第二課時 鍵參數(shù)-鍵能、鍵長與鍵角
課題： 2.1.2 鍵參數(shù)-鍵能、鍵長與鍵角
課時
1
授課年級
高二
課標
要求
知道鍵能、鍵長，鍵角可以用來描述鍵的強弱和分子的空間結(jié)構(gòu)
教材
分析
本節(jié)內(nèi)容是高中化學人教版（2019版）選擇性必修二第二章第一節(jié)《共價鍵》內(nèi)容，該內(nèi)容是高中選修課程中，研究分子結(jié)構(gòu)的第一節(jié)的第二課時。
這部分內(nèi)容從定量的角度來研究共價鍵，鍵能和鍵長可以用來描述鍵的強弱，鍵角可以用來描述分子的空間結(jié)構(gòu)。教材直接給出鍵能和鍵長的概念，并很簡潔地用表格形式列出了某些共價鍵的鍵能和鍵長，表格中的這些參數(shù)對分子性質(zhì)是有影響的，教材通過“思考與討論”中的具體問題讓學生運用這些鍵參數(shù)解釋對分子性質(zhì)的影響?；瘜W鍵的鍵長與鍵能是相關的，教材列舉實例說明了它們的相關性。教材中的表2-1和表2-2的信息是比較多的，可以利用這些數(shù)據(jù)，比較同主族元素單質(zhì)中各物質(zhì)的鍵長和鍵能的差異；可以比較同種元素形成的單鍵、雙鍵和三鍵的鍵長和鍵能的差異；可以比較同主族元素的氫化物的鍵長和鍵能的差異；等等。同時，在《化學反應原理》模塊中，介紹有關化學反應的能量變化時，用到了鍵能數(shù)據(jù)，但在本節(jié)中沒有列舉具體例子來說明鍵能數(shù)據(jù)的應用，只說明了從鍵能數(shù)據(jù)表里查出相關化學鍵的鍵能，通過計算相關物質(zhì)的鍵能變化可知化學反應的熱效應。
鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。教材介紹鍵角時，首先給出了什么是鍵角，然后通過CO2和H2O等物質(zhì)的鍵角，說明了鍵角與分子空間結(jié)構(gòu)的關系，并進一步說明了共價鍵具有方向性。本節(jié)教材的最后一句話：“鍵長和鍵角的數(shù)值可通過晶體的X射線衍射實驗獲得”，既表達了鍵長和鍵角的數(shù)據(jù)可由實驗獲得，又為教材后續(xù)介紹晶體的X射線衍射實驗打下伏筆。
本節(jié)課教材從表格出發(fā)，整節(jié)課教材中給出3張表格，分別從不同角度幫助學生了解鍵能和鍵長的相關知識。對表格的數(shù)據(jù)分析，能夠提升學生的數(shù)據(jù)處理能力，能夠激發(fā)學生對微觀抽象物質(zhì)的學習興趣，更好理鍵能和鍵長的本質(zhì)，培養(yǎng)初步的科學探究能力。
教學
目標
1.理解鍵能、鍵長和鍵角等鍵參數(shù)的含義，能利用鍵參數(shù)解釋物質(zhì)的某些性質(zhì)
2.通過共價鍵理論模型的發(fā)展過程，初步體會不同理論模型的價值和局限
教學重、難點
重點：用鍵能、鍵長和鍵角等鍵參數(shù)解釋物質(zhì)的某些性質(zhì)
難點：鍵能、鍵長和鍵角等鍵參數(shù)的應用
核心
素養(yǎng)
宏觀辨識與微觀探析：通過宏觀上對物質(zhì)穩(wěn)定性，分子結(jié)構(gòu)的認識。探究微觀中共價鍵鍵能、鍵長、鍵角對物質(zhì)物理化學性質(zhì)的影響，從而更好地理解鍵能、鍵長、鍵角與物質(zhì)性質(zhì)的變化規(guī)律。
證據(jù)推理與模型認知：通過對表格數(shù)據(jù)進行分析整理，找出鍵能、鍵長與物質(zhì)穩(wěn)定性的關系，找出鍵能、鍵長之間的關系，從而建立鍵能與鍵長的關系模型，逐步構(gòu)建模型思維。
科學探究與創(chuàng)新意識：通過對鍵能、鍵長、鍵角應用的探究，了解他們在判斷物質(zhì)穩(wěn)定性和物質(zhì)空間構(gòu)型中的應用，培養(yǎng)初步的科學探究能力。
學情
分析
在必修階段，學生對化學鍵、共價鍵、離子鍵的知識有了一定的了解，知道他們的定義、成鍵微粒、成鍵本質(zhì)、成鍵條件、成鍵原因及存在范圍。對于共價鍵，必修教材從元素種類的角度，更加深入的研究了它的分類方法。能夠用電子式表示離子化合物和共價單質(zhì)及共價化合物。能夠用結(jié)構(gòu)式表示共價單質(zhì)和共價化合物。同時介紹了水、二氧化碳、甲烷分子的空間構(gòu)型。在選擇性必修一中，學生能夠利用鍵能來計算反應的焓變。由此可見，學生對于共價鍵比較熟悉，對于鍵能有一定的了解。
因此在選修二階段的教學中可以充分利用學生對鍵能和常見物質(zhì)分子構(gòu)型已有的知識經(jīng)驗，對照共價鍵及上節(jié)課所學的相關知識，在復習和強化的基礎上，結(jié)合書中提供的三個表格對共價鍵的鍵參數(shù)進行學習。在教學中指導學生認真閱讀教材中的相關內(nèi)容，特別是對書中給予的三個數(shù)據(jù)表格進行認真閱讀和體會，找出鍵能、鍵長、鍵角的相互關系、變化規(guī)律及對物質(zhì)性質(zhì)的影響。同時，圍繞教材中的【思考與討論】展開探究，結(jié)合教師的講解和學生預習所查找的資料內(nèi)容，從定量的角度加深對鍵能和鍵長變化規(guī)律的理解。
教學過程
教學
環(huán)節(jié)
教學活動
設計意圖
環(huán)節(jié)一、
情景導入
環(huán)節(jié)一、
氧
探究鍵能的相關知識
創(chuàng)設實驗情境
任務一、探究鍵能的相關知識
【情景創(chuàng)設】播放氫氣與氯氣，氫氣與溴蒸氣反應的視頻。
【情景探究】1m1H2分別與1mlCl2,、1 ml Br2(蒸氣)反應，分別形成2ml HCl和2 ml HBr,哪一個反應釋放的能量更多？如何用計算的結(jié)果說明氯化氫分子和溴化氫分子哪個更容易發(fā)生熱分解生成相應的單質(zhì)？請同學們結(jié)合選擇性必修一學過的熱化學反應的知識，并利用教材P37表2-1的數(shù)據(jù)進行計算。
【學生】計算焓變，利用相關數(shù)據(jù)進行解題。生成2ml HCl和2 ml HBr分別放出184.9kJ和102.3kJ的熱量，生成HCl放熱更多，所以HCl比HBr更易生成，更難分解。
【教師】點評、補充
【過渡】通過剛才的計算，我們知道，要解決這方面的問題，需要用到鍵能的數(shù)據(jù)，通過計算反應前后反應物和生成物鍵能的大小，從而判斷反應的吸放熱情況，判斷物質(zhì)的穩(wěn)定性。實質(zhì)上，物質(zhì)穩(wěn)定性的強弱，就是共價鍵強弱的宏觀體現(xiàn)，而共價鍵的強弱不僅與鍵能有關，還與鍵長有關，同時，分子的構(gòu)型還與共價鍵的鍵角有關，那么到底什么是鍵能、鍵長與鍵角，他們與共價鍵之間到底有什么關系，通過今天的探究，我們就能解決這些問題。
【任務一】探究鍵能的相關知識
【學生活動】閱讀教材P37第一、二自然段及表2-1，回答下列問題：
鍵能的定義？
鍵能的測定條件？
鍵能的單位？
鍵能的測定方法？
同種類型的共價鍵，鍵能大小關系，例如：E(C-C) E(C=C) E(C≡C)
同主族元素氫化物鍵能的變化規(guī)律？（例如：H-F、H-Cl、H-Br、H-I）
同周期元素氫化物鍵能的變化規(guī)律？（例如：C-H、N-H、O-H、F-H）
鍵能的應用？
【學生1】氣態(tài)分子中1ml化學鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量稱為鍵能
【學生2】鍵能通常是298.15K、101kPa條件下的標準值
【學生3】kJ·ml-1
【學生4】鍵能可通過實驗測定，更多的卻是推算獲得的平均值
【學生5】同種類型的共價鍵，鍵能大小為：單鍵HBr>HI
【對應訓練1】根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)(H-Cl 431kJ·ml-1,H-I 297kJ?ml-1),可得出的結(jié)論是（ ）
A.溶于水時，HI比HCl更容易電離，所以氫碘酸是強酸
B.HI比HCl的熔、沸點高
C.HI比HCl穩(wěn)定
D.斷裂等物質(zhì)的量的HI和HCl中的化學鍵，HI消耗的能量多
【答案】A
【解析】鍵能越小越容易發(fā)生電離，H-Cl的鍵能大于H-I,所以HI分子比HCl更容易電離，氫碘酸是強酸，故A正確；由分子構(gòu)成的物質(zhì)，熔沸點與化學鍵強弱無關，故B錯誤；化學鍵的鍵能越大，化學鍵越穩(wěn)定，越不易發(fā)生電離、不易發(fā)生分解反應，H-Cl的鍵能大于H-I,說明HCl的穩(wěn)定性大于HI,故C錯誤；鍵能越大，拆開相同物質(zhì)的量的化學鍵時消耗能量越多，拆開相同物質(zhì)的量的HI分子比HCl消耗的能量小，故D錯誤。
【對應訓練2】能夠用鍵能的大小作為主要依據(jù)來解釋的是（ ）
A.常溫常壓下，氯氣呈氣態(tài)而溴單質(zhì)呈液態(tài)
B.硝酸是揮發(fā)性酸，而硫酸、磷酸是不揮發(fā)性酸
C.稀有氣體一般難于發(fā)生化學反應
D.空氣中氮氣的化學性質(zhì)比氧氣穩(wěn)定
【答案】D
【解析】A項，取決于分子間的作用力的大小，與分子內(nèi)共價鍵的鍵能無關；B項，物質(zhì)的揮發(fā)性與分子內(nèi)鍵能的大小無關；C項，稀有氣體是單原子分子，無化學鍵，難于發(fā)生化學反應的原因是它們的價電子已形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；D項，氮氣比氧氣穩(wěn)定是由于N2分子中共價鍵的鍵能(946kJ·ml-1)比O2分子中共價鍵的鍵能(497.3kJ/ml)大，在化學反應中更難于斷裂。
【對應訓練3】下列能用鍵能大小來解釋的是（ ）
A.N2的化學性質(zhì)比O2更穩(wěn)定 B.相同狀況下，氯氣的密度比空氣的大
C.稀有氣體一般難發(fā)生化學反應 D.HI的沸點比HCl的沸點高
【答案】A
【解析】N2分子中存在N≡N鍵，O2分子中存在O=O鍵，由于三鍵的鍵能大于雙鍵，故N2的化學性質(zhì)比O2更穩(wěn)定，A項符合題意；氯氣的摩爾質(zhì)量大于空氣的平均摩爾質(zhì)量，故相同狀況下，氯氣的密度比空氣的大，與鍵能大小無關，B項不符合題意；稀有氣體是單原子分子，沒有化學鍵，C項不符合題意；鍵能影響物質(zhì)的穩(wěn)定性，與物質(zhì)的沸點高低無關，D項不符合題意。
【小結(jié)】重點記憶的知識：
鍵能的定義、鍵能的應用
同類型物質(zhì)鍵能的變化規(guī)律：單鍵三鍵鍵長
【學生6】鍵長是影響分子空間結(jié)構(gòu)的因素之一
【教師】評價、補充
【對應訓練1】下列說法正確的是（ ）
A.氯化氫的分子式是HCl而不是H2Cl,是由共價鍵的方向性決定的
B.CH4分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體形，是由共價鍵的飽和性決定的
C.電子云在兩個原子核間重疊后，電子在兩核間出現(xiàn)的概率增大
D.分子中共價鍵鍵長越長，鍵能越大，則分子越穩(wěn)定
【答案】C
【解析】氯化氫的分子式是HCl而不是H2Cl,與共價鍵的飽和性有關，故A錯誤；CH4分子的空間結(jié)構(gòu)是正四面體形，與共價鍵的方向性有關，而與飽和性無關，故B錯誤；電子云在兩個原子核間重疊后，電子出現(xiàn)概率增大，體系能量降低，形成穩(wěn)定物質(zhì)，所以C選項是正確的；分子中共價鍵鍵長越長，鍵能越小，分子越不穩(wěn)定，故D錯誤。
【對應訓練2】氰氣的化學式為(CN)2,結(jié)構(gòu)式為N≡C-C≡N,性質(zhì)與鹵素相似。下列敘述正確的是（ ）
分子中既有極性鍵，又有非極性鍵
分子中N≡C鍵的鍵長大于C-C鍵的鍵長
分子中含有2個σ鍵和4個π鍵
D.不和氫氧化鈉溶液發(fā)生反應
【答案】A
【解析】分子中N≡C鍵是極性鍵，C—C鍵是非極性鍵，A項正確；成鍵原子半徑越小，鍵長越短，N原子半徑小于C原子半徑，故N≡C鍵比C—C鍵的鍵長短，B項錯誤；(CN)2分子中含有3個σ鍵和4個π鍵，C項錯誤；由于(CN)2與鹵素性質(zhì)相似，故其可以和氫氧化鈉溶液反應。
【對應訓練3】下列說法中正確的是（ ）
A.鍵能越小，表示化學鍵越牢固，越難以斷裂
B.兩個成鍵原子的原子核越近，鍵長越長，化學鍵越牢固，性質(zhì)越穩(wěn)定
C.破壞化學鍵時，消耗能量，而形成新的化學鍵時，則釋放能量
D.鍵能、鍵長只能定性地分析化學鍵的特性
【答案】C
【解析】鍵能越大，表示化學鍵越牢固，越難以斷裂，A錯誤；兩個成鍵原子的原子核越近，鍵長越短，化學鍵越牢固，性質(zhì)越穩(wěn)定，B錯誤；破壞化學鍵時，消耗能量，而形成新的化學鍵時，則釋放能量，C正確；鍵能、鍵長能定量分析化學鍵的特性，D錯誤。
【小結(jié)】重點記憶的知識：
鍵長的定義
鍵長與鍵能、物質(zhì)穩(wěn)定性、原子半徑、分子空間構(gòu)型的關系
相同的兩原形成共價鍵時，單鍵鍵長>雙鍵鍵長>三鍵鍵長
【過渡】以上就是有關鍵長的相關內(nèi)容，接下來，我們繼續(xù)探究共價鍵的最后一個鍵參數(shù)——鍵角的相關知識。
【任務三】探究鍵角的相關知識
【學生活動】閱讀教材P38第二自然段，回答以下問題：
1、鍵角的概念？
2、鍵角的意義?
3、常見分子的鍵角及分子的空間結(jié)構(gòu)填表？
分子
鍵角
空間結(jié)構(gòu)
CO2
H2O
NH3
CH4
P4
4、鍵角的測定方法？
【學生1】在多原子分子中，兩個相鄰共價鍵之間的夾角稱為鍵角
【學生2】鍵角可反映分子的空間結(jié)構(gòu)，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。多原子分子的鍵角一定，表明共價鍵具有方向性
【學生3】
分子
鍵角
空間結(jié)構(gòu)
CO2
（O=C=O）180°
直線形
H2O
（H-O）105°
V形(或稱角形)
NH3
（N-H）107°
三角錐形
CH4
（C-H）109o28′
正四面體形
P4
（P-P）60o
正四面體形
【學生4】鍵角的數(shù)值可通過晶體的X射線衍射實驗獲得
【教師】評價、補充
【小結(jié)】重點記憶的知識：
鍵角的定義和意義
常見分子的鍵角及分子的空間結(jié)構(gòu)
3、鍵角的測定方法
【對應訓練1】在下列的比較中錯誤的是（ ）
A.強度：σ鍵>π鍵 B.鍵角：H2OF-F D.鍵能：C-C>C-Si
【答案】C
【解析】π鍵比σ鍵重疊程度小，形成的共價鍵不穩(wěn)定，故強度：σ鍵>π鍵，選項A正確；H2O為V形結(jié)構(gòu)，CO2為直線形結(jié)構(gòu)，則分子中的鍵角：H2Oπ鍵
【答案】C
【解析】鍵能：單鍵Cl-Cl,B正確；H2O分子中鍵角為105°,NH3分子中鍵角為107°,故分子中的鍵角：H2Oπ鍵，D正確。
【學生活動】探討教材P38，【思考與討論】，回答相關問題：
(2)N2、O2、F2跟H2的反應能力依次增強，從鍵能的角度應如何理解這一化學事實？
(3)通過上述例子，你認為鍵長、鍵能對分子的化學性質(zhì)有什么影響？
【學生1】由于N≡N,O=O、F-F的鍵能依次減小，而N-H、O-H、F-H的鍵能依次增
大，所以，N2、O2、F2跟H2的反應能力依次增強。
【學生2】一般來說，分子中共價鍵的鍵長越小，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定。
【總結(jié)】重點記憶：鍵參數(shù)對分子性質(zhì)的影響：
相同類型的共價化合物分子，成鍵原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，分子越穩(wěn)定
【課后拓展】多媒體展示分子的空間結(jié)構(gòu)
小組合作學習，培養(yǎng)學生共同解決問題的能力和表達能力
對點訓練，通過練習，發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)控課堂，提高效率。
適時強調(diào)重難點，有助于學生對知識重難點的把握
展示多樣的分子結(jié)構(gòu)，鞏固所學知識的同時，為后面新課的開啟起到承上啟下的作用
環(huán)節(jié)四、課后鞏固
作業(yè)設計
作業(yè)：教材P39頁練習與應用2、3、5（6）（7），7、8練習冊習題
1.（易）人們常用HX表示鹵化氫(X代表F、C1、Br、I),下列說法中，正確的是（ ）
A.形成共價鍵的兩個原子之間的核間距叫做鍵長
B.H-F的鍵長是H-X中最長的
C.H-F是p-p σ鍵
D.H-F的鍵能是H-X中最小的
【答案】A
【解析】X原子半徑越大，H-X鍵的鍵長越長，則H-I鍵的鍵長最長， B錯誤；H-F鍵是H原子的1s軌道和F原子的2p軌道重疊形成的，應是s-pσ鍵，C錯誤；一般情況下鍵長越短，鍵能越大，H-F的鍵長是H-X中最短的，故H-F的鍵能是H-X中最大的，D錯誤。
2.（易）下列說法中，錯誤的是（ ）
A.鍵能是衡量化學鍵穩(wěn)定性的參數(shù)之一，鍵能越大，則化學鍵就越牢固
B.鍵長與共價鍵的穩(wěn)定性沒有關系
C.鍵角是兩個相鄰共價鍵之間的夾角，說明共價鍵有方向性
D.共價鍵是通過原子軌道重疊并共用電子對而形成的，所以共價鍵有飽和性
【答案】B
【解析】一般鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，B錯誤。
3.（易）NH3的空間結(jié)構(gòu)是三角錐形，而不是正三角形的平面結(jié)構(gòu)，解釋該事實的充分理由是（ ）
A.NH3內(nèi)N-H鍵是極性鍵
B.分子內(nèi)3個N-H鍵的鍵長相等，鍵角相等
C.NH3內(nèi)3個N-H鍵的鍵長相等，3個鍵角都等于107°
D.NH3內(nèi)3個N-H鍵的鍵長相等，3個鍵角都等于120°
【答案】C
【解析】N—H鍵為極性鍵不能說明NH3為三角錐形，A項錯誤；三個N—H鍵鍵能與鍵長分別相同，鍵角相等仍有可能為正三角形，B項錯誤；D項事實說明NH3的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形。
4.（易）關于鍵長、鍵能和鍵角，下列說法中錯誤的是（ ）
A.鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)
B.鍵長的大小與成鍵原子的半徑和成鍵數(shù)目有關
C.C=C鍵的鍵能等于C—C鍵鍵能的2倍
D.因為O—H鍵的鍵能小于H-F鍵的鍵能，所以F2比O2更容易與H2反應
【答案】C
【解析】鍵角是描述分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，如H2O中兩個H—O鍵的鍵角為105°,故H2O為V形分子，A正確；鍵長的大小與成鍵原子的半徑有關，如Cl的原子半徑小于I的原子半徑，Cl-Cl鍵的鍵長小于I-I鍵的鍵長，此外，鍵長還和成鍵數(shù)目有關，如乙烯分子中C=C鍵的鍵長比乙炔分子中C≡C鍵的鍵長要大，B正確；C=C鍵的鍵能為615kJ·ml-1,C-C鍵的鍵能為347.7kJ·ml-1,二者不是2倍的關系，C錯誤；O—H鍵的鍵能為462.8kJ·ml-1,H—F鍵的鍵能為568kJ·ml-1,O—H鍵與H—F鍵的鍵能依次增大，意味著形成這些鍵時放出的能量依次增大，化學鍵越來越穩(wěn)定，故F2比O2更容易與H2反應，D正確。
5.（中）從實驗測得不同物質(zhì)中O—O鍵的鍵長和鍵能的數(shù)據(jù)如下表：
O-O鍵/數(shù)據(jù)
O22-
O2—
O2
O2+
鍵長/10-12m
149
128
121
112
鍵能/(kJ?ml-1)
x
y
z=494
w=628
其中x、y的鍵能數(shù)據(jù)尚未測定，但可根據(jù)規(guī)律推導鍵能的大小順序為z>y>x。該規(guī)律是（ ）
A.成鍵時電子數(shù)越多，鍵能越大 B.鍵長越短，鍵能越大
C.成鍵所用的電子數(shù)越少，鍵能越小 D.成鍵時電子對越偏移，鍵能越大
【答案】B
【解析】由題表中數(shù)據(jù)可知，成鍵時電子數(shù)越多，鍵能越小，A不符合題意；由題表中數(shù)據(jù)可知，鍵長越短，鍵能越大，B符合題意；由題表中數(shù)據(jù)無法判斷成鍵所用的電子數(shù)與鍵能的關系，C不符合題意；電子對偏移程度與鍵能無關，D不符合題意。
6.（中）下表為元素周期表前4周期的一部分，下列有關R、W、X、Y、Z五種元素的敘述中，正確的是（ ）
A.W、R元素單質(zhì)分子內(nèi)都存在非極性鍵
B.X、Z元素都能形成雙原子分子
C.鍵長W-HW-H
D.鍵長X-HY-H,電負性WW-H,C錯誤；原子半徑W>X,故鍵長W-H>X-H,鍵長越短，鍵能越大，故鍵能W-H

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第一節(jié) 共價鍵

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修2

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