高中化学专题3微粒间作用力与物质性质第三单元第3课时共价键的键能原子晶体学案苏教选修3Word文档格式.docx
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[归纳总结]
1．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。
2．键能与化学反应过程中的能量关系
（1）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。
（2）定量关系：
能量变化＝反应物键能总和－生成物键能总和，即ΔH＝E反应物－E生成物。
[活学活用]
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 键能大，表示破坏该键需要的能量大，并不是分子拥有的能量大；
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。
2．已知H—H键键能为436kJ·
mol－1，H—N键键能为391kJ·
mol－1，根据化学方程式N2＋3H2
2NH3,1molN2与足量H2反应放出的热量为92.4kJ·
mol－1，则N≡N键的键能是（ ）
A．431kJ·
mol－1B．945.6kJ·
C．649kJ·
mol－1D．896kJ·
答案 B
解析 本题与热化学反应方程式有关，N≡N、H—H的断裂需要吸收能量，而N—H的形成要放出能量，根据能量守恒可得如下关系式：
Q＋436kJ·
mol－1×
3－391kJ·
6＝－92.4kJ·
mol－1，解得Q＝945.6kJ·
二 原子晶体的概念及其性质
1.金刚石的晶体结构模型如下图所示。
回答下列问题：
（1）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。
（2）最小环上有6个碳原子。
（3）晶体中C原子个数与C—C键数之比为1∶2。
（4）晶体中C—C键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。
2．通过以上分析，总结原子晶体的概念
（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。
3．
（1）常见的原子晶体：
①常见的非金属单质，如金刚石（C）、硼（B）、晶体硅（Si）等。
②某些非金属化合物，如碳化硅（SiC）、氮化硼（BN）、二氧化硅（SiO2）等。
SiO2晶体的结构：
在SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子，同时，每个O原子跟2个Si原子相结合（硅为＋4价，氧为－2价）。
实际上，SiO2是由Si原子和O原子按1∶2的比例所构成的立体网状结构（如图所示），最小的环上有12个原子。
（2）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：
①熔、沸点很高，②硬度大，③一般不导电，④难溶于溶剂。
（3）共价键键长越短，共价键越稳定，原子晶体的熔、沸点越高，硬度也越大。
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。
3．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
B．二氧化硅晶体的分子式是SiO2
C．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 A选项错误，SiO2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选项错误，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；
C选项正确，1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选项错误，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．已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合。
下列关于C3N4晶体的说法正确的是（ ）
A．C3N4是分子晶体
B．C3N4晶体中，C—N键的键长比金刚石中的C—C键的键长长
C．C3N4晶体中，每个碳原子连接4个氮原子，而每个氮原子连接3个碳原子
D．C3N4晶体中微粒间通过分子间作用力相结合
解析 根据C3N4的性质可知其为原子晶体，C—N键为极性共价键，由于原子半径：
r（N）<
r（C），故C—N键的键长比C—C键的键长短，由碳、氮原子间以单键相结合，且根据化学式可知，一个碳原子可连接4个氮原子，同时一个氮原子可连接3个碳原子，故C正确。
反应热（ΔH）＝反应物总键能－生成物总键能。
当堂检测
1．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项错误。
2．下列分子中最难断裂成原子的是（ ）
A．HFB．HCl
C．HBrD．HI
解析 因为原子半径I>
Br>
Cl>
F，电负性F>
I，所以它们与H原子形成的氢化物分子的键能EH—F>
EH—Cl>
EH—Br>
EH—I。
键能越大，化合物越难断裂成原子。
3．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
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。
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．②③①
C．③①②D．②①③
解析 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—C键，②晶体硅中为Si—Si键，③SiC中为Si—C键，由原子半径可知Si—Si键键长最大，C—C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①③②。
5．单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：
金刚石
晶体硅
晶体硼
熔点/K
＞3823
1683
2573
沸点/K
5100
2628
2823
硬度
10
7.0
9.5
（1）晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是_______________________________
________________________________________________________________________。
（2）已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体（如图），其中有20个等边三角形的
面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。
通过观察图形及推算，此晶体结构单元由________个B原子组成。
答案
（1）原子 晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原子晶体，B与C相邻且与Si处于对角线位置，也应为原子晶体
（2）12
解析 每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到1/5，每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个这样的三角形，因此，晶体B中这样的顶点（B原子）有3/5×
20＝12个。
40分钟课时作业
[基础过关]
一、共价键的键能、键长及应用
1．下列事实不能用键能的大小来解释的是（ ）
A．N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定
B．稀有气体一般难发生反应
C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱
D．F2比O2更容易与H2反应
解析 本题主要考查键参数的应用。
由于N2分子中存在叁键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；
稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键；
卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱；
由于H—F的键能大于H—O，所以二者比较更容易生成HF。
2．从实验测得不同物质中氧氧之间的键长和键能的数据：
O—O键
数据
O
O2
键长（10－12m）
149
128
121
112
键能（kJ·
mol－1）
x
y
z＝494
w＝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w>
z>
y>
x；
该规律是（ ）
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，键能越小
D．成键时电子对越偏移，键能越大
解析 研究表中数据发现，O2与O
的键能大者键长短。
按此规律，O
中O—O键长比O
中的长，所以键能要小。
按O—O键长由短到长的顺序为O
<
O2<
，键能为w>
x。
故B正确，A不正确。
这些微粒都是由相同的原子组成，电子对无偏移，D项错误；
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，故不选C项。
3．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（kJ·
mol－1）：
P—P：
198 P—O：
360 O===O：
498，则反应P4（白磷）＋3O2===P4O6的反应热ΔH为（ ）
A．－1638kJ·
mol－1B．1638kJ·
C．－126kJ·
mol－1D．126kJ·
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6molP—P键，3molO2含3molO===O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·
6＋498kJ·
3）－360kJ·
12＝－1638kJ·
4．已知N2＋O2===2NO为吸热反应，ΔH＝180kJ·
mol－1，其中N≡N、O===O键的键能分别为946kJ·
mol－1、498kJ·
mol－1，则N—O键的键能为（ ）
A．1264kJ·
mol－1B．632kJ·
C．316kJ·
mol－1D．1624kJ·
解析 180kJ·
mol－1＝946kJ·
mol－1＋498kJ·
mol－1－2EN－O，所以EN－O＝632kJ·
二、原子晶体类型的判断
5．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
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。
6．根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是（ ）
A．熔点2700℃，导电性好，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℃，熔融时能导电
D．熔点－56.6℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
解析 本题考查的是各类晶体的物理性质特征。
A项中延展性好，不是原子晶体的特征，因为原子晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使原子晶体质硬而脆，A项不正确；
B项符合原子晶体的特征；
C项符合离子晶体的特征；
D项符合分子晶体的特征。
7．氮化碳结构如图，其中β 氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。
下列有关氮化碳的说法不正确的是（ ）
A．氮化碳属于原子晶体
B．氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价
C．氮化碳的化学式为C3N4
D．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连
解析 根据β 氮化碳硬度超过金刚石晶体判断，氮化碳属于原子晶体，A项正确；
氮的非金属性大于碳的非金属性，氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价，B项错误；
氮化碳的化学式为C3N4，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，C项和D项正确。
三、原子晶体的结构特点
8．下列关于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∶2
D．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子
解析 晶体硅的结构与金刚石相似（金刚石中最小碳环为6个碳原子），而SiO2晶体只是在两个Si原子间插入1个O原子，即最小环含6个Si原子和6个O原子。
9．据报道：
用激光可将置于铁室中的石墨靶上的碳原子“炸松”，再用一个射频电火花喷射出氮气，可使碳、氮原子结合成碳氮化合物（C3N4）的薄膜，该碳氮化合物比金刚石还坚硬，则下列说法正确的是（ ）
A．该碳氮化合物呈片层状结构
B．该碳氮化合物呈立体网状结构
C．该碳氮化合物中C—N键键长大于金刚石中C—C键键长
D．相邻主族非金属元素形成的化合物的硬度比单质小
解析 由题意知，该碳氮化合物的硬度比金刚石还大，说明该碳氮化合物为原子晶体，因此是立体网状结构；
因为碳原子半径大于氮原子半径，所以C—N键的键长小于C—C键的键长。
10．某原子晶体A，其空间结构中的一部分如图所示。
A与某物质B反应生成C，其
实质是在每个A—A键中插入一个B原子，则C的化学式为（ ）
A．AB
B．A5B4
C．AB2
D．A2B5
解析 由于处于中心的A原子实际结合的B原子为
×
4＝2，故C的化学式为AB2（如图）。
[能力提升]
11．已知下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的最低能量（kJ）。
物质
能量（kJ）
Cl2
243
Br2
193
I2
151
H2
436
HF
565
HCl
431
HBr
363
HI
297
根据表中数据回答问题：
（1）下列物质本身具有的能量最低的是________（填字母序号下同）
A．H2B．Cl2C．Br2D．I2
（2）下列氢化物中，最稳定的是________。
A．HFB．HClC．HBrD．HI
（3）X2＋H2===2HX（X代表F、Cl、Br、I）的反应是吸热反应还是放热反应？
________。
（4）相同条件下，X2分别与H2反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是____________。
2molCl2在一定条件下与等物质的量的H2反应，放出或吸收的热量是________kJ。
（5）若无上表中的数据，你能正确回答出问题（4）的第一问吗？
________；
你的理由是________________________________________________________________________。
答案
（1）A
（2）A （3）放热 （4）F2 366 （5）能 生成物越稳定，放出的热量就越多，在HX中，HF最稳定
解析 能量越低物质本身越稳定，破坏其中的化学键需要的能量就越多，形成其中的键时放出的能量也越多。
12.
金刚砂（SiC）与金刚石具有相似的晶体结构（如图所示），在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。
试回答：
（1）金刚砂属于________晶体。
（2）在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合________个碳原子。
（3）金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有________个硅原子。
答案
（1）原子
（2）4 （3）3
解析 由于金刚砂的晶体构型是空间立体网状结构，碳原子、硅原子交替以共价键相结合，故金刚砂是原子晶体；
硅和碳的电子层结构相似，成键方式相同，硅原子周围有4个碳原子；
组成的六元环中，有3个碳原子、3个硅原子。
13．三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
A
B
C
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）
、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。
[拓展探究]
14．二氧化硅晶体是立体的网状结构，其晶体结构模型如图。
请认真观察该模型后回答下列问题：
（1）二氧化硅晶体中最小环上有______个原子，晶体结构中存在以__________原子为中心、________原子为顶点的正四面体结构。
（2）晶体中存在的作用力有________（填字母，下同）。
A．共价键B．离子键
C．配位键D．金属键
（3）美国LawreceLiremore国家实验室（LLNL）的V.Lota.C.S.Yoo和Cynn成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的原子晶体，下列关于CO2的原子晶体说法正确的是________。
A．CO2的原子晶体和分子晶体互为同素异形体
B．在一定条件下，CO2原子晶体转化为分子晶体是物理变化
C．CO2的原子晶体和CO2的分子晶体具有相同的物理性质
D．在CO2的原子晶体中，每个C原子结合4个O原子，每个O原子结合2个C原子
答案
（1）12 Si O（或Si）
（2）A （3）D
解析
（1）二氧化硅晶体中最小环上有6个硅原子和6个氧原子，并形成以硅原子为中心、氧原子（或硅原子）为顶点的正四面体结构。
（2）原子晶体中只存在共价键，且Si—O键为极性键，不是配位键。
（3）同素异形体的研究对象是单质；
CO2的晶体类型发生转变说明已生成了新物质，故为化学变化；
CO2的不同晶体具有不同的物理性质；
CO2原子晶体类似于SiO2晶体，属于原子晶体，每个C原子结合4个O原子，每个O原子结合2个C原子。
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