高中化学选择性必修二 2.1.2 键参数—键能、键长与键角教学设计下学期

第二章   分子结构与性质

第一节   共价键

2.1.2 键参数—键能、键长与键角

   本章比较系统的介绍了分子的结构和性质，内容比较丰富。首先，在第一章有关电子云和原子轨道的基础上，介绍了共价键的主要类型σ键和π键，以及键参数——键能、键长、键角；接着，在共价键概念的基础上，介绍了分子的立体结构，并根据价层电子对互斥模型和杂化轨道理论对简单共价分子结构的多样性和复杂性进行了解释。最后介绍了极性分子和非极性分子、键的极性对化学性质的影响、分子间作用力、氢键等概念，以及它们对物质性质的影响，并从分子结构的角度说明了“相似相溶”规则等。

教学重点：通过键参数解释物质的结构与性质

教学难点：通过键参数解释物质的结构与性质

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【新课导入】

N、O、F非金属性依次增强，N2、O2、F2与氢气的反应能力依次增强，氢化物的稳定性依次减弱，其原因是什么？不同分子空间构型不尽相同，其原因是什么？

今天我们来学习共价键的参数——键能、键长、键角

【讲授】

共价键的强弱可用键能来衡量。

1.键能

概念：气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。

单位：kJ•mol-1

条件：键能可以通过实验测定，但更多的是推算获得的，通常是298.15K、100kPa条件下的标准值，获取平均值。

【过渡】键能可以估算化学反应热效应，某一化学反应是吸热反应还是放热反应，键能数据可以查出相关化学键的键能，通过计算便可知道。

【展示】展示某些共价键的键能

【学生活动】

1、   N2、O2、F2与氢气的反应能力依次增强，从键能的角度如何理解这一事实？

2、   1mol H2分别与1mol Cl2、1mol Br2(蒸气)反应，分别形成2mol HCl 和2mol HBr，哪一个反应释放的能量更多？如何用计算的结构说明氯化氢分子和溴化氢分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质？

3、   总结键能的应用。

【回答】

1、   N—H、O—H、H—F的键能依次为390.8 kJ•mol-1、462.8 kJ•mol-1、568 kJ•mol-1，键能依次增加，分子的稳定性增强，故N2、O2、F2与氢气的反应能力依次增强。

2、   通过计算，1mol H2分别与1mol Cl2、1mol Br2(蒸气)反应，分别形成2mol HCl 和2mol HBr，放出能量依次为184.9 kJ、102.3 kJ，1mol H2与1mol Cl2反应形成2mol HCl放出的能量多，氯化氢分子更稳定，溴化氢分子更容易发生热分解生成相应的单质。

【讲授】

键能的应用

①判断共价键的稳定性

从键能的定义可知，破坏1mol化学键所需能量越多，即共价键的键能越大，则共价键越牢固。

②判断分子的稳定性

一般来说，结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。如分子的稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI。

③估算化学反应的反应热

同一化学键解离成气态原子所吸收的能量与气态原子结合形成化学键所释放的能量在数值上是相等的，故根据化学键的键能数据可计算化学反应的反应热，即ΔH=反应物中化学键键能之和﹣生成物中化学键键能之和。

【讲授】

2.键长

概念：构成化学键的两个原子的核间距。 

【展示】展示常见化学键的键长。

【学生活动】

1、对比F—F、Cl—Cl、Br—Br的键能和键长，总结键能和键长的关系，键长和键能对分子的性质有什么影响？

【总结】

利用键长可以判断共价键的稳定性，键长越短，键能越大，表明共价键越稳定，分子越稳定。比如键长：F-F＜Cl-Cl＜Br-Br，则分子的稳定性F2＞Cl2＞Br2。

【学生活动】

根据上表数据，如何简单判断键长？

【总结】

键长判断方法

①根据原子半径判断

其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。

如键长：H－I > H－Cl>H－F；Br－Br>Cl－Cl>F－F；Si－Si>Si－C>C－C。

②根据共用电子对数目判断

对于相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子间形成双键、键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长>双键键长>三键键长。如键长：C－C > C=C > C≡C。

【学生活动】

1、   乙烯、乙炔为什么比乙烷活泼？

2、   解释CH4分子的空间结构为正四面体形，而CH3Cl分子的空间结构是四面体形而不是正四面体形。

【回答】

1、虽然键长C≡C＜C=C＜C－C，键能C≡C＞C=C＞C－C，但乙烯、乙炔在发生加成反应时，只有π键断裂(π键的键能一般小于σ键的键能)，即共价键部分断裂。

2、由于C-H和C-Cl 的键长不相等，CH4分子的空间结构为正四面体形，而CH3Cl分子的空间结构是四面体形而不是正四面体形。可见键长可以判断分子的空间结构

【讲授】

3.键角

概念：在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角称为键角。

【展示】CO2、H2O、NH3分子的键角。

【讲解】

二氧化碳分子键角呈180°，分子呈现直线形；水分子键角呈105°，分子呈现V形，氨分子键角是107°，分子呈现三角锥形。键角可反映分子的空间构型，是描述分子结构的重要参数，多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。

【课堂小结】

本节课需要掌握键参数的相关知识。

1.关于键长、键能和键角，下列说法中错误的是（　　）

A． 键角是描述分子立体结构的重要参数

B． 键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关

C． C===C键等于C—C键键能的2倍

D． 因为O—H键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐增强

【答案】C

【解析】键角是描述分子立体结构的重要参数，如H2O中两个H—O键的键角为105°，故H2O为V形分子，A项正确；键长的大小与成键原子的半径有关，如Cl的原子半径小于I的原子半径，Cl—Cl键的键长小于I—I键的键长，此外，键长还和成键数目有关，如乙烯分子中C===C键的键长比乙炔分子中C≡C键的键长要大，B项正确；C===C键的键能为615  kJ·mol－1，C—C键的键能为347.7  kJ·mol－1，二者不是2倍的关系，C项错误；O—H键的键能为462.8  kJ·mol－1，H—F键的键能为568  kJ·mol－1，O—H键与H—F键的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定，O2、F2跟H2反应的能力依次增强，D项正确。

2.下列有关性质的比较中，正确的是（　　）

A． 微粒半径：O2－＜F－＜Na＋＜Li＋

B． 第一电离能：He＜Ne＜Ar

C． 分子中的键角：CH4＞H2O＞CO2

D． 共价键的键能：C—C＜C===C＜C≡C

【答案】D

【解析】Li＋的电子层数最少，所以离子半径最小，其余三种离子的电子层结构相同，核电荷数越大，离子半径越小，所以O2－＞F－＞Na＋＞Li＋，A错误；稀有气体元素的第一电离能随电子层数的增多而减小，所以He＞Ne＞Ar，B错误；甲烷分子为正四面体形，键角是109°28′，水为V形分子，键角是105°，二氧化碳为直线形分子，键角为180°，所以二氧化碳分子中的键角最大，C错误；键长：C—C＞C===C＞C≡C，所以键能：C—C＜C===C＜C≡C，D正确。

3.某些化学键的键能如表所示：

下列有关说法中正确的是(　　)

A． 1 mol H2(g)分别与Cl2(g)、Br2(g)、I2(g)反应，则与碘完全反应放出的热量最多

B． H—F键的键能大于431 kJ·mol－1

C． H2与Cl2反应的热化学方程式为H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－248 kJ·mol－1

D． 稳定性最强的化学键是H—Cl键

【答案】B

【解析】反应中的热量变化等于反应物的总键能减去生成物的总键能，通过计算易判断A、C错；由表中三种卤化氢键能数据知，同一主族元素对应氢化物键能从上到下逐渐减小，故B对；键能越大，键越稳定，D错。

4.下表所列数据是在相同条件下，不同物质中氧氧键的键长和键能的实测数据，下列有关说法中正确的是(　　)

A．a<b

B． O—O键的键能为496 kJ·mol－1

C． O中存在π键

D． 键长越长，键能越大

【答案】A

【解析】相同元素原子间形成的化学键，键长越短，键能越大，A对，D错；O2中的化学键是O==O键，B错；O中，两个氧原子之间形成的是单键，C错。

5.下列事实不能用键能的大小来解释的是(　　)

A． N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定

B． 稀有气体一般难发生反应

C． HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱

D． F2比O2更容易与H2反应

【答案】B

【解析】本题主要考查键参数的应用。由于N2分子中存在叁键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定，A不符合题意；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键，因此不能用键能大小来解释，B符合题意；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱；由于H—F的键能大于H—O，所以二者比较更容易生成HF，C，D不符合题意。

本节课学生能够理解键能、键长、键角等键参数的概念，能应用键参数一键能、键长、键角解释简单分子的结构和性质，培养学生宏观辨识与微观探析能力。