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共價鍵參數
第二章 分子結構與性質
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：
如何用化學語言來描述不同分子的穩定性和空間結構？
價鍵理論：
原子軌道重疊
1、了解共價鍵鍵參數的含義，能用鍵能、鍵長、鍵角說明簡單分子的某些性質。
2、通過認識共價鍵的鍵參數對物質性質的影響，探析微觀結構對宏觀性質的影響。
回顧：鹵素單質和氫氣反應的難易程度，產物的穩定性大小
反應
易
難
產物
穩定性
穩定
不穩定
如何解釋HF、HCl、HBr、HI穩定性的差異？
共價鍵的強弱不同
如何衡量共價鍵的強弱？
一、鍵能
氣態分子中1 mol化學鍵解離成氣態原子所吸收的能量。
2.意義：
鍵能越大，斷鍵吸收的能量越多，化學鍵越牢固，物質越穩定。
說明：鍵能通常是298.15 K、101 kPa條件下的標準值，通常取正值，單位是kJ/mol。
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。
不易受熱分解
1.概念：
3.鍵能規律：
鍵 鍵能 鍵 鍵能
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 H－H 436.0
你能發現哪些規律？
①相同原子間的鍵能：
EC-Cσ鍵鍵能＞π鍵鍵能（一般）
氮氮鍵(反常)：
σ鍵鍵能＜π鍵鍵能
3.鍵能規律：
鍵 鍵能 鍵 鍵能
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 H－H 436.0
你能發現哪些規律？
鹵素單質鍵能：
Cl2＞Br2＞I2
F2反常
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
②不同原子間的鍵能：
一般成鍵原子半徑越大，鍵能越小
4.鍵能應用：
（1）判斷共價鍵的穩定性（鍵能越大，共價鍵越穩定）
從鍵能的定義可知，破壞1mol化學鍵所需能量越多，即共價鍵的鍵能越大，則共價鍵越穩定。
（2）判斷分子的穩定性（一般鍵能越大，分子越穩定）
一般來說，結構相似的分子中，共價鍵的鍵能越大，分子越穩定。
如分子的穩定性： HF＞HCl＞HBr＞HI。
（3）估算化學反應的反應熱
同一化學鍵解離成氣態原子所吸收的能量與氣態原子結合形成化學鍵所釋放的能量在數值上是相等的，故根據化學鍵的鍵能數據可計算化學反應的反應熱 ΔH=反應物中化學鍵鍵能之和﹣生成物中化學鍵鍵能之和
解析：對于反應H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)　ΔH＝436.0 kJ·mol－1＋242.7 kJ·mol－1－2×431.8 kJ·mol－1＝－184.9 kJ·mol－1。
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) H=-184.9 kJ/mol
對于反應H2(g)＋Br2(g) =2HBr(g)　ΔH＝436.0 kJ·mol－1＋193.7 kJ·mol－1－2×366 kJ·mol－1＝－102.3 kJ·mol－1。
H2(g)+Br2(g)=2HBr(g) H=-102.3 kJ/mol
計算，1 mol H2分別跟1 mol Cl2、1 mol Br2(蒸氣)反應，分別形成2 mol HCl和2 mol HBr，哪一個反應釋放的能量更多？如何用計算的結果說明氯化氫分子和溴化氫分子哪個更容易發生熱分解生成相應的單質？
說明2 mol HBr分解需要吸收的能量比2 mol HCl低，故HBr更易分解。
H＝反應物鍵能總和－生成物鍵能總和
同種類型的化學反應，相同物質的量的反應物放出的熱量越多，產物越穩定，反應越容易發生。
【思考】N2、O2、F2與H2的反應能力依次增強，從鍵能的角度如何理解這一化學事實。(利用課本P37表2-1的相應數據分析)
從表2-1的數據可知，N≡N、O=O、F-F的鍵能依次減小，而N-H、O-H與H-F的鍵能依次增大。即舊鍵易斷裂，新鍵形成后很穩定。所以N2、O2、F2與H2的反應能力依次增強。
鍵 N≡N O=O F-F N-H O-H F-H
鍵能（kJ/mol） 946 497.3 157 390.8 462.8 568
1.正誤判斷
(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定( )
(2)N-H的鍵能是很多分子中的N-H的鍵能的平均值( )
(3)O-H的鍵能是指在298.15 K、101 kPa下，1 mol氣態分子中1 mol O-H解離成氣態原子所吸收的能量( )
(4)C=C的鍵能等于C-C的鍵能的2倍( )
(5)σ鍵一定比π鍵牢固( )
解題規律：鍵能越大→共價鍵越牢固→分子越穩定
規律：C≡C、C=C的 σ鍵鍵能 ＞ π鍵鍵能
特例：N≡N、N=N的σ鍵鍵能 ＜ π鍵鍵能
2.結合表中共價鍵的鍵能數據，思考討論：
(1)成鍵原子相同而共價鍵數目不同時，鍵能強弱規律：____________________________。
單鍵鍵能 < 雙鍵鍵能 < 三鍵鍵能
(2)判斷HF、HCl、HBr、HI的熱穩定性強弱：
________________；
其中_____更容易發生熱分解生成相應的單質。
(3)若形成1 mol H—Cl，釋放的能量是________kJ。
HF>HCl>HBr>HI
HI
431.8
二、鍵長
1.概念：構成化學鍵的兩個原子的核間距。不過，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）
3.鍵長大小：
4.影響因素：原子半徑越小，鍵長越短
原子半徑決定共價鍵的鍵長。原子半徑越小，共價鍵的鍵長越短。
鍵長
F2
141pm
鍵長
Cl2
198pm
鍵長
Br2
228pm
鍵長
I2
267pm
5.共價鍵鍵長規律：
②成鍵原子相同時，
鍵長：單鍵鍵長＞雙鍵鍵長＞三鍵鍵長
①同種類型的共價鍵，
成鍵原子的原子半徑越小，鍵長越短。
請同學們觀察右表，并找出鍵長數據中存在的規律 (從成鍵個數，成鍵原子的半徑分析)
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定。
鍵長是衡量共價鍵強弱的另一重要參數
5.共價鍵鍵長規律：
請同學們觀察右表，并找出鍵長數據中存在的規律 (從成鍵個數，成鍵原子的半徑分析)
思考與討論
1. F-F不符合“鍵長越短，鍵能越大”的規律，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。
思考與討論
2.乙烯、乙炔為什么比乙烷活潑？
雖然鍵長C≡C＜C=C＜C－C，鍵能C≡C＞C=C＞C－C，但乙烯、乙炔在發生加成反應時，只有π鍵斷裂(π鍵的鍵能一般小于σ鍵的鍵能)，即共價鍵部分斷裂。
6.鍵長的應用：
（1）判斷共價鍵的穩定性
鍵長越短，鍵能越大，表明共價鍵越穩定。
（2）分子的空間結構
鍵長是影響分子空間結構的因素之一。
解題規律：鍵長越短→鍵能越大→鍵越牢固→分子越穩定
①HCl和HBr哪個的熔沸點高？為什么？
②金剛石和晶體硅哪個的熔沸點高？為什么？
為什么CH4分子的空間結構為正四面體形，而CH3Cl分子的空間結構是四面體形而不是正四面體形。
C—H和C—Cl的鍵長不相等。
其他條件相同時，成鍵原子的半徑越小，鍵長越短。
三、鍵角
1.概念：在多原子分子中，兩個相鄰共價鍵之間的夾角
2.意義：
多原子分子的鍵角一定，表明共價鍵具有方向性。鍵角是描述分子結構的重要參數，分子的許多性質都與鍵角有關。
鍵長和鍵角的數值可通過晶體的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
鍵角反應了分子的空間結構
思考：如圖白磷和甲烷均為正四面體結構：它們的鍵角是否相同，為什么？
分子的空間結構 鍵角 實例
正四面體形 CH4、CCl4
平面形 苯、乙烯、BF3等
三角錐形 NH3
V形(角形) H2O
直線形 CO2、CS2、CH≡CH
109°28′
120°
107°
105°
180°
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′。
鍵參數
鍵能
鍵長
鍵角
描述分子的空間結構
衡量共價鍵的穩定性
決定分子的性質
計算反應熱
一般地，形成的共價鍵的鍵能越大，鍵長越短，共價鍵越穩定，含有該鍵的分子越穩定，化學性質越穩定。
原子間
相互作用
共價鍵
鍵參數
定量
鍵角
鍵長
鍵能
鍵的
強弱
分子的
穩定性
特征
方向性
飽和性
測定
晶體 X 射線衍射實驗
分子空間結構
原子
軌道重疊
σ 鍵：軸對稱
分
類
π 鍵：鏡面對稱
決定分子的性質
1.下表中的數據是破壞1 mol物質中的化學鍵所消耗的能量，根據表中數據回答下列問題：
物質 Cl2 Br2 I2 H2 HCl HBr HI
能量/(kJ/mol) 242.7 193.7 152.7 436 431.8 366 298.7
(1)下列物質本身具有的能量最低的是（ ）
A.H2 B.Cl2 C.Br2 D.I2
A
(2)相同條件下，X2(X代表Cl、Br、I)分別與H2反應，當消耗等物質的量的氫氣時，放出或吸收的熱量最多的是________。
(3)若無上表中的數據，你能回答問題(2)嗎？_____(填“能”或“不能”)，你的判斷依據是_______________________________________________________。
Cl2
能
生成物越穩定，放出的熱量越多，在HX中，X元素的非金屬性越強(原子半徑越小)，HX越穩定
2.下列說法正確的是( )
A.鍵長是成鍵兩原子半徑的和
B.非極性鍵的鍵能大于極性鍵的鍵能
C.鍵能越大，表示該分子越容易受熱分解
D.鍵長越短，鍵能往往越大，共價鍵越穩定。
D
3.意大利羅馬大學的Fulvio Cacace等人獲得了極具理論研究意義的氣態N4分子，其分子結構如圖所示。已知斷裂1 mol N—N吸收167 kJ熱量，生成1 mol N≡N放出942 kJ熱量，根據以上信息和數據，判斷下列說法正確的是（ ）
A.N4屬于一種新型的化合物
B.N4分子中存在非極性鍵
C.N4分子中N—N的鍵角為109°28′
D.1 mol N4轉變成N2將吸收882 kJ熱量
B
4.二氯化二硫(S2Cl2)，非平面結構，常溫下是一種黃紅色液體，有刺激性惡臭，熔點：－80 ℃，沸點：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.分子中只有σ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

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