专题3 第3单元 第2课时 共价键的键能 共价晶体-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（苏教版2019）

化学　选择性必修2[SJ] 第二课时　共价键的键能　共价晶体 1.能分析共价键的键能与化学反应中能量变化的关系。2.能根据共价晶体的微观结构预测其性质。 一　键能与反应热 1．共价键的键能 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kJ·mol－1。 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。 ΔH＝E1－E2 二　共价晶体 1．构成微粒及作用力 2．性质及影响因素 (1)共价晶体一般有很高的熔、沸点和很大的硬度。 (2)对于结构相似的共价晶体，键长越长，键能越小，熔、沸点越低，硬度越小。 3．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．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)键长是成键原子半径之和。(　　) (2)C===C键的键能等于C—C键键能的2倍。(　　) (3)双原子分子中，键长越短，分子越稳定。(　　) (4)共价晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他的化学键。(　　) (5)1 mol SiO2晶体中含有4 mol Si—O键。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√ 2．下列物质中，属于共价晶体的化合物是(　　) A．水晶 B．晶体硅 C．金刚石 D．干冰 答案：A 3．根据下表中所列的键能数据，判断下列分子中最不稳定的是(　　) 化学键 H—H H—Cl H—Br Br—Br 键能/ (kJ·mol－1) 436 431 366 193 A．HCl B．HBr C．H2 D．Br2 答案：D 解析：键能越小，共价键越不牢固，分子越不稳定，Br2中Br—Br键的键能最小，最不稳定。 4．下列说法正确的是(　　) A．在分子中，两个成键原子间的距离叫做键长 B．键长：N—H键<P—H键，所以NH3比PH3易分解 C．H—Cl键的键能为431 kJ·mol－1，H—I键的键能为298 kJ·mol－1，说明HCl分子比HI分子稳定 D．共价键的键能越大，含有该共价键的物质越容易分解 答案：C 解析：两个成键原子的原子核间的平均间距叫做该化学键的键长，A错误；键长越短，共价键越牢固，分子越不易发生分解，故NH3比PH3更不易发生分解，B错误；一般来说，结构相似的分子中，共价键的键能越大，含有该共价键的物质越稳定，越不易分解，C正确，D错误。 5．下列有关共价晶体的叙述正确的是(　　) A．共价晶体中，共价键越强，共价晶体的熔点越高 B．共价晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键 C．稀有气体形成的晶体属于共价晶体 D．共价晶体熔化时不破坏共价键 答案：A 解析：共价晶体中共价键的强弱决定其熔点的高低，所以共价晶体中共价键越强，其熔点越高，A正确；SiO2晶体中Si、O原子间形成极性键，B错误；稀有气体分子是单原子分子，形成的晶体为分子晶体，C错误；共价晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键，D错误。 知识点一　共价键键能与化学反应的反应热 1．共价键稳定性强弱的判断方法 (1)根据原子半径和共用电子对数目判断：成键原子的原子半径越小，共用电子对数越多，共价键越牢固。 (2)根据键能判断：共价键的键能越大，破坏共价键消耗的能量越多，共价键越牢固。 (3)根据键长判断：共价键的键长越短，破坏共价键消耗的能量越多，共价键越牢固。 2．键能与化学反应热的关系 (1)化学反应的本质：反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。 (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。 1．根据表中键能与键长数据，下列判断不正确的是(　　) Cl2 Br2 I2 O2 O 键能/(kJ·mol－1) 243 x 151 498 628 键长/nm 0.199 0.228 0.266 0.121 y A．键能越大，物质越稳定 B．151<x<243 C．y<0.121 D．根据O2中共价键的键能为498 kJ·mol－1，可推出O—O键的键能为249 kJ·mol－1 答案：D 解析：键能越大，化学键越难断裂，则物质越稳定，A正确；通常键长越短，键能越大，则由表中数据可推出151<x<243，y<0.121，B、C正确；同种元素原子间形成的共价单键的键能不等于其形成的共价双键的键能的一半，则不能推出O—O键的键能为249 kJ·mol－1，D错误。 2．白磷与氧气可发生反应：P4＋5O2P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—P键：a kJ·mol－1、P—O键：b kJ·mol－1、P===O键：c kJ·mol－1、O===O键：d kJ·mol－1。根据图示的分子结构和有关数据估算1 mol白磷反应生成P4O10放出的热量，其中正确的是(　　) A．(6a＋5d－4c－12b) kJ B．(4c＋12b－6a－5d) kJ C．(4c＋12b－4a－5d) kJ D．(4a＋5d－4c－12b) kJ 答案：B 解析：根据ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和，可以估算白磷反应生成P4O10放出的热量。白磷与氧气的反应为P4＋5O2P4O10，结合物质的分子结构可知，1个白磷分子中含有6个P—P键，1个氧气分子中含有1个O===O键，1个P4O10分子中含有4个P===O键和12个P—O键，因此该反应的ΔH＝(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1，由于该反应为放热反应，ΔH为负值，则1 mol白磷反应放出的热量为(4c＋12b－6a－5d) kJ，故选B。 知识点二　共价晶体 1．共价晶体的物理性质 (1)一般具有很高的熔点和沸点：共价晶体熔化时破坏共价键，故原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔、沸点就越高。 (2)一般不导电，难溶于一些常见的溶剂。 (3)硬度大：共价键作用强。 2．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C—C键键长相等，键角相等(109°28′)。 (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C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故碳原子与C—C键键数之比为1∶＝1∶2。 3．二氧化硅 (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1∶2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 Si—O键。 3．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(　　) ①金刚石　②晶体硅　③碳化硅 A．①③② B．②③① C．③①② D．②①③ 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，①金刚石中为C—C键，②晶体硅中为Si—Si键，③SiC中为Si—C键，由原子半径可知Si—Si键键长最大，C—C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①③②。 4．中外科学家团队共同合成了T－碳，T－碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代，形成碳的一种新型三维立方晶体结构，如图所示(图中的表示碳形成的正四面体结构)。 已知T­碳晶胞参数为a pm，设NA为阿伏加德罗常数的值。下列有关说法错误的是(　　) A．每个T­碳晶胞中含32个碳原子 B．T­碳中C—C键的最小夹角约为109°28′ C．T­碳属于共价晶体 D．T­碳的密度为 g·cm－3 答案：B 解析：1个金刚石晶胞中，含有碳原子的数目为8×＋6×＋4＝8，将每个C原子换成一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元，则1个T­碳晶胞中含有的碳原子数目为8×4＝32，故A正确；T­碳中C—C键的最小夹角为60°，故B错误；T­碳中碳原子间以共价键结合成空间网状结构，属于共价晶体，故C正确；1个T­碳晶胞中含有碳原子的数目为32，则该晶体的密度为 g·cm－3，故D正确。 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ 对点 共价键的强弱 共价晶体的结构与性质 共价键的键能与物质稳定性的关系 化学键的键能与反应热的关系 共价晶体的性质 共价键类型、共价晶体的结构 共价晶体的结构与性质 题号 8 9 10 11 12 13 14 难度 ★ ★★ ★★★ ★★ ★★ ★★ ★★ 对点 共价晶体的结构 共价晶体的结构与性质 晶体结构、物质稳定性与键能的关系 共价晶体的结构与性质 共价晶体的结构与性质 晶体类型、晶体的结构、晶胞的有关计算 共价键的键能与反应热的关系 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列分子中，最难分裂成原子的是(　　) A．HF B．HCl C．HBr D．HI 答案：A 解析：一般来说，原子半径越小，其原子形成的共价键键长越短，键能越大，就越难断键。原子半径：F<Cl<Br<I，所以键长：HF<HCl<HBr<HI，键能：E(H—F)>E(H—Cl)>E(H—Br)>E(H—I)，即HF最难分裂成氟原子和氢原子。 2．下列有关晶体的叙述不正确的是(　　) A．金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单位都是正四面体结构 B．含1 mol C的金刚石中C—C键数目是2NA，1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是4NA C．水晶和干冰在熔化时，晶体中的共价键都会断裂 D．SiO2晶体是共价晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式 答案：C 解析：金刚石中1个中心C原子连接4个C原子，二氧化硅中1个中心Si原子连接4个O原子，二者最小结构单位均为正四面体，故A正确；金刚石中，1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键，每个C—C键为两个C原子所共用，所以1 mol C原子形成的C—C键为4 mol×＝2 mol，数目是2NA，而SiO2晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键，则1 mol SiO2晶体中Si—O键为4 mol，数目是4NA，故B正确；干冰熔化时只破坏分子间作用力，共价键不会断裂，故C错误；共价晶体的构成微粒是原子不是分子，所以SiO2晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式，故D正确。 3．下列事实不能用键能大小来解释的是(　　) A．N2的化学性质很稳定 B．稀有气体一般很难发生化学反应 C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱 D．F2比O2更易与H2反应 答案：B 解析：A项，由于N2分子中存在N≡N键，键能很大，破坏该键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；B项，稀有气体为单原子分子，分子内没有化学键；C项，F、Cl、Br、I的原子半径逐渐增大，其氢化物的键长逐渐变长，键能逐渐减小，所以稳定性逐渐减弱；D项，由于H—F键的键能大于H—O键，所以更容易生成HF。 4．已知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，N—H键的键能为391 kJ·mol－1，根据热化学方程式：N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1，则N≡N键的键能是(　　) A．431 kJ·mol－1 B．946 kJ·mol－1 C．649 kJ·mol－1 D．896 kJ·mol－1 答案：B 解析：断键吸收的能量为E(N≡N)＋3E(H—H)；成键放出的能量为6E(N—H)，则有E(N≡N)＝6E(N—H)－3E(H—H)－92 kJ·mol－1＝946 kJ·mol－1。 5．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共价晶体。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，用不导热的碳化硅也能制成假钻石，则识别它们的可靠方法是(　　) A．能在玻璃上刻画出痕迹的为金刚石 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 6．二氧化硅晶体是三维骨架结构，其晶体模型如图所示。下列有关二氧化硅晶体的说法正确的是(　　) A．二氧化硅晶体最小环上含有12个原子 B．每个硅原子为4个最小环所共有 C．从晶体结构可知，1 mol SiO2拥有2 mol Si—O键 D．SiO2晶体是由极性共价键与非极性共价键共同构成的 答案：A 解析：二氧化硅晶体最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，共12个原子，故A正确；二氧化硅晶体和金刚石晶体的结构类似，每个硅原子为12个最小环共有，故B错误；1个Si可以与4个O形成Si—O键，则1 mol SiO2拥有4 mol Si—O键，故C错误；SiO2晶体中只含极性共价键，不含非极性共价键，故D错误。 7．金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等，其结构如图所示。下列判断正确的是(　　) A．金刚石中C—C键的键角均为109°28′，所以金刚石和CH4的晶体类型相同 B．金刚石的熔点高与C—C键的键能无关 C．金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为1∶2 D．金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却 答案：C 解析：A项，金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同；B项，金刚石熔化过程中C—C键断裂，因此C—C键的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点与C—C键的键能有关；C项，金刚石中每个C都参与了4个C—C键的形成，而每个C对每个键的贡献只有一半，故碳原子个数与C—C键键数之比为1∶＝1∶2；D项，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化。 8．已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。关于C3N4晶体的说法错误的是(　　) A．该晶体属于共价晶体，其化学键比金刚石中的C—C键更牢固 B．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构 C．该晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子 D．该晶体与金刚石结构相似，都是原子间以非极性共价键形成空间网状结构 答案：D 解析：C3N4晶体的硬度比金刚石还大，且构成该晶体的微粒间只以单键结合，说明该晶体属于共价晶体。由于碳原子半径大于氮原子半径，则C—N键键长小于C—C键键长，则该晶体中C—N键比金刚石中的C—C键更牢固，A正确；碳原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，构成该晶体的微粒间只以单键结合，故每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子，晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构，B、C正确；金刚石中只存在C—C键，属于非极性共价键，C3N4晶体中C、N原子间以极性共价键结合形成三维骨架结构，D错误。 9．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共价晶体CO2，下列有关这种CO2晶体推断正确的是(　　) A．共价晶体CO2有很高的熔、沸点，很大的硬度，可用作耐磨材料 B．共价晶体CO2易升华，可用作制冷剂 C．共价晶体CO2的硬度和耐磨性都弱于水晶 D．每摩尔共价晶体CO2含2 mol C—O键，每摩尔C原子与4 mol O原子形成共价键 答案：A 解析：共价晶体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错误；CO2与SiO2组成相似，将SiO2晶体中的Si原子换成C原子就是共价晶体CO2的结构，由于C—O键的键长小于Si—O键的键长，C—O键的键能大于Si—O键的键能，所以共价晶体CO2的硬度和耐磨性都强于水晶，C错误；在共价晶体CO2中，每个C原子都处于四个氧原子构成的四面体的中心，所以每摩尔共价晶体CO2中含有4 mol C—O键，每摩尔C原子与4 mol O原子形成共价键，D错误。 10．高压下氮气聚合生成高聚氮，其晶体中每个氮原子都通过三个单键与其他氮原子结合并向空间发展构成立体网状结构。已知晶体中N—N键的键能为160 kJ·mol－1，而N≡N键的键能为942 kJ·mol－1。则下列说法不正确的是(　　) A．键能越大说明化学键越牢固，所构成的物质越稳定 B．高聚氮晶体属于共价晶体 C．该晶体中氮原子数与氮氮键数比为2∶3 D．由高聚氮生成1 mol N2会放出702 kJ能量 答案：D 解析：键能越大说明化学键越牢固，所构成的物质越稳定，故A正确；高聚氮晶体中每个氮原子都通过三个单键与其他氮原子结合并向空间发展构成立体网状结构，属于共价晶体，故B正确；因为晶体中每个氮原子都通过三个单键与其他氮原子结合，则每个氮原子平均形成1.5个氮氮键，氮原子数与氮氮键数比为2∶3，故C正确；由高聚氮生成1 mol N2的过程中断开了3 mol N—N键，同时生成了1 mol的N≡N键，则放出的能量为1 mol×942 kJ·mol－1－3 mol×160 kJ·mol－1＝462 kJ，故D错误。 11．氮化铝的硬度大、热膨胀系数小，最高可稳定到2200 ℃，是良好的耐热冲击材料，其晶胞结构如图所示。下列有关叙述错误的是(　　) A．氮化铝是共价晶体 B．电解熔融氮化铝可得到铝 C．1个氮化铝晶胞中含有2个铝原子、2个氮原子 D．可用于制造切割金属的刀具 答案：B 解析：由题意可知，氮化铝的硬度大、熔点高，所以氮化铝是共价晶体，熔融时不导电，可用于制造切割金属的刀具，A、D正确，B错误；根据晶胞结构可知，1个氮化铝晶胞中含有铝原子的个数为1＋4×＋4×＝2，氮原子的个数为2×＋2×＋1＝2，C正确。 12．磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元。下列有关说法正确的是(　　) A．磷化硼的化学式为B2P B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电 C．磷化硼晶体属于共价晶体 D．磷化硼晶体在熔化时需克服分子间作用力 答案：C 解析：由磷化硼的晶胞结构可知，P位于晶胞的顶点和面心，数目为×8＋6×＝4，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为BP，A错误；磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不导电，B错误；磷化硼晶体为共价晶体，融化时破坏共价键，D错误。 二、非选择题 13．(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂晶体类型为________；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为________；若晶胞的边长为a pm，则金刚砂的密度表达式为__________________。 (2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相似。则GaN晶体中，每个Ga原子与________个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为________。若该硅晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为________________cm(用代数式表示即可)。 答案：(1)共价晶体　12　 (2)4　正四面体　× 解析：(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，硬度大，属于共价晶体；每个碳原子周围最近的碳原子数目为3×8×＝12；该晶胞中C原子个数为8×＋6×＝4，Si原子个数为4，晶胞边长为a×10－10 cm，体积V＝(a×10－10 cm)3，ρ＝＝。 (2)在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×＋6×＋4＝8，则根据晶胞的密度ρ＝可知V＝＝＝ cm3，晶胞的边长a＝＝ cm，在晶胞中两个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的，即× cm。 14．Ⅰ.已知氢分子的形成过程示意图如图所示，请据图回答问题。 (1)H—H键的键长为________，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是________________。 (2)下列说法中正确的是________(填字母)。 A．氢分子中含有一个π键 B．由①到④，电子在核间出现的概率增大 C．由④到⑤，必须消耗外界的能量 D．氢分子中含有一个极性共价键 Ⅱ.几种常见化学键的键能如下表所示。 化学键 Si—O H—O O===O Si—Si Si—C 键能/(kJ·mol－1) 452 462.8 497.3 226 X 请回答下列问题： (1)试比较Si—C键与Si—Si键的键能大小：X________(填“>”“<”或“＝”)226 kJ·mol－1。 (2)H2被认为是21世纪人类最理想的燃料，而又有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。结合Ⅰ中图像，试计算每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为________；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为________。 答案：Ⅰ.(1)60 pm　①⑤②③④　(2)BC Ⅱ.(1)>　(2)120475 kJ　858.7 kJ 解析：Ⅰ.(2)氢分子中只含有一个σ键，A错误；核间距逐渐减小时，两个氢原子的原子轨道会相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大，B正确；④已经达到稳定状态，当改变构成氢分子的两个氢原子的核间距时，必须消耗外界的能量，C正确；氢分子中含有一个非极性共价键，D错误。 Ⅱ.(1)Si—Si键的键长比Si—C键的键长长，则Si—Si键的键能比Si—C键的键能小。 (2)由题图可知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为1000 g÷2 g·mol－1×＝120475 kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kJ·mol－1×4 mol－497.3 kJ·mol－1×1 mol－226 kJ·mol－1×2 mol＝858.7 kJ。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$