1、第2课时共价键的键能原子晶体核心素养发展目标1.知道共价键键能、键长的概念，掌握共价键的键能与化学反应过程中能量变化之间的关系，促进宏观辨识与微观探析学科核心素养的发展。2.能辨识常见的原子晶体，理解晶体中微粒间相互作用对原子晶体性质的影响，了解常见原子晶体的晶体结构。一、共价键的键能与化学反应的反应热1共价键的键能(1)键能：在101 kPa、298 K条件下，1 mol气态AB分子生成气态A原子和B原子的过程中所吸收的能量，称为AB间共价键的键能。其单位为kJmol1。(2)应用：共价键HFHClHBrHI键能/kJmol1567431366298若使2 mol HCl键断裂为气态原子，则
2、发生的能量变化是吸收862 kJ的能量。表中共价键最难断裂的是HF，最易断裂的是HI。由表中键能大小数据说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小，说明四种分子的稳定性依次减弱，即最稳定的是HF，最不稳定的是HI。2共价键的键长(1)概念：形成共价键的两个原子核间的平均间距，因此原子半径决定化学键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。(2)应用：共价键的键长越短，往往键能越大，这表明共价键越稳定，反之亦然。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
3、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。例1(2018郑州期中)下列事实不能用键能的大小来解释的是()A氮元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定B稀有气体一般难发生反应CHF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱DHF比H2O稳定答案B解析由于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，没有化学键；卤族元素从F到I，原子半径逐渐增大，其氢化物中化学键的
4、键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性HFHClHBrHI；由于HF键的键能大于HO键，所以稳定性HFH2O。例2下表列出部分化学键的键能：化学键SiOSiClHHHClSiSiSiCClCl键能/kJmol1460360436431176347243据此判断下列说法正确的是()A表中最稳定的共价键是SiSi键BCl2(g)2Cl(g)H243 kJmol1CH2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H183 kJmol1D根据表中数据能计算出SiCl4(g)2H2(g)=Si(s)4HCl(l)的H答案C解析键能越大形成的化学键越稳定，表中键能最大的是SiO键，则最稳定的共价键是SiO键， A错
5、误；氯气变为氯原子吸收的能量等于氯气中断裂化学键需要的能量，Cl2(g)2Cl(g)H243 kJmol1， B错误；依据键能计算反应焓变反应物键能总和生成物键能总和，H436 kJmol1243 kJmol12431 kJmol1183 kJmol1，H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H183 kJmol1 ，C正确； HCl(g)=HCl(l)的H未告知，故无法计算SiCl4(g)2H2(g)=Si(s)4HCl(l)的H， D错误。二、原子晶体1概念及组成(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
6、原子之间的作用力是共价键。2两种典型原子晶体的结构(1)金刚石的晶体结构模型如图所示。回答下列问题：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。晶体中相邻碳碳键的夹角为109.5。最小环上有6个碳原子，晶体中C原子个数与CC键数之比为12。每个金刚石晶胞中含有8个碳原子。(2)二氧化硅晶体结构模型如图所示。回答下列问题：每个硅原子都以4个共价单键与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，向空间扩展，构成空间网状结构。晶体中最小的环为6个硅原子、6个氧原子组成的12元环，硅、氧原子个数比为12。每个二氧
7、化硅晶胞中含有8个硅原子和16个氧原子。3特性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：熔、沸点很高，硬度大，一般不导电，难溶于溶剂。4常见的原子晶体常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等；某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。(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。例3最近科学家成功研制成了一种新型的碳氧化物，该化合物晶体与SiO2的晶体的结构相似，晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的空间网状结
8、构。下列对该晶体的叙述错误的是()A该晶体是原子晶体B该晶体中碳原子和氧原子的个数比为12C该晶体中碳原子数与CO键数之比为12D该晶体中最小的环由12个原子构成答案C解析该化合物晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的空间网状结构，则该化合物晶体中不存在分子，属于原子晶体，A项正确；晶体中每个碳原子均以4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12，B项正确；该晶体中每个碳原子形成4个CO共价键，所以C原子与CO键数目之比为14，C项错误；该晶体中最小的环由6个碳原子和6个氧原子构成，D项正确。例4下表是某些原子晶体的熔点
9、和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是()原子晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/3 9003 0002 7001 7101 4101 211硬度109.59.576.56.0构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高构成原子晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高构成原子晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大构成原子晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大A B C D答案D解析原子晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成原子晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应原子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。反应热(H)反应物总键能生成物总键能。1正误判断(1)键长是成键原子半径
10、之和()(2)C=C键的键能等于CC键键能的2倍()(3)双原子分子中，键长越短，分子越牢固()(4)原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他的化学键()(5)1 mol SiO2晶体中含有4 mol SiO键()2NH键键能的含义是()A由N和H形成1 mol NH3所放出的能量B把1 mol NH3中的共价键全部拆开所吸收的热量C拆开约6.021023个NH键所吸收的热量D形成1个NH键所放出的热量答案C解析NH键的键能是指形成1 mol NH键放出的能量或拆开1 mol NH键所吸收的能量，不是指形成1个NH 键释放的能量。1 mol NH3中含有3 mol NH键，拆开1 mol N
11、H3中的NH键或形成1 mol NH3中的NH键吸收或放出的能量应是NH键键能的3倍。3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错误；B、C、D均正确。4下列有关原子晶体的叙述错误的是()A原子晶体中，只存在共价键B原子晶体具有空间网状结构C原子晶体中不存在独立的分子D原子晶体熔化时不破坏共价键答案D解析A项，原子晶体中原子之间通过共价键相连；B项，原子晶体是相
12、邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构；C项，原子晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子；D项，原子晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。5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()金刚石晶体硅碳化硅A BC D答案A解析这三种晶体属于同种类型，熔化时需破坏共价键，金刚石中为CC键，晶体硅中为SiSi键，SiC中为SiC键，由原子半径可知SiSi键键长最大，CC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。6碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分
13、析和解释下列有关事实：化学键CCCHCOSiSiSiHSiO键能/kJmol1356413336226318452回答下列问题：(1)硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是 。(2)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是 。答案(1)CC键和CH键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中SiSi键和SiH键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成(2)CH键的键能大于CO键，CH键比CO键稳定，而SiH的键能却远小于SiO键，所以SiH键不稳定而倾向于形成稳定性更强的SiO键题组一 共价键的键能、键长及应用1(不定项)已知1 mol气态基态氢原子完全结合形成
14、氢气时，释放的最低能量为218 kJmol1，下列说法正确的是()AHH键的键能为218 kJmol1BHH键的键能为436 kJmol1C1 mol气态氢原子的能量低于0.5 mol H2的能量D1 mol H2完全分解至少需要218 kJ的能量答案B解析键能是气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。1 mol气态基态氢原子只能形成0.5 mol HH键，故A、D项错误，B项正确；由能量守恒定律及键能的定义可知，C项错误。2下列叙述中的距离属于键长的是()A氨分子中两个氢原子间的距离B氯分子中两个氯原子间的距离C金刚石中任意两个相邻的碳原子核间的距离D氯化钠中相邻的氯离子和钠离子核间
15、的距离答案C解析键长是指形成共价键的两个原子核间的距离，仅仅说成是原子间的距离是错误的。A项，NH3分子中的两个H原子间不存在化学键，错误；B项，未指出是核间距离，错误；C项，金刚石中只要两个碳原子相邻，它们之间就有共价键，正确；D项，NaCl中的阴、阳离子之间形成离子键，没有键长。3根据键能数据(HCl 431 kJmol1，HI 298 kJmol1)，可得出的结论是()AHI比HCl稳定BHI比HCl熔、沸点高C溶于水时，HI比HCl更容易电离，所以氢碘酸是强酸D拆开等物质的量的HI和HCl，HI消耗的能量多答案C解析A项，化学键的键能越大，化学键越稳定，越不易发生电离、不易发生分解反应
16、，HCl的键能大于HI的键能，说明HCl的稳定性大于HI，错误；B项，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高，与化学键强弱无关，错误；C项，键能越小越容易发生电离，HCl的键能大于HI的，所以HI分子比HCl更容易电离，氢碘酸是强酸，正确；D项，键能越大，拆开相同物质的量的物质时消耗能量越多，拆开相同物质的量的HI分子比HCl消耗的能量小，错误。4(2018南京高二月考)下表所列数据是在相同条件下，不同物质中氧氧键的键长和键能的实测数据，下列有关说法中正确的是()微粒OOO2O键长/pm149128121112键能/kJmol1ab496628A
17、.a”“(2)120 475 kJ858.7 kJ解析.(1)可以直接从题中读出有关数据，HH键的键长为74 pm；体系能量由高到低的顺序是。(2)氢分子中含有一个键，A项错误；核间距逐渐减小时，两个氢原子的原子轨道会相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大，B项正确；已经达到稳定状态，当改变构成氢分子的两个氢原子的核间距时，必须消耗外界的能量，C项正确；氢分子中含有一个非极性共价键，D项错误。.(1)SiSi键的键长比SiC键的键长长，SiSi键的键能比SiC键的键能小。(2)由题图可知HH键的键能为436 kJmol1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为1 000 g2 gmol1(
18、462.8 kJmol12436 kJmol1497.3 kJmol1)120 475 kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kJmol14 mol497.3 kJmol11 mol226 kJmol12 mol858.7 kJ。15(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂晶体类型为 ；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为 ；若晶胞的边长为a pm，则金刚砂的密度表达式为 。(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相似。则GaN晶体中，每个Ga原子与 个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的立体结构为 。若该硅晶体的密度为 gc
19、m3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为 cm(用代数式表示即可)。答案(1)原子晶体12(2)4正四面体解析(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，硬度大，属于原子晶体；每个碳原子周围最近的碳原子数目为3412；该晶胞中C原子个数为864，Si原子个数为4，晶胞边长为a1010 cm，体积V(a1010 cm)3，。(2)根据物质的晶体结构可知，在GaN晶体中，每个Ga原子与4个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的立体结构为正四面体。在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8648，则根据晶胞的密度可知V cm3，晶胞的边长a cm，在晶胞中两个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的，即 cm。
