同步蘇教化學選修三新突破講義：專題3 第3單元 第2課時　共價鍵的鍵能與化學反應的反應熱、原子晶體 Word版含答案

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1、 第2課時　共價鍵的鍵能與化學反應的反應熱、原子晶體 目標與素養(yǎng)：1.會利用鍵能比較共價鍵的強弱及共價型分子的穩(wěn)定性，會利用鍵能計算化學反應的反應熱。(宏觀辨識與微觀探析)2.知道金剛石、二氧化硅晶體的結構特點，會比較原子晶體的熔沸點及硬度大小。(模型認知與證據(jù)推理) 一、共價鍵的鍵能與化學反應的反應熱 1．共價鍵的鍵能 共價鍵的鍵能是在101 kPa、298 K條件下，1_mol氣態(tài)AB分子生成氣態(tài)A原子和B原子的過程中所吸收的能量，稱為AB間共價鍵的鍵能。其單位為kJ·mol－1。如斷開1 mol H—H鍵吸收的能量為436.0 kJ，即H—H鍵的鍵能為436 kJ·mo

2、l－1。鍵能越大，形成化學鍵時放出的能量越多，意味著化學鍵越穩(wěn)定，越不容易被破壞。 2．鍵長 兩原子形成共價鍵時原子核間的平均間距叫做該共價鍵的鍵長。一般而言，化學鍵的鍵長越短，鍵能越大，化學鍵越穩(wěn)定，鍵越難破壞。當兩個原子形成共價鍵時，原子軌道發(fā)生重疊，重疊程度越大，鍵長越短，鍵能越大。 3．鍵能與反應熱的關系 E1、E2分別表示反應物和生成物的鍵能 ΔH＝E1－E2 二、原子晶體 1．原子晶體的概念 相鄰原子間以共價鍵相互結合形成的晶體叫做原子晶體。 2．原子晶體中存在的微粒 原子晶體中存在的微粒為原子；微粒間的相互作用為共價鍵。 3．典型的原子晶體——金剛石

3、在金剛石晶體中，每個碳原子被周圍4個碳原子包圍，以共價鍵跟4個碳原子結合形成4個C—C_σ鍵，其C—C—C夾角為109.5°。 金剛石晶體中C原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶＝1∶2。金剛石結構中最小的環(huán)中，有8個C原子，金剛石晶胞中含8個C原子。 4．原子晶體的物理性質 熔點高，硬度大，不導電，不溶于一般溶劑。 5．常見的原子晶體 (1)某些非金屬單質，如晶體硼(B)、晶體硅(Si )和金剛石、晶體Ge等。 (2)某些非金屬化合物，如金剛砂(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)

4、H—O鍵鍵能的含義是形成一個O—H鍵所放出的能量。 (　　) (2)鍵長越短，鍵能一定越大。 (　　) (3)金剛石晶體中的最小碳環(huán)由6個碳原子構成。 (　　) (4)根據(jù)H＋H→H2同時放出436 kJ·mol－1的熱量，可以說明氫原子比氫分子穩(wěn)定。 (　　) (5)具有共價鍵的晶體叫做原子晶體。 (　　) [答案]　　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)× 2．從資料上查得：H—H、Cl—Cl和H—Cl鍵的鍵能分別為436 kJ·mol－1、243 kJ·mol－1和431 kJ·mol－1，用此數(shù)據(jù)估計，由Cl2、H2生成1 mol HCl時的熱效應為(　　) A

5、．放熱183 kJ·mol－1 B．放熱91.5 kJ·mol－1 C．吸熱183 kJ·mol－1 D．吸熱91.5 kJ·mol－1 B　[反應：H2＋Cl2===2HCl的ΔH＝436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1－2×431 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1，故生成1 mol HCl時放熱91.5 kJ。] 3．H—Cl、H—Br、H—I的鍵長、鍵能和穩(wěn)定性的大小順序如何？ [答案]　鍵長：H—Cl＜H—Br＜H—I； 鍵能：H—Cl＞H—Br＞H—I； 穩(wěn)定性：H—Cl＞H—Br＞H—I。 鍵能與化學反應的反應熱 1.鍵能的應用

6、 (1)表示共價鍵的強弱 鍵能的大小可定量地表示共價鍵的強弱程度。在相同溫度和壓強下，鍵能越大，斷開時需要吸收的能量越多，這個共價鍵就越牢固；反之，鍵能越小，斷開時需要吸收的能量就越少，這個化學鍵越不牢固。 (2)判斷共價型分子或晶體的穩(wěn)定性 在其他條件相同時，共價鍵鍵能越大，共價型分子或晶體的化學穩(wěn)定性就越強；共價鍵鍵能越小，共價型分子或晶體的化學穩(wěn)定性就越弱。 (3)判斷物質在化學反應過程中的能量變化 在物質的化學變化中，舊化學鍵(反應物中的化學鍵)的斷裂吸收能量，新化學鍵(生成物中的化學鍵)的形成放出能量，舊化學鍵斷裂吸收的能量之和(E吸)與新化學鍵形成放出的能量之和(E放)的

7、相對大小決定著物質化學變化過程中的放熱或吸熱。 2．化學鍵的鍵能與反應熱的關系 (1)定性關系 化學反應中發(fā)生舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成。化學鍵斷裂需要吸收能量，形成化學鍵要釋放出能量?；瘜W反應中的能量變化由舊化學鍵斷裂所吸收的總能量與新化學鍵形成所釋放的總能量的相對大小來決定。如果化學反應中舊化學鍵斷裂所吸收的總能量大于新化學鍵形成所釋放的總能量，該化學反應通常為吸熱反應；反之，該化學反應為放熱反應。 (2)定量關系 ΔH＝反應物鍵能總和－生成物鍵能總和。ΔH>0，為吸熱反應，反應體系能量增加；ΔH<0，為放熱反應，反應體系能量降低。 【典例】　從實驗測得不同物質中氧氧鍵的鍵

8、長和鍵能的數(shù)據(jù)： 　　　氧氧鍵 數(shù)據(jù)　　　 O O O2 O 鍵長/(10－12m) 149 128 121 112 鍵能/(kJ·mol－1) x y z＝494 w＝628 其中x、y的鍵能數(shù)據(jù)尚未測定，但可根據(jù)規(guī)律性推導鍵能的大小順序為w＞z＞y＞x，該規(guī)律性是(　　) A．成鍵電子數(shù)越多，鍵能越大 B．鍵長越長，鍵能越小 C．成鍵所用的電子數(shù)越少，鍵能越大 D．成鍵電子對越偏移，鍵能越大 B　[觀察表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，O2與O的鍵能大者鍵長短，按此O中鍵長比O中的長，所以鍵能要小。按鍵長(氧氧鍵)由短到長的順序為O＜O2＜O＜O，鍵能則應w＞z＞y

9、＞x。] 共價鍵強弱的判斷 (1)由原子半徑和共用電子對數(shù)判斷：成鍵原子的原子半徑越小，共用電子對數(shù)越多，則共價鍵越牢固，含有該共價鍵的分子越穩(wěn)定。 (2)由鍵能判斷：共價鍵的鍵能越大，共價鍵越牢固，破壞共價鍵消耗的能量越多。 (3)由鍵長判斷：共價鍵的鍵長越短 ，共價鍵越牢固，破壞共價鍵消耗的能量越多。 (4)由電負性判斷：元素的電負性越大，該元素的原子對共用電子對的吸引力越大，形成的共價鍵越穩(wěn)定。 1．能夠用鍵能的大小作為主要依據(jù)來解釋的是(　　) A．常溫常壓下氯氣呈氣態(tài)而溴單質呈液態(tài) B．硝酸是揮發(fā)性酸，而硫酸、磷酸是不揮發(fā)性酸 C．稀有氣體一般難以發(fā)生化

10、學反應 D．空氣中氮氣的化學性質比氧氣穩(wěn)定 D　[共價分子構成的物質的狀態(tài)取決于分子間作用力的大小，與分子內共價鍵的鍵能無關；物質的揮發(fā)性與分子內鍵能的大小無關；稀有氣體是單原子分子，無化學鍵，難以發(fā)生化學反應的原因是它們的價電子已形成穩(wěn)定結構；氮氣比氧氣穩(wěn)定是由于N2分子中形成的共價鍵鍵能(946 kJ·mol－1)比O2分子中形成的共價鍵鍵能(498 kJ·mol－1)大，在化學反應中更難以斷裂。故選D。] 常見原子晶體的結構 1.結構特點 原子晶體是原子間以共價鍵結合而形成的空間網狀結構，因此晶體中不存在單個分子。 2．三種典型原子晶體的結構 (1)金剛石晶體

11、 ①在晶體中每個碳原子以共價鍵與相鄰的4個碳原子相結合，成為正四面體。 ②晶體中C—C—C夾角為109.5°。 ③最小環(huán)上有6個碳原子。 ④晶體中C原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶(4×)＝1∶2。 ⑤每個碳原子為12個六元環(huán)所共有。 ⑥每個金剛石晶胞中分攤8個碳原子。 (2)晶體硅 若以硅原子代替金剛石晶體結構中的碳原子，可得到晶體硅的結構，晶體硅中每個硅也與4個硅原子以共價鍵結合，最小環(huán)上也有6個硅原子。 (3)二氧化硅 ①在二氧化硅晶體里，硅原子和氧原子交替排列，不會出現(xiàn)Si—Si鍵和O—O鍵，而只有Si—O鍵，即1個硅原子與4個氧原子形成4個共價鍵，每個氧原子與2個

12、硅原子形成2個共價鍵。 ②每個硅原子與相鄰的4個氧原子以共價鍵相結合構成正四面體結構，硅原子在正四面體的中心，4個氧原子在正四面體的4個頂點，則每個正四面體占有1個完整的硅原子、2個氧原子。因此，二氧化硅晶體中硅原子和氧原子的個數(shù)比為1∶(4×)＝1∶2，化學式為SiO2。 ③在SiO2晶體中，最小的環(huán)為6個硅原子和6個氧原子組成的十二元環(huán)。 ④每n mol SiO2晶體中，Si—O鍵為4n mol，即1 mol Si可以形成4 mol Si—O鍵。 模型認知：金剛石、晶體硅、碳化硅、二氧化硅 (1)晶體硅、碳化硅晶體的結構與金剛石相似，晶體硅可看做是由硅原子取代金剛石中碳原子的

13、位置得到的；碳化硅可看做是C、Si交替排列的結構(存在以C為中心，Si為頂點，或以Si為中心，C為頂點的正四面體結構)；SiO2晶體可看做是晶體硅中2個硅原子間插入1個氧原子。 (2)在SiO2晶體中，每個最小的環(huán)實際擁有的硅原子數(shù)為6×＝，氧原子數(shù)為6×＝1。 (3)原子晶體熔、沸點高低比較依據(jù) 一般來說，原子半徑之和越小，形成共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，其晶體熔、沸點越高，即熔點：金剛石＞碳化硅＞晶體硅。 2．下面關于SiO2晶體網狀結構的敘述正確的是(　　) A．存在四面體結構單元，O處于中心，Si處于4個頂角 B．最小的環(huán)上，有3個Si原子和3個O原子 C．最小的環(huán)上

14、，Si和O原子數(shù)之比為1∶2 D．最小的環(huán)上，有6個Si原子和6個O原子 D　[二氧化硅是原子晶體，結構為空間網狀，存在硅氧四面體結構，硅處于中心，氧處于4個頂角，所以A項錯誤；在SiO2晶體中，每6個Si和6個O形成一個12元環(huán)(最小環(huán))，所以D對，B、C都錯誤。] 1．下列說法正確的是(　　) A．鍵能越大，表示該分子越容易受熱分解 B．共價鍵都具有方向性 C．在分子中，兩個成鍵的原子間的距離叫鍵長 D．H—Cl鍵的鍵能為431.8 kJ·mol－1，H—Br鍵的鍵能為366 kJ·mol－1，這可以說明HCl比HBr分子穩(wěn)定 D　[鍵能越大，分子越穩(wěn)定，A錯，D正確；

15、H—H鍵沒有方向性，B錯；形成共價鍵的兩個原子之間的核間距叫鍵長，C錯。] 2．科學家成功地制成了一種新型的碳氧化合物，該化合物晶體中每個碳原子均以四個共價單鍵與氧原子結合為空間網狀的無限伸展結構。下列對該晶體敘述錯誤的是(　　) A．晶體的熔、沸點高，硬度大 B．該物質的化學式為CO4 C．晶體中C原子數(shù)與C—O化學鍵數(shù)之比為1∶4 D．晶體的空間最小環(huán)由12個原子構成 B　[A項，該化合物晶體中每個碳原子均以四個共價單鍵與氧原子結合為空間網狀的無限伸展結構，所以是原子晶體，熔沸點高、硬度大，故A正確；B項，晶體中每個碳原子均以四個共價單鍵與氧原子結合，每個氧原子和2個碳原子以共

16、價單鍵相結合，所以碳氧原子個數(shù)比為1∶2，則其化學式為CO2，故B錯誤；C項，該晶體中，每個碳原子含有4個C—O共價鍵，所以C原子與C—O化學健數(shù)目之比為1∶4，故C正確；D項，該晶體的空間最小環(huán)是由6個碳原子和6個氧原子構成的12元環(huán)，故D正確。] 3．氮氧化鋁(AlON)屬于原子晶體，是一種超強透明材料。下列描述錯誤的是(　　) A．AlON和石英的化學鍵類型相同 B．電解熔融AlON可得到Al C．AlON的N元素化合價為－1價 D．AlON和石英晶體類型相同 B　[A項，AlON和石英均屬于原子晶體，均只含有共價鍵，故A正確；B項，AlON屬于原子晶體，只含有共價鍵，熔融時

17、不導電，而Al2O3屬于離子晶體，熔融時能導電，所以電解熔融Al2O3能得到Al，故B錯誤；C項，AlON中O為－2價，Al為＋3價，所以N元素的化合價為－1價，故C正確；D項，AlON和石英均屬于原子晶體，故D正確。] 4．碳化硅(SiC)的一種晶體具有類似金剛石的結構，其中碳原子與硅原子的位置是交替的，在下列三種晶體中，它們的熔點從高到低的順序是(　　) ①金剛石?、诰w硅?、厶蓟? A．①③②　　　　　 B．②③① C．③①② D．②①③ A　[這三種晶體屬于同種類型，熔化時需破壞共價鍵，①金剛石中為C—C鍵，②晶體硅中為Si—Si鍵，③SiC中為Si—C鍵，由原子半徑可知Si

18、—Si鍵鍵長最大，C—C鍵鍵長最短，鍵長越短共價鍵越穩(wěn)定，破壞時需要的熱量越多，故熔點從高到低順序為①③②。] 5．單質硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)，回答下列問題： 金剛石 晶體硅 晶體硼 熔點/K ＞3 823 1 683 2 573 沸點/K 5 100 2 628 2 823 硬度 10 7.0 9.5 (1)晶體硼的晶體類型屬于________晶體，理由是 ____________________________________________________ _______________________________________

19、_____________。 (2)已知晶體硼的基本結構單元是由硼原子組成的正二十面體(如圖)，其中有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點，每個頂點上各有1個B原子。通過觀察圖形及推算，此晶體結構單元由________個B原子組成。 [解析]　(2)每個三角形的頂點被5個三角形所共有，所以，此頂點完全屬于一個三角形的只占到1/5，每個三角形中有3個這樣的點，且晶體B中有20個這樣的三角形，因此、晶體B中這樣的頂點(B原子)有3/5×20＝12個。 [答案]　(1)原子　晶體硼的熔、沸點和硬度都介于晶體硅和金剛石之間，而金剛石和晶體硅均為原子晶體，B與C相鄰且與Si處于對角線位置，也應為原子晶體 (2)12