《2018-2019學年高中化學 專題3 微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì) 第三單元 第3課時 共價鍵的鍵能 原子晶體學案 蘇教版選修3.docx》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019學年高中化學 專題3 微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì) 第三單元 第3課時 共價鍵的鍵能 原子晶體學案 蘇教版選修3.docx（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第3課時　共價鍵的鍵能　原子晶體 [學習目標定位]　1.熟知共價鍵鍵能、鍵長的概念，掌握共價鍵的鍵能與化學反應過程中能量變化之間的關系。2.能根據(jù)原子晶體的概念及結構特點判斷晶體類型，會分析推測其物理性質(zhì)。 一　共價鍵的鍵能與化學反應的反應熱 1．共價鍵的鍵能 (1)共價鍵的鍵能是在101kPa、298K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kJmol－1。如斷開1molH—H鍵吸收的能量為436.0kJ，即H—H鍵的鍵能為436.0_kJmol－1。 (2)根據(jù)下表中的H—X鍵的鍵能回答下列問題： 共價鍵 H—F H—Cl H—Br H—I 鍵能kJmol－1 568 431.8 366 298.7 ①若使2molH—Cl鍵斷裂為氣態(tài)原子，則發(fā)生的能量變化是吸收863.6_kJ的能量。 ②表中共價鍵最難斷裂的是H—F，最易斷裂的是H—I。 ③由表中鍵能大小數(shù)據(jù)說明鍵能與分子穩(wěn)定性的關系：HF、HCl、HBr、HI的鍵能依次減小，說明四種分子的穩(wěn)定性依次減弱，即HF分子最穩(wěn)定，最難以分解，HI分子最不穩(wěn)定，易分解。 (3)已知H—H、Cl—Cl、H—Cl鍵的鍵能分別為436kJmol－1、243kJmol－1、432kJmol－1。試通過鍵能數(shù)據(jù)估算H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反應的反應熱是－185_kJmol－1。 解析　ΔH＝E(反應物鍵能之和)－E(生成物鍵能之和)＝(436＋243－2432) kJmol－1＝－185kJmol－1。 2．共價鍵的鍵長 (1)鍵長是指形成共價鍵的兩個原子之間的核間距，因此原子半徑?jīng)Q定化學鍵的鍵長，原子半徑越小，共價鍵的鍵長越短。 (2)鍵長與共價鍵的穩(wěn)定性之間的關系：共價鍵的鍵長越短，往往鍵能越大，這表明共價鍵越穩(wěn)定，反之亦然。 (3)下列三種分子中：①H2、②Cl2、③Br2，共價鍵的鍵長最長的是③，鍵能最大的是①。 [歸納總結] 1．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。 2．鍵能與化學反應過程中的能量關系 (1)化學反應過程中，舊鍵斷裂所吸收的總能量大于新鍵形成所放出的總能量，反應為吸熱反應，反之則為放熱反應。 (2)定量關系：能量變化＝反應物鍵能總和－生成物鍵能總和，即ΔH＝E反應物－E生成物。 [活學活用] 1．下列說法正確的是(　　) A．分子中鍵能越大，表示分子擁有的能量越高，共價鍵越難斷裂 B．分子中鍵長越長，表示成鍵原子軌道重疊越大，鍵越牢固 C．化學鍵形成的過程是一個吸收能量的過程 D．化學鍵形成的過程是一個放出能量的過程 答案　D 解析　鍵能大，表示破壞該鍵需要的能量大，并不是分子擁有的能量大；鍵長越長，表示成鍵的兩原子的核間距越長，分子越不穩(wěn)定；化學鍵的形成是原子由高能量狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)(低能量)轉(zhuǎn)變的過程，所以是一個放熱過程。 2．已知H—H鍵鍵能為436kJmol－1，H—N鍵鍵能為391kJmol－1，根據(jù)化學方程式N2＋3H22NH3,1molN2與足量H2反應放出的熱量為92.4kJmol－1，則N≡N鍵的鍵能是(　　) A．431kJmol－1B．945.6kJmol－1 C．649kJmol－1D．896kJmol－1 答案　B 解析　本題與熱化學反應方程式有關，N≡N、H—H的斷裂需要吸收能量，而N—H的形成要放出能量，根據(jù)能量守恒可得如下關系式：Q＋436kJmol－13－391kJmol－16＝－92.4kJmol－1，解得Q＝945.6kJmol－1。 二　原子晶體的概念及其性質(zhì) 1.金剛石的晶體結構模型如下圖所示?；卮鹣铝袉栴}： (1)在晶體中每個碳原子以4個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結合，形成正四面體結構，這些正四面體向空間發(fā)展，構成彼此聯(lián)結的立體網(wǎng)狀結構。 (2)最小環(huán)上有6個碳原子。 (3)晶體中C原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2。 (4)晶體中C—C鍵長很短，鍵能很大，故金剛石的硬度很大，熔點很高。 2．通過以上分析，總結原子晶體的概念 (1)概念：相鄰原子間以共價鍵相結合形成的具有空間立體網(wǎng)狀結構的晶體，稱為原子晶體。 (2)構成微粒：原子晶體中的微粒是原子，原子與原子之間的作用力是共價鍵。 3．(1)常見的原子晶體：①常見的非金屬單質(zhì)，如金剛石(C)、硼(B)、晶體硅(Si)等。②某些非金屬化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。 SiO2晶體的結構： 在SiO2晶體中，1個Si原子和4個O原子形成4個共價鍵，每個Si原子周圍結合4個O原子，同時，每個O原子跟2個Si原子相結合(硅為＋4價，氧為－2價)。實際上，SiO2是由Si原子和O原子按1∶2的比例所構成的立體網(wǎng)狀結構(如圖所示)，最小的環(huán)上有12個原子。 (2)由于原子晶體中原子間以較強的共價鍵相結合，故原子晶體：①熔、沸點很高，②硬度大，③一般不導電，④難溶于溶劑。 (3)共價鍵鍵長越短，共價鍵越穩(wěn)定，原子晶體的熔、沸點越高，硬度也越大。 [歸納總結] 1．構成原子晶體的微粒是原子，其相互作用是共價鍵。 2．原子晶體中不存在單個分子，化學式僅僅表示的是物質(zhì)中的原子個數(shù)比關系，不是分子式。 [活學活用] 3．關于二氧化硅晶體的下列說法中，正確的是(　　) A．1molSiO2晶體中Si—O鍵為2mol B．二氧化硅晶體的分子式是SiO2 C．晶體中Si、O原子最外電子層都滿足8電子結構 D．晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)為8 答案　C 解析　A選項錯誤，SiO2晶體中，1個硅原子與周圍4個氧原子形成Si—O鍵，所以1molSiO2晶體中Si—O鍵為4mol；B選項錯誤，晶體中1個硅原子與周圍4個氧原子形成共價鍵，1個氧原子與周圍2個硅原子形成共價鍵，SiO2表示晶體中Si、O原子個數(shù)比為1∶2，并不是分子式；C選項正確，1個硅原子分別與4個氧原子形成4對共用電子對，1個氧原子分別與2個硅原子形成2對共用電子對，所以Si、O原子最外電子層都滿足8電子結構；D選項錯誤，晶體中最小環(huán)上硅與氧交替連接，SiO2晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)為12，其中6個硅原子，6個氧原子。 4．已知C3N4晶體很可能具有比金剛石更大的硬度，且原子間均以單鍵結合。下列關于C3N4晶體的說法正確的是(　　) A．C3N4是分子晶體 B．C3N4晶體中，C—N鍵的鍵長比金剛石中的C—C鍵的鍵長長 C．C3N4晶體中，每個碳原子連接4個氮原子，而每個氮原子連接3個碳原子 D．C3N4晶體中微粒間通過分子間作用力相結合 答案　C 解析　根據(jù)C3N4的性質(zhì)可知其為原子晶體，C—N鍵為極性共價鍵，由于原子半徑：r(N)Br>Cl>F，電負性F>Cl>Br>I，所以它們與H原子形成的氫化物分子的鍵能EH—F>EH—Cl>EH—Br>EH—I。鍵能越大，化合物越難斷裂成原子。 3．有關原子晶體的敘述，錯誤的是(　　) A．原子晶體中，原子不遵循緊密堆積原則 B．原子晶體中不存在獨立的分子 C．原子晶體的熔點和硬度較高 D．原子晶體熔化時不破壞化學鍵 答案　D 解析　原子晶體中原子之間通過共價鍵相連，而共價鍵具有方向性和飽和性，所以原子晶體中，原子不遵循緊密堆積原則。 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．①③②B．②③① C．③①②D．②①③ 答案　A 解析　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—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(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)： 金剛石 晶體硅 晶體硼 熔點/K ＞3823 1683 2573 沸點/K 5100 2628 2823 硬度 10 7.0 9.5 (1)晶體硼的晶體類型屬于________晶體，理由是_______________________________ ________________________________________________________________________。 (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。 答案　(1)原子　晶體硼的熔、沸點和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si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 解析　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3/520＝12個。 40分鐘課時作業(yè) [基礎過關] 一、共價鍵的鍵能、鍵長及應用 1．下列事實不能用鍵能的大小來解釋的是(　　) A．N元素的電負性較大，但N2的化學性質(zhì)很穩(wěn)定 B．稀有氣體一般難發(fā)生反應 C．HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性逐漸減弱 D．F2比O2更容易與H2反應 答案　B 解析　本題主要考查鍵參數(shù)的應用。由于N2分子中存在叁鍵，鍵能很大，破壞共價鍵需要很大的能量，所以N2的化學性質(zhì)很穩(wěn)定；稀有氣體都為單原子分子，分子內(nèi)部沒有化學鍵；鹵族元素從F到I原子半徑逐漸增大，其氫化物中的鍵長逐漸變長，鍵能逐漸變小，所以穩(wěn)定性逐漸減弱；由于H—F的鍵能大于H—O，所以二者比較更容易生成HF。 2．從實驗測得不同物質(zhì)中氧氧之間的鍵長和鍵能的數(shù)據(jù)： O—O鍵 數(shù)據(jù) O O O2 O 鍵長(10－12m) 149 128 121 112 鍵能(kJmol－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)律推導鍵能的大小順序為w>z>y>x；該規(guī)律是(　　) A．成鍵的電子數(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，鍵能越小 D．成鍵時電子對越偏移，鍵能越大 答案　B 解析　研究表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，O2與O的鍵能大者鍵長短。按此規(guī)律，O中O—O鍵長比O中的長，所以鍵能要小。按O—O鍵長由短到長的順序為Oz>y>x。故B正確，A不正確。這些微粒都是由相同的原子組成，電子對無偏移，D項錯誤；對于這些微粒，在成鍵時所用電子情況，題中無信息，已有的知識中也沒有，說明這不是本題考查的知識點，故不選C項。 3．化學反應可視為舊鍵的斷裂和新鍵的形成過程?；瘜W鍵的鍵能是形成化學鍵時釋放的能量。已知白磷和P4O6的分子結構如圖所示，現(xiàn)提供以下化學鍵的鍵能(kJmol－1)：P—P：198　P—O：360　O===O：498，則反應P4(白磷)＋3O2===P4O6的反應熱ΔH為(　　) A．－1638kJmol－1B．1638kJmol－1 C．－126kJmol－1D．126kJmol－1 答案　A 解析　反應中的鍵能包括：斷裂1molP4和3molO2分子中共價鍵吸收的能量和形成1molP4O6分子中共價鍵放出的能量。由各物質(zhì)的分子結構知1molP4含6molP—P鍵，3molO2含3molO===O鍵，化學反應的反應熱ΔH＝反應物的總鍵能—生成物的總鍵能。故ΔH＝(198kJmol－16＋498kJmol－13)－360kJmol－112＝－1638kJmol－1。 4．已知N2＋O2===2NO為吸熱反應，ΔH＝180kJmol－1，其中N≡N、O===O鍵的鍵能分別為946kJmol－1、498kJmol－1，則N—O鍵的鍵能為(　　) A．1264kJmol－1B．632kJmol－1 C．316kJmol－1D．1624kJmol－1 答案　B 解析　180kJmol－1＝946kJmol－1＋498kJmol－1－2EN－O，所以EN－O＝632kJmol－1。 二、原子晶體類型的判斷 5．下列晶體中屬于原子晶體且為單質(zhì)的是(　　) A．金屬銅B．金剛砂 C．金剛石D．水晶 答案　C 解析　金屬銅屬于金屬晶體，金剛砂(SiC)、水晶(SiO2)屬于原子晶體，但為化合物，故A、B、D三項均不符合。 6．根據(jù)下列性質(zhì)判斷，屬于原子晶體的物質(zhì)是(　　) A．熔點2700℃，導電性好，延展性強 B．無色晶體，熔點3550℃，不導電，質(zhì)硬，難溶于水和有機溶劑 C．無色晶體，能溶于水，質(zhì)硬而脆，熔點為800℃，熔融時能導電 D．熔點－56.6℃，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時不導電 答案　B 解析　本題考查的是各類晶體的物理性質(zhì)特征。A項中延展性好，不是原子晶體的特征，因為原子晶體中原子與原子之間以共價鍵結合，而共價鍵有一定的方向性，使原子晶體質(zhì)硬而脆，A項不正確；B項符合原子晶體的特征；C項符合離子晶體的特征；D項符合分子晶體的特征。 7．氮化碳結構如圖，其中β氮化碳硬度超過金剛石晶體，成為首屈一指的超硬新材料。下列有關氮化碳的說法不正確的是(　　) A．氮化碳屬于原子晶體 B．氮化碳中碳顯－4價，氮顯＋3價 C．氮化碳的化學式為C3N4 D．每個碳原子與四個氮原子相連，每個氮原子與三個碳原子相連 答案　B 解析　根據(jù)β氮化碳硬度超過金剛石晶體判斷，氮化碳屬于原子晶體，A項正確；氮的非金屬性大于碳的非金屬性，氮化碳中碳顯＋4價，氮顯－3價，B項錯誤；氮化碳的化學式為C3N4，每個碳原子與四個氮原子相連，每個氮原子與三個碳原子相連，C項和D項正確。 三、原子晶體的結構特點 8．下列關于SiO2晶體網(wǎng)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，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 答案　D 解析　晶體硅的結構與金剛石相似(金剛石中最小碳環(huán)為6個碳原子)，而SiO2晶體只是在兩個Si原子間插入1個O原子，即最小環(huán)含6個Si原子和6個O原子。 9．據(jù)報道：用激光可將置于鐵室中的石墨靶上的碳原子“炸松”，再用一個射頻電火花噴射出氮氣，可使碳、氮原子結合成碳氮化合物(C3N4)的薄膜，該碳氮化合物比金剛石還堅硬，則下列說法正確的是(　　) A．該碳氮化合物呈片層狀結構 B．該碳氮化合物呈立體網(wǎng)狀結構 C．該碳氮化合物中C—N鍵鍵長大于金剛石中C—C鍵鍵長 D．相鄰主族非金屬元素形成的化合物的硬度比單質(zhì)小 答案　B 解析　由題意知，該碳氮化合物的硬度比金剛石還大，說明該碳氮化合物為原子晶體，因此是立體網(wǎng)狀結構；因為碳原子半徑大于氮原子半徑，所以C—N鍵的鍵長小于C—C鍵的鍵長。 10．某原子晶體A，其空間結構中的一部分如圖所示。A與某物質(zhì)B反應生成C，其 實質(zhì)是在每個A—A鍵中插入一個B原子，則C的化學式為(　　) A．AB B．A5B4 C．AB2 D．A2B5 答案　C 解析　由于處于中心的A原子實際結合的B原子為4＝2，故C的化學式為AB2(如圖)。 [能力提升] 11．已知下表中的數(shù)據(jù)是破壞1mol物質(zhì)中的化學鍵所消耗的最低能量(kJ)。 物質(zhì) 能量(kJ) Cl2 243 Br2 193 I2 151 H2 436 HF 565 HCl 431 HBr 363 HI 297 根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答問題： (1)下列物質(zhì)本身具有的能量最低的是________(填字母序號下同) A．H2B．Cl2C．Br2D．I2 (2)下列氫化物中，最穩(wěn)定的是________。 A．HFB．HClC．HBrD．HI (3)X2＋H2===2HX(X代表F、Cl、Br、I)的反應是吸熱反應還是放熱反應？________。 (4)相同條件下，X2分別與H2反應，當消耗等物質(zhì)的量的氫氣時，放出或吸收的熱量最多的是____________。2molCl2在一定條件下與等物質(zhì)的量的H2反應，放出或吸收的熱量是________kJ。 (5)若無上表中的數(shù)據(jù)，你能正確回答出問題(4)的第一問嗎？________；你的理由是________________________________________________________________________。 答案　(1)A　(2)A　(3)放熱　(4)F2　366　(5)能　生成物越穩(wěn)定，放出的熱量就越多，在HX中，HF最穩(wěn)定 解析　能量越低物質(zhì)本身越穩(wěn)定，破壞其中的化學鍵需要的能量就越多，形成其中的鍵時放出的能量也越多。 12. 金剛砂(SiC)與金剛石具有相似的晶體結構(如圖所示)，在金剛砂的空間網(wǎng)狀結構中，碳原子、硅原子交替以共價單鍵相結合。 試回答： (1)金剛砂屬于________晶體。 (2)在金剛砂的結構中，一個硅原子周圍結合________個碳原子。 (3)金剛砂的結構中含有共價鍵形成的原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有________個硅原子。 答案　(1)原子　(2)4　(3)3 解析　由于金剛砂的晶體構型是空間立體網(wǎng)狀結構，碳原子、硅原子交替以共價鍵相結合，故金剛砂是原子晶體；硅和碳的電子層結構相似，成鍵方式相同，硅原子周圍有4個碳原子；組成的六元環(huán)中，有3個碳原子、3個硅原子。 13．三種常見元素的性質(zhì)或結構信息如下表，試根據(jù)信息回答有關問題。 元素 A B C 性質(zhì)結 構信息 原子核外有兩個電子層，最外層有3個未成對的電子 原子的M層有1對成對的p電子 有兩種常見氧化物，其中一種是冶金工業(yè)常用的還原劑 (1)寫出B原子的核外電子排布式____________________________________________。 (2)寫出A的氣態(tài)氫化物的電子式，并指出它的共價鍵屬于極性鍵還是非極性鍵________________________________________________________________________。 (3)C的一種單質(zhì)在自然界中硬度最大，則這種單質(zhì)的晶體類型是______________。 答案　(1)1s22s22p63s23p4 (2)、極性鍵 (3)原子晶體 解析　由所給信息，可知A的核外電子排布式為1s22s22p3，A為氮；B的核外電子排布式為1s22s22p63s23p4，B為硫；常見冶金還原劑為H2和CO，由C的一種單質(zhì)在自然界中硬度最大可確定C為碳。 [拓展探究] 14．二氧化硅晶體是立體的網(wǎng)狀結構，其晶體結構模型如圖。請認真觀察該模型后回答下列問題： (1)二氧化硅晶體中最小環(huán)上有______個原子，晶體結構中存在以__________原子為中心、________原子為頂點的正四面體結構。 (2)晶體中存在的作用力有________(填字母，下同)。 A．共價鍵B．離子鍵 C．配位鍵D．金屬鍵 (3)美國LawreceLiremore國家實驗室(LLNL)的V.Lota.C.S.Yoo和Cynn成功地在高壓下將CO2轉(zhuǎn)化為具有類似SiO2結構的原子晶體，下列關于CO2的原子晶體說法正確的是________。 A．CO2的原子晶體和分子晶體互為同素異形體 B．在一定條件下，CO2原子晶體轉(zhuǎn)化為分子晶體是物理變化 C．CO2的原子晶體和CO2的分子晶體具有相同的物理性質(zhì) D．在CO2的原子晶體中，每個C原子結合4個O原子，每個O原子結合2個C原子 答案　(1)12　Si　O(或Si)　(2)A　(3)D 解析　(1)二氧化硅晶體中最小環(huán)上有6個硅原子和6個氧原子，并形成以硅原子為中心、氧原子(或硅原子)為頂點的正四面體結構。(2)原子晶體中只存在共價鍵，且Si—O鍵為極性鍵，不是配位鍵。(3)同素異形體的研究對象是單質(zhì)；CO2的晶體類型發(fā)生轉(zhuǎn)變說明已生成了新物質(zhì)，故為化學變化；CO2的不同晶體具有不同的物理性質(zhì)；CO2原子晶體類似于SiO2晶體，屬于原子晶體，每個C原子結合4個O原子，每個O原子結合2個C原子。