高中化学 专题3 微粒间作用力与物质性质 3.3 共价键 原子晶体学案 苏教版选修3-苏教版高二选修3化学学案

3.3共价键原子晶体三点剖析一、共价键的形成1.形成共价键的条件同种（电负性相同）或不同种非金属元素（电负性相差很小），且原子的最外层未达到稳定状态，当它们的距离适当，引力和斥力平衡时，则原子间通过共用电子对形成共价键。2.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，“→”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，因未发生原子间的电子得失，也没有形成离子，因此，不需要弧形箭头，也不能在化合物中出现括号和离子电荷数。二、共价键的本质吸引电子能力相近的原子之间通过共用电子对形成共价键，两个成键原子为什么能通过共用电子对结合在一起呢？以H2为例分析共价键的形成。1.两个氢原子电子的自旋方向相反，当它们接近到一定距离时，两个1s轨道重叠，电子在两原子核间出现机会较大。核间距减小，电子出现机会增大，体系能量逐渐下降，达到能量最低状态；进一步减小时，原子间的斥力使体系能量再度上升，由于排斥作用，氢原子又回到平衡位置。（下图中a曲线）2.两个氢原子核外电子的自旋方向相同，相互接近时，排斥作用总是占主导地位，这样的两个氢原子不能形成氢气分子。（上图中b曲线）。通过上述分析可知共价键形成的本质：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，两原子核间的电子密度增加，体系的能量降低。三、共价键的类型共价键的分类1.按共用电子对数目分类：单键（如Cl—Cl）、双键（如O==C==O）、叁键（如）。2.按共用电子对是否偏移分类：非极性共价键（如Cl—Cl）、极性共价键（如H—Cl）。3.按提供电子对的方式分类：正常共价键（如Cl—Cl）、配位键。4.按电子云重叠方式分类：σ键、π键等等。四、共价键的特征1.饱和性在共价键的形成过程中，一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个未成对电子配成键后，一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配成键，即每个原子所能形成共价键的数目或以单键连接的原子数目是一定的，饱和性决定了原子形成分子时相互结合的数量关系。2.方向性形成共价键时，原子轨道重叠愈多，电子在核间出现的概率愈大，所形成的共价键就愈牢固，因此共价键将尽可能地沿着电子概率出现最大的方向形成，这就是共价键的方向性。方向性决定了分子的空间构型。五、共价键的键能与化学反应热1.键能（1）概念：在101.3kPa、298K条件下，断开1molAB(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。（2）表示方式：EA—B，单位为kJ·mol-1。(3)键能大小决定化学键的强弱程度。键能越大，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定。2.键长(1)概念：两个成键原子之间的核间距离叫键长。（2）原子核间的键长越短，化学键越强，键越牢固。3.键角(1)概念：多原子分子中，两个化学键之间的夹角叫键角。(2）常见物质的键角：CO2：180°(直线形)；H2O：104.5°(V形)；NH3：107.3°(三角锥形)，共价键的键能和键长反映了共价键的强弱程度，键长和键角常被用来描述分子的空间构型。六、原子晶体1.定义：相邻原子间以共价键相结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为原子晶体。注意关键字眼：①“相邻”指直接相邻；②“原子间”指形成原子晶体的粒子是原子，而不是离子、分子。原子晶体中无分子；③“以共价键相结合”指出形成原子晶体的原子之间的作用力为共价键,它包括极性共价键和非极性共价键。如金刚石中C—C键为非极性键。SiO2晶体中Si—O键为极性键，原子晶体熔化时，要破坏共价键；④原子晶体的结构为“空间立体网状结构”。只有具备了以上4个条件的晶体才能称为原子晶体。2.常见原子晶体及结构：原子晶体中的原子以共价键相连接，由于共价键有方向性和饱和性，所以原子不遵循紧密堆积原则，而是形成一种排列比较松散的结构。（1）原子晶体的物理性质：原子晶体中，原子间用较强的共价键相结合，要使物质熔化和汽化就要克服共价键作用，需要很多的能量。因此，原子晶体一般都具有很高的熔点和沸点。硬度大，难溶于水，固态时一般不导电。如金刚石的熔点高达3350℃,沸点4827℃。（2）原子晶体的熔沸点变化规律：原子晶体的熔点高低与其内部结构密切相关。对结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔沸点越高。各个突破【例1】下列关于化学键的叙述正确的是（）A.化学键既存在于相邻原子之间，又存在于相邻分子之间B.两个原子之间的相互作用叫化学键C.化学键通常指的是相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用D.阴阳离子之间有强烈的吸引作用而没有排斥作用，所以离子键的核间距相当小解析：化学键的定义强调两个方面：一是“相邻的两个或多个原子之间”；二是“强烈相互作用”。选项A、B中都没有正确说明这两点，所以不正确。选项D只强调离子键中阴、阳离子之间的吸引作用而没有排斥作用，所以不正确。只有C正确。答案：C类题演练1下列过程中，共价键被破坏的是（）A.碘升华 B.溴蒸气被木炭吸附C.酒精溶于水 D.HCl气体溶于水解析：A、B、C只破坏了分子间作用力，没破坏化学键。HCl溶于水后，完全电离为H+和Cl-，HCl键被破坏。答案：D【例2】下列电子式中正确的是（）A.B.C.D.解析：NH4Cl的正确电子式为：;NH4Br的正确电子式为：;CaCl2的正确电子式为：。答案：C点拨：判断电子式是否正确主要从两个方面分析：一是共用电子对形成的方式是否正确；二是离子中电子是如何得失的。同时注意各原子的最外层电子数是否得到满足及电荷、方括号是否标正确。类题演练2下列分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是…（）A.光气（COCl2）B.六氟化硫C.二氟化氙D.三氟化硼解析：考虑原子是否为8电子稳定结构，要善于联系学过的相应化学物质及每个原子最外层的电子数和原子间结合的数目综合去判断。现给出的四种物质均为共价化合物，原子间以共用电子对相结合。A项可由CO2结构联想，符合题意；而SF6中S定有6个共用电子对，不会是8电子结构；XeF2中Xe有两个共用电子对，多于8电子结构；D中B与3个F原子形成三个共用电子对后仅有6个电子，故答案为A。答案：A变式提升（2005广东）下列反应过程中，同时有离子键、极性共价键和非极性共价键的断裂和形成的反应是（）A.NH4ClNH3↑+HCl↑B.NH3+CO2+H2ON====H4HCO3C.2NaOH+Cl2====NaCl+NaClO+H2OD.2Na2O2+2CO2====2Na2CO3+O2解析：A、B项中无非极性键的断裂和形成，C项中有非极性键(Cl－Cl)的断裂但无非极性键的形成，故选D。D项中Na2O2既有离子键又有非极性共价键，CO2中有极性共价键，O2中有非极性共价键。答案：D【例3】下列化合物中只含有一个π键的是（）A.C2H2 B.H2O2 C.CH2CH2 D.HCl解析：两原子间形成的共价单键必定是σ键；形成的共价双键中有一个σ键和一个π键；形成的共价叁键中有一个σ键和两个π键。四组选项的化合物中的化学键用短线表示出来为：A.B.H—O—O—HC.D.H—Cl答案：C类题演练3下列分子中，既含有σ键又含有π键的是（）A.CH4 B.HCl C.CH2CH2 D.F2 解析：乙烯分子中碳原子发生sp2杂化，其中碳碳原子和碳原子与氢原子之间分别以“头对头”重叠形成σ键，由于每个碳原子上均有一个垂直于杂化平面的p轨道，两个p轨道间通过“肩并肩”的重叠方式形成π键。答案：C【例4】原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是（）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：原子间形成分子时，形成了共价键，共价键具有饱和性和方向性，方向性决定分子的立体构型，饱和性则决定原子形成分子时相互结合的数量关系。答案：B类题演练4六氧化四磷的分子结构中只含有单键，且每个原子的最外层都满足8电子结构，则该分子中含的共价键的数目是（）A.10 B.12 C.24 D.28解析：P4O6结构如图，含PO共价键数为6×2=12。故选B。答案：B【例5】从实验测得不同物质中氧—氧之间的键长和键能的数据：O—O键数据键长/10-12149128121112键能/kJ·mol-1xyz=494w=628其中x,y的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为w＞z＞y＞x。该规律性是（）A.成键所用的电子数越多，键能越大B.键长越长，键能越小C.成键所用的电子数越少，键能越大D.成键时电子对越偏移，键能越大解析：观察表中数据发现，O2与的键能大者键长短，按此中O—O键长比O-2中的长，所以键能要小。按键长由短而长的顺序为（O—O）＜O2＜＜,键能则应w＞z＞y＞x。答案：AB类题演练5能够用键能的大小作为主要依据来解释的是（）A.常温常压下氯单质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.稀有气体一般难发生化学反应D.氮气的化学性质比氧气稳定解析：本题考查化学键和分子间作用力这两个不同概念。氯、溴单质，硝酸、硫酸和磷酸固态时都属分子晶体，熔沸点的高低由分子间作用力的大小决定。稀有气体由于核外电子已达到8电子稳定结构，所以难发生化学反应。氮气分子中N的键能比氧气中O的键能强，故化学性质比氧气稳定。故D选项正确。答案：D【例6】有关晶体中下列说法正确的是（）A.晶体中分子间作用力越大，分子越稳定B.原子晶体中共价键越强，熔点越高C.冰融化时水分子中共价键发生断裂D.氯化钠熔化时离子键未被破坏解析：本题是对基本概念理论的考查。分子的稳定性是由分子中原子间化学键的强弱决定的，如：HF的稳定性强于HCl，是由于H—F键强于H—Cl键的缘故，A错误；冰是分子晶体，冰融化时破坏了分子间作用力和部分氢键，化学键并未被破坏，C错误；离子晶体熔化时，离子键被破坏而电离产生自由移动的阴阳离子而导电，这是离子晶体的特征，D错误；不同晶体的熔沸点由不同因素决定，离子晶体的熔沸点主要由离子半径和离子所带电荷数（离子键强弱）决定，分子晶体的熔沸点主要由相对分子质量的大小决定，原子晶体的熔沸点由晶体中共价键的强弱决定，且共价键越强，熔点越高。B正确。答案：B类题演练6下列物质的熔沸点高低顺序中，正确的是（）A.金刚石>晶体硅>碳化硅B.CCl4>CBr4>CCl4>CH4C.MgO>H2O>O2>N2D.金刚石>生铁>纯铁>钠解析：对于A选项，同属于原子晶体，熔沸点高低，主要看共价键的强弱，显然对键能而言，晶体硅<碳化硅，错误；B选项，同为组成结构相似的分子晶体，熔沸点高低要看相对分子质量大小，正确；C选项，对于不同晶型熔沸点高低一般为：原子晶体>离子晶体>分子晶体，