《共价键原子晶体》学案

1/19专题3微粒间作用力与物质性质第三单元共价键原子晶体课前预习问题导入为什么两个氢原子结合成氢分子，两个氯原子结合成氯分子，而不是3个、4个呢？为什么1个氢原子和1个氯原子结合成氯化氢分子，而不是以其他的个数比相结合呢？答：氢原子和氯原子的电子式分别为·H、，由此可看出两原子都有1个未成对电子，从氯分子的形成过程来看，只有未成对电子才能形成共用电子对，因此氢分子、氯分子、氯化氢分子中只能由两个原子各提供1个未成对电子形成共用电子对。因此氢分子、氯分子只能由两个原子形成，而不能是3个、4个。氯化氢分子也只能由1个氢原子和1个氯原子形成，而不能以其他的个数比结合。知识预览1.共价键的形成及本质(1)共价键的概念：像H2分子这样，________________________________________叫共价键。(2)共价键形成本质：__________。2.共价键的特征共价键具有__________性和__________性。3.共价键的键型HCl分子中存在__________σ键。Cl2分子里存在__________σ键。4.键参数(1)键能①概念：__________叫A—B键的键能。②表示方式为__________，单位是__________。③意义：键能的意义是__________。(2)键长①概念：两个成键原子的__________叫键长。②意义：键长越短，化学键__________，键越牢固。(3)键角①概念：多原子分子中，__________之间的夹角叫键角。②写出下列分子的键角：CO2__________；H2O__________；NH3__________。③键角、键长、键的极性决定着分子的空间构型。5.原子晶体(1)原子晶体：相邻原子间以__________相结合而形成的具有空间立体网状的晶体，称为原子晶体，如金刚石、晶体硅、碳化硅晶体、二氧化硅晶体等。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关系，不是分子式。(2)金刚石及二氧化硅的结构①金刚石的结构为立体网状结构结构如下图所示：金刚石的晶体结构模型在晶体中每个碳原子都被相邻的4个碳原子包围，处于4个碳原子的中心，以共价键与4个碳原子相结合，成为结构，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若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子，便可得到晶体硅的结构。二氧化硅的晶体结构模型③二氧化硅的晶体结构：SiO2晶体可看成在晶体硅（其结构可看作将金刚石晶体中的碳原子换为硅原子）的每个硅硅键中插入一个氧原子而形成。因此每个硅原子的周围结合__________个氧原子；同时，每个氧原子跟__________个硅原子相结合，晶体中硅、氧原子个数比为__________。晶体中每6个硅原子和6个氧原子形成12元最小环；但每个硅原子被__________个环共用，每个氧原子被__________个环共用。(3)原子晶体的熔沸点原子晶体的熔点高低与其内部结构密切相关，由于共价键的键能大，所以原子晶体一般具有__________的熔沸点和__________的硬度。课堂互动三点剖析一、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，MgO>(H2O、O2、N2)，又H2O>O2>N2,正确。D选项，生铁为铁合金，熔点要低于纯铁，错误。答案：BC类题演练7在amol金刚石中含C—C键数为（）A.4a×6.02×1023B.a×6.02×1023C.2a×6.02×1023D.8a×6.02×1023解析：在金刚石晶体中，每一个碳原子与4个碳原子相连，但每两个碳原子才能构成一个共价键，因此，每个碳原子可形成4×=2个C—C共价键，即amolC原子可形成a×2×6.02×1023个共价键。答案：C课后集训基础过关1.当H原子和F原子沿z轴结合成HF分子时，F原子中和H原子对称性不一致的轨道是（）A.1s B.2s C.2px D.2pz2.下列说法不正确的是（）A.双键、叁键都含有π键B.成键原子间原子轨道重叠愈多，共价键愈牢固C.因每个原子未成对电子数是一定的，故配对原子个数也一定D.每一个原子轨道在空间都具有自己的方向性3.下列说法中不正确的是（）A.σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强B.两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键C.气体单质中，一定有σ键，可能有π键D.N2分子中有一个σ键，2个π键4.只有在化合物中才能存在的化学键是（）A.离子键 B.共价键 C.极性键 D.非极性键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.CH46.试指出下列物质中，键能最大的是（）A.F2 B.Cl2 C.Br2 D.I27.下列氢化物中热稳定性最差的是（）A.NH3 B.PH3 C.AsH3 D.SbH38.下列对应不合理的是（）A.键能——键的能量B.键长——键的长度C.键角——键的构型D.键级——键的级别9.日常生活中用的防晒霜，如氨基苯甲酸、羟基丙酮等。它们之所以能“防晒”是（）A.因它们为有机物，涂用后形成了一层“保护层”B.因它们挥发时吸热，降低皮肤温度C.因它们含有π键，能够有效吸收紫外线D.因它们能与皮肤形成一层“隔热层”，阻碍照射10.下列物质中全部含有极性键的是（）A.Br2、CO2、H2O、HBrB.CO2、O2、H2S、HClC.Na2O2、S8、CO2、H2OD.CO2、H2S、H2O、HI11.下列关于化学键的叙述正确的是（）A.离子化合物可含共价键B.共价化合物可含离子键C.离子化合物只含离子键D.共价化合物不含离子键综合运用12.1999年曾报道合成和分离了含高能量的正离子的化合物N5AsF6，下列叙述错误的是(）A.共有34个核外电子B.中氮原子以共用电子对结合C.化合物N5AsF6中As的化合价为+1D.化合物N5AsF6中F的化合价为-113.下列说法正确的是（）A.若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性B.H3O+离子的存在，说明共价键不应有饱和性C.所有共价键都有方向性D.两个原子之间形成共价键时，可形成多个σ键14.根据H+HH2同时放出436kJ·mol-1的热量，可以说明（）A.氢分子比氢原子稳定B.氢分子跟氢原子稳定性一样C.两个氢原子比一个氢分子能量高D.氢原子比氢分子稳定15.电子数相等的粒子叫等电子体，下列粒子属等电子体的是（）A.CH4和NHB.NO和O2C.NH-2和H3O+D.HCl和H2O16.已知,EH—H=436kJ·mol-1,EN—H=391kJ·mol-1。那么1molN2与3molH2合成氨时的能量变化为（）A.吸收208kJ的热量B.放出208kJ的热量C.吸收93kJ的热量D.放出93kJ的热量17.白磷（P4）分子为正四面体型分子，如下图所示，4个P原子位于正四面体的四个顶点，请回答下列问题：（1）分子中P—P键之间的夹角为__________；（2）1molP4分子中有__________molP—P键；（3）P4分子是__________（填极性或非极性）分子。18.化合物A是一种不稳定的物质，它的分子组成可用OxFy来表示，10mLA气体能分解生成15mLO2和10mLF2(同温、同压下)。（1）A的化学式是__________，推断时的依据是__________。（2）已知A分子中x个氧原子呈…O—O—O…链状排列，则A分子的电子式是__________，结构式是__________。19.制冷剂是一种易被压缩、液化的气体，液化后在管内循环，蒸发时吸收热量，使环境温度降低，达到制冷目的。人们曾采用过乙醚、CH3Cl等作制冷剂，但它们不是有毒，就是易燃。于是科学家根据元素性质的递变规律来开发新的制冷剂。据现有知识，某些元素化合物的易燃性、毒性变化趋势如下：（1）氢化物的易燃性：第二周期，__________＞__________＞H2O＞HF;第三周期，SiH4＞PH3＞__________＞__________。（2）化合物的毒性：PH3＞NH3；H2S__________H2O；CS2__________CO2；CCl4＞CF4（选填“＞”或“＜”）。于是科学家们开始把注意力集中在含F、Cl的化合物上。（3）已知CCl4的沸点为76.8℃，CF4的沸点为-128℃。新制冷剂的沸点范围介于其间。经过较长时间的反复试验，一种新的制冷剂氟利昂CCl2（4）然而，这种制冷剂造成了当今的某一环境问题是__________。但求助于周期表中元素及其化合物的__________变化趋势来开发制冷剂的科学思维方法是值得借鉴的。①毒性②沸点③易燃性④水溶性⑤颜色A.①②③ B.②④⑤ C.②③④

参考答案知识预览1.(1)原子间通过共用电子对形成的化学键(2)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2.饱和方向3.s—pp—p4.（1）①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。②EA-BkJ·mol-1③表示共价键强弱程度，键能越大，键越牢固(2)①原子核间的距离②越强（3）①两个化学键②180°104.5°107.3°5.（1）共价键（2）①正四面体③421∶2126(3)很高很高课后集训1.解析：s轨道无论沿何轴结合，均对称。答案：C2.解析：对D选项举反例，如s轨道的形状是球形对称的，它无方向性。答案：D3.解析：气体单质分子中，可能有σ键，如Cl2，可能有π键，如N2，也可能没有化学键，如稀有气体。答案：C4.解析：离子键只存在于离子化合物中，共价键可存在于共价化合物、非金属单质或离子化合物中，极性键是由两种不同元素的原子形成的共价键，只能存在于化合物中，如H2O、NaOH等，非极性键是由同种元素的原子形成的共价键，可存在于非金属单质中，也可存在于化合物中，如Na2O2、H2O2等。极性键和非极性键构成了共价键，离子键和共价键从属于化学键。答案：AC5.解析：1个HF分子含10个电子，题目给出四种物质中只有CH4、H2O为10个电子，1个CH4分子含4个C—H键，1个H2O分子含2个O—H键。答案：C6.解析：从Cl2到I2，分子中原子间的距离变大，作用力减小，键能则减小，而F2分子中两个氟原子间的距离最小，分子内非极性键电子对互相排斥，致使F2的键能比Cl2小，故Cl2的键能最大。答案：B7.解析：元素周期表中，同一主族元素自上而下金属性增强，其氢化物的稳定性逐渐减弱。答案：D8.解析：键级的大小表征两个相邻原子间成键的程度，键级越大，键越牢固，越稳定，键能越大，键长越短。答案：D9.解析