3.3 共价键 共价晶体 第2课时（教学课件）化学苏教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦共价键键能、键长及共价晶体的结构与性质，通过“气态氢原子形成与分解H₂的能量变化”问题导入，衔接化学键知识，搭建从能量变化到键参数再到晶体结构的学习支架。 其亮点是以“思考-探究-实例”驱动学习，通过键参数表格分析（如H₂、Cl₂等键长键能对比）培养科学思维，结合金刚石晶胞计算、SiO₂结构分析等实践活动提升科学探究能力。典型范例（如反应能量计算）和技能实战题强化应用，助学生构建“结构-性质-应用”认知，也为教师提供清晰教学逻辑与丰富素材。

专题3 微粒间作用力与物质性质 第三单元 第2课时 共价键键能 共价晶体 苏教版选择性必修2 共价晶体 2 共价键键能 1 知识导航 知识导航 明·学习目标 1．知道共价键键能、键长的概念,能用键能、键长等说明简单分子的某些性质。 3．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,知道常见共价晶体的晶体结构。 2．能分析共价键的键能与化学反应中能量变化的关系。 引·新课导入 请你思考！ 实验表明，气态氢原子形成1 mol H2要释放出436 kJ的能量。如果要使1 mol H2分解为2 mol H原子，你认为是吸收能量还是放出能量？ 如何衡量原子之间形成的共价键的强度？ 01 共价键键能 探·知识奥秘 一、共价键键能 1.键能 人们把在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，或气态基态原子A原子和B原子形成1 mol气态AB分子释放的最低能量。称为AB间共价键的键能。 (1) 概念 (2) 单位 kJ·mol-1 注意：键能仅限共价键，其他化学键的能量不能叫做键能。 (3) 实例 断开1molH—H键吸收的能量为436 kJ,　即H—H键的键能为436 kJ·mol-1 探·知识奥秘 一、共价键键能 思考1.气态原子形成1molH2要释放出436 kJ的能量；如果要使1 mol H2分解为2 mol 气态H原子，则要_______436kJ的能量。 思考2.用热化学方程式表示则两个过程： (4) 键能与能量关系 吸收 H2(g) = 2H(g) ΔH=436kJ·mol-1 2H(g) = H2(g) ΔH=-436kJ·mol-1 断开共价键吸收能量，形成共价键放出能量。 探·知识奥秘 一、共价键键能 思考3. C (石墨，s) = C (金刚石，s) ΔH = +1.9 kJ/mol，石墨、金刚石哪个更稳定？试分析物质稳定性与键能的关系。 (4) 键能与能量关系 能量 反应进程 石墨 金刚石 E吸 E放 (1)物质总能量越低，物质越稳定； (2)键能越大，破坏该化学键需要的能量越高，该化学键越难断裂，所以物质越稳定。 ∆H > 0，吸热反应，石墨键能大，总能量低，更稳定。 探·知识奥秘 一、共价键键能 思考4. 观察N2(g)和O2(g)生成NO(g)过程中的能量变化，总结化学反应的实质 (4) 键能与能量关系 反应物 生成物 化学反应实质： 旧化学键的断裂 新化学键的形成 (吸收能量E吸) (释放能量E放) 反应物的总键能 生成物的总键能 若E吸<E放， 为放热反应 若E吸>E放，为吸热反应 ∆H=反应物的总键能-生成物的总键能 反应物和生成物的化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。 探·知识奥秘 一、共价键键能 2.键长 构成化学键的两个原子之间的平均核间距 (1) 概念 (2) 单位 pm （1 pm＝10-12 m） Cl2中Cl-Cl键长 探·知识奥秘 一、共价键键能 2.键长 思考1. 下列三种分子中:①H2 ②Cl2 ③Br2 ④I2，共价键的键长最长的是哪种物质？键能最大的是哪种物质？键长与键能有什么关系？ 当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠。原子轨道重叠的程度越大，两原子核间的平均间距——键长越短，共价键的键能越大，分子越稳定。 H2键长最短，键能最大，分子最稳定 I2键长最长，键能最小，分子最不稳定 键 键能 （kJ·mol-1） 键长 pm H-H 436 60 Cl-Cl 242.7 198 Br-Br 193.7 228 I-I 151 266 探·知识奥秘 一、共价键键能 思考2. 观察下表，思考键长与原子半径、共价键数目有什么关系？ ①原子半径：同类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越牢固 (3) 影响因素 ②共价键数目：相同的两个原子间形成共价键时，共价键数目越多，键长越短，共价键越牢固 探·知识奥秘 一、共价键键能 思考3. 观察下表，思考为什么F-F键的键长比Cl-Cl键短，但键能却比Cl-Cl小？ (3) 影响因素 键 键能 （kJ·mol-1） 键长 pm F-F 157 141 Cl-Cl 242.7 198 Br-Br 193.7 228 氟原子的半径很小，故F-F键的键长比Cl-Cl键短。 但因两氟原子的原子核距离较小，斥力较大，故键能却比Cl-Cl小。 探·知识奥秘 一、共价键键能 3.应用 表示共价键的强弱 判断共价型分子 或晶体的稳定性 判断物质在化学 反应中的能量变化 键能的大小可定量的表示共价键的强弱程度。 在相同温度和压强下，键能越大，断开时需要吸收的能量越多，该共价键就越牢固 在其他条件相同时，共价键键能就越大，共价键型分子或晶体的化学稳定性就越强 在化学反应中，断键需要吸收能量，成键需要释放能量。旧化学键断裂吸收能量之和与新化学键形成释放能量之和的相对大小决定着物质化学变化过程中的放热或吸热 探·知识奥秘 一、共价键键能 共价键强弱判断方法小结 由原子半径和共用电子对数判断 由键能判断 由键长判断 成键原子的原子半径越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定 共价键的键能越大，共价键就越牢固，破坏共价键消耗的能量就越多 共价键的键长跟越短，共价键就越牢固，破坏共价键消耗的能量就越多 析·典型范例 1．根据元素周期律可知，HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强，请利用键参数 加以解释。 卤化氢 HCl HBr HI 在1 000 ℃分解的百分数/% 0.0014 0.5 33 氢卤键的键能（kJ·mol-1） 431.8 366 298.7 氢卤键的键长pm 127 142 161 键长H—F<H—Cl<H—Br<H—I; 键能H—F>H—Cl>H—Br>H—I, 故HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱。 结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。 析·典型范例 2．根据表3-4中的数据，计算下列化学反应中的能量变化∆H。 （1）N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) （2）2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g) （1）∆H=[E(N≡N)+3×E(H-H)]-6×E(N-H)=(946kJ·mol-1+3×436kJ·mol-1)-6×391kJ·mol-1=-92kJ·mol-1 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆H=-92kJ·mol-1 （2）∆H=[2×E(H-H)+E(O=O)]-4×E(O-H)=(2×436kJ·mol-1+498kJ·mol-1)-4×463kJ·mol-1=-482kJ·mol-1 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g) ∆H=-282kJ·mol-1 析·典型范例 3．从实验测得不同物质中氧氧之间的键长和键能的数据:其中x、y的数据尚未测定,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(　　)。 B A.成键的电子数越多,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 数据 O22-  O2-  O2 O2+  键长/10-12 m 149 128 121 112 键能/(kJ·mol-1) x y z=494 w=628 析·典型范例 4．已知N—N、N=N和N≡N键能之比为1.00 : 2.17 : 4.90，而C—C、C=C和C≡C键能之比为1.00 : 1.77 : 2.34。下列说法正确的是(　　) C A．σ键一定比π键稳定 B．N2较易发生加成反应 C．乙烯、乙炔较易发生加成反应 D．乙烯、乙炔中的π键比σ键稳定 02 共价晶体 探·知识奥秘 二、共价晶体 思考讨论 碳的同素异形体：金刚石，石墨烯，富勒烯，碳纳米管，蓝丝黛尔石等。 金刚石俗称"金刚钻"。也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是自然界由单质元素组成的粒子物质，用途非常广泛，例如，工艺品和工业中的切割工具。 石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石， 也是贵重宝石。中国也拥有制造金刚石的技术。需要注意，石墨与金刚石物理性质完全不同。 【思考】金刚石与石墨是相同的晶体吗？ 探·知识奥秘 二、共价晶体 思考1.观察金刚石晶体的结构示意图，归纳金刚石晶体的结构有什么特点。 金刚石、用金刚石制成的钻头 1.概念 相邻原子间以共价键结合而形成空间网状结构的晶体。 2.构成微粒 原子 3.微粒之间的作用力 共价键 探·知识奥秘 二、共价晶体 4.常见的共价晶体 以碳为中心 (1) 非金属单质 金刚石、硼(B)、高聚氮、硅(Si)、锗(Ge) 和灰锡(Sn)等 (2) 只含非金属元素的化合物 碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等 (3) 只含非金属元素的化合物 刚玉(Al2O3)、Mn2O7、Cr2O3等 近年来以Si3N4 为基础，用Al取代部分Si，用O取代部分N而获得结构多样化的陶瓷，用于制造LED发光材料。 探·知识奥秘 二、共价晶体 5.共价晶体的结构 思考1.共价晶体中存在独立的分子吗? 共价晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子。 (1) 金刚石晶体 在金刚石晶体里中心碳以共价键跟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。 最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内，形成空间六边形结构。 晶体中C—C—C夹角为109°28′ 探·知识奥秘 二、共价晶体 (1) 金刚石晶体 顶点 体内 面心 金刚石的晶胞 键长：154 pm（很短） 键能：347.7 kJ/mol 键能很大 熔点(＞3500 ℃)很高 硬度最大 结构决定性质 思考1：一个金刚石晶胞中，含有几个碳原子？ 顶点：8× ＝1 面心：6× ＝3 8 1 2 1 体内：4 1＋3＋4＝8 思考2：金刚石中，1 mol C 形成的共价键数目是多少？ 每个C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C原子与C—C键数之比为：1 :(4 x ½)=1：2 探·知识奥秘 二、共价晶体 (2) 晶体硅 晶体硅的结构示意图 晶体硅的结构与金刚石相似，硅原子和硅原子以共价键相互结合成空间网状结构，每个晶体硅晶胞中有8个硅原子，其中Si—Si键长比C—C键长长。 探·知识奥秘 二、共价晶体 (3) 碳化硅 碳化硅的晶胞 结构特点：将晶体硅晶胞的顶点、面心上的硅原子换成碳原子，体内4个硅原子不变，就是碳化硅的晶胞，即每个碳化硅晶胞中有4个碳原子、4个硅原子。 性质特点：硬度大，具有耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性。 用途：可用作磨料、耐火材料、电热元件，制造机械工程的结构件、化学工程中的密封件等。 探·知识奥秘 二、共价晶体 (4) 二氧化硅晶体 石英的左、右型晶体 二氧化硅晶体中 硅氧四面体螺旋结构 石英表 探·知识奥秘 二、共价晶体 (3) 二氧化硅晶体 将晶体硅的结构中每个Si—Si中插入一个O ①每个Si原子与 个O原子紧邻，配位数为 ；每个O原子与 个Si原子紧邻，配位数为 ；Si原子与O原子个数比为 。 ②最小的环上有 个Si，有 个O，构成 结构 ，1 mol SiO2中含有 摩尔Si—O键 ③Si原子与Si－O键数目之比为 。 4 4 空间12边形 6 2 2 6 1:4 1:2 （1: ×4 ） 4 因此二氧化硅晶体中并不存在单个的SiO2分子，它是由硅原子和氧原子按1∶2的比例组成的空间立体网状结构的晶体。 探·知识奥秘 二、共价晶体 (3) 二氧化硅晶体 单晶硅 单晶硅制的芯片 硅太阳能电池 二氧化硅光导纤维 二氧化硅具有许多用途，是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 探·知识奥秘 一、共价键键能 共价晶体的结构特点小结 1.共价晶体中只存在共价键 2.共价晶体是空间网状结构 3.共价晶体的组成微粒是原子，不存在单个分子。 其化学式仅代表原子的个数比关系，不是分子式 4.共价晶体中原子不采取紧密堆积方式。因为共价键有方向性和饱和性，各原子均以共价键结合，所以中心原子周围的原子数目是有限的。 探·知识奥秘 二、共价晶体 思考讨论：1.从原子结构的角度如何解释金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？ 在金刚石、硅和锗，同属于共价晶体，熔点和硬度都较高。但金刚石、硅和锗的结构差别在于C、Si、Ge原子半径依次递增，C-C 、Si-Si 、Ge-Ge的键长依次递增，键长越大，键能越小，所以熔点和硬度依次降低。 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/℃ ＞3500 3000 2700 1710 1410 1211 硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 表3-3 某些共价晶体的熔点和硬度 探·知识奥秘 二、共价晶体 思考讨论：2.晶体硅(Si)和金刚砂(SiC)都是与金刚石相似的共价晶体，请根据表3-5中的数据，分析其熔点、硬度的大小与其结构之间的关系。 结构相似的共价晶体，共价键的键长越长，键能越小，晶体的熔、沸点越低，硬度越小。 探·知识奥秘 二、共价晶体 6.共价晶体的物理性质 (1) 熔点很高（通常＞1000 ℃），如金刚石的熔点大于3 550 ℃。 共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化就要克服共价键，需要很高的能量。 共价晶体中原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔、沸点就越高。 (2) 硬度很大：共价键作用强。 (3) 一般不导电，但晶体硅是半导体 (4) 难溶于一般溶剂 析·典型范例 1．下列物质中,属于共价晶体的化合物是(　　) A.无色水晶 B.晶体硅 C.金刚石 D.干冰 A 2．一种新型材料B4C，它可用于制作切削工具和高温热交换器。关于B4C的推断正确的是（ ） A．B4C是一种分子晶体 B．B4C是一种离子晶体 C．B4C是一种共价晶体 D．B4C分子是由4个硼原子和1个碳原子构成的 C 析·典型范例 3．根据下列物质的性质,判断属于共价晶体的物质是(　 　) C A.微溶于水,硬度小，熔点-56.6 ℃，固态或液态时不导电 B.熔点3 410 ℃，导电性好，延展性强 C.熔点3 550 ℃，不导电，不溶于水及有机溶剂，质硬 D.熔点800 ℃，易溶于水，熔化时能导电 析·典型范例 4．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，其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。根据信息分析磷化硼的化学式怎样书写?属于哪种晶体类型？ 由磷化硼的晶胞结构可知,P位于顶点和面心,晶胞中含有P的数目为 ,B位于晶胞内,晶胞中含有B的数目为4,故磷化硼的化学式为BP。磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料,所以磷化硼晶体属于共价晶体。 共价键的键参数 键能 理·核心要点 键长 分子的 稳定性 决定 共价晶体 构成微粒 微粒间 相互作用 原子 共价键 决定 共价晶体 空间结构 坚硬难熔 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 1. 下列说法不正确的是( ) A．键能越小，表示化学键越牢固，越难以断裂 B．成键的两原子核越近，键长越短，化学键越牢固，性质越稳定 C．破坏化学键时消耗能量，而形成化学键时释放能量 D．键能、键长只能定性地分析化学键的强弱 A 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 2. 能够用键能的大小作为主要依据来解释的是(　　) A.常温常压下氯气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.稀有气体一般难以发生化学反应 D.空气中氮气的化学性质比氧气稳定 D 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 3. 已知1mol气态基态氢原子完全结合形成氢气时，释放的最低能量为218kJ·mol－1，下列说法正确的是（ ） A．H—H键的键能为218 kJ·mol－1 B．H—H键的键能为436 kJ·mol－1 C．1 mol气态氢原子的能量低于0.5 mol H2的能量 D．1 molH2完全分解至少需要218 kJ的能量 B 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 4. 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(　　) A．HCl B．HBr C．H2 D．Br2 D 练·技能实战 化学键 H—H H—Cl H—Br Br—Br 键能/kJ·mol－1 436 431 366 193 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 5. 已知N2＋O2 = 2NO为吸热反应，ΔH＝180 kJ·mol－1，其中N≡N、O=O键的键能分别为 946 kJ·mol－1、498 kJ·mol－1，则氮氧原子之间的键能为(　　) A．1264 kJ·mol－1 B．632 kJ·mol－1 C．316 kJ·mol－1 D．1624 kJ·mol－1 B 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 6. 有关共价晶体的叙述，错误的是(　　) A．共价晶体中，原子不遵循紧密堆积原则 B．共价晶体中不存在独立的分子 C．共价晶体的熔点和硬度较高 D．共价晶体熔化时不破坏化学键 D 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 7. 下列有关共价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元是正四面体 B.1 mol 金刚石中的C—C键数目是2NA，1 mol SiO2晶体中的Si—O键数目是4NA(设NA为阿伏加德罗常数的值) C.水晶和干冰在熔化时，晶体的共价键都会断裂 D.SiO2并不表示二氧化硅晶体的分子式 C 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 8. 我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是(　　) A．11BN和10BN的性质无差异 B．该晶体具有良好的导电性 C．该晶胞中含有14个B原子，4个N原子 D．N原子周围等距且最近的N原子数为12 C 练·技能实战 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版选择性必修2 ×8+6×=4 $