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第2課時 鍵參數(shù)——鍵能 鍵長 鍵角
第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第一節(jié) 共價鍵
問題：共價鍵的強弱用什么來衡量？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？
共價鍵的三個鍵參數(shù)——鍵能、鍵長與鍵角
共價鍵
類型
特征
方向性
飽和性
按原子軌道
的重疊方式
σ鍵
π鍵
s-s σ鍵，如H-H
s-p σ鍵，如H-Cl
p-p σ鍵，如Cl-Cl
“頭碰頭”
重疊方式：
種類
軸對稱
對稱方式：
種類:
p-p π鍵
“肩并肩”
重疊方式：
鏡面對稱
對稱方式：
任務(wù)一 鍵參數(shù)——鍵能
1. 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。
2. 意義
說明：
（1）鍵能通常是298.15 K、101 kPa條件下的標(biāo)準(zhǔn)值，通常取正值，單位是kJ/mol。
（2）鍵能可通過實驗測定，更多卻是推算獲得的（如蓋斯定律），是平均值。如斷開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。
鍵能越大
→斷鍵需吸收的能量越多
→共價鍵越牢固
→分子越穩(wěn)定
不易受熱分解
任務(wù)一 鍵參數(shù)——鍵能
鍵 鍵能 鍵 鍵能
H－H 436.0 N≡N 946
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
問題：對于同種元素形成的單鍵、雙鍵、三鍵的鍵能有何差異？
同種元素鍵能：單鍵<雙鍵<三鍵(鍵能)
問題：雙鍵鍵能不等于單鍵鍵能的兩倍，說明了什么？
σ鍵鍵能＞π鍵鍵能（一般）
氮氮鍵(反常)：σ鍵鍵能＜π鍵鍵能
3. 規(guī)律
任務(wù)一 鍵參數(shù)——鍵能
鍵 鍵能 鍵 鍵能
H－H 436.0 N≡N 946
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
鹵素單質(zhì)鍵能：
Cl2＞Br2＞I2
（F2反常）
問題：對比鹵素單質(zhì)的鍵能，與鹵素氫化物的鍵能，你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？？
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
O-H＞C-H＞N-H
F-H＞Cl-H＞Br-H＞I-H
一般成鍵原子半徑越大，鍵能越小
3. 規(guī)律
任務(wù)一 鍵參數(shù)——鍵能
(1)判斷共價鍵的穩(wěn)定性：
鍵能越大，共價鍵越牢固
(2)判斷分子的穩(wěn)定性：
一般來說，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)估算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱：
ΔH=反應(yīng)物中化學(xué)鍵鍵能之和－生成物中化學(xué)鍵鍵能之和
4. 應(yīng)用
任務(wù)一 鍵參數(shù)——鍵能
物質(zhì) 化學(xué)鍵 1 mol物質(zhì)中化學(xué)鍵的數(shù)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
5. 常見物質(zhì)中所含化學(xué)鍵的數(shù)目
課堂練習(xí)
利用下表數(shù)據(jù)說明乙烷、乙烯和乙炔的反應(yīng)活性。
乙烷、乙烯和乙炔中碳碳鍵的鍵能大小之比不是1∶2∶3，乙烯、乙炔中π鍵不如σ鍵牢固，容易發(fā)生加成反應(yīng)。
鍵 鍵能
（kJ·mol-1 ）
C-C 347.7
C=C 615
C≡C 812
CH3-CH3 CH2=CH2 CH≡CH
σ鍵 1個σ鍵 1個π鍵 1個σ鍵
2個π鍵
任務(wù)二 鍵參數(shù)——鍵長
1. 定義
鍵長是構(gòu)成化學(xué)鍵的兩個原子的核間距。(可通過晶體的X射線衍射實驗獲得)
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。
2. 單位
pm（1 pm＝10-12 m）
鍵長
141pm
鍵長
198pm
鍵長
228pm
鍵長
267pm
任務(wù)二 鍵參數(shù)——鍵長
3. 規(guī)律
鍵 鍵長 鍵能 鍵 鍵長 鍵能
H-H 74 436 C≡C 120 812
F-F 141 157 C-H 109 413.4
Cl-Cl 198 242.7 O-H 96 462.8
Br-Br 228 193.7 N-H 101 390.8
I-I 267 152.7 N≡N 110 946
C-C 154 347.7 Si-Si 235
C=C 133 615 Si-O 162
規(guī)律1：同種類型的共價鍵，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，共價鍵越牢固,由此形成的分子越穩(wěn)定。
問題：觀察下表，并找出鍵能數(shù)據(jù)中存在的規(guī)律 (從成鍵原子的半徑，成鍵個數(shù)分析)
問題：F-F不符合“鍵長越短，鍵能越大”的規(guī)律，為什么？
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。
任務(wù)二 鍵參數(shù)——鍵長
鍵 鍵長 鍵能 鍵 鍵長 鍵能
H-H 74 436 C≡C 120 812
F-F 141 157 C-H 109 413.4
Cl-Cl 198 242.7 O-H 96 462.8
Br-Br 228 193.7 N-H 101 390.8
I-I 267 152.7 N≡N 110 946
C-C 154 347.7 Si-Si 235
C=C 133 615 Si-O 162
任務(wù)二 鍵參數(shù)——鍵長
4. 應(yīng)用
(1)判斷共價鍵的穩(wěn)定性
鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(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。
任務(wù)三 鍵參數(shù)——鍵角
1. 定義
在多原子分子中，兩個相鄰共價鍵之間的夾角。(可通過晶體的X射線衍射實驗獲得)
CH4
109°28′
NH3
107°18′
H2O
105°
CO2
180°
直線形
V形（角形）
正四面體形
三角錐形
2. 意義
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(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，分子的許多性質(zhì)都與鍵角有關(guān) 。
任務(wù)三 鍵參數(shù)——鍵角
問題：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′。
知識總結(jié)
原子間
相互作用
共價鍵
鍵參數(shù)
定量
鍵角
鍵長
鍵能
鍵的
強弱
分子的
穩(wěn)定性
特征
方向性
飽和性
測定
晶體 X 射線衍射實驗
分子空間結(jié)構(gòu)
原子
軌道重疊
σ 鍵：軸對稱
分
類
π 鍵：鏡面對稱
課堂練習(xí)
鍵長、鍵角和鍵能是描述共價鍵的三個重要參數(shù)，下列敘述正確的是
A.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
B.因為H-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，消耗的能量為2×463kJ
A
課堂練習(xí)
有關(guān)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(guān)事實。
(1)比較通常條件下,CH4和SiH4的穩(wěn)定性強弱:
(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)定性更強的Si—O鍵

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