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第二章 分子結構與性質
第一節　共價鍵
第二課時、鍵參數——鍵能、鍵長與鍵角
【教學目標】
1.能用鍵能、鍵長和鍵角說明簡單分子的 某些性質，知道共價鍵的主要類型σ鍵和π鍵，能用鍵能、鍵長、鍵角等鍵參數判斷簡單分子的構型和穩定性。
2.簡單介紹等電子原理的概念及應用
2
問題引導
2.共價鍵的強弱用什么來衡量？我們如何用化學語言來描述不同分子的空間結構和穩定性？
結論：HCl、HBr、 HI越來越易分解
共價鍵的三個鍵參數——鍵能、鍵長與鍵角
說明：①鹵化氫的熱穩定性大小為：HCl＞HBr ＞ HI
1.分析下表：1000℃時，鹵化氫分解率，你能得出什么結論？
鹵化氫 HCl HBr HI
比例 模型
在1 000 ℃分解的百分數/% 0.001 4 0.5 33
②σ鍵牢固程度大小順序為：HCl＞HBr ＞ HI
一、鍵能
氣態分子中1mol化學鍵解離成氣態原子所吸收的能量
1、概念：
2、條件：
可通過實驗測定，通常是298.15K、100kPa條件下的標準值，但更多是推算出來的，鍵能數據是平均值。
例: 斷開1molN≡N鍵吸收的 等于 形成lmolN≡N鍵釋放的能量為946kJ
3、意義： 衡量共價鍵的強弱。
鍵能越大
→共價鍵越牢固
→斷鍵需吸收的能量越多
→分子越穩定
不易受熱分解
例: CH4中C-H鍵的鍵能是平均值415.5KJ/mol。
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
觀察表2-1，你能發現哪些規律？
①相同原子間的鍵能：
單鍵＜雙鍵＜三鍵
σ鍵鍵能＞π鍵鍵能（一般）
氮氮鍵(反常)：
σ鍵鍵能＜π鍵鍵能
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
觀察表2-1，你能發現哪些規律？
②鹵素單質鍵能：
Cl2＞Br2＞I2
F2反常
③氫化物鍵能：
同周期從左到右遞增
N-H反常
同主族從上到下遞減
1.鍵能
二、鍵參數
(3)應用：
①判斷共價鍵的穩定性（鍵能越大，共價鍵越穩定）
從鍵能的定義可知，破壞1mol化學鍵所需能量越多，即共價鍵的鍵能越大，則共價鍵越穩定。
②判斷分子的穩定性（結構相似的分子中，鍵能越大，分子越穩定）
【例1】 鍵能：H-F H-Cl H-Br H-I
穩定性：HF HCl HBr HI
＞
＞
＞
＞
＞
＞
③估算化學反應的反應熱
ΔH=反應物的總鍵能﹣生成物的總鍵能 / ΔH =（斷-成）
同一化學鍵解離成氣態原子所吸收的能量與氣態原子結合形成化學鍵所釋放的
能量在數值上是相等的，故根據化學鍵的鍵能數據可計算化學反應的反應熱 。
如：已知N-N、N=N和N≡N的鍵能之比為1.00∶2.17∶4.90，而C-C、C=C、C≡C的鍵能之比為1.00∶1.77∶2.34。如何用這些數據理解氮分子不容易發生加成反應而乙烯和乙炔容易發生加成反應？
二、鍵參數
1.鍵能
提示： 鍵能數據表明，N≡N的鍵能大于N-N鍵能的三倍，N=N的鍵能大于N-N鍵能的兩倍；而C≡C的鍵能卻小于C-C鍵能的三倍，C=C的鍵能小于C-C的鍵能的兩倍，說明乙烯和乙炔中的π鍵不牢固，易發生加成反應，而N2分子中N≡N非常牢固，所以氮分子不易發生加成反應。
④通過鍵能判斷物質的反應活性。
常見物質中所含化學鍵的數目
物質 化學鍵 1 mol物質中化學鍵的數目/mol
CH4 C—H 4
H2O O—H 2
NH3 N—H 3
P4 P—P 6
石墨 C—C 1.5
金剛石 C—C 2
晶體硅 Si—Si 2
二氧化硅 Si—O 4
鍵能——正誤判斷
(1)共價鍵的鍵能越大，共價鍵越牢固，由該鍵形成的分子越穩定(　　)
(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、101 kPa下，1 mol氣態分子中
1 mol O—H解離成氣態原子所吸收的能量(　　)
(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(　　)
√
×
√
√
×
鍵長是構成化學鍵的兩個原子的核間距。
不過，分子中的原子始終處于不斷振動之中，鍵長只是振動著的原子處于平衡位置時的核間距。
鍵長是衡量共價鍵穩定性的另一個參數.
Cl2中Cl-Cl鍵長
二、鍵參數
2.鍵長
(1)概念：
(3)鍵長大?。?br/>皮米pm（1pm=10-12m=10-10cm）
(2)單位：
原子半徑決定化學鍵的鍵長，一般原子半徑越小，共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩定
②成鍵原子相同時:
鍵長：單鍵鍵長＞雙鍵鍵長＞三鍵鍵長
鍵能：單鍵鍵能＜雙鍵鍵能＜三鍵鍵能
①同種類型的共價鍵:
表2-2 某些共價鍵的鍵長
二、鍵參數
2.鍵長
(4)鍵長與鍵能的關系：
解釋：對于相同的兩原子形成的共價鍵而言，當兩個原子間形成雙鍵、三鍵時，由于原子軌道的重疊程度增大，原子之間的核間距減小，鍵長變短，故單鍵鍵長>雙鍵鍵長>三鍵鍵長。如鍵長：C－C > C=C > C≡C。
鍵長越短，鍵能越大，由該鍵形成的分子越穩定。
某些共價鍵的鍵能和鍵長
鍵 鍵能（kJ·mol-1） 鍵長pm 鍵 鍵能（kJ·mol-1） 鍵長pm
F-F 157 141 H-F 568 92
Cl-Cl 242.7 198 H-Cl 431.8 127
Br-Br 193.7 228 H-Br 366 142
I-I 152.7 267 H-I 298.7 161
C-C 347.7 154 C≡C 812 120
C=C 615 133
F-F不符合“鍵長越短，鍵能越大”的規律，為什么？
【思考與討論】
二、鍵參數
2.鍵長
原因：由于F原子半徑太小，因此F-F的鍵長太短，而由于鍵長太短，兩個F原子形成共價鍵時，原子核之間的距離太小，排斥力大，因此鍵能比Cl-Cl鍵小。（物極必反）
思考：為什么F-F的鍵長比Cl-Cl的鍵長短，但鍵能卻比Cl-Cl的鍵能小？
鍵長特例：如F-F鍵（比Cl-Cl鍵小）（反常）
①判斷共價鍵的穩定性
鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩定。
②影響分子的空間結構
如CH4分子的空間結構為正四面體形，而CH3Cl分子的空間結構是四面體形而不是正四面體形，原因是C-H和C-Cl 的鍵長不相等。
(5)鍵長的應用
二、鍵參數
2.鍵長
【思考與討論】
2、再結合課本P37表2-1的數據，F-F鍵、Cl-Cl鍵的鍵能大小，討論鍵能與鍵長的關系.
3、已知CH4是正四面體結構，CH3Cl是不是也是四面體結構？為什么？
1、查看課本P38表2-2的數據，C-C、C=C、C≡C的鍵長是否相同？有什么規律？
4、C和Ge是同族元素，為什么C原子間可形成雙鍵、三鍵，但Ge原子間難形成雙鍵或三鍵 .
不同
就相同原子形成的共價鍵：單鍵鍵長＞雙鍵鍵長＞三鍵鍵長
一般而言，共價鍵鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩定
CH3Cl分子不是正四面體形，C-H 、C-Cl鍵的鍵長不相等
Ge原子半徑大，原子間形成的σ鍵鍵長較長，p軌道“肩并肩”重疊程
度很小或幾乎不能重疊，難以形成π鍵.
二、鍵參數
2.鍵長
論
討
與
考
思
P38
(1)試利用表2-1數據進行計算，1molH2分別跟1molCl2、1molBr2（蒸氣）反應，分別生成2molHCl和2molHBr分子，哪個反應放出的能量更多？如何用計算結果說明氯化氫和溴化氫哪個更容易發生熱分解生成相應的單質？
由計算結果可知：生成2 mol HCl比生成2 mol HBr釋放的能量多。生成的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分子更容易發生熱分解生成相應的單質。
化學鍵 N≡N O=O F－F
鍵 能
946kJ/mol
497.3kJ/mol
157kJ/mol
化學鍵 N－H O－H F－H
鍵 能
390.8kJ/mol
462.8kJ/mol
568kJ/mol
（2)N2、O2、F2與H2的反應能力依次增強，從鍵能的角度如何理解這一化學事實。(利用課本P37表2-1的相應數據分析)
N-H、O-H與H-F的鍵能依次增大，共價鍵越來越容易生成。所以N2、O2、F2與H2的反應能力依次增強。
論
討
與
考
思
P38
(3)通過上述例子，你認為鍵長、鍵能對分子的化學性質有什么影響？
論
討
與
考
思
P38
鍵長越短、鍵能越大，則化學鍵越穩定，分子的化學性質越不活潑。
反之鍵長越長、鍵能越小，則化學鍵越不穩定，分子的化學性質越活潑。
鍵長——正誤判斷
(1)在分子中，兩個成鍵的原子間的距離叫鍵長(　　)
(2)雙原子分子中化學鍵鍵長越長，分子越穩定(　　)
(3)鍵長：H—I>H—Br>H—Cl、C—C>C==C>C≡C(　　)
(4)鍵長的大小與成鍵原子的半徑和成鍵數目有關(　　)
×
×
√
√
觀察上述分子構型并思考：為什么CO2的空間結構是直線形，而H2O的空間結構是V形(角形)？
CO2
H2O
直線形
V形(角形)
三、鍵角
在多原子分子中，兩個相鄰化學鍵之間的夾角。
三、鍵角
1、概念：
鍵長和鍵角的數值可通過晶體的X射線衍射實驗獲得。
多原子分子的鍵角一定，表明共價鍵具有方向性。鍵角是描述分子結構的重要參數，分子的許多性質都與鍵角有關 。
2、意義：
— 鍵角決定分子的空間構型
鍵長和鍵角決定分子的空間結構。
常見分子中的鍵角與分子空間結構。
化學式 結構式 鍵角 空間結構
CO2 180° 直線形
H2O 105° V形
NH3 107° 三角錐形
BF3 120° 平面三角形
CH4 109°28′ 正四面體形
3、鍵角的應用：
三、鍵角
如白磷和甲烷均為正四面體結構，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′。
論
討
與
考
思
鍵角——正誤判斷
(1)水分子可表示為H—O—H，分子中的鍵角為180°(　　)
(2)多原子分子的鍵角是一定的，表明共價鍵具有方向性(　　)
(3)CH4和CH3Cl分子的空間結構都是正四面體(　　)
√
×
×
從表中可以看出，CO分子與N2分子在許多性質上十分相似。
這些相似性，可以歸結為它們具有相等的價電子總數，導致它們具有相似的性質。
CO和N2的某些性質
分子
熔點/℃
水中溶解度
(室溫)
分子解離能
(kJ/mol)
分子的價電子總數
CO
-205.05
2.3 mL
10
N2
沸點/℃
-210.00
-190.49
-195.81
1.6 mL
1075
946
10
三、等電子體
思考：為何CO和N2的各性質如此相似？
等電子體具有相似的化學鍵特征，它們的結構相近，物理性質相似。
原子總數相同、價電子總數相同的分子（或離子）互為等電子體。
①預測分子或離子的立體構型（如已知SO2的空間構型是V形，則可以判斷NO2－、O3也是V形）
②利用等電子體在性質上的相似性制造新材料；
③利用等電子原理針對某物質找等電子體。
（3）應用：：
如N2與CO、O3與SO2、N2O與CO2、CH4與NH4+等。
1.等電子體
三、等電子體
(1)概念：
(2）等電子體特征：
(4)等電子體的推斷確定方法:
根據等電子原理的定義和條件判斷——二同(等)
借助周期表知識進行等電子體的判定
①同主族變換，如CO2與CS2、CF4與CCl4的等電子體。
②左右移位補償，如N2與CO，CO32－、NO3－與SO3是等電子體。
如果是陰離子，判斷價電子總數時應用各原子價電子數之和加上陰離子所帶的電荷數；（例： CO32－價電子總數為24）
如果是陽離子，判斷價電子總數時應用各原子價電子數之和減去陽離子所帶的電荷數。（例：NH4＋價電子總數為8）
1.等電子體
三、等電子體
（5）一些常見的等電子體：
1.等電子體
三、等電子體
等電子體類型 實例 空間構型
2原子10e－的等電子體 N2、CO、CN－、C22－、NO+ 直線形
3原子16e－的等電子體 CO2、CS2、N2O、CNO－、N3－、NO2+、SCN－、BeCI2 直線形
3原子18e－的等電子體 NO2－、O3、SO2 V形
4原子24e－的等電子體 NO3－、CO32－、BF3、SO3(g)、BO33－、CS32－ 平面三角形
5原子8e－的等電子體 CH4、NH4+、SiH4 正四面體形
5原子32e－的等電子體 SiF4、CCI4、SO42-、PO43- 正四面體形
歸納總結
鍵參數
鍵能
鍵長
鍵角
決定
共價鍵的穩定性
形成的共價鍵的鍵能越大，鍵長越短，共價鍵越穩定，含有該鍵的分子越穩定，化學性質越穩定。
決定
分子的空間結構
決定分子的性質
1.二氯化二硫(S2Cl2)，非平面結構，常溫下是一種黃紅色液體，有刺激性惡臭，熔點：－80 ℃，沸點：137.1 ℃。下列對于二氯化二硫敘述正確的是( )
A.二氯化二硫的電子式為
B.分子中只有σ鍵
C.分子中S—Cl的鍵長大于S—S的鍵長
D.分子中S—Cl的鍵能小于S—S的鍵能
B
課堂評價
2. 下列事實不能夠用鍵能解釋的是( )
A.氮氣的化學性質比氧氣穩定
B.稀有氣體一般難發生反應
C.F2比O2更容易和氫氣反應
D.鹵化氫的熱穩定性隨原子序數遞增依次遞減
E.H2O的熱穩定性比HF差
F. H2O的熔沸點比H2S高
B F
提醒：由分子構成的物質，其熔、沸點與共價鍵的鍵能和鍵長無關，而分子的穩定性由鍵長和鍵能大小決定。
3.有關碳和硅的共價鍵鍵能如下表所示:
簡要分析和解釋下列有關事實。
(1)比較通常條件下，CH4和SiH4的穩定性強弱:　　 　。
(2)SiH4的穩定性小于CH4，硅更易生成氧化物，原因是：
共價鍵 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
348 413 351 226 318 452
CH4比SiH4穩定
C—H鍵的鍵能大于C—O鍵，C—H鍵比C—O鍵穩定，而Si—H的鍵能卻遠小于Si—O鍵，所以Si—H鍵不穩定而傾向于形成穩定性更強的Si—O鍵。
課 程 結 束
人教版高中化學選必二

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