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第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第一節(jié) 共價鍵
第二課時　共價鍵的三個參數(shù)
共價鍵
類型
特征
σ鍵 “頭碰頭”
π鍵 “肩并肩”
方向性
飽和性
回顧
CH4
CH3CH2OH
CH3COOH
C6H6
C8H8
CH3OH
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？
觀察思考
鹵化氫 在1000℃分解的百分?jǐn)?shù)/%
HCl 0.0014
HBr 0.5
HI 33
得出：在1000℃時，鹵化氫分解率大小比較為HCl＜HBr＜HI
說明：鹵化氫的穩(wěn)定性大小比較為HCl＞HBr ＞ HI
如何解釋HCl、HBr 、 HI的穩(wěn)定性的差異呢？
【知識鋪墊】
1.甲烷分子為正四面體結(jié)構(gòu),鍵角是109°28'。
2.F、Cl、Br、I原子半徑逐漸增大,F2、Cl2、Br2、I2與氫氣反應(yīng)越來
越難,HF、HI、HBr、HI的穩(wěn)定性逐漸減弱。
思考討論
1
2
3
Cl、Br和I的原子半徑依次增大
H2與Cl2、Br2和I2反應(yīng)放出的熱量變化
HCl、HBr、HI
穩(wěn)定性差異的猜想
H-Cl、H-Br和H-I的強(qiáng)度不同
鍵參數(shù) —— 鍵能
定義：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。
通常是298.15 K、101 KPa條件下的標(biāo)準(zhǔn)值
單位：kJ·mol-1
鍵能越大,共價鍵越牢固, 由此形成的分子越穩(wěn)定
思考討論
鍵能的大小與共價鍵的強(qiáng)弱有什么關(guān)系呢？
鍵能越大
氣態(tài)分子中1 mol化學(xué)鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量越多
共價鍵
越牢固
分子
越穩(wěn)定
鍵能是共價鍵強(qiáng)弱的一種標(biāo)度。
鍵能：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。
1.概念
氣態(tài)分子中 化學(xué)鍵解離成氣態(tài)原子所 的能量。它通常是298.15 K、100 kPa條件下的標(biāo)準(zhǔn)值，單位是 。
2.應(yīng)用
(1)判斷共價鍵的穩(wěn)定性
原子間形成共價鍵時，原子軌道重疊程度 ，釋放能量 ，所形成的共價鍵鍵能越大，共價鍵越 。
一、鍵能
1 mol
吸收
kJ·mol－1
越大
越多
穩(wěn)定
(2)判斷分子的穩(wěn)定性
一般來說，結(jié)構(gòu)相似的分子，共價鍵的鍵能越大，分子越 。
(3)利用鍵能計算反應(yīng)熱
ΔH＝ 總鍵能－ 總鍵能
穩(wěn)定
反應(yīng)物
生成物
資料卡片
鍵 鍵能（kJ·mol-1）
N-O 176.0
N=O 607.0
O-O 142.0
O=O 497.3
C-C 347.7
C=C 615.0
C≡C 812.0
某些共價鍵的鍵能
鍵 鹵素原子半徑（pm） 鍵能（kJ·mol-1）
H-F 71 568.0
H-Cl 99 431.8
H-Br 114 366.0
H-I 133 298.7
你能發(fā)現(xiàn)哪些規(guī)律呢？
共價鍵鍵能規(guī)律：
（1）成鍵原子相同時，鍵能強(qiáng)弱比較：單鍵鍵能＜雙鍵鍵能＜三鍵鍵能。
（2）形成共價鍵的原子的半徑越大，鍵能越小。
(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(wěn)定(　　)
(2)N—H鍵能是很多分子中的N—H鍵能的平均值(　　)
(3)O—H鍵能是指在298.15 K、100 kPa下，1 mol氣態(tài)分子中1 mol O—H鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量(　　)
(4)C==C鍵能等于C—C鍵能的2倍(　　)
判斷正誤
√
√
√
×
2.鍵長
鍵長是指形成共價鍵的兩個原子之間的核間距。因此原子半徑?jīng)Q定化學(xué)鍵的鍵長，原子半徑越小，共價鍵的鍵長越短。
化學(xué)鍵的鍵長與鍵能是相關(guān)的。例如,C—C鍵、C=C鍵、C≡C鍵的鍵長分別為154 pm、133 pm、120 pm,鍵長越來越小,它們的鍵能分別為347.7 kJ·mol-1、615 kJ·mol-1和812 kJ·mol-1,越來越大。
共價鍵的鍵長越短，往往鍵能越大，表明共價鍵越穩(wěn)定。
定義：構(gòu)成化學(xué)鍵的兩個原子之間的核間距。
單位：pm（1 pm＝10-12 m）
鍵參數(shù) —— 鍵長
Cl2中Cl-Cl鍵長
歸納總結(jié)
(1)鍵長與分子空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系：鍵長是影響分子空間結(jié)構(gòu)的因素之一。如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，原因是C—H和C—Cl的鍵長不相等。
(2)定性判斷鍵長的方法
①根據(jù)原子半徑進(jìn)行判斷。在其他條件相同時，成鍵原子的半徑越小，鍵長越短。
②根據(jù)共用電子對數(shù)判斷。就相同的兩原子形成的共價鍵而言，當(dāng)兩個原子形成雙鍵或者三鍵時，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。
返回
同種類型的共價鍵，成鍵原子的原子半徑越小，鍵長
越小。
成鍵原子相同的共價鍵的鍵長:
單鍵鍵長 ＞ 雙鍵鍵長 ＞ 三鍵鍵長
一般地，鍵長越短, 鍵能越大，共價鍵越牢固,由此形成的分子越穩(wěn)定。
規(guī)律：
小結(jié)
資料卡片
鍵 鍵長（pm） 鍵能（kJ·mol-1）
H-F 92 568
H-Cl 127 431.8
H-Br 142 366
H-I 161 298.7
鍵 鍵長（pm） 鍵能（kJ·mol-1）
Cl-Cl 198 242.7
Br-Br 228 193.7
I-I 267 152.7
鍵 鍵長（pm） 鍵能（kJ·mol-1）
C-C 154 347.7
C=C 133 615
C≡C 120 812
通過觀察共價鍵的鍵長和鍵能的數(shù)據(jù)，你能發(fā)現(xiàn)鍵長和鍵能之間的關(guān)系嗎？
F-F不符合“鍵長越短，鍵能越大”的規(guī)律，為什么？
F-F 141
157.0
關(guān)系：鍵長越短，鍵能越大
F-F不符合“鍵長越短，鍵能越大”的規(guī)律，為什么？
　　
想一想
鍵 鍵能 （kJ·mol-1） 鍵長
pm
F-F 157 141
Cl-Cl 242.7 198
Br-Br 193.7 228
某些共價鍵的鍵能和鍵長
F原子半徑很小，因此F-F的鍵長短，而由于鍵長短，兩個F原子形成共價鍵時，原子核之間的距離小，排斥力大，因此鍵能小。鍵鍵能（kJ·mol-1）鍵長pm原子半徑pmF-F15714164Cl-Cl242.719899Br-Br193.7228114
思考討論
新化學(xué)鍵的形成
化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)
舊化學(xué)鍵的斷裂
化學(xué)鍵斷裂吸收能量
化學(xué)鍵形成釋放能量
鍵能與化學(xué)反應(yīng)的能量變化存在一定的關(guān)系
如何用鍵能計算H2與Cl2、Br2和I2反應(yīng)放出的熱量呢？
原子半徑： Cl ＜ Br ＜ I
鍵長：H-Cl ＜ H-Br ＜ H-I
鍵能：H-Cl ＞ H-Br＞ H-I
所以，在相同的溫度下，HCl最穩(wěn)定，分解的百分?jǐn)?shù)最小，HI最不穩(wěn)定，分解的百分?jǐn)?shù)最大。
如何解釋HCl、HBr和HI的穩(wěn)定性的差異
鹵化氫 HCl HBr HI
在1 000 ℃分解的百分?jǐn)?shù)/% 0.001 4 0.5 33%
氫鹵鍵的鍵能（kJ·mol-1） 431.8 366 298.7
氫鹵鍵的鍵長pm 127 142 161
鍵長：H-Cl ＜ H-Br ＜ H-I，鍵能：H-Cl ＞ H-Br＞ H-I，所以，在相同的溫度下，HCl最穩(wěn)定，分解的百分?jǐn)?shù)最小，HI最不穩(wěn)定，分解的百分?jǐn)?shù)最大。
鍵能
鍵長
衡量共價鍵的穩(wěn)定性
小結(jié)
小 結(jié)
鍵能和鍵長是衡量共價鍵強(qiáng)弱和分子穩(wěn)定性的重要參數(shù)。
一般來說，形成的共價鍵的鍵能越大，鍵長越短，共價鍵越穩(wěn)定，含有該鍵的分子越穩(wěn)定，分子性質(zhì)越穩(wěn)定。
以上兩個參數(shù)定量地對分子進(jìn)行了分析，而要更好的描述分子的空間構(gòu)型，還必須引入共價鍵的第三個鍵參數(shù)——鍵角。
3.鍵角
鍵角是指在多原子分子中,兩個相鄰共價鍵之間的夾角。如CO2的結(jié)構(gòu)式為 ,鍵角為180°,是一種直線形分子;H2O分子中的H—O—H鍵角是105°,是一種V形(或稱角形)分子。多原子分子中的鍵角一定,表明共價鍵具有方向性。
鍵長和鍵角的數(shù)值可以通過晶體的X射線衍射實驗獲得。
分子的空間結(jié)構(gòu) 鍵角 實例
正四面體形 _________ CH4、CCl4
平面形 _____ 苯、乙烯、BF3等
三角錐形 107° NH3
V形(角形) _____ H2O
直線形 _____ CO2、CS2、CH≡CH
(3)試根據(jù)空間結(jié)構(gòu)填寫下列分子的鍵角
109°28′
120°
105°
180°
(4)部分鍵角圖解
(1)分子中通常鍵能越大，鍵長越短，分子越穩(wěn)定(　　)
(2)鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)(　　)
(3)鍵長H—I＞H—Br＞H—Cl；C—C＞C==C＞C≡C(　　)
判斷正誤
√
√
√
3.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？
提示　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′。
【自主梳理】
鍵參數(shù)的概念、影響和特點
類型 概念 影響 特點
鍵能 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 衡量共價鍵強(qiáng)弱 鍵能越大,鍵越穩(wěn)定
鍵長 構(gòu)成共價鍵的兩個原子之間的核間距 衡量共價鍵強(qiáng)弱 鍵長越小,鍵能越大,鍵越穩(wěn)定
鍵角 多原子分子中兩個相鄰共價鍵之間的夾角 描述分子空間結(jié)構(gòu) 表明共價鍵有方向性,決定分子的空間結(jié)構(gòu)
注:鍵長和鍵角的數(shù)值可通過晶體的X射線衍射實驗獲得。
鍵參數(shù)
鍵能
鍵長
鍵角
描述分子的空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)
衡量共價
鍵的穩(wěn)定性
決定分子的性質(zhì)
小結(jié)
【微思考2】根據(jù)元素周期律可知,NH3的穩(wěn)定性強(qiáng)于PH3,你能利用鍵參數(shù)進(jìn)行解釋嗎
提示 N原子的半徑比P原子的半徑小,故鍵長N—H比P—H小,則N—H的鍵能比P—H的鍵能大,N—H更難被破壞,NH3更穩(wěn)定。
二、鍵參數(shù)的應(yīng)用
（1）判斷共價鍵的穩(wěn)定性
鍵能越大,斷開化學(xué)鍵需要吸收的能量越多,化學(xué)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,共價鍵的鍵能越大,分子越穩(wěn)定。
（3）判斷化學(xué)反應(yīng)中的能量變化
在化學(xué)反應(yīng)中,斷裂舊化學(xué)鍵吸收能量,形成新化學(xué)鍵釋放能量,因此反應(yīng)焓變與鍵能的關(guān)系為ΔH=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和。ΔH<0時,為放熱反應(yīng);ΔH>0時,為吸熱反應(yīng)。
1.鍵能的應(yīng)用
2.鍵長的應(yīng)用
（1）鍵長越小,一般鍵能越大,共價鍵越穩(wěn)定,含該共價鍵的分子越穩(wěn)定。
（2）鍵長的比較方法
①根據(jù)成鍵原子的原子半徑比較。同類型的共價鍵,成鍵原子的原子半徑越小,鍵長越小。
②根據(jù)共用電子對數(shù)比較,相同的兩個原子間形成共價鍵時,單鍵鍵長>雙鍵鍵長>三鍵鍵長。
②常見分子中的鍵角與分子空間結(jié)構(gòu)。
3.鍵角的應(yīng)用
①鍵長和鍵角決定分子的空間結(jié)構(gòu)。
多原子分子的鍵角一定，表明共價鍵具有方向性。鍵角是描述分子空間結(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射線衍射實驗獲得。
探究
鍵參數(shù)對物質(zhì)性質(zhì)的影響
【問題探究】
已知部分鍵能、鍵長數(shù)據(jù)如下表所示:
共價鍵 Cl—Cl Br—Br I—I H—F H—Cl H—Br H—I H—O
242.7 193.7 152.7 568 431.8 366 298.7 462.8
鍵長/pm 198 228 267 96
共價鍵 C—C C=C C≡C C—H N—H N=O O—O O=O
347.7 615 812 413.4 390.8 607 142 497.3
鍵長/pm 154 133 120 109 101
分析比較回答下列問題:
(1)根據(jù)元素周期律可知,HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性依次減弱,請利用鍵參數(shù)加以解釋。
提示 鍵長H—FH—Cl>H—Br>H—I,故HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性依次減弱。
(2)一般來說,鍵長越短,鍵能越大。但F—F鍵長比Cl—Cl鍵長小,而F—F鍵能卻比Cl—Cl鍵能小,為什么
提示 氟原子的半徑小導(dǎo)致F—F鍵長小,由于鍵長小,兩個氟原子形成共價鍵時,原子核之間的距離較小,兩原子核之間排斥力較大,導(dǎo)致F—F鍵能不大,F2的穩(wěn)定性較差,容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。
(3)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
提示 從表中的數(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)。
(4)下列有關(guān)推斷是否正確
①同種元素形成的共價鍵的穩(wěn)定性:三鍵>雙鍵>單鍵。
②同種元素形成的雙鍵鍵能一定小于單鍵鍵能的2倍。
③鍵長越小,鍵能一定越大。
④氫化物的鍵能越大,其穩(wěn)定性一定越強(qiáng)。
提示 由碳碳鍵的數(shù)據(jù)知①正確;由O—O、O=O的鍵能知,②錯誤;C—H的鍵長大于N—H的鍵長,但是N—H的鍵能反而較小,③錯誤;由C—H、N—H的鍵能可知,C—H的鍵能較大,而CH4穩(wěn)定性比NH3弱,④錯誤。
三、共價鍵強(qiáng)弱的判斷
(1)由原子半徑和共用電子對數(shù)判斷:成鍵原子的原子半徑越小,兩原子間共用電子對數(shù)越多,則一般共價鍵越牢固,含有該共價鍵的分子越穩(wěn)定。
(2)由鍵能判斷:共價鍵的鍵能越大,共價鍵越牢固,破壞共價鍵消耗的能量越多。
(3)由鍵長判斷:共價鍵的鍵長越小,共價鍵越牢固,破壞共價鍵消耗的能量越多。
(4)由電負(fù)性判斷:元素的電負(fù)性越大,該元素的原子對共用電子對的吸引力越大,形成的共價鍵一般越穩(wěn)定。
特別提醒
由分子構(gòu)成的物質(zhì),其熔、沸點與共價鍵的鍵能和鍵長無關(guān),而分子的穩(wěn)定性由鍵長和鍵能大小決定。
1．共價鍵的牢固性與鍵能、核間距、共用電子對數(shù)的關(guān)系：
四、共價鍵牢固性與物質(zhì)穩(wěn)定性的關(guān)系
(1)共價鍵的牢固性與鍵能的關(guān)系共價鍵的鍵能越大，表示該共價鍵越牢固，即完全斷開時消耗的能量越多。反之，鍵能越小，完全斷開時消耗的能量越少，共價鍵越不牢固。
(2)共價鍵的牢固性與核間距、共用電子對數(shù)的關(guān)系一般來講，形成共價鍵的兩原子半徑之和越小，共用電子對數(shù)越多，鍵長越短，則共價鍵越牢固，含有該共價鍵的分子越穩(wěn)定。如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用電子對數(shù)相同(1對)，因F、Cl、Br、I的原子半徑依次增大，故共價鍵牢固程度H—F>H—Cl>H—Br>H—I，因此，穩(wěn)定性HF>HCl>HBr>HI。
素養(yǎng)脈絡(luò)
隨堂檢測
1.可以反映共價鍵強(qiáng)弱的物理量是(　　)
A.鍵角 B.鍵能、鍵長
C.鍵能、鍵長、鍵角 D.鍵長、鍵角
答案 B
2.從鍵長的角度判斷,下列共價鍵中最穩(wěn)定的是(　　)
A.H—F B.N—H
C.C—H D.S—H
答案 A
本 課 結(jié) 束
再見！

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