數(shù)值如何測(cè)定?
3.鍵長(zhǎng)與鍵能的關(guān)系？
4.鍵長(zhǎng)、鍵能對(duì)分子的化學(xué)性質(zhì)有什么影響？
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1、通過認(rèn)識(shí)共價(jià)鍵的鍵能、鍵長(zhǎng)和鍵角,從微觀角度模型化解釋分子的空間結(jié)構(gòu)。
2、結(jié)合共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)、鍵能和鍵角等數(shù)據(jù),理解分子的性質(zhì)與鍵參數(shù)的關(guān)系,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。
3、掌握用共價(jià)鍵的強(qiáng)弱解釋物質(zhì)穩(wěn)定性的方法。
思考：（1）共價(jià)鍵的強(qiáng)弱用什么來衡量？
（2）我們?nèi)绾斡没瘜W(xué)語言來描述不同分子的空間結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性？
{BDBED569-4797-4DF1-A0F4-6AAB3CD982D8}鹵化氫
分解的百分?jǐn)?shù)/%
HCl
0.0014
HBr
0.5
HI
33
分析下表：在1000℃時(shí)，鹵化氫分解率，你能得出什么結(jié)論？
共價(jià)鍵的三個(gè)鍵參數(shù)——“鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角”
結(jié)論：①鹵化氫的熱穩(wěn)定性大小為：
HCl＞HBr ＞ HI
②H-Cl、H-Br、H-I中的 σ鍵越來越牢固。
NH3
三角錐形
CH4
正四面體形
一、鍵能
平均值
1、概念：氣態(tài)分子中1mol化學(xué)鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量。
2、單位:是kJ/mol。
鍵能通常取正值
3、條件：鍵能可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，鍵能通常是298.15 K、101 kPa條件下的標(biāo)準(zhǔn)值。
4、意義——衡量共價(jià)鍵的強(qiáng)弱
鍵能越大，鍵越牢固
鍵
鍵能
鍵
鍵能
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
某些共價(jià)鍵的鍵能（kJ·mol－1）
碳碳單鍵 ＜碳碳雙鍵＜ 碳碳三鍵
（且不存在倍數(shù)關(guān)系）
σ鍵鍵能 ＞ π鍵鍵能
氮氮單鍵 ＜氮氮 雙鍵 ＜ 氮氮三鍵
σ鍵鍵能 ＜ π鍵鍵能(反常)
鹵素單質(zhì)鍵能：Cl2 ＞Br2 ＞I2
F2鍵能反常低
鍵能——思考與討論
1. 1mol H2分別與1mol Cl2、1mol Br2(蒸氣)反應(yīng)，分別形成2mol HCl 和2mol HBr，哪一個(gè)反應(yīng)釋放的能量更多？如何用計(jì)算的結(jié)果說明氯化氫分子和溴化氫分子哪個(gè)更容易發(fā)生熱分解生成相應(yīng)的單質(zhì)？
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
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
由計(jì)算結(jié)果可知：生成2 mol HCl比生成2 mol HBr釋放的能量多。
HBr分子中H—Br的鍵能比HCl分子中H—Cl的鍵能小，說明H—Br比H—Cl容易斷裂，所以HBr分子更容易發(fā)生熱分解生成相應(yīng)的單質(zhì)。
一般來說，結(jié)構(gòu)相似的分子中，共價(jià)鍵的鍵能越大，分子越穩(wěn)定。如分子的穩(wěn)定性：HF＞HCl＞HBr＞HI。
5、鍵能的應(yīng)用
①判斷共價(jià)鍵的穩(wěn)定性（“鍵能越大，共價(jià)鍵越穩(wěn)定”）
②判斷分子的穩(wěn)定性（“一般鍵能越大，分子越穩(wěn)定”）
③估算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
同一化學(xué)鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量與氣態(tài)原子結(jié)合形成化學(xué)鍵所釋放的能量在數(shù)值上是相等的，故根據(jù)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)可計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。
ΔH=反應(yīng)物的總鍵能 - 生成物的總鍵能
2. N2、O2、F2與H2的反應(yīng)能力依次增強(qiáng)，從鍵能的角度如何理解這一化學(xué)事實(shí)。
鍵能——思考與討論
N—H、O—H與H—F的鍵能依次增大，意味著形成這些鍵時(shí)放出的能量依次增大，化學(xué)鍵越來越穩(wěn)定。
N2、O2、F2與H2的反應(yīng)能力依次增強(qiáng),其原因是N≡N鍵、O=O鍵、F—F鍵的鍵能依次為946 kJ·mol-1、497.3 kJ·mol-1、157 kJ·mol-1,鍵能越來越小，共價(jià)鍵越來越容易斷裂。
課堂練習(xí)：正誤判斷
(1)共價(jià)鍵的鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固，由該鍵形成的分子越穩(wěn)定( )
(2)N—H的鍵能是很多分子中的N—H的鍵能的平均值( )
(3)O—H的鍵能是指在298.15 K、100 kPa下，1 mol氣態(tài)分子中1 mol O—H解離成氣態(tài)原子所吸收的能量( )
(4)C=C的鍵能等于C—C的鍵能的2倍( )
(5)σ鍵一定比π鍵牢固( )
√
√
√
×
×
課堂練習(xí)：共價(jià)鍵①N≡N　②H—F　③H—O　④N—H　⑤P—H中,鍵能由大到小的順序正確的是(　 　)
A.①②③④⑤　　　　
B.⑤④③②①
C.①⑤④③②
D.②③④⑤①
A
課堂練習(xí)：（2021·河北卷節(jié)選） ????????????????????????? 晶體具有優(yōu)異的非線性光學(xué)性能。我國(guó)科學(xué)工作者制備的超大 ????????????????????????? 晶體已應(yīng)用于大功率固體激光器，填補(bǔ)了國(guó)家戰(zhàn)略空白。已知有關(guān)氮、磷的單鍵和三鍵的鍵能 ?????????????????????????? 如表：
?
????—????
????≡????
????—????
????≡????
193
946
197
489
193
946
197
489
從能量角度看，氮以 ???????? 、而白磷以 ???????? （結(jié)構(gòu)式可表示為 ）形式存在的原因是：______________
?
1molN≡N 鍵能大于3molN-N鍵能之和，而1molP≡P鍵能小于3molP-P鍵能之和，鍵能越大物質(zhì)越穩(wěn)定，故氮以N2 形式存在，而白磷以P4形式存在
二、鍵長(zhǎng)
1、概念：
構(gòu)成化學(xué)鍵的兩個(gè)原子的核間距。
不過，分子中的原子始終處于不斷振動(dòng)之中，鍵長(zhǎng)只是振動(dòng)著的原子處于平衡位置時(shí)的核間距。
原子半徑?jīng)Q定共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)。
原子半徑越小，共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)越短。
2、鍵長(zhǎng)大小：
鍵長(zhǎng)
單位：pm（1 pm＝10-12 m）
“鍵長(zhǎng)是衡量共價(jià)鍵強(qiáng)弱的另一重要參數(shù)”
從以下數(shù)據(jù)中可以得到什么結(jié)論：
③ 相同的成鍵原子：?jiǎn)捂I鍵長(zhǎng) > 雙鍵鍵長(zhǎng) >叁鍵鍵長(zhǎng)
① 通常，鍵能越大，鍵長(zhǎng)越短，共價(jià)鍵越穩(wěn)定。
② 同種類型的鍵，成鍵原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，鍵越牢固。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
H-F
H-Cl
H-Br
H-I
鍵長(zhǎng)（pm）
92
128
141
161
鍵能（kJ/mol）
567
431
366
298
3、鍵長(zhǎng)與鍵能的關(guān)系
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}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鍵（比Cl-Cl鍵小）
原因：由于原子半徑小，鍵長(zhǎng)短，但由于鍵長(zhǎng)短，兩原子形成共價(jià)鍵時(shí)，
原子核之間的距離小，排斥力大，鍵能小
“鍵長(zhǎng)是衡量共價(jià)鍵強(qiáng)弱的另一重要參數(shù)”
根據(jù)下表中的HCl、HBr和HI的鍵長(zhǎng)、熱分解溫度，考察它們之間的相關(guān)性。
鍵
鍵長(zhǎng)/pm
鍵能/(kJ·mol－1)
HX的熱分解溫度/℃
H—Cl
127.4
431.8
1 000
H—Br
141.4
366
600
H—I
160.9
298.7
300
一般來說，共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，該共價(jià)鍵越穩(wěn)定，
含該鍵的分子越穩(wěn)定，越不容易分解。
3、鍵長(zhǎng)與鍵能、分子化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系：
①根據(jù)原子半徑判斷
其他條件相同時(shí)，
成鍵原子的半徑越小，鍵長(zhǎng)越短。
如鍵長(zhǎng)：Br-Br > Cl-Cl > F-F> H-H
②根據(jù)共用電子對(duì)數(shù)目判斷
對(duì)于相同的兩原子形成的共價(jià)鍵而言，當(dāng)兩個(gè)原子間形成雙鍵、鍵時(shí)，由于原子軌道的重疊程度增大，原子之間的核間距減小，鍵長(zhǎng)變短，
故單鍵鍵長(zhǎng)>雙鍵鍵長(zhǎng)>三鍵鍵長(zhǎng)。
如鍵長(zhǎng)：C－C > C=C > C≡C。
通過下圖分析，思考如何比較共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)？
1.乙烯、乙炔為什么比乙烷活潑？
鍵長(zhǎng)——思考與討論
雖然鍵長(zhǎng)C≡C＜C=C＜C－C，但是鍵能C≡C＞C=C＞C－C
乙烯、乙炔在發(fā)生加成反應(yīng)時(shí)，只有π鍵斷裂(π鍵的鍵能一般小于σ鍵的鍵能)，即共價(jià)鍵部分?jǐn)嗔选?
2.為什么F—F的鍵長(zhǎng)比Cl—Cl的鍵長(zhǎng)短，但鍵能卻比Cl—Cl的鍵能小？
鍵長(zhǎng)——思考與討論
氟原子的半徑很小，因而F—F的鍵長(zhǎng)比Cl—Cl的鍵長(zhǎng)短；但也由于F—F的鍵長(zhǎng)短，兩個(gè)氟原子之間的距離很小，排斥力較大，因此鍵能比Cl—Cl的鍵能小。
2.為什么CH4分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體，而CH3Cl只是四面體而不是正四面體？
C—H和C—Cl的鍵長(zhǎng)不相等。
{BDBED569-4797-4DF1-A0F4-6AAB3CD982D8}鍵
鍵長(zhǎng)（pm）
鍵能（kJ·mol-1）
F-F
141
157.0
Cl-Cl
198
242.7
可分析鍵長(zhǎng)來判斷分子的空間結(jié)構(gòu)
同為三原子分子，為什么CO2的空間結(jié)構(gòu)是直線形，而H2O的空間結(jié)構(gòu)是V形（角形）？
NH3

H2O

CO2

常見分子的空間結(jié)構(gòu)
三角錐形
V形（角形）
直線形
【思考交流】
1、概念：
三、鍵角
在多原子分子中，兩個(gè)相鄰共價(jià)鍵之間的夾角
鍵長(zhǎng)、鍵角的數(shù)值可通過晶體的X射線衍射實(shí)驗(yàn)獲得
多原子分子中的鍵角一定，表明共價(jià)鍵具有方向性。
鍵角是描述分子空間構(gòu)型的重要參數(shù)，分子的許多性質(zhì)都與鍵角有關(guān)。
分子的空間結(jié)構(gòu)
鍵角
實(shí)例
正四面體形
CH4、CCl4
平面形
苯、乙烯、BF3等
三角錐形
NH3
V形(角形)
H2O
直線形
CO2、CS2、CH≡CH
試根據(jù)空間結(jié)構(gòu)填寫下列分子的鍵角。
180°
105°
107°
120°
109°28′
實(shí)驗(yàn)測(cè)得H2S為共價(jià)化合物，H—S—H的夾角為92.3°，鍵長(zhǎng)相同，則H2S的空間結(jié)構(gòu)是什么？
　H2S分子是V形結(jié)構(gòu)。
思考：如圖白磷和甲烷均為正四面體結(jié)構(gòu)：它們的鍵角是否相同，為什么？
不同，白磷分子的鍵角是指P—P之間的夾角，為60°；而甲烷分子的鍵角是指C—H的夾角，為109°28′。
課堂練習(xí)：鍵長(zhǎng)、鍵角和鍵能是描述共價(jià)鍵的三個(gè)重要參數(shù)，下列敘述正確的是( )
A.鍵長(zhǎng)和鍵角的數(shù)值可以通過晶體的X射線衍射實(shí)驗(yàn)獲得
B.因?yàn)镠—O鍵的鍵能小于H—F鍵的鍵能，所以O(shè)2、F2與H2的反應(yīng)能力逐漸減弱
C.水分子的結(jié)構(gòu)可表示為H—O—H，分子中的鍵角為180°
D.H—O鍵的鍵能為463kJ/mol，即18g H2O分解成H2和 O2時(shí)，消耗的能量為2×463kJ
A
課堂小結(jié)
鍵能
鍵長(zhǎng)
共價(jià)鍵的穩(wěn)定性
一般地，形成的共價(jià)鍵的鍵能越大，鍵長(zhǎng)越短，共價(jià)鍵越穩(wěn)定，含有該鍵的分子越穩(wěn)定，化學(xué)性質(zhì)越穩(wěn)定。
鍵角
分子的空間結(jié)構(gòu)
決定分子的性質(zhì)
鍵參數(shù)
決定
決定
課堂練習(xí)：氰氣的化學(xué)式為(CN)2，結(jié)構(gòu)式為NCCN，性質(zhì)與Cl2相似，下列敘述正確的是( 　 　)
A．在一定條件下可發(fā)生加成反應(yīng)
B．分子中NC鍵的鍵長(zhǎng)大于C—C鍵的鍵長(zhǎng)
C．分子只含有2個(gè)σ鍵和4個(gè)π鍵
D．不和NaOH溶液反應(yīng)
A
提升：常見判斷共價(jià)鍵強(qiáng)弱的四種方法
(4)電負(fù)性判斷:
注意：共價(jià)鍵的強(qiáng)弱決定分子的化學(xué)性質(zhì)而非物理性質(zhì)。
(1)原子半徑和共用電子對(duì)數(shù)判斷:
(2)鍵能判斷:
(3)鍵長(zhǎng)判斷:
共價(jià)鍵的鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固。
通常情況下共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)越小，共價(jià)鍵越牢固。
元素的電負(fù)性越大，該元素的原子對(duì)共用電子對(duì)的吸引力越大，形成的共價(jià)鍵一般越穩(wěn)定。
成鍵原子的原子半徑越小，兩原子間共用電子對(duì)數(shù)越多，則一般共價(jià)鍵越牢固，含有該共價(jià)鍵的分子越穩(wěn)定。
課堂練習(xí)：有關(guān)碳和硅的共價(jià)鍵鍵能如下表所示:



簡(jiǎn)要分析和解釋下列有關(guān)事實(shí)。
(1)比較通常條件下，CH4和SiH4的穩(wěn)定性強(qiáng)弱:　　　。?
(2)硅與碳同族，也有系列氫化物，但硅烷在種類和數(shù)量上都遠(yuǎn)不如烷烴多，原因是：?

(3)SiH4的穩(wěn)定性小于CH4，硅更易生成氧化物,原因是　　　。?
共價(jià)鍵
C—C
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O
348
413
351
226
318
452
CH4比SiH4穩(wěn)定
C—C鍵和C—H鍵鍵能較大,所形成的烷烴較穩(wěn)定,而硅烷中Si—Si鍵和Si—H鍵的鍵能較小,易斷裂,導(dǎo)致長(zhǎng)鏈硅烷難以生成
C—H鍵的鍵能大于C—O鍵,C—H鍵比C—O鍵穩(wěn)定，而Si—H的鍵能卻遠(yuǎn)小于Si—O鍵，所以Si—H鍵不穩(wěn)定而傾向于形成穩(wěn)定性更強(qiáng)的Si—O鍵
解析:(1)因?yàn)镃—H鍵的鍵能大于Si—H鍵的鍵能,所以CH4比SiH4穩(wěn)定。
(2)C—C鍵和C—H鍵的鍵能比Si—H鍵和Si—Si鍵的鍵能都大,因此烷烴比較穩(wěn)定,而硅烷中Si—Si鍵和Si—H鍵的鍵能較小,易斷裂,導(dǎo)致長(zhǎng)鏈硅烷難以生成。
(3)C—H鍵的鍵能大于C—O鍵,C—H鍵比C—O鍵穩(wěn)定,而Si—H的鍵能卻遠(yuǎn)小于Si—O鍵的,所以Si傾向于形成穩(wěn)定性更強(qiáng)的Si—O鍵。
規(guī)律總結(jié)
(1)鍵長(zhǎng)越小,鍵能越大,共價(jià)鍵越穩(wěn)定,共價(jià)分子的性質(zhì)也就越穩(wěn)定。
(2)鍵長(zhǎng)和鍵角決定分子的空間結(jié)構(gòu)。

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