高中化学专题3微粒间作用力与物质性质第三单元第3课时共价键的键能原子晶体学案苏教版.docx

第3课时共价键的键能原子晶体学习目标定位1.熟知共价键键能、键长的概念，掌握共价键的键能与化学反应过程中能量变化之间的关系。2.能根据原子晶体的概念及结构特点判断晶体类型，会分析推测其物理性质。一共价键的键能与化学反应的反应热1共价键的键能(1)共价键的键能是在101kPa、298K条件下，1_mol气态AB分子生成气态A原子和B原子的过程中所吸收的能量，称为AB间共价键的键能。其单位为kJmol1。如断开1molHH键吸收的能量为436.0kJ，即HH键的键能为436.0_kJmol1。(2)根据下表中的HX键的键能回答下列问题：共价键HFHClHBrHI键能kJmol1568431.8366298.7若使2molHCl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收863.6_kJ的能量。表中共价键最难断裂的是HF，最易断裂的是HI。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的键能依次减小，说明四种分子的稳定性依次减弱，即HF分子最稳定，最难以分解，HI分子最不稳定，易分解。(3)已知HH、ClCl、HCl键的键能分别为436kJmol1、243kJmol1、432kJmol1。试通过键能数据估算H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)反应的反应热是185_kJmol1。解析HE(反应物键能之和)E(生成物键能之和)(4362432432) kJmol1185kJmol1。2共价键的键长(1)键长是指形成共价键的两个原子之间的核间距，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。(2)键长与共价键的稳定性之间的关系：共价键的键长越短，往往键能越大，这表明共价键越稳定，反之亦然。(3)下列三种分子中：H2、Cl2、Br2，共价键的键长最长的是，键能最大的是。归纳总结1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，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。(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：共价键的键长越短，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，形成的共价键越稳定。2键能与化学反应过程中的能量关系(1)化学反应过程中，旧键断裂所吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量，反应为吸热反应，反之则为放热反应。(2)定量关系：能量变化反应物键能总和生成物键能总和，即HE反应物E生成物。活学活用1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分子中键长越长，表示成键原子轨道重叠越大，键越牢固C化学键形成的过程是一个吸收能量的过程D化学键形成的过程是一个放出能量的过程答案D解析键能大，表示破坏该键需要的能量大，并不是分子拥有的能量大；键长越长，表示成键的两原子的核间距越长，分子越不稳定；化学键的形成是原子由高能量状态向稳定状态(低能量)转变的过程，所以是一个放热过程。2已知HH键键能为436kJmol1，HN键键能为391kJmol1，根据化学方程式N23H22NH3,1molN2与足量H2反应放出的热量为92.4kJmol1，则NN键的键能是()A431kJmol1B945.6kJmol1C649kJmol1D896kJmol1答案B解析本题与热化学反应方程式有关，NN、HH的断裂需要吸收能量，而NH的形成要放出能量，根据能量守恒可得如下关系式：Q436kJmol13391kJmol1692.4kJmol1，解得Q945.6kJmol1。二原子晶体的概念及其性质1.金刚石的晶体结构模型如下图所示。回答下列问题：(1)在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。(2)最小环上有6个碳原子。(3)晶体中C原子个数与CC键数之比为12。(4)晶体中CC键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。2通过以上分析，总结原子晶体的概念(1)概念：相邻原子间以共价键相结合形成的具有空间立体网状结构的晶体，称为原子晶体。(2)构成微粒：原子晶体中的微粒是原子，原子与原子之间的作用力是共价键。3(1)常见的原子晶体：常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等。某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。SiO2晶体的结构：在SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子，同时，每个O原子跟2个Si原子相结合(硅为4价，氧为2价)。实际上，SiO2是由Si原子和O原子按12的比例所构成的立体网状结构(如图所示)，最小的环上有12个原子。(2)由于原子晶体中原子间以较强的共价键相结合，故原子晶体：熔、沸点很高，硬度大，一般不导电，难溶于溶剂。(3)共价键键长越短，共价键越稳定，原子晶体的熔、沸点越高，硬度也越大。归纳总结1构成原子晶体的微粒是原子，其相互作用是共价键。2原子晶体中不存在单个分子，化学式仅仅表示的是物质中的原子个数比关系，不是分子式。活学活用3关于二氧化硅晶体的下列说法中，正确的是()A1molSiO2晶体中SiO键为2molB二氧化硅晶体的分子式是SiO2C晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构D晶体中最小环上的原子数为8答案C解析A选项错误，SiO2晶体中，1个硅原子与周围4个氧原子形成SiO键，所以1molSiO2晶体中SiO键为4mol；B选项错误，晶体中1个硅原子与周围4个氧原子形成共价键，1个氧原子与周围2个硅原子形成共价键，SiO2表示晶体中Si、O原子个数比为12，并不是分子式；C选项正确，1个硅原子分别与4个氧原子形成4对共用电子对，1个氧原子分别与2个硅原子形成2对共用电子对，所以Si、O原子最外电子层都满足8电子结构；D选项错误，晶体中最小环上硅与氧交替连接，SiO2晶体中最小环上的原子数为12，其中6个硅原子，6个氧原子。4已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法正确的是()AC3N4是分子晶体BC3N4晶体中，CN键的键长比金刚石中的CC键的键长长CC3N4晶体中，每个碳原子连接4个氮原子，而每个氮原子连接3个碳原子DC3N4晶体中微粒间通过分子间作用力相结合答案C解析根据C3N4的性质可知其为原子晶体，CN键为极性共价键，由于原子半径：r(N)BrClF，电负性FClBrI，所以它们与H原子形成的氢化物分子的键能EHFEHClEHBrEHI。键能越大，化合物越难断裂成原子。3有关原子晶体的叙述，错误的是()A原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则B原子晶体中不存在独立的分子C原子晶体的熔点和硬度较高D原子晶体熔化时不破坏化学键答案D解析原子晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键具有方向性和饱和性，所以原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则。4碳化硅(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子与硅原子的位置是交替的，在下列三种晶体中，它们的熔点从高到低的顺序是()金刚石晶体硅碳化硅ABCD答案A解析这三种晶体属于同种类型，熔化时需破坏共价键，金刚石中为CC键，晶体硅中为SiSi键，SiC中为SiC键，由原子半径可知SiSi键键长最大，CC键键长最短，键长越短共价键越稳定，破坏时需要的热量越多，故熔点从高到低顺序为。5单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：金刚石晶体硅晶体硼熔点/K382316832573沸点/K510026282823硬度107.09.5(1)晶体硼的晶体类型属于_晶体，理由是_。(2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。通过观察图形及推算，此晶体结构单元由_个B原子组成。答案(1)原子晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原子晶体，B与C相邻且与Si处于对角线位置，也应为原子晶体(2)12解析每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到1/5，每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个这样的三角形，因此，晶体B中这样的顶点(B原子)有3/52012个。40分钟课时作业基础过关一、共价键的键能、键长及应用1下列事实不能用键能的大小来解释的是()AN元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定B稀有气体一般难发生反应CHF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱DF2比O2更容易与H2反应答案B解析本题主要考查键参数的应用。由于N2分子中存在叁键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱；由于HF的键能大于HO，所以二者比较更容易生成HF。2从实验测得不同物质中氧氧之间的键长和键能的数据：OO键数据OOO2O键长(1012m)149128121112键能(kJmol1)xyz494w628其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能的大小顺序为wzyx；该规律是()A成键的电子数越多，键能越大B键长越长，键能越小C成键所用的电子数越少，键能越小D成键时电子对越偏移，键能越大答案B解析研究表中数据发现，O2与O的键能大者键长短。按此规律，O中OO键长比O中的长，所以键能要小。按OO键长由短到长的顺序为OO2Ozyx。故B正确，A不正确。这些微粒都是由相同的原子组成，电子对无偏移，D项错误；对于这些微粒，在成键时所用电子情况，题中无信息，已有的知识中也没有，说明这不是本题考查的知识点，故不选C项。3化学反应可视为旧键的断裂和新键的形成过程。化学键的键能是形成化学键时释放的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能(kJmol1)：PP：198PO：360O=O：498，则反应P4(白磷)3O2=P4O6的反应热H为()A1638kJmol1B1638kJmol1C126kJmol1D126kJmol1答案A解析反应中的键能包括：断裂1molP4和3molO2分子中共价键吸收的能量和形成1molP4O6分子中共价键放出的能量。由各物质的分子结构知1molP4含6molPP键，3molO2含3molO=O键，化学反应的反应热H反应物的总键能生成物的总键能。故H(198kJmol16498kJmol13)360kJmol1121638kJmol1。4已知N2O2=2NO为吸热反应，H180kJmol1，其中NN、O=O键的键能分别为946kJmol1、498kJmol1，则NO键的键能为()A1264kJmol1B632kJmol1C316kJmol1D1624kJmol1答案B解析180kJmol1946kJmol1498kJmol12ENO，所以ENO632kJmol1。二、原子晶体类型的判断5下列晶体中属于原子晶体且为单质的是()A金属铜B金刚砂C金刚石D水晶答案C解析金属铜属于金属晶体，金刚砂(SiC)、水晶(SiO2)属于原子晶体，但为化合物，故A、B、D三项均不符合。6根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是()A熔点2700，导电性好，延展性强B无色晶体，熔点3550，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800，熔融时能导电D熔点56.6，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电答案B解析本题考查的是各类晶体的物理性质特征。A项中延展性好，不是原子晶体的特征，因为原子晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使原子晶体质硬而脆，A项不正确；B项符合原子晶体的特征；C项符合离子晶体的特征；D项符合分子晶体的特征。7氮化碳结构如图，其中氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法不正确的是()A氮化碳属于原子晶体B氮化碳中碳显4价，氮显3价C氮化碳的化学式为C3N4D每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连答案B解析根据氮化碳硬度超过金刚石晶体判断，氮化碳属于原子晶体，A项正确；氮的非金属性大于碳的非金属性，氮化碳中碳显4价，氮显3价，B项错误；氮化碳的化学式为C3N4，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，C项和D项正确。三、原子晶体的结构特点8下列关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是()A存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角B最小的环上，有3个Si原子和3个O原子C最小的环上，Si和O原子数之比为12D最小的环上，有6个Si原子和6个O原子答案D解析晶体硅的结构与金刚石相似(金刚石中最小碳环为6个碳原子)，而SiO2晶体只是在两个Si原子间插入1个O原子，即最小环含6个Si原子和6个O原子。9据报道：用激光可将置于铁室中的石墨靶上的碳原子“炸松”，再用一个射频电火花喷射出氮气，可使碳、氮原子结合成碳氮化合物(C3N4)的薄膜，该碳氮化合物比金刚石还坚硬，则下列说法正确的是()A该碳氮化合物呈片层状结构B该碳氮化合物呈立体网状结构C该碳氮化合物中CN键键长大于金刚石中CC键键长D相邻主族非金属元素形成的化合物的硬度比单质小答案B解析由题意知，该碳氮化合物的硬度比金刚石还大，说明该碳氮化合物为原子晶体，因此是立体网状结构；因为碳原子半径大于氮原子半径，所以CN键的键长小于CC键的键长。10某原子晶体A，其空间结构中的一部分如图所示。A与某物质B反应生成C，其实质是在每个AA键中插入一个B原子，则C的化学式为()AABBA5B4CAB2DA2B5答案C解析由于处于中心的A原子实际结合的B原子为42，故C的化学式为AB2(如图)。能力提升11已知下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的最低能量(kJ)。物质能量(kJ)Cl2243Br2193I2151H2436HF565HCl431HBr363HI297根据表中数据回答问题：(1)下列物质本身具有的能量最低的是_(填字母序号下同)AH2BCl2CBr2DI2(2)下列氢化物中，最稳定的是_。AHFBHClCHBrDHI(3)X2H2=2HX(X代表F、Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应？_。(4)相同条件下，X2分别与H2反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是_。2molCl2在一定条件下与等物质的量的H2反应，放出或吸收的热量是_kJ。(5)若无上表中的数据，你能正确回答出问题(4)的第一问吗？_；你的理由是_。答案(1)A(2)A(3)放热(4)F2366(5)能生成物越稳定，放出的热量就越多，在HX中，HF最稳定解析能量越低物质本身越稳定，破坏其中的化学键需要的能量就越多，形成其中的键时放出的能量也越多。12.金刚砂(SiC)与金刚石具有相似的晶体结构(如图所示)，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答：(1)金刚砂属于_晶体。(2)在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合_个碳原子。(3)金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有_个硅原子。答案(1)原子(2)4(3)3解析由于金刚砂的晶体构型是空间立体网状结构，碳原子、硅原子交替以共价键相结合，故金刚砂是原子晶体；硅和碳的电子层结构相似，成键方式相同，硅原子周围有4个碳原子；组成的六元环中，有3个碳原子、3个硅原子。13三种常见元素的性质或结构信息如下表，试根据信息回答有关问题。元素ABC性质结构信息原子核外有两个电子层，最外层有3个未成对的电子原子的M层有1对成对的p电子有两种常见氧化物，其中一种是冶金工业常用的还原剂(1)写出B原子的核外电子排布式_。(2)写出A的气态氢化物的电子式，并指出它的共价键属于极性键还是非极性键_。(3)C的一种单