高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 共价键获奖第二课时教案

课题名

《共价键 》第二课时

教材分析

本节课从定量的角度研究共价键，键能和键长可以用来描述键的强弱，键角可以用来描述分子的空间构型。教材通过思考与讨论中的具体问题让学生运用这些键参数解释分子性质的影响。本节内容在《化学反应原理》模块中用到了键能数据，在后续介晶体的X射线衍射实验埋下伏笔。

核心素养

宏观辨识与微观探析：通过认识共价键的键能、键长和键角,从微观角度模型化解释分子的空间结构。掌握用共价键的强弱解释物质稳定性的方法。

证据推理与模型认知：结合共价键的键长、键能和键角等数据,理解分子的性质与键参数的关系,培养证据推理与模型认知的核心素养。

科学探究与创新意识：通过认识共价键的参数对物质性质的影响，探析微观结构对宏观性质的影响。

教学重点

认识共价键的键能、键长和键角,从微观角度模型化解释分子的空间结构。

教学难点

掌握用共价键的强弱解释物质稳定性的方法。

教学方法

讲解，举例

教学准备

教师准备：PPT

学生准备：预习课本

教学过程

一、新课导入

1.卤化氢的分解

教师：思考：1、分析下表：1000℃时，卤化氢分解率，你能得出什么结论？

结论：HCl、HBr、 HI越来越易分解

说明：①卤化氢的热稳定性大小为：HCl＞HBr ＞ HI

②σ键牢固程度大小顺序为：HCl＞HBr ＞ HI

2、共价键的强弱用什么来衡量？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？

共价键的三个键参数——键能、键长与键角

学生：从卤化氢的热稳定性大小推出σ键牢固程度大小顺序。

[设计意图]复习共价化合物分子的稳定性引导学生思考共价键的强弱用什么来衡量？引入共价键的三个键参数——键能、键长与键角的学习。

二、探究新知

1.二、键参数

教师：1、键能：

① 定义：气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量。

气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。

键能越大，键越稳定。

单位：kJ·mol－1，  常用 EA－B 表示

如：H—H  键能 436.0 kJ·mol－1      N≡N 键能 946.0 kJ·mol－1

[注]a、形成化学键通常放出热量，键能为通常取正值；

    b、键能可以通过实验测定，更多却是推算获得的。

不同分子中，同一种共价键的键能不同，我们一般用的是平均值。

思考：请同学们观察下表，并找出键能数据中存在的规律?

(从成键个数，成键原子的半径分析)

②键能规律：

a、相同原子间的键能：单键＜双键＜三键

b、不同原子间的键能：一般成键原子半径越大，键能越小。

如键能：

Cl-Cl > Br-Br >I-I   F-F反常

C-H＜ O-H ＜ F-H    N-H反常

思考：1、碳碳双键键能不等于碳碳单键键能的两倍，碳碳叁键不等于碳碳单键的三倍，说明了什么？

碳碳键：σ键键能 ＞ π键键能

2、氮氮双键键能不等于氮氮单键键能的两倍，氮氮叁键不等于氮氮单键的三倍，说明了什么？

氮氮键：σ键键能 ＜ π键键能（特例：氮气中π键比σ键稳定）

③键能的应用：

a.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。

b.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。

如分子的稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI。

c.计算化学反应的反应热

键能与反应热的关系：∆H = 反应物键能总和 - 生成物键能总和

ΔH<0时，放热反应；ΔH>0时，吸热反应

d、通过键能判断物质的反应活性。

如：已知N-N、N=N和N≡N的键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C-C、C=C、C≡C的键能之比为1.00∶1.77∶2.34。如何用这些数据理解氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应？

提示： 键能数据表明，N≡N的键能大于N-N键能的三倍，N=N的键能大于N-N键能的两倍；而C≡C的键能却小于C-C键能的三倍，C=C的键能小于C-C的键能的两倍，说明乙烯和乙炔中的π键不牢固，易发生加成反应，而N2分子中N≡N非常牢固，所以氮分子不易发生加成反应。

2、键长：

①定义：形成共价键的两个原子之间的核间距为键长

常用单位：pm（皮米）

1pm=10-12m=10-10cm

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。

注意：a、键长小于成键原子的原子半径之和-成键原子轨道重叠

b、一般原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定

键长是衡量共价键稳定性的另一个参数

②键长与键能的关系：

a、同种类型的共价键:

键长越短，键能越大，由该键形成的分子越稳定。

b 、 成键原子相同时:

键长：单键键长＞双键键长＞三键键长

键能：单键键能＜双键键能＜三键键能

解释：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、三键时，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。

【思考与讨论】F-F不符合“键长越短，键能越大”的规律，为什么？

思考：为什么F-F的键长比Cl-Cl的键长短，但键能却比Cl-Cl的键能小？

原因：由于F原子半径太小，因此F-F的键长太短，而由于键长太短，两个F原子形成共价键时，原子核之间的距离太小，排斥力大，因此键能比Cl-Cl键小。（物极必反）

③键长的应用

a、判断共价键的稳性

键长越短，键能越大，共价键越稳定。

b、影响分子的空间结构

如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，原因是C-H和C-Cl 的键长不相等。

【思考与讨论】

(1)试利用表2-1数据进行计算，1molH2分别跟1molCl2、1molBr2（蒸气）反应，分别生成2molHCl和2molHBr分子，哪个反应放出的能量更多？如何用计算结果说明氯化氢和溴化氢哪个更容易发生热分解生成相应的单质？

由计算结果可知：生成2 mol HCl比生成2 mol HBr释放的能量多。生成的HBr分子中H-Br的键能比HCl分子中H-Cl的键能小，说明H-Br比H-Cl容易断裂，所以HBr分子更容易发生热分解生成相应的单质。

（2)N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强，从键能的角度如何理解这一化学事实。(利用课本P37表2-1的相应数据分析)

提示：从表2-1的数据可知，N-H、O-H与H-F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。所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。

(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？

键长越短、键能越大，则化学键越稳定，分子的化学性质越不活泼。

反之键长越长、键能越小，则化学键越不稳定，分子的化学性质越活泼。

【思考与讨论】

1、查看课本P38表2-2的数据，C-C、C=C、C≡C的键长是否相同？有什么规律？

不同，就相同原子形成的共价键：单键键长＞双键键长＞三键键长

2、再结合课本P37表2-1的数据，F-F键、Cl-Cl键的键能大小，讨论键能与键长的关系。

一般而言，共价键键长越短，键能越大，共价键越稳定

3、已知CH4是正四面体结构，CH3Cl是不是也是四面体结构？为什么？

CH3Cl分子不是正四面体形，C-H 、C-Cl键的键长不相等

4、C和Ge是同族元素，为什么C原子间可形成双键、三键，但Ge原子间难形成双键或三键 。                                           

Ge原子半径大，原子间形成的σ键键长较长，p轨道“肩并肩”重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键。

观察上述分子构型并思考：为什么CO2的空间结构是直线形，而H2O的空间结构是V形(角形)？

3、键角— 键角决定分子的空间构型

①概念：在多原子分子中，两个相邻化学键之间的夹角。

②意义：多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。键角是描述分子结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关 。

键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。

③键角的应用：键长和键角决定分子的空间结构。

常见分子中的键角与分子空间结构。

思考：如图白磷和甲烷均为正四面体结构，它们的键角是否相同，为什么？

不同，白磷分子的键角是指P—P之间的夹角，为60°；而甲烷分子的键角是指C—H的夹角，为109°28′。

小结：共价键稳定性强弱的判断方法：

(1)根据原子半径和共用电子对数目判断：

成键原子的原子半径越小，共用电子对数越多，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。

(2)根据键能判断：

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)根据键长判断：

共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键所消耗的能量越多。

学生：

正误判断

(1)共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定(    )

(2)N—H的键能是很多分子中的N—H的键能的平均值(     )

(3)O—H的键能是指在298.15 K、100 kPa下，1 mol气态分子中1 mol O—H解离成气态原子所吸收的能量(     )

(4)C=C的键能等于C—C的键能的2倍(        )

(5)σ键一定比π键牢固(     )

练习1.根据下表中的H—X键的键能回答下列问题：

①若使2 mol H—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是______ 。

②表中共价键最难断裂的是______，最易断裂的是______。

③由表中键能大小数据说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次 ______，说明四种分子的稳定性依次______，即HF分子很稳定，最______分解，HI分子最不稳定，______分解。        

练习2、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　　　。 

练习3、下列说法中正确的是(　　)

A．分子中所含共价键的键能越大，键长越短，则分子越稳定

B．只有非金属原子之间才能形成共价键

C．水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°

D．H—O键的键能为463 kJ·mol－1，即18 g水分子生成H2和O2时，放出能量为(2×463) kJ

[设计意图]从认识共价键的键能、键长和键角,从微观角度模型化解释分子的空间结构。掌握用共价键的强弱解释物质稳定性的方法。

板书设计

二、键参数

1、键能

2、键长

3、键角

课后作业

练习册上相关习题。

教学反思

亮点：本节课从定量的角度研究共价键，键能和键长可以用来描述键的强弱，键角可以用来描述分子的空间构型。教材通过思考与讨论中的具体问题让学生运用这些键参数解释分子性质的影响。

课堂教学建议：本节课教师应多举例说明微观结构多宏观物质性质的影响，比如同主族的氢化物键长和键能的差异导致稳定性不同，同种元素形成的单键、双键、三键键长和键能的差异导致物质的活泼型不同等。