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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课时共价键的键能与化学反应的反应热、原子晶体目标与素养：1.会利用键能比较共价键的强弱及共价型分子的稳定性，会利用键能计算化学反应的反应热。(宏观辨识与微观探析)2.知道金刚石、二氧化硅晶体的结构特点，会比较原子晶体的熔沸点及硬度大小。(模型认知与证据推理)自主预习探新知一、共价键的键能与化学反应的反应热1．共价键的键能共价键的键能是在101kPa、298K条件下，___________________________________的过程中所____的能量，称为AB间共价键的键能。其单位为____________。如断开1molH—H键吸收的能量为436.0kJ，即H—H键的键能为______________。键能越大，形成化学键时放出的能量____，意味着化学键越____，越不容易被____。1mol气态AB分子生成气态A原子和B原子吸收kJ·mol－1436kJ·mol－1越多稳定破坏2．键长___________________________________叫做该共价键的键长。一般而言，化学键的键长越短，键能越__，化学键越____，键越______。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__。两原子形成共价键时原子核间的平均间距大稳定难破坏大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若ΔH＞0，则该反应____若ΔH＜0，则该反应____吸热放热二、原子晶体1．原子晶体的概念相邻原子间以______相互结合形成的晶体叫做原子晶体。2．原子晶体中存在的微粒原子晶体中存在的微粒为____；微粒间的相互作用为______。共价键原子共价键3．典型的原子晶体——金刚石在金刚石晶体中，每个碳原子被周围__个碳原子包围，以共价键跟__个碳原子结合形成______________，其C—C—C夹角为109.5°。金刚石晶体中C原子个数与C—C键数之比为1∶4×12＝1∶2。金刚石结构中最小的环中，有__个C原子，金刚石晶胞中含__个C原子。444个C—Cσ键884．原子晶体的物理性质熔点__，硬度__，__导电，__溶于一般溶剂。5．常见的原子晶体(1)某些非金属单质，如晶体硼(B)、晶体__(____)和_____________________等。(2)某些非金属化合物，如______(_____)、________(________)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。高大不不硅Si金刚石、晶体Ge金刚砂SiC二氧化硅SiO21．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)H—O键键能的含义是形成一个O—H键所放出的能量。()(2)键长越短，键能一定越大。()(3)金刚石晶体中的最小碳环由6个碳原子构成。()(4)根据H＋H→H2同时放出436kJ·mol－1的热量，可以说明氢原子比氢分子稳定。()(5)具有共价键的晶体叫做原子晶体。()[答案](1)×(2)×(3)√(4)×(5)×2．从资料上查得：H—H、Cl—Cl和H—Cl键的键能分别为436kJ·mol－1、243kJ·mol－1和431kJ·mol－1，用此数据估计，由Cl2、H2生成1molHCl时的热效应为()A．放热183kJ·mol－1B．放热91.5kJ·mol－1C．吸热183kJ·mol－1D．吸热91.5kJ·mol－1B[反应：H2＋Cl2===2HCl的ΔH＝436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1－2×431kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1，故生成1molHCl时放热91.5kJ。]3．H—Cl、H—Br、H—I的键长、键能和稳定性的大小顺序如何？[答案]键长：H—Cl＜H—Br＜H—I；键能：H—Cl＞H—Br＞H—I；稳定性：H—Cl＞H—Br＞H—I。核心突破攻重难键能与化学反应的反应热1.键能的应用(1)表示共价键的强弱键能的大小可定量地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，这个共价键就越牢固；反之，键能越小，断开时需要吸收的能量就越少，这个化学键越不牢固。(2)判断共价型分子或晶体的稳定性在其他条件相同时，共价键键能越大，共价型分子或晶体的化学稳定性就越强；共价键键能越小，共价型分子或晶体的化学稳定性就越弱。(3)判断物质在化学反应过程中的能量变化在物质的化学变化中，旧化学键(反应物中的化学键)的断裂吸收能量，新化学键(生成物中的化学键)的形成放出能量，旧化学键断裂吸收的能量之和(E吸)与新化学键形成放出的能量之和(E放)的相对大小决定着物质化学变化过程中的放热或吸热。2．化学键的键能与反应热的关系(1)定性关系化学反应中发生旧化学键的断裂和新化学键的形成。化学键断裂需要吸收能量，形成化学键要释放出能量。化学反应中的能量变化由旧化学键断裂所吸收的总能量与新化学键形成所释放的总能量的相对大小来决定。如果化学反应中旧化学键断裂所吸收的总能量大于新化学键形成所释放的总能量，该化学反应通常为吸热反应；反之，该化学反应为放热反应。(2)定量关系ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和。ΔH0，为吸热反应，反应体系能量增加；ΔH0，为放热反应，反应体系能量降低。【典例】从实验测得不同物质中氧氧键的键长和键能的数据：氧氧键数据O2－2O－2O2O＋2键长/(10－12m)149128121112键能/(kJ·mol－1)xyz＝494w＝628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w＞z＞y＞x，该规律性是()A．成键电子数越多，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．成键电子对越偏移，键能越大B[观察表中数据发现，O2与O＋2的键能大者键长短，按此O2－2中键长比O－2中的长，所以键能要小。按键长(氧氧键)由短到长的顺序为O＋2＜O2＜O－2＜O2－2，键能则应w＞z＞y＞x。]共价键强弱的判断(1)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。(2)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。(3)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。(4)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。1．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[共价分子构成的物质的状态取决于分子间作用力的大小，与分子内共价键的键能无关；物质的挥发性与分子内键能的大小无关；稀有气体是单原子分子，无化学键，难以发生化学反应的原因是它们的价电子已形成稳定结构；氮气比氧气稳定是由于N2分子中形成的共价键键能(946kJ·mol－1)比O2分子中形成的共价键键能(498kJ·mol－1)大，在化学反应中更难以断裂。故选D。]常见原子晶体的结构1.结构特点原子晶体是原子间以共价键结合而形成的空间网状结构，因此晶体中不存在单个分子。2．三种典型原子晶体的结构(1)金刚石晶体①在晶体中每个碳原子以共价键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。②晶体中C—C—C夹角为109.5°。③最小环上有6个碳原子。④晶体中C原子个数与C—C键数之比为1∶(4×12)＝1∶2。⑤每个碳原子为12个六元环所共有。⑥每个金刚石晶胞中分摊8个碳原子。(2)晶体硅若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子，可得到晶体硅的结构，晶体硅中每个硅也与4个硅原子以共价键结合，最小环上也有6个硅原子。(3)二氧化硅①在二氧化硅晶体里，硅原子和氧原子交替排列，不会出现Si—Si键和O—O键，而只有Si—O键，即1个硅原子与4个氧原子形成4个共价键，每个氧原子与2个硅原子形成2个共价键。②每个硅原子与相邻的4个氧原子以共价键相结合构成正四面体结构，硅原子在正四面体的中心，4个氧原子在正四面体的4个顶点，则每个正四面体占有1个完整的硅原子、2个氧原子。因此，二氧化硅晶体中硅原子和氧原子的个数比为1∶(4×12)＝1∶2，化学式为SiO2。③在SiO2晶体中，最小的环为6个硅原子和6个氧原子组成的十二元环。④每nmolSiO2晶体中，Si—O键为4nmol，即1molSi可以形成4molSi—O键。模型认知：金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅(1)晶体硅、碳化硅晶体的结构与金刚石相似，晶体硅可看做是由硅原子取代金刚石中碳原子的位置得到的；碳化硅可看做是C、Si交替排列的结构(存在以C为中心，Si为顶点，或以Si为中心，C为顶点的正四面体结构)；SiO2晶体可看做是晶体硅中2个硅原子间插入1个氧原子。(2)在SiO2晶体中，每个最小的环实际拥有的硅原子数为6×112＝12，氧原子数为6×16＝1。(3)原子晶体熔、沸点高低比较依据一般来说，原子半径之和越小，形成共价键的键长越短，键能越大，其晶体熔、沸点越高，即熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。2．下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是()A．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角B．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子C．最小的环上，Si和O原子数之比为1∶2D．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子D[二氧化硅是原子晶体，结构为空间网状，存在硅氧四面体结构，硅处于中心，氧处于4个顶角，所以A项错误；在SiO2晶体中，每6个Si和6个O形成一个12元环(最小环)，所以D对，B、C都错误。]当堂达标提素养1．下列说法正确的是()A．键能越大，表示该分子越容易受热分解B．共价键都具有方向性C．在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长D．H—Cl键的键能为431.8kJ·mol－1，H—Br键的键能为366kJ·mol－1，这可以说明HCl比HBr分子稳定D[键能越大，分子越稳定，A错，D正确；H—H键没有方向性，B错；形成共价键的两个原子之间的核间距叫键长，C错。]2．科学家成功地制成了一种新型的碳氧化合物，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为空间网状的无限伸展结构。下列对该晶体叙述错误的是()A．晶体的熔、沸点高，硬度大B．该物质的化学式为CO4C．晶体中C原子数与C—O化学键数之比为1∶4D．晶体的空间最小环由12个原子构成B[A项，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为空间网状的无限伸展结构，所以是原子晶体，熔沸点高、硬度大，故A正确；B项，晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合，每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合，所以碳氧原子个数比为1∶2，则其化学式为CO2，故B错误；C项，该晶体中，每个碳原子含有4个C—O共价键，所以C原子与C—O化学健数目之比为1∶4，故C正确；D项，该晶体的空间最小环是由6个碳原子和6个氧原子构成的12元环，故D正确。]3．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()A．AlON和石英的化学键类型相同B．电解熔融AlON可得到AlC．AlON的N元素化合价为－1价D．AlON和石英晶体类型相同B[A项，AlON和石英均属于原子晶体，均只含有共价键，故A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，故B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，故C正确；D项，AlON和石英均属于原子晶体，故D正确。]4．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．①③②B．②③①C．③①②D．②①③A[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—