2012高中化学 3.3共价键原子晶体1学案 苏教版选修3

用心 爱心 专心1 3 33 3 共价键共价键 原子晶体原子晶体 学案 苏教版选修学案 苏教版选修 3 3 知识回顾知识回顾 离子键 共价键 金属键的比较 比较 类型 离子键共价键金属键 概念 使阴 阳离子结合成 化合物的静电作用 原子间通过共用电子对形 成的相互作用 金属阳离子和自由电子之 间的静电作用 组成微粒阴阳离子原子金属阳离子和自由电子 成键条件得失电子 电子云重叠 电子对共用 能形成自由电子 作用方式 阴 阳离子的静电作 用 原子间通过共用电子对作 用 金属阳离子和自由电子间 的静电作用 存在 举 例 离子化合物 如 NaCl 非金属单质 如 H2 共价 化合物 如 HCl 离子化 合物 如 NaOH 金属单质 如 Na 键的强弱 判断 成键离子半径越小 离子所带电荷越高 离子键越强 离子晶 体的熔沸点越高 原子半径越小 共用电子 对数越多 共价键越强 形成的单质或化合物越稳 定 金属阳离子半径越小 离 子所带电荷越高 金属键 越强 金属单质的熔沸点 越高 疏导引导疏导引导 知识点 1 共价键的形成 1 共价键的概念 原子间通过共用电子对所形成的强烈的相互作用 2 共价键形成的本质 当成键原子相互接近时原子轨道发生重叠 自旋方向相反的未成对电子形成共用电子 对 两原子核间的电子云密度增加 体系的能量降低 以 H2分子的形成为例来说明共价键是如何形成的 当两个氢原子相互接近时 若两个 氢原子核外电子的自旋方向相反 它们接近到一定距离时 两个 1s 轨道发生重叠 电子在 两原子核间出现的机会较大 随着核间距的减小 核间电子出现的机会增大 体系的能量 逐渐下降 达到能量最低状态 核间距离进一步减小时 两原子间的斥力使体系的能量迅 速上升 这种排斥作用又将氢原子推回到平衡位置 氢气分子的形成过程中能量 主要指 势能 随核间距的变化下如下图中曲线 a 表示 氢气分子的能量与核间距的关系 若两个氢原子核外电子的自旋方向相同 当它们相互接近时 原子间总是排斥作用占 主导地位 如上图中曲线 b 所示 所以两个带有自旋方向相同的电子的氢原子不可能形成 氢气分子 3 共价键形成的表示方法 与用电子式表示离子化合物的形成过程类似 用电子式表示共价分子的形成过程时 用心 爱心 专心2 的左侧为原子的电子式 同种原子可以合并 右侧为单质或化合物分子的电子式 不同的是 因未发生原子间的得失 也没有形成离子 因此在化合物中出现括号和离子电 荷数 例 注意 用电子式表示化合物时 一是要搞清成键原子间形成的是离子键还是共价键 二是不要混淆 用电子式表示结构 和 用电子式表示分子的形成过程 4 共价键的饱和性 同只有成键原子中自旋方向相反的未成对电子才能形成共用电子对 通常每种元素的 原子有几个未成对电子就只能和几个自旋方向相反的电子形成共价键 5 共价键的方向性 2 个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现机会最大的方向重叠成键 原子轨道重 叠越多 电子在两核间出现的机会越多 体系能量下降越多 形成的共价键越牢固 知识点 2 共价键的类型 1 按成键方式 1 键 原子轨道沿核间连线方向以 头碰头 的方式重叠形成的共价键 2 键 原子轨道在核间连线上 下或前后两侧以 肩并肩 的方式重叠形成的共价 键 原子之间形成双键时 有一个 键一个 键 形成叁键时有一个 键两个 键 因 键的重叠程度比 键重叠程度小得多 所以 键要更牢固 2 按键的极性 1 非极性键 2 个成键原子吸引电子的能力相同 共用电子对不发生偏移 这类共价键 称为非极性共价键 简称非极性键 由同种元素的原子间形成的共价键是非极性键 2 极性键 2 个成键原子吸引电子的能力不同 共用电子对发生偏移 这类共价键称极性 共价键 简称极性键 由不同种元素的原子间形成的共价键是极性键 键的极性强弱判断方法 成键的两原子吸引电子对的能力差别 即非金属性差别 越大 电子对偏移的程度越大 键的极性越强 如有处于短周期的四种元素 它们之间 能形成共价键 键的极性最强的是 X Y 键 键的极性最弱的是 Y E 键 3 按两原子间共用电子对数目 可分为单键 双键 叁键等 如 C C C C C C 4 配位键 由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成的共价键 在写物质的结构式时 通常用 表示配位键 1 孤对电子 分子 或离子 中 没有跟其他原子共用的电子对就是孤对电子 如 NH3 H2O HF 分子中分别有 1 对 2 对 3 对孤对电子 2 空轨道 指无电子的原子轨道 如 H 的 1s 轨道 知识点 3 共价键的键能与化学反应热 1 共价键的键参数 用心 爱心 专心3 1 键能 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 单位 kJ mol 1 键能为正值 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 键长越短 键就越强 越牢固 类型相同的共价键 键长长短可根据成键原子的半径来比较 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 可判断分子 的极性 2 化学反应的本质与化学键的关系 化学反应的本质是原子之间的重新组合 而原子之间的重新组合必然会涉及到反应物 中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的生成 化学键断裂需要克服原子间的相互作用而 吸收能量 当原子重新组合形成新化学键时 又要释放能量 生成物中新化学键形成时所 释放的总能量与反应物中旧化学键断裂时所吸收的总能量的差就是此反应的反应热 3 键能与化学反应热 化学反应都伴随能量的变化 我们用 H 表示反应的热效应 H 有 号 单 位 kJ mol 1 1 H 0 该反应放热 反应物的键能之和小于生成物的键能之和 2 H 0 该反应吸热 反应物的键能之和大于生成物的键能之和 知识点 4 原子晶体 1 定义 晶体中所有原子都是通过共价键结合的 这样的晶体称原子晶体 举例 金刚石 晶体硅 金刚砂 SiC 二氧化硅 SiO2 氮化硼 BN 氮化硅 Si3N4 2 空间结构 立体网状结构 3 部分物理性质 熔 沸点都很高 硬度都很大 其原因是共价键键能大 如金刚石熔点为 3 550 4 构成微粒 原子 原子晶体中不存在单个分子 化学式 如 SiO2 不是分子式 只代表原子个数 比 5 教材中 金刚石的结构示意图 与 金刚石晶胞 图 二者不一样 从前者能更加直观 地看出金刚石是以正四面体结构向空间发展成的空间网状结构 从后者较方便地计算出金 刚石晶胞中的碳原子数 活学巧用活学巧用 1 如下图所示的物质结构示意图中 代表原子序数从 1 到 10 的元素的原子实 原子实是 原子除去最外层电子后剩余的部分 小黑点代表未用于形成共价键的最外层电子 短线代 表价键 示例 F2 根据各图表示的结构特点 写出这些分子的化学式 A B C D 解析 解析 观察 A B C D 图示 结合题给信息可以推知 在 A 中 有三个相同原子各提供一 用心 爱心 专心4 个电子与另一原子形成共用电子对以单键与这个原子结合 且这个原子最外层还有 2 个未 成键电子 说明该原子最外层有 5 个电子 又由于其原子序数小于 10 故该原子为氮原子 另三个原子最外层只有一个电子 且其原子序数也是小于 10 的 应判断是氢原子而不是 Li 原子 因 Li 为金属元素 由此可推出 A 为 NH3 即 同理我们可以分析得 出 B 为 H C N 即 HCN C 为 即为 D 为 即为 BF3 答案 答案 NH3 HCN CO NH2 2 BF3 2 下列电子式书写正确的是 解析 解析 在书写共价分子的电子式时 应注意 各原子最外层的电子即使未参与成键也必 须全数标出 要正确标出共用电子对的对数 较复杂的分子要标对原子间的连接方式 原子间的连接方式不一定是分子式书写的顺序 如 HClO 的电子式为 而不是 选项 A 中 N 原子的最外层电子未标全 B 项中 Cl 原子的最外层电子也没有 全部标出 D 项中 C O 共用电子对数目标错 也不满足 8 电子稳定结构 正确写法为 答案 答案 C 3 原子间形成分子时 决定各原子相互结合的数量关系是 A 共价键的方向性 B 共价键的饱和性 C 共价键原子的大小 D 共价键的稳定性 解析 解析 共价键的特征 具有方向性和饱和性 方向性决定原子以共价键结合形成分子的构 型 而饱和性决定原子相互结合的数量 答案 答案 B 4 下列说法不正确的是 A 键比 键重叠程度更大 形成的共价键强 B 气体单质中 一定有 键 可能有 键 C 乙烯分子中的碳碳双键有一个 键一个 键 D N2分子中形成的共价键都是 键 解析 解析 B 项中气体单质中可能没有共价键 如 He 等单原子分子形成的单质 D 项中 N2分子 中的共价键为一个 键两个 键 A C 项都正确 答案 答案 BD 5 下列分子含有的电子数目与 HF 相同 且只有两个极性共价键的是 A CO2 B N2O C H2O D CH4 解析 解析 1 个 HF 分子含 10 个电子 题目给出的 4 种物质中只有 CH4 H2O 为 10 电子微粒 用心 爱心 专心5 CH4分子中含 4 个 C H 键 只有一个水分子含 2 个 O H 键 答案 答案 C 规律总结 10 电子粒子 分子有 CH4 NH3 H2O HF 阴离子有 N3 O2 F OH 阳离子 有 Na Mg2 Al3 H3O 4 NH 6 下列物质中含有非极性键的共价化合物是 A H2O2 B CH3COONH4 C Na2O2 D I2 解析 解析 B C 为离子化合物 D 为单质 只有 H2O2为共价化合物 4 种物质中均含非极性键 依次为 O O 键 C C 键 O O 键 I I 键 答案 答案 A 规律总结 配位键与共价键的区别与联系 1 配位键一定是共价键 但共价键不一定是配位键 2 配位键与共价键只是在形成过程上有所不同 配位键的共用电子对是由某个原子单方 面提供的 共价键的共用电子对是成键双方共同提供的 3 同共价键一样 配位键可以存在于分子中也可存在于离子中 如 NH4Cl H2SO4 7 某些化学键的键能如下表 kJ mol 1 键 H HBr BrI ICl ClH ClH IH Br 键能 193436151247431299356 1 1 mol H2在 2 mol Cl2中燃烧 放出热量 kJ 2 在一定条件下 1 mol H2与足量的 Cl2 Br2 I2分别反应 放出热量由多到少的是 A Cl2 Br2 I2 B I2 Br2 Cl2 预测 1 mol H2在足量 F2中燃烧比在 Cl2中放热 解析 解析 1 1 mol H2在 2 mol Cl2中燃烧 参加反应的 H2和 Cl2都是 1 mol 生成 HCl 2 mol 则放出热量 431 kJ mol 1 2 193 kJ mol 1 1 247 kJ mol 1 1 mol 422 kJ 2 由于键能 Cl Cl 键 Br Br 键 I I 键 故 H2在 Cl2中燃烧放热最多 在 I2中燃 烧放热少 推测得键能 F F 键 Cl Cl 键 故知 H2和 F2中燃烧放热多 答案 答案 1 422 2 A 多 8 下列关于化学反应的说法正确的是 A 化学反应的特征是有新物质生成 B 有新物质生成一定是发生了化学变化 C 化学反应的特征是伴随能量变化 D 化学反应过程中一定有能量释放出来 解析 解析 化学反应的特征不只是有新物质生成 还伴随着能量变化 A C 都正确 有新物质 生成的变化不一定是化学变化 如原子核的裂变和聚变过程中都有新物质生成 B 不正确 化学反应有吸热反应和放热反应两种 答案 答案 AC 9 参考下列数据 完成下列问题 金刚石晶体硅晶体硼 熔点 K 3 8231 6832 573 沸点 K 5 1002 8682 823 硬度 107 09 5 用心 爱心 专心6 1 晶体硼的晶