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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
課時(shí)2
一、鍵能
一、鍵能
概念：
氣態(tài)分子中1 mol化學(xué)鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量。
單位:
kJ/mol
意義：
鍵能越大，化學(xué)鍵越牢固，物質(zhì)越穩(wěn)定。
獲得數(shù)據(jù):
H
H
H-H(g)
H
H
H(g)
H(g)
+
H=+436.0 kJ mol-1
298.15 K、101 kPa條件下的標(biāo)準(zhǔn)值。
①實(shí)驗(yàn)測定，②蓋斯定律計(jì)算。
【思考】甲烷分子中C-H鍵的鍵能一樣大嗎？
共價(jià)鍵
鍵能（kJ/mol）
CH4 → ·CH3 ＋H· 439.3
·CH3 → ·CH2＋H· 442
·CH2 → ·CH ＋H· 442
·CH → ·C· ＋H· 338.6
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415
鍵能通常是一個平均值
提示：斷開CH4中的4個C-H，所需能量并不相等，因此，CH4中的C-H只能是平均值，而表2-1中的C-H鍵能是更多分子中的C-H鍵能的平均值。
一、鍵能
鍵 鍵能 （kJ·mol－1） 鍵 鍵能
（kJ·mol－1）
H-H 436.0
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
【思考】你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律呢？
鍵能規(guī)律：成鍵原子相同，
單鍵鍵能＜雙鍵鍵能＜三鍵鍵能
碳碳鍵：σ鍵鍵能 ＞ π鍵鍵能
氮氮鍵：σ鍵鍵能 ＜ π鍵鍵能（特例：氮?dú)庵笑墟I比σ鍵穩(wěn)定）
【思考】碳碳雙鍵鍵能不等于單鍵鍵能的兩倍，碳碳叁鍵不等于碳碳單鍵的三倍，說明了什么？
【思考】氮氮雙鍵鍵能不等于單鍵鍵能的兩倍，氮氮叁鍵不等于氮氮單鍵的三倍，說明了什么？
一、鍵能
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）
從鍵能的定義可知，破壞1mol化學(xué)鍵所需能量越多，即共價(jià)鍵的鍵能越大，則共價(jià)鍵越穩(wěn)定。
②判斷分子的穩(wěn)定性（結(jié)構(gòu)相似的分子中，鍵能越大，分子越穩(wěn)定）
【例1】 鍵能：H-F H-Cl H-Br H-I 穩(wěn)定性：HF HCl HBr HI
＞
＞
＞
＞
＞
＞
③估算化學(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
/ ΔH =（斷-成）
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 。
一、鍵能
④通過鍵能判斷物質(zhì)的反應(yīng)活性。
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(shù)據(jù)理解氮分子不容易發(fā)生加成反應(yīng)而乙烯和乙炔容易發(fā)生加成反應(yīng)？
提示： 鍵能數(shù)據(jù)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(fā)生加成反應(yīng)，而N2分子中N≡N非常牢固，所以氮分子不易發(fā)生加成反應(yīng)。
應(yīng)用
一、鍵能
二、鍵長
構(gòu)成化學(xué)鍵的兩個原子的核間距。
概念：
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(shí)的核間距。
單位:
皮米pm（1pm=10-12m=10-10cm）
鍵長是衡量共價(jià)鍵穩(wěn)定性的另一個參數(shù)。
原子半徑?jīng)Q定化學(xué)鍵的鍵長，一般原子半徑越小，共價(jià)鍵的鍵長越短，鍵能越大，共價(jià)鍵越穩(wěn)定
二、鍵長
鍵長
某些共價(jià)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
規(guī)律1：
同種類型的共價(jià)鍵，成鍵原子的原子半徑越小，鍵長越小。
規(guī)律2：
成鍵原子相同的共價(jià)鍵的鍵長：單鍵鍵長 ＞ 雙鍵鍵長 ＞ 三鍵鍵長
規(guī)律3：
一般地，鍵長越短, 鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固,由此形成的分子越穩(wěn)定。
鍵長與鍵能的關(guān)系
鍵長越短，鍵能越大。
二、鍵長
某些共價(jià)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(guī)律，為什么？
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(jià)鍵時(shí)，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）
二、鍵長
鍵長的應(yīng)用
①判斷共價(jià)鍵的穩(wěn)定性
鍵長越短，鍵能越大，共價(jià)鍵越穩(wěn)定。
②影響分子的空間結(jié)構(gòu)
如CH4分子的空間結(jié)構(gòu)為正四面體形，而CH3Cl分子的空間結(jié)構(gòu)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。
二、鍵長
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。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(fā)生熱分解生成相應(yīng)的單質(zhì)。
(1)試?yán)帽?-1數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，1molH2分別跟1molCl2、1molBr2（蒸氣）反應(yīng)，分別生成2molHCl和2molHBr分子，哪個反應(yīng)放出的能量更多？如何用計(jì)算結(jié)果說明氯化氫和溴化氫哪個更容易發(fā)生熱分解生成相應(yīng)的單質(zhì)？
二、鍵長
化學(xué)鍵 N≡N O=O F－F
鍵 能
946kJ/mol
497.3kJ/mol
157kJ/mol
化學(xué)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(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)。(利用課本P37表2-1的相應(yīng)數(shù)據(jù)分析)
提示：從表2-1的數(shù)據(jù)可知，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。所以N2、O2、F2與H2的反應(yīng)能力依次增強(qiáng)。
N2、O2、F2的鍵能依次減小，說明了化學(xué)鍵的牢固度依次減弱。
C-H＜O-H ＜ F-H N-H反常
二、鍵長
(3)通過上述例子，你認(rèn)為鍵長、鍵能對分子的化學(xué)性質(zhì)有什么影響？
鍵長越短、鍵能越大，則化學(xué)鍵越穩(wěn)定，分子的化學(xué)性質(zhì)越不活潑。
反之鍵長越長、鍵能越小，則化學(xué)鍵越不穩(wěn)定，分子的化學(xué)性質(zhì)越活潑。
二、鍵長
觀察上述分子構(gòu)型并思考：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)？
CO2
H2O
直線形
V形(角形)
三、鍵角
三、鍵角
— 鍵角決定分子的空間構(gòu)型
概念：
在多原子分子中，兩個相鄰化學(xué)鍵之間的夾角。
180°
CO2 直線形
104.5°
H2O V形
107.3°
NH3三角錐形
109°28′
CH4正四面體
109°28′
意義：
多原子分子的鍵角一定，表明共價(jià)鍵具有方向性。
鍵角是描述分子結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，分子的許多性質(zhì)都與鍵角有關(guān) 。
鍵長和鍵角的數(shù)值可通過晶體的X射線衍射實(shí)驗(yàn)獲得。
三、鍵角
【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′。
三、鍵角
防曬霜的防曬原理
波長為 300 nm 的紫外光的光子所具有的能量約為 399 kJ mol-1，這一能量比蛋白質(zhì)分子中重要的化學(xué)鍵C一C鍵、C-N 鍵和C—S 鍵的鍵能都大。因此，紫外光的能量足以使這些化學(xué)鍵斷裂，從而破壞蛋白質(zhì)分子。
防曬霜之所以能有效地減輕紫外光對人體的傷害，其原因之一是它的有效成分的分子中含有π鍵。這些分子中的π鍵的電子在吸收紫外光后被激發(fā)，從而能阻擋部分紫外光。
化學(xué)與生活
共價(jià)鍵穩(wěn)定性強(qiáng)弱的判斷方法
(1)根據(jù)原子半徑和共用電子對數(shù)目判斷：
成鍵原子的原子半徑越小，共用電子對數(shù)越多，共價(jià)鍵越牢固，含有該共價(jià)鍵的分子越穩(wěn)定。
(2)根據(jù)鍵能判斷：
共價(jià)鍵的鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固，破壞共價(jià)鍵消耗的能量越多。
(3)根據(jù)鍵長判斷：
共價(jià)鍵的鍵長越短，共價(jià)鍵越牢固，破壞共價(jià)鍵所消耗的能量越多。
鍵能
鍵長
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
1.可以反映共價(jià)鍵強(qiáng)弱的物理量是(　 　)
A.鍵能 B.鍵能、鍵長
C.鍵能、鍵長、鍵角 D.鍵長、鍵角
2.從鍵長的角度判斷，下列共價(jià)鍵中最穩(wěn)定的是(　　)
A.H—F B.N—H C.C—H D.S—H
B
A
鞏固練習(xí)
3.二氯化二硫(S2Cl2)，非平面結(jié)構(gòu)，常溫下是一種黃紅色液體，有刺激性惡臭，熔點(diǎn)：－80 ℃，沸點(diǎn)：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.分子中既有極性鍵又有非極性鍵
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
鞏固練習(xí)
6、有關(guān)碳和硅的共價(jià)鍵鍵能如下表所示:
簡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
鞏固練習(xí)

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