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-1-EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.第二课时共价键的键能原子晶体[学习目标]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。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。自主学习区一、键能与反应热1.共价键的键能共价键的键能是在101kPa、298K条件下，□011_mol气态AB分子生成气态A原子和B原子的过程中所□02吸收的能量，称为AB间共价键的键能。其单位为kJ·mol－1。如断开1molH—H键吸收的能量为436kJ，即H—H键的键能为□03436_kJ·mol－1。2.键长两原子形成共价键时，□04两原子核间的平均间距叫做该共价键的键长。当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠，重叠程度□05越大，键长越短，键能越□06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ΔH0，则该反应□09吸热若ΔH0，则该反应□10放热二、原子晶体1.构成微粒及作用力2.物质种类(1)某些非金属单质，如晶体硼、晶体硅、金刚石等。(2)某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。-2-1.试从键长和键能的角度分析HF、HCl、HBr、HI稳定性逐渐减弱的原因。提示：从F到I原子半径逐渐增大，分别与氢原子形成共价键时，按H—F、H—Cl、H—Br、H—I键长逐渐增长，键能逐渐减小，故分子的稳定性逐渐减弱。2.只含有共价键的晶体都是原子晶体吗？提示：不是。如H2O、HCl等由非金属元素组成的分子内只含共价键，但它们属于分子晶体。3.晶体硅中的最小环为几元环？SiO2晶体中呢？提示：晶体硅中最小环为六元环，SiO2的晶体中最小环为12元环。教师点拨区对应学生用书P035一、共价键键能与化学反应的反应热1.共价键的键参数与应用(1)键能：是指在101kPa和298K下将1mol气态分子AB拆开为气态原子A和B时所需要吸收的能量(单位：kJ·mol－1)。键能越大，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定。(2)键长：在分子中两个成键原子的核间平均距离叫键长。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，键能就越大，键就越牢固。(3)键角：在分子中键与键之间的夹角叫键角。键角可反映分子的空间构型，可进一步帮助我们判断分子的极性。2.键能与化学反应热的关系(1)化学反应的本质：化学反应的实质就是反应物内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。(2)化学反应过程有能量变化：反应物和生成物中化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。(3)放热反应和吸热反应①放热反应：旧键断裂吸收的总能量小于新键形成放出的总能量。②吸热反应：旧键断裂吸收的总能量大于新键形成放出的总能量。(4)反应热(ΔH)与键能的关系ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和特别提醒键能与键长反映键的强弱程度，键长和键角用来描述分子的立体结构。-3-(1)共价键强弱的判断一般来讲，形成共价键的两原子半径之和越小，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。如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同(1对)，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，故共价键牢固程度H—FH—ClH—BrH—I，因此，稳定性HFHClHBrHI。(2)键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的几何构型就确定了。如NH3分子的H—N—H键角是107.3°，N—H键的键长是101pm，就可以断定NH3分子是三角锥形分子，如图：。[练习与实践]1.从实验测得不同物质中氧—氧之间的键长和键能数据如下表：数据氧—氧键O2－2O－2O2O＋2键长/10－12m149128121112键能/kJ·mol－1XYZ＝497.3W＝628其中X、Y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能的大小顺序为WZYX。该规律是()A.成键时电子数越多，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解析电子数由多到少的顺序为O2－2O－2O2O＋2，键能大小顺序为WZYX，A项不符合题意；这些微粒都是O成键，无偏移，D项不符合题意；对于这些微粒在成键时所用电子情况，题中无信息，已有的知识中也没有，说明这不是本题考查的知识点。2.化学反应可视为旧键的断裂和新键的形成过程。化学键的键能是气态基态原子形成1mol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-4-(kJ·mol－1)：P—P：198P—O：360OO：498，则反应P4(白磷)＋3O2P4O6的反应热ΔH为()A.－1638kJ·mol－1B.＋1638kJ·mol－1C.－126kJ·mol－1D.－2034kJ·mol－1答案A解析1molP4发生此反应包括：断裂1molP4和3molO2分子中共价键吸收的能量和形成1molP4O6中共价键放出的能量。由各物质的分子结构知1molP4含6molP—P键，3molO2含3molOO键，化学反应的反应热ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。故ΔH＝(198kJ·mol－1×6＋498kJ·mol－1×3)－360kJ·mol－1×12＝－1638kJ·mol－1。方法规律键参数的应用(1)由键能可推断物质的稳定性，键能越大，物质的稳定性越强。(2)由键能数据可推断反应放热或吸热。因为化学反应过程是断旧键成新键的过程，根据断键过程吸收的总能量和成键过程放出的总能量的差值即可判断。(3)由键长和键角判断分子的构型。二、原子晶体1.原子晶体的概念相邻原子间以共价键结合而形成的空间网状结构的晶体，叫做原子晶体。2.原子晶体的物理性质(1)一般具有很高的熔点和沸点：原子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)难溶于水。(3)硬度大：共价键作用强。3.金刚石-5-(1)每个碳原子被相邻的4个碳原子包围，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。(2)这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状晶体。(3)金刚石晶体中所有的C—C键键长相等，键角相等(109.5°)。(4)晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内。(5)晶体中每个碳参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故碳原子与C—C键键数之比为1∶(4×12)＝1∶2。4.二氧化硅(1)1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，每个硅原子周围结合4个氧原子；同时，每个氧原子跟2个硅原子相结合。实际上，SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1∶2的比例所组成的立体网状的晶体。最小的环是由6个硅原子和6个氧原子组成的12元环。(2)1molSiO2中含4molSi—O键。特别提醒原子晶体熔化时破坏的是共价键，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高，硬度越大。[练习与实践]3.二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示。关于二氧化硅晶体的下列说法中，正确的是()A.1molSiO2晶体中Si—O键为2mol-6-B.二氧化硅晶体的分子式是SiO2C.晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构D.晶体中最小环上的原子数为8答案C解析ASiO2晶体中，1个硅原子与周围4个氧原子形成Si—O键，所以1molSiO2晶体中Si—O键为4mol×B晶体中1个硅原子与周围4个氧原子形成共价键，1个氧原子与周围2个硅原子形成共价键，SiO2表示晶体中Si、O原子个数比为1∶2，并不是分子式×C1个硅原子分别与4个氧原子形成4对共用电子对，1个氧原子分别与2个硅原子形成2对共用电子对，所以Si、O原子最外电子层都满足8电子结构√D晶体中最小环上硅与氧交替连接，SiO2晶体中最小环上的原子数为12，其中6个硅原子，6个氧原子×4.下列说法中正确的是()A.金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成B.Na2O2晶体中阴离子与阳离子数目之比为1∶1C.1molSiO2晶体中含2molSi—O键D.金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应答案A解析金刚石中最小碳环为六元环，在高温时可断开C—C键与O2反应；Na2O2晶体中阴离子与阳离子数目之比为1∶2,1molSiO2晶体中含4molSi—O键。本课小结1.一般来说，共价键的键长越短，键能越大，含有该共价键的分子越稳定。2.反应热(ΔH)与键能的关系ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和3.原子晶体熔化时破坏共价键，所以原子半径越小，键能越大，熔沸点越高。4.金刚石晶体中，每个碳原子与其余4个碳原子形成共价键，键角为109.5°，最小环为六元环，平均每mol碳形成2mol碳碳键。5.常见的原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体二氧化硅、晶体碳化硅等。-7-学习效果检测对应学生用书P0371.下列事实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答案D解析通过共价键形成的分子，其物质聚集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最外层电子已形成稳定结构；氮气比氧气稳定是由于N2中共价键的键能(946kJ·mol－1)比O2中共价键的键能(498kJ·mol－1)大，在化学反应中难以断裂。2.已知N2(g)＋O2(g)2NO(g)，ΔH＝＋180kJ·mol－1，其中N≡N、OO键的键能分别为946kJ·mol－1、498kJ·mol－1，则氮氧键的键能为()A.1264kJ·mol－1B.632kJ·mol－1C.316kJ·mol－1D.1624kJ·mol－1答案B解析180kJ·mol－1＝946kJ·mol－1＋498kJ·mol－1－2E，所以E＝632kJ·mol－1。3.下列物质中，属于原子晶体的化合物是()A.水晶B.晶体硅C.金刚石D.干冰答案A解析晶体硅、金刚石属于单质，干冰属于分子晶体。4.有关原子晶体的叙述，错误的是()A.原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则B.原子晶体中不存在独立的分子C.原子晶体的熔点和硬度较高D.原子晶体熔化时不破坏化学键答案D解析原子晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键具有方向性和饱和性，所以原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则。原子晶体在熔化时破坏共价键。5.氮化硼(BN)是一种新型结构材料，具有超硬、耐磨、耐高温等优良特性，下列各组物质熔化时，所克服的微粒间作用与氮化硼熔化时克服的微粒间作用都相同的是()-8-A.硝酸钠和金刚石B.晶体硅和水晶C.冰和干冰D.苯和萘答案B解析因为BN为原子晶体，熔化时克服的微粒间的相互作用为共价键，晶体硅和水晶都属于原子晶体。6.已知C3N4晶体的硬度比金刚石大，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法错误的是()A.该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石中的化学键更牢固B.该晶体中每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连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，都是相邻原子间以非极性共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体答案D解析由题意知C3N4晶体属于原子晶体，依据C、N在元素周期表中的位置及性质递变规律，可得C—N键比C—C键的键长短，键能大，A正确。碳原子最外层有4个电子，可形成4个共价键，氮原子最外层有5个电子，可形成3个共价键，故C3N4晶体中每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连，B正确。在C3N4晶体中，每个原子