2018-2019版高中化学 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 第2课时学案 苏教版选修3.docx

第三单元共价键原子晶体第2课时共价键的键能原子晶体学习目标定位1.熟知共价键键能、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。2.能根据原子晶体的概念及结构特点判断晶体类型，会分析推测其物理性质。一、共价键的键能与化学反应的反应热1共价键的键能(1)键能：在101kPa、298K条件下，1mol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kJmol1。(2)应用：共价键HFHClHBrHI键能/kJmol1567431366298若使2molHCl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是吸收862_kJ的能量。表中共价键最难断裂的是HF，最易断裂的是HI。由表中键能大小数据说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小，说明四种分子的稳定性依次减弱，即最稳定的是HF，最不稳定的是HI。2共价键的键长(1)概念：形成共价键的两个原子核间的平均间距，因此原子半径决定化学键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。(2)应用：共价键的键长越短，往往键能越大，这表明共价键越稳定，反之亦然。(1)共价键强弱的判断由原子半径和共用电子对数判断：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。由键能判断：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。由电负性判断：元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力越大，形成的共价键越稳定。(2)键能与化学反应过程中的能量关系化学反应过程中，旧键断裂所吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量，反应为吸热反应，反之则为放热反应。定量关系：能量变化反应物键能总和生成物键能总和，即HE反应物E生成物。例1下列说法正确的是()A分子中键能越大，表示分子拥有的能量越高，共价键越难断裂B分子中键长越长，表示成键原子轨道重叠越大，键越牢固C化学键形成的过程是一个吸收能量的过程D化学键形成的过程是一个放出能量的过程答案D解析键能越大，表示破坏该键需要的能量越大，并不是分子拥有的能量越大；键长越长，表示成键的两原子的核间距越长，分子越不稳定；化学键的形成是原子由高能量状态向稳定状态(低能量)转变的过程，所以是一个放热过程。例2下表列出部分化学键的键能：化学键SiOSiClHHHClSiSiSiCClCl键能/kJmol1460360436431176347243据此判断下列说法正确的是()A表中最稳定的共价键是SiSi键BCl2(g)2Cl(g)H243kJmol1CH2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H183kJmol1D根据表中数据能计算出SiCl4(g)2H2(g)=Si(s)4HCl(l)的H答案C解析键能越大形成的化学键越稳定，表中键能最大的是SiO键，则最稳定的共价键是SiO键，A错误；氯气变为氯原子吸收的能量等于氯气中断裂化学键需要的能量，Cl2(g)2Cl(g)H243 kJmol1，B错误；依据键能计算反应焓变反应物键能总和生成物键能总和，H436 kJmol1243 kJmol12431 kJmol1183 kJmol1，H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H183 kJmol1，C正确；HCl(g)=HCl(l)的H未告知，故无法计算SiCl4(g)2H2(g)=Si(s)4HCl(l)的H, D错误。二、原子晶体的概念及其性质1概念及组成(1)概念：相邻原子间以共价键相结合形成的具有空间立体网状结构的晶体，称为原子晶体。(2)构成微粒：原子晶体中的微粒是原子，原子与原子之间的作用力是共价键。2两种典型原子晶体的结构(1)金刚石的晶体结构模型如图所示。回答下列问题：在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。晶体中相邻碳碳键的夹角为109.5。最小环上有6个碳原子，晶体中C原子个数与CC键数之比为12。晶体中CC键键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。(2)二氧化硅晶体结构模型如图所示。回答下列问题：每个硅原子都以4个共价单键与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，向空间扩展，构成空间网状结构。晶体中最小的环为6个硅原子、6个氧原子组成的12元环，硅、氧原子个数比为12。3特性由于原子晶体中原子间以较强的共价键相结合，故原子晶体：熔、沸点很高，硬度大，一般不导电，难溶于溶剂。4常见的原子晶体常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等；某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。(1)构成原子晶体的微粒是原子，其相互作用是共价键。(2)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比关系，不是分子式。例3根据下列物质的性质，判断其属于原子晶体的是()A熔点2700，导电性强，延展性强B无色晶体，熔点3550，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800，熔化时能导电D熔点56.6，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电答案B解析原子晶体一般不导电，没有延展性，A项错误；原子晶体难溶于水，C项错误；原子晶体一般熔点很高，硬度很大，D项错误。例4下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是()ASiO2晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连B通常状况下，60gSiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数)C金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子D1mol金刚石中含4NA个CC键答案C解析A项，二氧化硅晶体结构中，每个Si原子形成四个共价键，所以每个Si原子与4个O原子直接相连，错误；B项，二氧化硅是由Si原子和O原子构成的原子晶体，所以二氧化硅晶体结构中没有分子，错误；C项，金刚石晶体结构为空间立体网状结构，共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子，正确；D项，金刚石中每个C原子形成4个CC键，利用切割法知，每个C原子含有2个CC键，错误。反应热(H)反应物总键能生成物总键能。1NH键键能的含义是()A由N和H形成1molNH3所放出的能量B把1molNH3中的共价键全部拆开所吸收的热量C拆开约6.021023个NH键所吸收的热量D形成1个NH键所放出的热量答案C解析NH键的键能是指形成1 mol NH键放出的能量或拆开1 mol NH键所吸收的能量，不是指形成1个NH键释放的能量。1 mol NH3中含有3 mol NH键，拆开1 mol NH3或形成1 mol NH3吸收或放出的能量应是1 mol NH键键能的3倍。2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答案A解析键能越大，断开该键所需的能量越多，化学键越牢固，性质越稳定，故A错误；B、C、D均正确。3下列有关原子晶体的叙述中正确的是()A原子晶体中只存在非极性共价键B原子晶体的熔点一定比金属晶体的高C在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键D石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体答案D解析原子晶体单质中含有非极性键，原子晶体化合物中存在极性共价键；在SiO2晶体中，1个硅原子与周围4个氧原子形成4个SiO键；金属晶体的熔点差别很大，有些金属晶体(如W)熔点可能高于某些原子晶体的熔点。4氮氧化铝(AlON)属于原子晶体，是一种超强透明材料。下列描述错误的是()AAlON和石英的化学键类型相同B电解熔融AlON可得到AlCAlON的N元素化合价为1价DAlON和石英晶体类型相同答案B解析A项，AlON和石英均属于原子晶体，均只含有共价键，正确；B项，AlON属于原子晶体，只含有共价键，熔融时不导电，而Al2O3属于离子晶体，熔融时能导电，所以电解熔融Al2O3能得到Al，错误；C项，AlON中O为2价，Al为3价，所以N元素的化合价为1价，正确；D项，AlON和石英均属于原子晶体，正确。5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()金刚石晶体硅碳化硅ABCD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，金刚石中为CC键，晶体硅中为SiSi键，SiC中为SiC键，由原子半径可知SiSi键键长最大，CC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。6碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：化学键CCCHCOSiSiSiHSiO键能/kJmol1356413336226318452回答下列问题：(1)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_。(2)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是_。答案(1)CC键和CH键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中SiSi键和SiH键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成(2)CH键的键能大于CO键，CH键比CO键稳定，而SiH的键能却远小于SiO键，所以SiH键不稳定而倾向于形成稳定性更强的SiO键对点训练题组一共价键的键能、键长及应用1下列叙述中的距离属于键长的是()A氨分子中两个氢原子间的距离B氯分子中两个氯原子间的距离C金刚石中任意两个相邻的碳原子核间的距离D氯化钠中相邻的氯离子和钠离子核间的距离答案C解析键长是指形成共价键的两个原子核间的距离，仅仅说成是原子间的距离是错误的。A项，NH3分子中的两个H原子间不存在化学键，错误；B项，未指出是核间距离，错误；C项，金刚石中只要两个碳原子相邻，它们之间就有共价键，正确；D项，NaCl中的阴、阳离子之间形成离子键，没有键长。2根据键能数据(HCl431kJmol1，HI298kJmol1)，可得出的结论是()AHI比HCl稳定BHI比HCl熔、沸点高C溶于水时，HI比HCl更容易电离，所以氢碘酸是强酸D拆开等物质的量的HI和HCl，HI消耗的能量多答案C解析A项，化学键的键能越大，化学键越稳定，越不易发生电离、不易发生分解反应，HCl的键能大于HI的，说明HCl的稳定性大于HI，错误；B项，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高，与化学键强弱无关，错误；C项，键能越小越容易发生电离，HCl的键能大于HI的，所以HI分子比HCl更容易电离，氢碘酸是强酸，正确；D项，键能越大，拆开相同物质的量的物质时消耗能量越多，拆开相同物质的量的HI分子比HCl消耗的能量小，错误。3从实验测得不同物质中氧氧之间的键长和键能的数据如下：OO键数据OOO2O键长/1012m149128121112键能/kJmol1xyz494w628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wzyx；该规律性是()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，键能越大答案B解析共用一对共用电子对形成一个共价键，所以成键电子数越多，共价键数越多，但键能不一定大，A错误；键长越长，说明轨道的重合程度越小，越容易断裂，键能越小，B正确；成键电子数越多，键能越大，C错误；电子对越偏移说明极性越大，和键能没有必然关系，D错误。题组二键能与反应热的换算4化学反应可视为旧键的断裂和新键的形成过程。化学键的键能是形成化学键时释放的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能(单位：kJmol1)：PP：198PO：360O=O：498，则反应P4(白磷)3O2=P4O6的反应热H为()A1638kJmol1B1638kJmol1C126kJmol1D126kJmol1答案A解析反应中的键能包括：断裂1molP4和3molO2分子中共价键吸收的能量和形成1molP4O6分子中共价键放出的能量。由各物质的分子结构知1molP4含6molPP键，3molO2含3molO=O键，1molP4O6含12molPO键，化学反应的反应热H反应物的总键能生成物的总键能。故H(198kJmol16498kJmol13)360kJmol1121638kJmol1。5已知N2O2=2NO为吸热反应，H180kJmol1，其中NN、O=O键的键能分别为946kJmol1、498kJmol1，则NO键的键能为()A1264kJmol1B632kJmol1C316kJmol1D1624kJmol1答案B解析180kJmol1946kJmol1498kJmol12ENO，所以ENO632kJmol1。题组三原子晶体的性质及其判断6下列晶体中属于原子晶体且为单质的是()A金属铜B金刚砂C金刚石D水晶答案C解析金属铜属于金属晶体，金刚砂(SiC)、水晶(SiO2)属于原子晶体，但为化合物，故A、B、D三项均不符合。7下列事实能说明刚玉(Al2O3)是一种原子晶体的是()Al2O3是两性氧化物硬度很大它的熔点为2045几乎不溶于水自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石ABCD【考点】原子晶体【题点】原子晶体的一般性质及判断答案B解析指的是Al2O3的分类，指的是刚玉的种类，这两项都无法说明Al2O3是一种原子晶体。8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原子晶体。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。近期用制耐热器的碳化硅也制成假钻石，则识别它们的可靠方法是()A不导电的为锆石B能在玻璃上刻画出痕迹的为金刚石C很硬不导电而导热的是金刚石和碳化硅D既可导电又可导热的是碳化硅答案D9下表是某些原子晶体的熔点和硬度。原子晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/390030002700171014101211硬度109.59.57.06.56.0分析表中的数据，判断下列叙述正确的是()A构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高B构成原子晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高C构成原子晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大D构成原子晶体的原子的相对分子质量越大，晶体的硬度越大答案B解析原子晶体的熔点和硬度与构成原子晶体的原子间的共价键键能有关，而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关。题组四原子晶体结构与性质的综合10下列说法正确的是()A在含4molSiO键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NAB金刚石晶体中，碳原子数与CC键数之比为12C30g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子D晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的原子晶体答案B解析在二氧化硅晶体中，每个硅原子形成4个SiO键，故含有4molSiO键的二氧化硅晶体的物质的量为1mol，即含有2NA个氧原子，A项错误；金刚石中每个碳原子均与另外4个碳原子形成共价键，且每两个碳原子形成一个CC键，故1mol碳原子构成的金刚石中共有2molCC键，因此碳原子数与CC键数之比为12，B项正确；二氧化硅晶体中不存在分子，C项错误；氖晶体是由单原子分子靠分子间作用力结合在一起形成的，属于分子晶体，D项错误。11.磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如右图为其晶体结构中最小的重复结构单元，其中的每个原子均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是()A磷化硼晶体的化学式为BP，属于离子晶体B磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电C磷化硼晶体中每个原子均形成4个共价键D磷化硼晶体结构微粒的空间堆积方式与氯化钠相同答案C解析根据题意，磷化硼为超硬耐磨材料，说明其晶体类型为原子晶体，熔融状态不导电，A项和B项错误；磷化硼原子间均为共价键，由图可以发现，每个原子均形成4个共价键，C项正确；由磷化硼的晶体结构可以看出，它的配位数为4，而NaCl晶体的配位数为6，二者结构微粒的堆积方式明显不同，故D项错误。12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。下列关于C3N4晶体说法错误的是()A该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石更牢固B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C该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构D该晶体与金刚石相似，原子间都是非极性键答案D解析A项，晶体具有比金刚石还大的硬度，则该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石更牢固，正确；B项，碳最外层有4个电子，氮最外层有5个电子，则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，正确；C项，构成该晶体的微粒间只以单键结合，每个碳原子连接4个氮原子、每个氮原子连接3个碳原子，则晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构，正确；D项，金刚石中只存在CC键，属于非极性共价键，但C3N4晶体中C、N之间以极性共价键结合，原子间以极性键形成空间网状结构，错误。综合强化13已知键能、键长部分数据如下表：共价键ClClBrBrIIHFHClHBrHIHO键能/kJmol1242.7193.7152.7568431.8366298.7462.8键长/pm19822826796共价键CCC=CCCCHNHN=OOOO=O键能/kJmol1347.7615812413.4390.8607142497.3键长/pm154133120109101(1)下列推断正确的是_(填字母，下同)。A稳定性：HFHClHBrHIB氧化性：I2Br2Cl2C沸点：H2ONH3D还原性：HIHBrHClHF(2)下列有关推断正确的是_。A同种元素形成的共价键，稳定性：叁键双键单键B同种元素形成双键键能一定小于单键的2倍C键长越短，键能一定越大D氢化物的键能越大，其稳定性一定越强(3)在相同条件下，将乙烯、乙炔以同速率通入等体积同浓度的溴的四氯化碳溶液中，下列观察到的现象正确的是_。A前者和后者同时褪色B前者后褪色，后者先褪色C前者先褪色，后者后褪色D无法判断(4)上表中，在HX分子中，键长最短的是_，最长的是_；OO键的键长_(填“大于”“小于”或“等于”)O=O键的键长。答案(1)ACD(2)A(3)C(4)HFHI大于解析(1)根据表中数据，同主族气态氢化物的键能从上至下逐渐减小，稳定性逐渐减弱，A项正确；从键能看，氯气、溴单质、碘单质的稳定性逐渐减弱，由原子结构知，氧化性也逐渐减弱，B项错误；由表格数据知，E(HO)E(NH)，又因为r(O)HBrHClHF，D项正确。(2)由碳碳键的数据知A项正确；由OO键、O=O键的键能知，B项错误；CH键的键长大于NH键的键长，但是NH键的键能反而较小，C项错误；由CH、NH的键能知，CH4的键能较大，而稳定性较弱，D项错误。(3)乙烯断裂一个键，键能为(615347.7) kJmol1267.3 kJmol1，乙炔断裂2个键总键能为(812347.7)kJmol1464.3 kJmol1，说明乙炔断裂两个键难于乙烯断裂一个键，C项正确。14三种常见元素的性质或结构信息如下表，试根据信息回答有关问题：元素ABC性质结构信息原子核外有两个电子层，最外层有3个未成对的电子原子的M层有1对成对的p电子有两种常见氧化物，其中一种是冶金工业常用的还原剂(1)写出B原子的核外电子排布式_。(2)写出A的气态氢化物的电子式，并指出它的共价键属于极性键还是非极性键_。(3)C的一种单质在自然界中硬度最大，则这种单质的晶体类型是_。答案(1)1s22s22p63s23p4(2)HN,H、极性键(3)原子晶体解析由所给信息可知，A的核外电子排布式为1s22s22p3，A为氮；B的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，B为硫；常见冶金还原剂为H2和CO，由C的一种单质在自然界中硬度最大可确定C为碳。15(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apm，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gcm3，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)原子晶体12(2)4正四面体解析(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，硬度大，属于原子晶体；每个碳原子连接4个硅原子，每个硅原子又连接其他3个碳原子，所以每个碳原子周围最近的碳原子数目为3412；该晶胞中C原子个数为864，Si原子个数为4，晶胞边长为a1010 cm，体积V(a1010 cm)3，。(2)根据物质的晶体结构可知，在GaN晶体中，每个Ga原子与4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正四面体。在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8648，则根据晶胞的密度可知Vcm3，晶胞的边长acm，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。