专题3　第三单元　第2课时　共价键键能　共价晶体 学案-2024-2025学年高二上学期化学苏教版（2019） 选择性必修2

第2课时　共价键键能　共价晶体 ［核心素养发展目标］　1.知道共价键键能、键长的概念，掌握共价键的键能与化学反应过程中能量变化之间的关系，促进宏观辨识与微观探析学科核心素养的发展。2.能辨识常见的共价晶体，理解晶体中微粒间相互作用对共价晶体性质的影响，了解常见共价晶体的晶体结构。 一、共价键键能与化学反应的反应热 1.共价键的键能 （1）概念：在101 kPa、298 K条件下，1 mol气态AB分子生成　　　　　　　　　　　的过程中所　　　　的能量，称为AB间共价键的键能。其单位为　　　　　　。  （2）应用 ①判断共价键的稳定性 当两个原子形成共价键时，原子轨道重叠的程度　　　　，共价键的键能越大，共价键越　　　　。  ②判断分子的稳定性 一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越　　　　。  ③利用键能计算反应热 ΔH=　　　　　的总键能-　　　　　的总键能。  2.共价键的键长 （1）概念：形成共价键的两个原子核间的　　　　　　　　。因此　　　　　　　决定共价键的键长，　　　　　　　越小，共价键的键长越短。  （2）应用：共价键的键长越短，往往键能越　　，这表明共价键越　　　，反之亦然。  1.碳和硅的有关化学键键能如表所示，简要分析和解释下列有关事实： 化学键 C—C C—H C—O 键能/（kJ·mol-1） 348 413 358 化学键 Si—Si Si—H Si—O 键能/（kJ·mol-1） 226 323 368 （1）通常条件下，稳定性：CH4　　　　（填“<”“>”或“=”）SiH4，原因是　　　　  　　　　。  （2）硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是　　　  　　　　。  （3）SiH4的稳定性较弱，Si更易生成氧化物，原因是　　　 　　　　。  2.见课本学以致用第3题。 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 1.下列分子中，最难分裂成原子的是（　　） A.HF B.HCl C.HBr D.HI 2.下表是从实验中测得的不同物质中的键长和键能数据： O—O O2 键长/（10-12 m） 149 128 121 112 键能/（kJ·mol-1） x y a=494 b=628 其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能大小的顺序是b>a>y>x，该规律性是（　　） A.成键时，电子数越多，键能越大 B.键长越短，键能越大 C.成键所用的电子数越少，键能越小 D.成键时电子对越偏移，键能越大 3.某些化学键的键能（单位：kJ·mol-1）如表所示： 化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I 键能 436 243 193 151 431 366 298 （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顺序是　　　　　　（填字母）。  a.Cl2>Br2>I2 b.I2>Br2>Cl2 c.Br2>I2>Cl2 预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热　　　　（填“多”或“少”）。  定性判断键长的方法 （1）根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。 （2）根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子形成双键或者三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长>双键键长>三键键长。 二、共价晶体 1.共价晶体 （1）概念 晶体中所有原子通过　　　　　　结合，形成具有　　　　　　　　结构的晶体。  （2）结构 （3）结构特点 ①由于共价键的　　　　性和　　　　性，使每个中心原子周围排列的原子数目是固定的。  ②由于所有原子间均以共价键相结合，所以晶体中不存在单个　　　　。  2.共价晶体的性质 （1）特性 由于共价晶体中原子间以较　　的共价键相结合，故共价晶体：①熔、沸点　　　　，②硬度　　　，③一般不导电，④难溶于溶剂。  （2）影响共价晶体熔、沸点和硬度的因素 对于结构相似的共价晶体而言，共价键的键长越长，键能就　　　　，晶体的熔、沸点　　　　，硬度　　　　。  3.常见共价晶体的结构 （1）金刚石 金刚石晶体的结构如图所示。 ①在晶体中每个碳原子以　　　　　　　对称地与相邻的4个碳原子结合，形成　　　　　　　　结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的　　　　　　　结构。  ②晶体中相邻碳碳键的夹角为109°28'。 ③最小环上有　　个碳原子，晶体中C原子个数与C—C键个数之比为　　　。  ④每个金刚石晶胞中含有　　个碳原子。  ⑤晶胞边长a与碳原子半径r的关系　　　　　　　。  （2）晶体硅 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，晶体硅中的硅原子，与其他4个硅原子以共价键结合。不同的是Si—Si键键长>C—C键键长。 （3）二氧化硅晶体 二氧化硅晶体的结构如图所示。 ①每个硅原子都以　　个共价单键与　　个氧原子结合，每个氧原子与　　个硅原子结合，向空间扩展，构成空间网状结构。  ②晶体中最小的环为　　个硅原子、　　个氧原子组成的　　元环。晶体中硅、氧原子个数比为　　　　，Si原子与Si—O键的个数比为　　　　。  ③每个二氧化硅晶胞中含有　　个硅原子和　　个氧原子。  1.下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是（　　） 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/℃ 3 900 3 000 2 600 1 710 1 415 1 211 摩氏硬度 10 9 9 7 7 6.0 ①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高 ②构成共价晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高 ③构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大 ④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大 A.①② B.③④ C.①③ D.②④ 2.下列事实能说明刚玉（Al2O3）是一种共价晶体的是（　　） ①Al2O3是两性氧化物　②硬度很大　③它的熔点为2 045 ℃　④几乎不溶于水 ⑤自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石 A.①②③ B.②③④ C.④⑤ D.②⑤ 3.下列属于共价晶体的化合物的是（　　） A.晶体硅 B.H3PO4 C.金刚石 D.SiO2 4.二氧化硅晶体是空间网状结构，其结构如图所示。下列关于二氧化硅晶体的说法不正确的是（　　） A.晶体中每个硅原子与4个氧原子相连 B.晶体中硅、氧原子个数比为1∶2 C.晶体中最小环上的原子数为8 D.晶体中硅、氧原子最外层都满足8电子结构 5.碳化硅的晶体结构与晶体硅类似。碳化硅晶体中硅原子与Si—C键的数目之比为（　　） A.1∶4 B.1∶3 C.1∶2 D.1∶1 6.铁氮化合物是磁性材料领域研究中的热点课题之一。晶体中铁的堆积方式为面心立方堆积，氮原子位于体心，沿z轴投影如图所示，已知阿伏加德罗常数的值为NA，Fe（Ⅰ）、Fe（Ⅱ）原子最近距离为a pm。 （1）结构中原子分数坐标A为（0，0，0），氮原子为（，，），则B原子分数坐标为　　　　。  （2）计算该晶体密度为　　　 g·cm-3。 晶胞结构投影图 通过三维投影图可以确定晶胞中各原子在晶胞中的位置，进一步可确定各原子的原子分数坐标。常考题型如下： （1）知道投影图，确定各原子在晶胞中的位置。 （2）知道晶胞，推断从不同视角得到的投影图。熟练掌握各典型晶胞的结构特点及良好的空间想象能力是解题的关键。 （3）晶胞中不同位置的原子沿z轴投影的规律。 ①顶点投在正方形或长方形的顶点； ②与z轴垂直面的面心投在正方形或长方形的中心；与z轴平行面的面心投在正方形或长方形的边的中心。 ③正四面体空隙上的点投在对角线的或处，如金刚石。 ④与z轴平行棱上的棱心投在正方形或长方形的顶点；与z轴垂直棱上的棱心投在正方形或长方形的边的中心。 ⑤体心投在正方形或长方形的中心。 答案精析 一、 1.（1）1 mol气态A原子和1 mol气态B原子　吸收 kJ·mol-1　（2）①越大　稳定　②稳定　③反应物　生成物 2.（1）平均间距　原子半径　原子半径　（2）大　稳定 思考交流 1.（1）>　C—H键的键能大于Si—H键的键能，所以CH4比SiH4稳定 （2）C—C键和C—H键的键能比Si—H键和Si—Si键的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成 （3）Si—H的键能小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键 2.Cl—Cl键的键能是243 kJ·mol-1。 ν== ≈6.09×1014 s-1，λ==≈4.93×10-7 m。 应用体验 1.A　［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最难分裂成原子。］ 2.B　［观察表中数据发现，测定的化学键都是O—O键，因此不存在成键时电子数多少的问题，也不存在电子对偏移的问题，但是O2与比较，键能大的对应的键长短，据此分析的键长比的键长长，所以中O—O键的键能比的小。若按照此规律，键长由短到长的顺序为<O2<<，键能大小的顺序应为b>a>y>x，所以B项正确。］ 3.（1）183　（2）a　多 解析　（1）根据键能数据可得，H2（g）+Cl2（g）2HCl（g）　ΔH=436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1-431 kJ·mol-1×2=-183 kJ·mol-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2 mol HCl，故放出的热量为183 kJ。（2）由表中数据计算知1 mol H2在Cl2中燃烧放热最多，在I2中燃烧放热最少；由以上结果分析，生成物越稳定，放出热量越多。因稳定性：HF>HCl，故1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热多。 二、 1.（1）共价键　空间网状　（2）原子　共价键 （3）①饱和　方向　②分子 2.（1）强　很高　大　（2）越小　越低　越小 3.（1）①4个共价单键　正四面体　空间网状　③6 1∶2　④8　⑤2r= a （3）①4　4　2　②6　6　12　1∶2　1∶4　③8　16 应用体验 1.D　［共价晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成共价晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越大。］ 2.B　［①指的是Al2O3的分类，⑤指的是刚玉的种类，这两项都无法说明Al2O3是一种共价晶体。］ 3.D　［晶体硅是单质，A错误；H3PO4不是共价晶体，B错误；金刚石是单质，C错误；SiO2是共价晶体，且属于化合物，D正确。］ 4.C　［由二氧化硅晶体结构图可知，每个硅原子形成4个氧原子，每个氧原子连有2个硅原子，硅原子、氧原子个数比为1∶2，晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，最小环上的原子总数为12；晶体中每个硅原子形成四对共用电子对，每个氧原子形成两对共用电子对，二者都满足最外层8电子稳定结构。］ 5.A　［SiC属于共价晶体，晶体中每个Si原子形成4个Si—C键，故Si和Si—C键数目之比为1∶4。］ 6.（1）（1，，）　（2） 解析　（1）晶体中铁的堆积方式为面心立方堆积，氮原子位于体心，铁位于面心和顶点。Fe（Ⅰ）位于顶点，A原子分数坐标为（0，0，0）；氮原子位于体心，原子分数坐标为（，，）；则Fe（Ⅱ）位于面心，B原子分数坐标为（1，，）。（2）Fe分别位于晶胞的面心和顶点；晶胞内含有Fe的个数为6×+8×=4；氮原子位于体心，该晶胞内有1个N原子；Fe（Ⅰ）、Fe（Ⅱ）原子最近距离为a pm，即面对角线长的，所以面对角线长为2a pm，根据勾股定理，晶胞的边长为a pm=a×10-10 cm；晶胞的体积为V=（a×10-10）3 cm3；ρ== g·cm-3= g·cm-3。 学科网（北京）股份有限公司 $$