《共价键模型 第2课时》示范公开课教学设计【高中化学】.docx

第一节 共价键模型第2课时◆ 教学目标1.理解键能、键长和键角等键参数的含义2.能应用键参数——键能、键长、键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构认识微观粒子间的相互作用与物质性质的关系◆ 教学重难点用键参数解释物质的某些性质◆ 教学过程一、新课导入【复习提问】观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，他们的分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键构成？【讲解】乙烷分子中共有7个σ键；乙烯分子中共有5个σ键，1个π键；乙炔分子中共有3个σ键，2个π键发生化学反应的过程中，旧的化学键被破坏从这一角度，讨论为什么乙烯和乙炔的化学反应活性更高，比如它们能与Br2加成，而乙烷不能？乙烯、乙炔在与Br2加成时，只破坏了其中的π键，而σ键未发生改变因为π键的轨道重叠程度相较于σ键较小，故更易断裂在描述两个原子之间的共价键强度时，我们使用“牢固”或“不牢固”这样的描述不够科学、清晰是否有参数可以定量描述共价键的强度？这个参数可能与什么因素相关？这个参数是否有规律性？如何描述这种规律性？二、讲授新课键参数——键长、键角和键能1.键长定义：两个成键原子的原子核间的距离（简称核间距）叫做该化学键的键长分子中的原子始终处于不断振动之中，键长只是振动着的原子处于平衡位置时的核间距。

下表中列出了若干共价键键长的数据，请你观察表格，自己寻找并归纳期中的规律，并将你的结论与小组同学交流提问】(1)两氢原子靠近，整个体系能量最低时对应的的核间距为74 pm，这一距离等于H2分子中H—H键的键长这是巧合还是必然？怎样理解这个等量关系？【讲解】原子成键时放出能量，放出能量越多，分子越稳定因此两原子间的键长一定对应体系能量最低的核间距这是能量最低原理在分子层面的体现提问】(2)同周期的C、N、O、F与H之间的共价键键长的变化规律如何？这种变化规律与原子半径的递变规律有何关联？【讲解】同周期的C、N、O、F与H之间的共价键键长F—H < O—H < N—H < C—H这一变化规律与同一周期元素原子半径递变规律相同，即F < O < N < C，在成键中一原子都为H原子时，另一个原子的半径大小决定了共价键键长长短，原子半径越大，共价键键长越长2.键角定义：在多原子分子中，两个化学键之间的夹角称为键角例如：同样是三原子分子，CO2的键角是180°，是直线形分子； H2O的键角是104.5°，是V形分子；氨分子中每两个氮氢键(N—H)的夹角均为107.3°，所以氨分子呈三角锥形1)分子的形状在宏观上看不见摸不着，人类是怎样测定键长、键角的？键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。

大学学习）(2)键角这样的几何数据，人类测量它，研究的意义是什么？研究后是否发现了其中的规律？(3)微观的键角结构对物质的宏观性质有影响么？是怎样影响的？这两个问题我们会在本章后面3节进行深入的学习通过测量出晶体分子中的键长和键角，可以推演出分子的几何形状经过研究发现，分子的几何形状不是任意的，而是特征的若干种：如直线形，V形，三角形，四面体，三角锥等由此人们推知原子间形成共价键时，原子轨道只能沿着特定的方向进行重叠，我们将这种性质称为共价键的方向性3.键能定义：在 1×105 Pa、298 K 条件下，断开1mol AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A—B键的键能键能可以直接定量直观的反映共价键的强弱键能愈大，断开时需要的能量就愈多，化学键就愈牢固；键能愈小，断开时需要的能量就愈少，化学键就愈不牢固说明：①键能通常是298 K、101kPa条件下的标准值②键能可以通过实验测定，更多是推算获得的（如盖斯定律）③同样的共价键在不同的分子中键能略有区别，如甲烷中的C—H键和乙烯中C—H键键能不严格相等下表列出了若干共价键键能的数据，请你观察表格，自己寻找并归纳其中的规律，并将你的结论与小组同学交流。

提问】同主族的卤原子与H之间的共价键键能的变化规律如何？同周期的C、N、O、F与H之间的共价键键能的变化规律如何？【讲解】卤化氢中X—H键键能自上而下逐渐减小；同周期的C、N、O、F与H之间的共价键键能F—H > O—H > C—H > N—H，自左向右呈逐渐增大趋势（N—H略小于C—H）【提问】碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键的键能变化趋势如何？它们之间的差值大小是怎样的？这一变化趋势与它们的键长变化趋势有何关系？从键能的角度谈谈乙烷、乙烯、乙炔的反应活性差别讲解】碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键的键能逐渐增大，但是新增的π键所对应的键能增量部分不如C—C σ键大根据数据可以计算出，C—C之间π键键能约为σ键键能的70%在反应中仅需吸收较少的能量π键就会被破坏，故而乙烯、乙炔的反应活性高共价键键长/pm键能/(kJ/mol)C—C154347.7C=C133615C≡C120812碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键的键长逐渐变短与键能的变化趋势相比，可以得知，两原子之间的共价键键数越多，键能越大，键长越短提问】氮氮单键、氮氮双键、氮氮叁键的键能变化趋势如何？它们之间的差值大小是怎样的？从键能的角度谈谈为何N2非常稳定。

讲解】氮氮单键、氮氮双键、氮氮叁键的键能逐渐增大，但是新增的π键所对应的键能增量部分比N—N σ键大这是由于N2分子的π键具有一定的特殊性氮氮叁键键能高达945 kJ·mol-1，反应中变为氮原子需要吸收非常多的能量一般条件无法满足该能量条件，故N2非常稳定提问】C—C单键的键能为347 kJ·mol-1，N—N单键、O—O单键、F—F单键的键能分别为193 kJ·mol-1，142 kJ·mol-1，157 kJ·mol-1，为何N、O、F三种元素的单键键能明显偏小？【讲解】N、O、F三种元素的原子半径都很小，核外电子集中在一个较小区域内，负电密度较大形成共价键时两原子彼此靠近，电子间的排斥较剧烈，导致能量升高这一因素部分抵消了形成共价键时能量降低的结果提问】O—O单键的键能为142 kJ·mol-1 ，这一数据与含O—O单键的物质的化学性质有何关联？列举一个你学过的含O—O单键的物质，结合其性质进行说明讲解】含O—O单键的常见物质之一是H2O2，它在室温、无催化剂的条件下会逐渐分解为水和氧气，在加热或催化剂的条件下会更迅速的分解因O—O单键键能很小，提供较少能量就促使其断裂同时生成的O2和H2O中的O—O双键，H—O单键键能均很大，产物很稳定。

故一般含O—O单键的物质都容易分解用作消毒剂的过氧乙酸也含有O—O单键提问】化学反应过程中是伴随着能量变化的一个反应是吸热反应还是放热反应取决于两部分能量的大小关系：破坏反应物中的化学键所吸收的能量，形成产物中的化学键所放出的能量利用表中的数据，你能否计算出下面反应的反应热么？N2 + 3H2 = 2NH3总结根据键能计算反应热的计算步骤讲解】反应物N2反应物H2产物NH3共价键类型N≡N叁键H—H单键N—H单键键能/kJ·mol-1946436390.8数量1mol3mol6mol吸收总能量为946×1+436×3=2254 kJ放出总能量为390.8×6=2344.8 kJ放热>吸热，反应为放热反应，放热2344.8 – 2254 = 90.8 kJ【提问】利用表格中的数据进行计算，1 mol H2分别与 1 mol Cl2、1 mol Br2(蒸气)反应，分别形成 2 mol HCl 和 2 mol HBr，哪一个反应释放的能量更多？如何用计算的结果说明HCl和HBr分子哪个更容易发生热分解生成相应的单质？【讲解】根据键能计算反应热的公式，可计算出生成2 mol HCl 和 2 mol HBr 分别放出184.9kJ和102.3kJ热量，显然生成HCl放热更多。

HCl比HBr更容易生成，则其逆反应——分解更难，故HCl更稳定，HBr更易分解提问】N2、O2、F2跟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？【讲解】由于氮氮叁键、氧氧双键、氟氟单键的键能依次减小同时N—H、O—H、F—H键键能依次增大，即旧键易断裂，新键形成后很稳定故N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强小结】【讲述】波长为 300 nm 的紫外光的光子所具有的能量约为 399 kJ·mol-1，这一能量比蛋白质分子中重要的化学键，如C—C键、C—N键和C—S键的键能都大因此，紫外光的能量足以使这些化学键断裂，从而破坏蛋白质分子讲述】防晒霜之所以能有效地减轻紫外光对人体的伤害，其原因之一是它的有效成分的分子中有π键这些分子中的π键的电子在吸收紫外光后被激发，从而能阻挡部分紫外光自主学习】分子光谱三、课堂小结键参数：键长、键角与键能1.键长：两个成键原子的原子核间的距离（简称核间距）叫做该化学键的键长一般而言化学键的键长越短，化学键就越强，键就越牢固2.键角：在多原子分子中，两个化学键的夹角叫做键角3.键能：在 1×105 Pa、298 K 条件下，断开1mol AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A—B键的键能。

键能可以直接定量直观的反映共价键的强弱键能愈大，断开时需要的能量就愈多，化学键就愈牢固；键能愈小，断开时需要的能量就愈少，化学键就愈不牢固 8 / 8。