同步蘇教化學(xué)選修三新突破講義：專題3 第3單元 第2課時　共價鍵的鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱、原子晶體 Word版含答案

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1、 第2課時　共價鍵的鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱、原子晶體 目標(biāo)與素養(yǎng)：1.會利用鍵能比較共價鍵的強弱及共價型分子的穩(wěn)定性，會利用鍵能計算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。(宏觀辨識與微觀探析)2.知道金剛石、二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)特點，會比較原子晶體的熔沸點及硬度大小。(模型認(rèn)知與證據(jù)推理) 一、共價鍵的鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱 1．共價鍵的鍵能 共價鍵的鍵能是在101 kPa、298 K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kJ·mol－1。如斷開1 mol H—H鍵吸收的能量為436.0 kJ，即H—H鍵的鍵能為436 kJ·mo

2、l－1。鍵能越大，形成化學(xué)鍵時放出的能量越多，意味著化學(xué)鍵越穩(wěn)定，越不容易被破壞。 2．鍵長 兩原子形成共價鍵時原子核間的平均間距叫做該共價鍵的鍵長。一般而言，化學(xué)鍵的鍵長越短，鍵能越大，化學(xué)鍵越穩(wěn)定，鍵越難破壞。當(dāng)兩個原子形成共價鍵時，原子軌道發(fā)生重疊，重疊程度越大，鍵長越短，鍵能越大。 3．鍵能與反應(yīng)熱的關(guān)系 E1、E2分別表示反應(yīng)物和生成物的鍵能 ΔH＝E1－E2 二、原子晶體 1．原子晶體的概念 相鄰原子間以共價鍵相互結(jié)合形成的晶體叫做原子晶體。 2．原子晶體中存在的微粒 原子晶體中存在的微粒為原子；微粒間的相互作用為共價鍵。 3．典型的原子晶體——金剛石

3、在金剛石晶體中，每個碳原子被周圍4個碳原子包圍，以共價鍵跟4個碳原子結(jié)合形成4個C—C_σ鍵，其C—C—C夾角為109.5°。 金剛石晶體中C原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶＝1∶2。金剛石結(jié)構(gòu)中最小的環(huán)中，有8個C原子，金剛石晶胞中含8個C原子。 4．原子晶體的物理性質(zhì) 熔點高，硬度大，不導(dǎo)電，不溶于一般溶劑。 5．常見的原子晶體 (1)某些非金屬單質(zhì)，如晶體硼(B)、晶體硅(Si )和金剛石、晶體Ge等。 (2)某些非金屬化合物，如金剛砂(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)

4、H—O鍵鍵能的含義是形成一個O—H鍵所放出的能量。 (　　) (2)鍵長越短，鍵能一定越大。 (　　) (3)金剛石晶體中的最小碳環(huán)由6個碳原子構(gòu)成。 (　　) (4)根據(jù)H＋H→H2同時放出436 kJ·mol－1的熱量，可以說明氫原子比氫分子穩(wěn)定。 (　　) (5)具有共價鍵的晶體叫做原子晶體。 (　　) [答案]　　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)× 2．從資料上查得：H—H、Cl—Cl和H—Cl鍵的鍵能分別為436 kJ·mol－1、243 kJ·mol－1和431 kJ·mol－1，用此數(shù)據(jù)估計，由Cl2、H2生成1 mol HCl時的熱效應(yīng)為(　　) A

5、．放熱183 kJ·mol－1 B．放熱91.5 kJ·mol－1 C．吸熱183 kJ·mol－1 D．吸熱91.5 kJ·mol－1 B　[反應(yīng)：H2＋Cl2===2HCl的ΔH＝436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1－2×431 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1，故生成1 mol HCl時放熱91.5 kJ。] 3．H—Cl、H—Br、H—I的鍵長、鍵能和穩(wěn)定性的大小順序如何？ [答案]　鍵長：H—Cl＜H—Br＜H—I； 鍵能：H—Cl＞H—Br＞H—I； 穩(wěn)定性：H—Cl＞H—Br＞H—I。 鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱 1.鍵能的應(yīng)用

6、 (1)表示共價鍵的強弱 鍵能的大小可定量地表示共價鍵的強弱程度。在相同溫度和壓強下，鍵能越大，斷開時需要吸收的能量越多，這個共價鍵就越牢固；反之，鍵能越小，斷開時需要吸收的能量就越少，這個化學(xué)鍵越不牢固。 (2)判斷共價型分子或晶體的穩(wěn)定性 在其他條件相同時，共價鍵鍵能越大，共價型分子或晶體的化學(xué)穩(wěn)定性就越強；共價鍵鍵能越小，共價型分子或晶體的化學(xué)穩(wěn)定性就越弱。 (3)判斷物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化 在物質(zhì)的化學(xué)變化中，舊化學(xué)鍵(反應(yīng)物中的化學(xué)鍵)的斷裂吸收能量，新化學(xué)鍵(生成物中的化學(xué)鍵)的形成放出能量，舊化學(xué)鍵斷裂吸收的能量之和(E吸)與新化學(xué)鍵形成放出的能量之和(E放)的

7、相對大小決定著物質(zhì)化學(xué)變化過程中的放熱或吸熱。 2．化學(xué)鍵的鍵能與反應(yīng)熱的關(guān)系 (1)定性關(guān)系 化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成。化學(xué)鍵斷裂需要吸收能量，形成化學(xué)鍵要釋放出能量?；瘜W(xué)反應(yīng)中的能量變化由舊化學(xué)鍵斷裂所吸收的總能量與新化學(xué)鍵形成所釋放的總能量的相對大小來決定。如果化學(xué)反應(yīng)中舊化學(xué)鍵斷裂所吸收的總能量大于新化學(xué)鍵形成所釋放的總能量，該化學(xué)反應(yīng)通常為吸熱反應(yīng)；反之，該化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)。 (2)定量關(guān)系 ΔH＝反應(yīng)物鍵能總和－生成物鍵能總和。ΔH>0，為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)體系能量增加；ΔH<0，為放熱反應(yīng)，反應(yīng)體系能量降低。 【典例】　從實驗測得不同物質(zhì)中氧氧鍵的鍵

8、長和鍵能的數(shù)據(jù)： 　　　氧氧鍵 數(shù)據(jù)　　　 O O O2 O 鍵長/(10－12m) 149 128 121 112 鍵能/(kJ·mol－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)律性推導(dǎo)鍵能的大小順序為w＞z＞y＞x，該規(guī)律性是(　　) A．成鍵電子數(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，鍵能越大 D．成鍵電子對越偏移，鍵能越大 B　[觀察表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，O2與O的鍵能大者鍵長短，按此O中鍵長比O中的長，所以鍵能要小。按鍵長(氧氧鍵)由短到長的順序為O＜O2＜O＜O，鍵能則應(yīng)w＞z＞y

9、＞x。] 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(fù)性判斷：元素的電負(fù)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。 1．能夠用鍵能的大小作為主要依據(jù)來解釋的是(　　) A．常溫常壓下氯氣呈氣態(tài)而溴單質(zhì)呈液態(tài) B．硝酸是揮發(fā)性酸，而硫酸、磷酸是不揮發(fā)性酸 C．稀有氣體一般難以發(fā)生化

10、學(xué)反應(yīng) D．空氣中氮氣的化學(xué)性質(zhì)比氧氣穩(wěn)定 D　[共價分子構(gòu)成的物質(zhì)的狀態(tài)取決于分子間作用力的大小，與分子內(nèi)共價鍵的鍵能無關(guān)；物質(zhì)的揮發(fā)性與分子內(nèi)鍵能的大小無關(guān)；稀有氣體是單原子分子，無化學(xué)鍵，難以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的原因是它們的價電子已形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；氮氣比氧氣穩(wěn)定是由于N2分子中形成的共價鍵鍵能(946 kJ·mol－1)比O2分子中形成的共價鍵鍵能(498 kJ·mol－1)大，在化學(xué)反應(yīng)中更難以斷裂。故選D。] 常見原子晶體的結(jié)構(gòu) 1.結(jié)構(gòu)特點 原子晶體是原子間以共價鍵結(jié)合而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此晶體中不存在單個分子。 2．三種典型原子晶體的結(jié)構(gòu) (1)金剛石晶體

11、 ①在晶體中每個碳原子以共價鍵與相鄰的4個碳原子相結(jié)合，成為正四面體。 ②晶體中C—C—C夾角為109.5°。 ③最小環(huán)上有6個碳原子。 ④晶體中C原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶(4×)＝1∶2。 ⑤每個碳原子為12個六元環(huán)所共有。 ⑥每個金剛石晶胞中分?jǐn)?個碳原子。 (2)晶體硅 若以硅原子代替金剛石晶體結(jié)構(gòu)中的碳原子，可得到晶體硅的結(jié)構(gòu)，晶體硅中每個硅也與4個硅原子以共價鍵結(jié)合，最小環(huán)上也有6個硅原子。 (3)二氧化硅 ①在二氧化硅晶體里，硅原子和氧原子交替排列，不會出現(xiàn)Si—Si鍵和O—O鍵，而只有Si—O鍵，即1個硅原子與4個氧原子形成4個共價鍵，每個氧原子與2個

12、硅原子形成2個共價鍵。 ②每個硅原子與相鄰的4個氧原子以共價鍵相結(jié)合構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)，硅原子在正四面體的中心，4個氧原子在正四面體的4個頂點，則每個正四面體占有1個完整的硅原子、2個氧原子。因此，二氧化硅晶體中硅原子和氧原子的個數(shù)比為1∶(4×)＝1∶2，化學(xué)式為SiO2。 ③在SiO2晶體中，最小的環(huán)為6個硅原子和6個氧原子組成的十二元環(huán)。 ④每n mol SiO2晶體中，Si—O鍵為4n mol，即1 mol Si可以形成4 mol Si—O鍵。 模型認(rèn)知：金剛石、晶體硅、碳化硅、二氧化硅 (1)晶體硅、碳化硅晶體的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，晶體硅可看做是由硅原子取代金剛石中碳原子的

13、位置得到的；碳化硅可看做是C、Si交替排列的結(jié)構(gòu)(存在以C為中心，Si為頂點，或以Si為中心，C為頂點的正四面體結(jié)構(gòu))；SiO2晶體可看做是晶體硅中2個硅原子間插入1個氧原子。 (2)在SiO2晶體中，每個最小的環(huán)實際擁有的硅原子數(shù)為6×＝，氧原子數(shù)為6×＝1。 (3)原子晶體熔、沸點高低比較依據(jù) 一般來說，原子半徑之和越小，形成共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，其晶體熔、沸點越高，即熔點：金剛石＞碳化硅＞晶體硅。 2．下面關(guān)于SiO2晶體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的敘述正確的是(　　) A．存在四面體結(jié)構(gòu)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

14、，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 D　[二氧化硅是原子晶體，結(jié)構(gòu)為空間網(wǎng)狀，存在硅氧四面體結(jié)構(gòu)，硅處于中心，氧處于4個頂角，所以A項錯誤；在SiO2晶體中，每6個Si和6個O形成一個12元環(huán)(最小環(huán))，所以D對，B、C都錯誤。] 1．下列說法正確的是(　　) A．鍵能越大，表示該分子越容易受熱分解 B．共價鍵都具有方向性 C．在分子中，兩個成鍵的原子間的距離叫鍵長 D．H—Cl鍵的鍵能為431.8 kJ·mol－1，H—Br鍵的鍵能為366 kJ·mol－1，這可以說明HCl比HBr分子穩(wěn)定 D　[鍵能越大，分子越穩(wěn)定，A錯，D正確；

15、H—H鍵沒有方向性，B錯；形成共價鍵的兩個原子之間的核間距叫鍵長，C錯。] 2．科學(xué)家成功地制成了一種新型的碳氧化合物，該化合物晶體中每個碳原子均以四個共價單鍵與氧原子結(jié)合為空間網(wǎng)狀的無限伸展結(jié)構(gòu)。下列對該晶體敘述錯誤的是(　　) A．晶體的熔、沸點高，硬度大 B．該物質(zhì)的化學(xué)式為CO4 C．晶體中C原子數(shù)與C—O化學(xué)鍵數(shù)之比為1∶4 D．晶體的空間最小環(huán)由12個原子構(gòu)成 B　[A項，該化合物晶體中每個碳原子均以四個共價單鍵與氧原子結(jié)合為空間網(wǎng)狀的無限伸展結(jié)構(gòu)，所以是原子晶體，熔沸點高、硬度大，故A正確；B項，晶體中每個碳原子均以四個共價單鍵與氧原子結(jié)合，每個氧原子和2個碳原子以共

16、價單鍵相結(jié)合，所以碳氧原子個數(shù)比為1∶2，則其化學(xué)式為CO2，故B錯誤；C項，該晶體中，每個碳原子含有4個C—O共價鍵，所以C原子與C—O化學(xué)健數(shù)目之比為1∶4，故C正確；D項，該晶體的空間最小環(huán)是由6個碳原子和6個氧原子構(gòu)成的12元環(huán)，故D正確。] 3．氮氧化鋁(AlON)屬于原子晶體，是一種超強透明材料。下列描述錯誤的是(　　) A．AlON和石英的化學(xué)鍵類型相同 B．電解熔融AlON可得到Al C．AlON的N元素化合價為－1價 D．AlON和石英晶體類型相同 B　[A項，AlON和石英均屬于原子晶體，均只含有共價鍵，故A正確；B項，AlON屬于原子晶體，只含有共價鍵，熔融時

17、不導(dǎo)電，而Al2O3屬于離子晶體，熔融時能導(dǎo)電，所以電解熔融Al2O3能得到Al，故B錯誤；C項，AlON中O為－2價，Al為＋3價，所以N元素的化合價為－1價，故C正確；D項，AlON和石英均屬于原子晶體，故D正確。] 4．碳化硅(SiC)的一種晶體具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，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．①③②　　　　　 B．②③① C．③①② D．②①③ A　[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

18、—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)，回答下列問題： 金剛石 晶體硅 晶體硼 熔點/K ＞3 823 1 683 2 573 沸點/K 5 100 2 628 2 823 硬度 10 7.0 9.5 (1)晶體硼的晶體類型屬于________晶體，理由是 ____________________________________________________ _______________________________________

19、_____________。 (2)已知晶體硼的基本結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)單元由________個B原子組成。 [解析]　(2)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3/5×20＝12個。 [答案]　(1)原子　晶體硼的熔、沸點和硬度都介于晶體硅和金剛石之間，而金剛石和晶體硅均為原子晶體，B與C相鄰且與Si處于對角線位置，也應(yīng)為原子晶體 (2)12