2020高中化学专题三微粒间作用力与物质性质第三单元第二课时共价键的键能原子晶体讲义测试苏教版.docx

第二课时共价键的键能原子晶体学习目标1.会利用键能比较共价键的强弱及共价型分子的稳定性，会利用键能计算化学反应的反应热。2.知道金刚石、二氧化硅晶体的结构特点，会比较原子晶体的熔沸点及硬度大小。自主学习区一、键能与反应热1.共价键的键能共价键的键能是在101 kPa、298 K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1 mol HH键吸收的能量为436 kJ，即HH键的键能为436_kJmol1。2.键长两原子形成共价键时，两原子核间的平均间距叫做该共价键的键长。当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠，重叠程度越大，键长越短，键能越大。3.键能与反应热的关系E1、E2分别表示反应物和生成物的键能。HE1E2二、原子晶体1.构成微粒及作用力2.物质种类(1)某些非金属单质，如晶体硼、晶体硅、金刚石等。(2)某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。1.试从键长和键能的角度分析HF、HCl、HBr、HI稳定性逐渐减弱的原因。提示：从F到I原子半径逐渐增大，分别与氢原子形成共价键时，按HF、HCl、HBr、HI键长逐渐增长，键能逐渐减小，故分子的稳定性逐渐减弱。2.只含有共价键的晶体都是原子晶体吗？提示：不是。如H2O、HCl等由非金属元素组成的分子内只含共价键，但它们属于分子晶体。3.晶体硅中的最小环为几元环？SiO2晶体中呢？提示：晶体硅中最小环为六元环，SiO2的晶体中最小环为12元环。教师点拨区对应学生用书P035一、共价键键能与化学反应的反应热1.共价键的键参数与应用(1)键能：是指在101 kPa和298 K下将1 mol气态分子AB拆开为气态原子A和B时所需要吸收的能量(单位：kJmol1)。键能越大，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定。(2)键长：在分子中两个成键原子的核间平均距离叫键长。当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠，重叠程度越大，键长越短，键能就越大，键就越牢固。(3)键角：在分子中键与键之间的夹角叫键角。键角可反映分子的空间构型，可进一步帮助我们判断分子的极性。2.键能与化学反应热的关系(1)化学反应的本质：化学反应的实质就是反应物内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。(2)化学反应过程有能量变化：反应物和生成物中化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。(3)放热反应和吸热反应放热反应：旧键断裂吸收的总能量小于新键形成放出的总能量。吸热反应：旧键断裂吸收的总能量大于新键形成放出的总能量。(4)反应热(H)与键能的关系H反应物的键能总和生成物的键能总和特别提醒键能与键长反映键的强弱程度，键长和键角用来描述分子的立体结构。(1)共价键强弱的判断一般来讲，形成共价键的两原子半径之和越小，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。如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同(1对)，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，故共价键牢固程度HFHClHBrHI，因此，稳定性HFHClHBrHI。(2)键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的几何构型就确定了。如NH3分子的HNH键角是107.3，NH键的键长是101 pm，就可以断定NH3分子是三角锥形分子，如图：。练习与实践1.从实验测得不同物质中氧氧之间的键长和键能数据如下表：数据氧氧键OOO2O键长/1012m149128121112键能/kJmol1XYZ497.3W628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.成键时电子数越多，键能越大B.键长越长，键能越小C.成键所用的电子数越少，键能越大D.成键时电子对越偏移，键能越大答案B解析电子数由多到少的顺序为OOO2O，键能大小顺序为WZYX，A项不符合题意；这些微粒都是O成键，无偏移，D项不符合题意；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。2.化学反应可视为旧键的断裂和新键的形成过程。化学键的键能是气态基态原子形成1 mol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()A.1638 kJmol1 B.1638 kJmol1C.126 kJmol1 D.2034 kJmol1答案A解析1 mol P4发生此反应包括：断裂1 mol P4和3 mol O2分子中共价键吸收的能量和形成1 mol P4O6中共价键放出的能量。由各物质的分子结构知1 mol P4含6 mol PP键，3 mol O2含3 mol O 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(198 kJmol16498 kJmol13)360 kJmol1121638 kJmol1。方法规律键参数的应用(1)由键能可推断物质的稳定性，键能越大，物质的稳定性越强。(2)由键能数据可推断反应放热或吸热。因为化学反应过程是断旧键成新键的过程，根据断键过程吸收的总能量和成键过程放出的总能量的差值即可判断。(3)由键长和键角判断分子的构型。二、原子晶体1.原子晶体的概念相邻原子间以共价键结合而形成的空间网状结构的晶体，叫做原子晶体。2.原子晶体的物理性质(1)一般具有很高的熔点和沸点：原子晶体中原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔、沸点就越高。(2)难溶于水。(3)硬度大：共价键作用强。3.金刚石(1)每个碳原子被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。(2)这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状晶体。(3)金刚石晶体中所有的CC键键长相等，键角相等(109.5)。(4)晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内。(5)晶体中每个碳参与了4条CC键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故碳原子与CC键键数之比为1(4)12。4.二氧化硅(1)1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，每个硅原子周围结合4个氧原子；同时，每个氧原子跟2个硅原子相结合。实际上，SiO2晶体是由硅原子和氧原子按12的比例所组成的立体网状的晶体。最小的环是由6个硅原子和6个氧原子组成的12元环。(2)1 mol SiO2中含4 mol SiO键。特别提醒原子晶体熔化时破坏的是共价键，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高，硬度越大。练习与实践3.二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示。关于二氧化硅晶体的下列说法中，正确的是()A.1 mol SiO2晶体中SiO键为2 molB.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ASiO2晶体中，1个硅原子与周围4个氧原子形成SiO键，所以1 mol SiO2晶体中SiO键为4 molB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C1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.下列说法中正确的是()A.金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成B.Na2O2晶体中阴离子与阳离子数目之比为11C.1 mol SiO2晶体中含2 mol SiO键D.金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应答案A解析金刚石中最小碳环为六元环，在高温时可断开CC键与O2反应；Na2O2晶体中阴离子与阳离子数目之比为12,1 mol SiO2晶体中含4 mol SiO键。本课小结1.一般来说，共价键的键长越短，键能越大，含有该共价键的分子越稳定。2.反应热(H)与键能的关系H反应物的键能总和生成物的键能总和3.原子晶体熔化时破坏共价键，所以原子半径越小，键能越大，熔沸点越高。4.金刚石晶体中，每个碳原子与其余4个碳原子形成共价键，键角为109.5，最小环为六元环，平均每mol碳形成2 mol碳碳键。5.常见的原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体二氧化硅、晶体碳化硅等。学习效果检测对应学生用书P0371.下列事实能够用键能的大小作为主要依据来解释的是()A.常温常压下氯气呈气态而溴单质呈液态B.硝酸是挥发性酸，而硫酸、磷酸是不挥发性酸C.稀有气体一般难以发生化学反应D.空气中氮气的化学性质比氧气稳定答案D解析通过共价键形成的分子，其物质聚集的状态取决于分子间作用力的大小，与分子内共价键的键能无关；物质的挥发性与分子内键能的大小无关；稀有气体是单原子分子，无化学键，难以发生化学反应的原因是它们的最外层电子已形成稳定结构；氮气比氧气稳定是由于N2中共价键的键能(946 kJmol1)比O2中共价键的键能(498 kJmol1)大，在化学反应中难以断裂。2.已知N2(g)O2(g) 2NO(g)，H180 kJmol1，其中NN、O O键的键能分别为946 kJmol1、498 kJmol1，则氮氧键的键能为()A.1264 kJmol1 B.632 kJmol1C.316 kJmol1 D.1624 kJmol1答案B解析180 kJmol1946 kJmol1498 kJmol12E，所以E632 kJmol1。3.下列物质中，属于原子晶体的化合物是()A.水晶 B.晶体硅C.金刚石 D.干冰答案A解析晶体硅、金刚石属于单质，干冰属于分子晶体。4.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。原子晶体在熔化时破坏共价键。5.氮化硼(BN)是一种新型结构材料，具有超硬、耐磨、耐高温等优良特性，下列各组物质熔化时，所克服的微粒间作用与氮化硼熔化时克服的微粒间作用都相同的是()A.硝酸钠和金刚石 B.晶体硅和水晶C.冰和干冰 D.苯和萘答案B解析因为BN为原子晶体，熔化时克服的微粒间的相互作用为共价键，晶体硅和水晶都属于原子晶体。6.已知C3N4晶体的硬度比金刚石大，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法错误的是()A.该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石中的化学键更牢固B.该晶体中每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连C.该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构D.该晶体与金刚石相似，都是相邻原子间以非极性共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体答案D解析由题意知C3N4晶体属于原子晶体，依据C、N在元素周期表中的位置及性质递变规律，可得CN键比CC键的键长短，键能大，A正确。碳原子最外层有4个电子，可形成4个共价键，氮原子最外层有5个电子，可形成3个共价键，故C3N4晶体中每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连，B正确。在C3N4晶体中，每个原子的最外层都满足8电子结构，C正确。C3N4晶体是碳氮原子间以极性共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体，D错误。课时作业对应学生用书P0871.从键长的角度来判断下列共价键中最稳定的是()A.HF B.NH C.CH D.SH答案A解析原子半径越小，与氢化合形成的化学键键长越短，键能越大，键越稳定。2.固体熔化时，必须破坏非极性共价键的是()A.冰 B.晶体硅C.溴 D.二氧化硅答案B解析各物质熔化时克服的作用力分别为：冰主要克服氢键，晶体硅克服的是非极性共价键，溴克服的是分子间作用力，二氧化硅克服的是极性共价键。选项B符合题意。3.下列说法正确的是()A.键能越大，表示该分子越容易受热分解B.共价键都具有方向性C.在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长D.HCl键的键能为431.8 kJmol1，HBr键的键能为366 kJmol1，这可以说明HCl比HBr分子稳定答案D解析键能越大，分子越稳定，A错误，D正确。ss 键没有方向性，B错误。形成共价键的两个原子之间的核间的平均距离叫键长，C错误。4.已知HH键的键能为436 kJmol1，NH键的键能为391 kJmol1，根据热化学方程式：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H92 kJmol1，则NN键的键能是()A.431 kJmol1 B.946 kJmol1C.649 kJmol1 D.896 kJmol1答案B解析断键吸收的能量为E(NN)3E(HH)；成键放出的能量为6E(NH)，则有E(NN)6E(NH)3E(HH)92 kJmol1946 kJmol1。5.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 ，熔化时能导电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，使原子晶体的质硬而脆，A项不正确，B项符合原子晶体的特征，C项应该是离子晶体，D项不符合原子晶体的特征。6.晶体AB型共价化合物，若原子最外层电子数之和为8，常是具有半导体性质的原子晶体。已知金刚石不导电而导热，锆石(ZrO2)不导电、不导热，却硬似钻石。近期发现不良商贩用制耐热器的碳化硅制成假钻石，则识别它们的可靠方法是()A.能在玻璃上刻划出痕迹的为金刚石B.很硬不导电而导热的是金刚石C.既可导电又可导热的是碳化硅D.不导电的为锆石答案B解析比玻璃硬度大的物质比较多，用刻划玻璃的方法不可靠，由题干知金刚石导热不导电，而锆石不导电也不导热，故选B。7.下列关于SiO2晶体的叙述中，正确的是()A.通常状况下，60 g SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数)B.60 g SiO2晶体中，含有2NA个SiO键C.晶体中与同一硅原子相连的4个氧原子处于同一四面体的4个顶点D.SiO2晶体中含有1个硅原子，2个氧原子答案C解析60 g SiO2晶体即1 mol SiO2，晶体中含有SiO键4 mol (4NA)；SiO2晶体中含有无数的硅原子和氧原子，只是硅氧原子个数比为12。8.下列排序正确的是()A.熔点：MgHgNaB.晶格能：NaINaBrNaClC.硬度：金刚石碳化硅晶体硅D.键能：HPHSHCl答案C解析Hg常温下为液体，熔点NaHg，A错误；离子半径越小，离子晶体的晶格能越高，正确顺序为NaClNaBrNaI，B错误；原子半径越小，键长越短，键能越高，原子晶体硬度越大，C正确；三种共价键的键能顺序应为HClHSHP，D错误。9.氮化铝(AlN)具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质，被广泛用于电子工业、陶瓷工业等领域。在一定条件下，氮化铝可通过如下反应合成：Al2O3N23C 2AlN3CO下列叙述正确的是()A.在氮化铝的合成反应中，N2是还原剂，Al2O3是氧化剂B.上述反应中每生成2 mol AlN，N2得到3 mol电子C.氮化铝中氮元素的化合价为3价D.氮化铝晶体属于离子晶体答案C解析根据题给信息：氮化铝具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质，可推断氮化铝晶体是原子晶体。又根据化合价升降可知N2作氧化剂，C作还原剂，生成物AlN中氮元素呈3价。每生成2 mol AlN，共转移6 mol e。10.已知C3N4晶体具有比金刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合，下列关于晶体的说法正确的是()A.C3N4晶体是离子晶体B.C3N4晶体中，CN键的键长比金刚石中CC键的键长要长C.C3N4晶体中微粒间通过离子键结合D.C3N4晶体中每个碳原子连接4个氮原子，而每个氮原子连接3个碳原子答案D解析C3N4晶体原子间均以单键结合，则原子间为共价键，且硬度比金刚石大，所以C3N4晶体是原子晶体，A、C错；因为氮原子比碳原子半径小，所以CN键比CC键的键长要短，B错；因为碳原子最外层有4个电子，易形成4个共价键，氮原子最外层有5个电子，易得到3个电子形成3个共价键，所以C3N4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，D正确。11.在40 GPa高压下，用激光器加热到1800 K时，科学家成功地制得了原子晶体CO2，下列有关这种CO2晶体推断正确的是()A.原子晶体CO2有很高的熔、沸点，很大的硬度，可用作耐磨材料B.原子晶体CO2易升华，可用作制冷剂C.原子晶体CO2的硬度和耐磨性都不如水晶D.每摩尔原子晶体CO2含2 mol CO键，每摩C原子与4 mol O原子形成共价键答案A解析原子晶体CO2中C和O原子之间以共价键结合成空间立体网状结构，共价键作用强，所以其具有很高的熔、沸点，很大的硬度，A正确，B不正确；CO2与SiO2组成相似，将SiO2晶体中的Si原子换成C原子就是原子晶体CO2的结构，由于CO键的键长小于SiO键的键长，CO键的键能大于SiO键的键能，所以原子晶体CO2的硬度和耐磨性都强于水晶，C不正确；在原子晶体CO2中，每个C原子都处于四个氧原子构成的四面体的中心，所以每摩尔原子晶体CO2中含有4 mol CO键，每摩尔C原子与4 mol O原子形成共价键，D不正确。12.金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的原子晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置()A.12，大立方体的12条棱的中点B.8，大立方体的8个顶角C.6，大立方体的6个面的中心D.14，大立方体的8个顶角和6个面的中心答案A解析与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示。13.金刚石与金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，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，其中键角是_。(3)金刚石和金刚砂相比，熔点更高的应是_，原因是_。答案(1)原子(2)