1、第二课时共价键的三个参数CH4CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH我们如何用化学语言来描述不同分子的空间结构和稳定性？一、键参数键能、键长与键角1.键能 键能是气态分子中断裂1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。或气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。键能通常取正值，单位是kJ/mol。键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值。 键能可用于估算化学反应的热效应,如HH键、FF键、HF键的键能分别为436 kJmol-1、157 kJmol-1、568 kJmol-1,则H2与F2反应是放热反应。2.键长 键长是指形成共价键的两个原子之间的核间
2、距。因此原子半径决定化学键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。化学键的键长与键能是相关的。例如,CC键、C=C键、CC键的键长分别为154 pm、133 pm、120 pm,键长越来越小,它们的键能分别为347.7 kJmol-1、615 kJmol-1和812 kJmol-1,越来越大。共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。3.键角 键角是指在多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角。如CO2的结构式为 ,键角为180,是一种直线形分子;H2O分子中的HOH键角是105,是一种V形(或称角形)分子。多原子分子中的键角一定,表明共价键具有方向性。键长和键角的数值可以通过晶体的X射
3、线衍射实验获得。二、键参数的应用（1）判断共价键的稳定性键能越大,断开化学键需要吸收的能量越多,化学键越稳定。（2）判断分子的稳定性结构相似的分子中,共价键的键能越大,分子越稳定。（3）判断化学反应中的能量变化 在化学反应中,断裂旧化学键吸收能量,形成新化学键释放能量,因此反应焓变与键能的关系为H=反应物键能总和-生成物键能总和。H0时,为吸热反应。1.键能的应用 则则1molN2完全反应的反应热是：完全反应的反应热是：946kJ + 436.0kJ3390.8kJ690.0kJ 答：答：1molN2完全反应合成完全反应合成NH3放出的热量是放出的热量是90.0kJ2.键长的应用（1）键长越小
4、,一般键能越大,共价键越稳定,含该共价键的分子越稳定。（2）键长的比较方法根据成键原子的原子半径比较。同类型的共价键,成键原子的原子半径越小,键长越小。根据共用电子对数比较,相同的两个原子间形成共价键时,单键键长双键键长三键键长。根据下图所示回答相关问题。思考与讨论(1)根据上图判断H2与Cl2反应生成HCl是放热反应还是吸热反应?如何利用键能计算反应的反应热H?提示:反应中断裂旧键吸收436.0 kJ+242.7 kJ=678.7 kJ热量,形成新键放出431.8 kJmol-12 mol=863.6 kJ热量,放热值大于吸热值,故该反应是放热反应。H=反应物总键能-生成物总键能(2)根据元
5、素周期律可知,HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强,请利用键参数加以解释。提示:键长HFHClHBrHClHBrHI,故HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强。(3)一般来说,键长越短,键能越大。但FF键键长(141 pm)比ClCl键键长(198 pm)小,而FF键键能(157 kJmol-1)却比ClCl键键能(242.7 kJmol-1)小,为什么?提示:氟原子的半径小导致FF键键长小,由于键长小,两个氟原子形成共价键时,原子核之间的距离较小,两原子核之间排斥力较大,导致FF键键能不大,F2的稳定性较差,容易与其他物质发生反应。常见分子中的键角与分子空间结构。3.键角的应用键长
6、和键角决定分子的空间结构。键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。 (1)参照教材表2-1中的键能数据。计算1 mol H2分别与1 mol Cl2、1 mol Br2(蒸气)反应生成2 mol HCl和2 mol HBr时,哪一个释放出的能量更多？如何用计算的结果说明氯化氢分子和溴化氢分子那个更容易发生热分解生成相应的单质？思考与讨论 通过计算1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时，放出184.9 kJ的热量；1 mol H2与1 mol Br2(蒸气)反应生成2 mol HBr时,放出102.3 kJ的热量。说明2 mol HBr分解需要吸收的能量比2 m
7、ol HCl低,故HBr更易分解。 (2)N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强,从键能的角度应如何理解这一化学事实?键长越小,键能越大,分子的化学性质越不活泼(填“越活泼”或“越不活泼”)。 N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强,其原因是NN键、O=O键、FF键的键能依次为946 kJmol-1、497.3 kJmol-1、157 kJmol-1,键能越来越小,共价键越来越容易断裂。(3)通过上述例子，你认为键长、键能对分子的化学性质有什么影响？三、共价键强弱的判断(1)由原子半径和共用电子对数判断:成键原子的原子半径越小,两原子间共用电子对数越多,则一般共价键越牢固,含有该共价键的分
8、子越稳定。(2)由键能判断:共价键的键能越大,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。(3)由键长判断:共价键的键长越小,共价键越牢固,破坏共价键消耗的能量越多。(4)由电负性判断:元素的电负性越大,该元素的原子对共用电子对的吸引力越大,形成的共价键一般越稳定。特别提醒特别提醒由分子构成的物质由分子构成的物质,其熔、沸点与共价键的键能和键长无关其熔、沸点与共价键的键能和键长无关,而分子的稳定而分子的稳定性由键长和键能大小决定。性由键长和键能大小决定。1共价键的牢固性与键能、核间距、共用电子对数的关系：(1)共价键的牢固性与键能的关系共价键的键能越大，表示该共价键越牢固，即完全断开时消耗的能量越
9、多。反之，键能越小，完全断开时消耗的能量越少，共价键越不牢固。(2)共价键的牢固性与核间距、共用电子对数的关系一般来讲，形成共价键的两原子半径之和越小，共用电子对数越多，键长越短，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同(1对)，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，故共价键牢固程度HFHClHBrHI，因此，稳定性HFHClHBrHI。2共价键的牢固性与物质稳定性的关系：(1)对于双原子分子，其分子内只含一个共价键时，共价键越牢固，该物质分子的化学性质越稳定。(2)共价键的牢固程度与其化学活泼性不是完全相同的，如CC键或C=C键，依据
10、键能数据是较牢固的共价键，但由于该类键中的键部分是由原子轨道的侧面重叠所得，所以容易破坏而发生化学反应。(3)FF的键长短，键能小的解释F原子的半径很小，因此其键长短，而由于键长短，两F原子形成共价键时，原子核之间的距离很近，排斥力很大，因此键能不大，F2的稳定性差，很容易与其他物质反应。1判断正误判断正误(对的在括号内打对的在括号内打“”“”，错的在括号内打，错的在括号内打“”。)(1)只有非金属原子之间才能形成共价键只有非金属原子之间才能形成共价键 ( )(2)两个原子之间两个原子之间形成共价键时，至少有一个形成共价键时，至少有一个键键( )(3)键和键和键都只能存键都只能存在于共价化合物
11、中在于共价化合物中( )(4)双原子分子中，键长越短，分子越双原子分子中，键长越短，分子越牢固牢固 ( )2.可以反映共价键强弱的物理量是()A.键能 B.键能、键长C.键能、键长、键角 D.键长、键角3.从键长的角度判断,下列共价键中最稳定的是()A.HF B.NH C.CH D.SH4.NH键键能的含义是()A.由N和H形成1 mol NH3所放出的能量B.把1 mol NH3中的共价键全部拆开所吸收的热量C.拆开约6.021023个NH键所吸收的热量D.形成1个NH键所放出的热量BAC解析:键角是描述分子空间结构的重要参数,如CO2分子中的2个C=O键的键角为180,故分子为直线形分子,
12、A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,ClCl键的键长小于II键的键长;键长还和成键数目有关,成键数目越多,键长越小,B正确。键能越大,键长越小,共价键越强,共价化合物越稳定,故C错误。键角的大小取决于成键原子轨道的夹角,D正确。C5.关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是()A.键角是描述分子空间结构的重要参数B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关C.键能越大,键长越大,共价化合物越稳定D.键角的大小与键长、键能的大小无关解析:键能越大,表示破坏该键需要的能量越多,并不是分子拥有的能量越高;键长越大,表示成键的两原子的核间距越大,分子越不稳定;化学
13、键的形成是原子由高能量状态向稳定状态(低能量状态)转变的过程,所以是一个放热过程。D6.下列说法正确的是()A.分子中键能越大,表示分子拥有的能量越高,共价键越难断裂B.分子中键长越大,表示成键原子轨道重叠越多,键越牢固C.形成化学键的过程是一个吸收能量的过程D.形成化学键的过程是一个放出能量的过程7.已知HH键的键能为436 kJmol-1,NH键的键能为391 kJmol-1,根据热化学方程式:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1,计算NN键的键能是 kJmol-1。 945.6解析:化学反应的本质是反应物分子中旧键断裂(吸收能量),生成物分子中新键形成(
14、放出能量),反应热等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和。设NN的键能为E(NN),则有:1 molE(NN)+3 mol436 kJmol-1-2 mol3391 kJmol-1=-92.4 kJmol-11 mol解得E(NN)=945.6 kJmol-1。8.有关碳和硅的共价键键能如下表所示:简要分析和解释下列有关事实。(1)比较通常条件下,CH4和SiH4的稳定性强弱:。 (2)硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是。 (3)SiH4的稳定性小于CH4,硅更易生成氧化物,原因是。 共价键CCCHCOSiSiSiHSiO34841335122631845
15、2CH4比SiH4稳定(2)CC键和CH键键能较大,所形成的烷烃较稳定,而硅烷中SiSi键和SiH键的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成(3)CH键的键能大于CO键,CH键比CO键稳定,而SiH的键能却远小于SiO键,所以SiH键不稳定而倾向于形成稳定性更强的SiO键解析:(1)因为CH键的键能大于SiH键的键能,所以CH4比SiH4稳定。(2)CC键和CH键的键能比SiH键和SiSi键的键能都大,因此烷烃比较稳定,而硅烷中SiSi键和SiH键的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成。(3)CH键的键能大于CO键,CH键比CO键稳定,而SiH的键能却远小于SiO键的,所以Si倾向于形成稳定性更强的SiO键。规律总结 (1)键长越小,键能越大,共价键越稳定,共价分子的性质也就越稳定。(2)键长和键角决定分子的空间结构。
