3.3共价键共价晶体第2课时课件高二下学期化学选择性必修2

第2课时共价键键参数共价晶体课程目标1．理解键长、键能等键参数的概念。2．能运用键参数说明简单分子的某些性质。3．掌握共价晶体的概念及共价晶体的结构与物理性质特点。图说考点基础知识技能素养形成性自评基础知识[新知预习]一、共价键键能与化学反应的反应热1．共价键的键能共价键的键能是在101kPa、298K条件下，

..

.的过程中所

的能量，称为AB间共价键的键能。其单位为

。如断开1molH—H键吸收的能量为436kJ，即H—H键的键能为

。键能越大，形成化学键时放出的能量

，意味着化学键越

，越不容易被

。2．键长_____________________叫做该共价键的键长。一般而言，化学键的键长越短，键能越_____，化学键越______，键越________。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，键能越________。1mol气态AB分子生成1mol气态A原子和1mol气态B原子吸收436kJ·mol－1越多稳定破坏kJ·mol－1两个原子核间的平均间距大强牢固大3．键能与化学反应过程中的能量关系(1)化学反应的实质是____________断裂和____________形成的过程。(2)旧化学键断裂________能量，新化学键形成________能量。化学反应过程中，旧化学键断裂所吸收的总能量大于新化学键形成所放出的总能量，反应为________反应，否则，反应为________反应。反应热(ΔH)＝反应物总键能－生成物总键能。(3)反应物和生成物的化学键的强弱决定着化学反应过程中的________变化。旧化学键新化学键吸收放出吸热放热能量

共价键原子共价键444个共价单键684．共价晶体的物理性质熔点____，硬度____，_____导电，____溶于一般溶剂。5．常见的共价晶体(1)某些非金属单质，如晶体硼(B)、晶体____(________)和________等。(2)某些非金属化合物，如________(________)、________(________)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。高大不难硅Si

金刚石金刚砂SiC

二氧化硅SiO2

[即时性自测]1．参考下表中化学键的键能数据，分析下列分子中受热时最稳定的是(

)A.H2

B．HFC．HID．HCl化学键H—HH—FH—ClH—BrH—I键能/kJ·mol－1436565431368297解析：共价键的键能越大，则共价键越牢固，含有该键的分子越稳定。答案：B2．下列说法中正确的是(

)A．分子中键能越大，键长越短，则分子越稳定B．只有非金属原子之间才能形成共价键C．水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°D．H—O键键能为463kJ·mol－1，即18g水分子生成H2和O2时，放出能量为(2×463)kJ解析：在分子中键能越大，结合力就越强，键长应越短，分子越稳定，所以A正确；B中有些不活泼金属形成的化学键可能是共价键；C中水分子的两个O—H键的键角小于180°，其分子结构式虽为H—O—H，但不能表示分子结构的真正空间构型；D中给出H—O键的键能是破坏1molH—O键所吸收的能量，在H2O分子中有两个H—O键，应吸收能量2×463kJ，而当H、O形成H2和O2在成键时需放出能量，应是其键能及其化学计量数的乘积，所以反应放出的能量应是它们的代数和，故D错误。答案：A3．气态N4分子结构如图所示。已知断裂1molN—N键吸收167kJ热量，生成1molN≡N键放出942kJ热量，根据以上信息和数据，判断下列说法正确的是(

)

A．N4属于一种新型的化合物B．N4分子中存在非极性键C．N4分子中N—N键角为109°28′D．1molN4转变成N2将吸收882kJ热量解析：N4是由氮元素形成的一种单质，A错误；氮元素为活泼非金属元素，氮元素与氮元素之间形成的是非极性键，B正确；N4是正四面体结构，键角为60°，C错误；已知断裂1molN—N键吸收167kJ热量，生成1molN≡N键放出942kJ热量，则1molN4转变成N2将放出882kJ热量，D错误。答案：B4．下表是某些共价晶体的熔点和硬度：分析表中的数据，判断下列叙述正确的是(

)①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高②构成共价晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高③构成共价晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大④构成共价晶体的原子的半径越小，晶体的硬度越大A．①②B．③④C．①③D．②④共价晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/℃390030002700171014101211硬度109.59.576.56.0解析：共价晶体的熔点和硬度与构成共价晶体的原子间的共价键键能有关，而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关。答案：D5．根据下表中的H—X键的键能回答下列问题：(1)若使2molH—Cl键断裂为气态原子，则发生的能量变化是____________________。(2)表中共价键最难断裂的是______，最易断裂的是__________。(3)由表中键能数据的大小说明键能与分子稳定性的关系：________________________________________________________________________________________________________________________共价键H—FH—ClH—BrH—I键能/(kJ·mol－1)567431366298吸收862kJ的能量H—FH—I

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HF分子最稳定，最难分解，HI分子最不稳定，易分解技能素养提升点一键参数及其应用[例1]

Ⅰ.已知氢分子的形成过程示意图如图所示，请据图回答问题。(1)H—H键的键长为________，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是__________。核间距过小时，原子核间排斥力增强。(2)下列说法正确的是________(填字母)。A．氢分子中含有一个π键B．由①到④，电子在核间出现的概率增大C．由④到⑤，需要消耗外界的能量D．氢分子中含有一个极性共价键74pm①⑤②③④BCⅡ.几种常见化学键的键能如表所示。请回答下列问题：(1)试比较Si—Si键与Si—C键的键能大小：X________(填“>”“<”或“＝”)226kJ·mol－1。(2)H2被认为是21世纪人类最理想的燃料，而又有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。试计算每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为________；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为________(已知1molSi中含2molSi—Si键，1molSiO2中含4molSi—O键)。化学键Si—OH—O氧氧键Si—SiSi—C键能/(kJ·mol－1)452462.8497.3226X>120475kJ

858.7kJ

状元随笔断键吸热，成键放热，化学反应的反应热ΔH＝反应物总键能－生成物总键能。

[提升1]下表是一些键能数据(单位：kJ·mol－1)：由上表中数据能否得出这样的结论：(1)半径越小的原子形成的共价键越牢固(即键能越大)。________(填“能”或“不能”)。(2)非金属性越强的原子形成的共价键越牢固。________(填“能”或“不能”)。(3)能否从数据中找出一些规律，请写出一条：_____________________________________________________________。(4)试预测C－Br键的键能范围：__________<C－Br键键能<__________。

键能

键能

键能

键能H—H436Cl—Cl242.7H—Cl431.8H—O462.8S===S255H—S339C—F427C—O351C—Cl330C—I218H—F568

不能不能

能，同主族元素与相同原子结合形成共价键时，原子半径越小，共价键越强218kJ·mol－1330kJ·mol－1解析：根据表中的有关数据及元素周期律知识分析可知氯原子的原子半径小于硫原子的原子半径，且硫元素的非金属性较氯元素的非金属性弱，但硫硫键的键能大于氯氯键的键能，因此不能说半径越小的原子形成的共价键越牢固，也不能说非金属性越强的原子形成的共价键越牢固。根据表中数据分析可以得出如下规律：同主族元素与相同原子结合形成共价键时，原子半径越小，共价键越强；根据此规律可知C－Br键的键能介于C－Cl键的键能和C－I键的键能之间，即218kJ·mol－1～330kJ·mol－1。状元随笔非金属性强弱主要由原子结构决定，而共价键强弱则与原子半径、共用电子对多少有关。[关键能力]共价键参数与分子的性质1．一般来讲，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—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，因此，稳定性HF＞HCl＞HBr＞HI。2．键长越短，往往键能越大，共价键越稳定。3．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结构的参数。一般来说，如果知道分子中的键角，这个分子的立体构型就确定了。4．键能与化学反应的能量变化关系：(1)化学反应过程中，旧键断裂吸收的总能量大于新键形成所放出的总能量，则反应为吸热反应，吸热反应使反应体系的能量增加，故规定反应的热量变化ΔH为“＋”。化学反应过程中，旧键断裂所吸收的总能量小于新键形成放出的总能量，则反应为放热反应，放热反应使反应体系的能量降低，故规定反应的热量变化ΔH为“－”。(2)利用键能计算反应的热量变化：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。状元随笔认识键参数的几个误区(1)键长和键角共同决定分子的空间结构。(2)键长不是成键两原子的原子半径之和，而是小于其半径之和。(3)键能越大，一般键长越短，分子越稳定。提升点二共价晶体的结构与性质[例2]金刚砂(SiC)与金刚石具有相似的晶体结构(如下图所示)，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，金刚砂的熔点比金刚石的熔点________。(2)在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合了___个碳原子，其键角是________。(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。共价低4

109°28′

3解析：由于金刚砂是空间网状结构，碳原子和硅原子交替以共价单键结合，所以金刚砂是共价晶体；硅原子的半径比碳原子的半径大，所以金刚砂的熔点比金刚石的低。硅和碳是同主族元素，所以硅原子周围同样有4个碳原子，键角为109°28′。构成的六元环中，有3个碳原子、3个硅原子。[提升2]单质硼有无定形和晶体两种，参考下列数据：(1)晶体硼的晶体类型属于_________，理由是________________________________________________。晶体金刚石晶体硅晶体硼熔点/K大于382016832573沸点/K510026282823摩氏硬度107.09.5共价晶体晶体硼的熔、沸点和硬度都介于共价晶体金刚石和晶体硅之间(2)晶体硼的基本结构单元是由硼原子构成的正二十面体(如图所示)，各正二十面体之间以B—B键相互结合，在每个正二十面体中有二十个等边三角形的面和一定数目的顶角，每个顶点各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此基本结构单元是由________个硼原子构成，其中B—B键之间的键角是________。(3)晶体硼的熔点小于金刚石的原因1260°由于原子半径B＞C，故键长B—B＞C—C，键能B—B＜C—C，故B熔点低于金刚石

状元随笔共价晶体的稳定性共价晶体具有不同的结构类型，对于结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的稳定性就越高。从物理性质方面来说，共价晶体的稳定性表现在熔点很高，硬度很大。以金刚石、碳化硅、硅、锗为例，从碳到锗，电子层数增多，原子半径依次增大，C—C键、C—Si键、Si—Si键、Ge—Ge键的键长依次增长，键长越长，共价键越不稳定，因此键的稳定性：C—C键>C—Si键>Si—Si键>Ge—Ge键，故金刚石、碳化硅、硅、锗的熔点和硬度依次下降。[关键能力]判断分子晶体和共价晶体的方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断组成共价晶体的微粒是原子，微粒间的相互作用是共价键；组成分子晶体的微粒是分子，微粒间的相互作用是分子间作用力。(2)依据物质的分类判断常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的共价晶体化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)都是分子晶体。(3)依据晶体的熔点判断共价晶体的熔点更高，常在1000℃至几千摄氏度；分子晶体的熔点低，常在数百摄氏度以下甚至更低温度。(4)依据导电性判断共价晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子也能导电。(5)依据硬度和机械性能判断共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。状元随笔比较共价晶体和分子晶体熔、沸点遵循如下规律：形成性自评1．下列说法中，不正确的是(

)A．金属元素与非金属元素也可能形成共价键B．成键原子间原子轨道重叠的越多，共价键越牢固C．对双原子分子来说，键能越大，含有该键的分子越稳定D．键长越长，化学键越牢固解析：金属原子与非金属原子之间的化学键可能是离子键，如氯化钠，也可能是共价键，如氯化铝，A项正确；原子轨道重叠越多，电子在核间出现的概率就越大，所形成的共价键就越牢固，B项正确；键能越大，断裂时吸收的能量越多，则越难以断裂，分子越稳定，C项正确；共价键的键长越短，键能越大，键越牢固，键长越长，化学键越不牢固，D项错误。答案：D2．如图是某共价晶体A空间结构的一个单元。A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A键中间插入一个B原子。则C物质的化学式为(

)

A．AB

B．A5B4C．AB2D．A2B5解析：A空间结构的一个单元中含有5个A原子，由图可知，每个A可与其周围的4个A形成A—A键，平均每个A可形成2个A—A键。每个A—A键中插入一个B原子，5个A原子最多可形成10个A—A键，所以可插入10个B原子，所以该单元中含有5个A原子10个B原子，所以A、B原子个数比是1∶2，所以其化学式是AB2，故选C。答案：C3．下列说法中正确的是(

)A．在分子中，两个原子间的距离叫键长B．非极性键的键能大于极性键的键能C．键能越大，表示该分子越容易受热分解D．H—Cl的键能为431.8kJ·mol－1，H—I的键能为298.7kJ·mol－1，这可说明HCl分子比HI分子稳定解析：形成共价键的两个原子核间的距离为键长，A错误；键能的大小取决于成键原子的电负性，与键的极性无必然联系，B错误；键能越大，越难断裂化学键，分子越稳定，C错误，D正确。答案：D4．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)：其中X、Y的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为W＞Z＞Y＞X。该规律性是(

)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．成键的电子对越偏移，键能越大

答案：B5．二氧化硅晶体是立体的网状结构，其结构如图所示。关于二氧化硅的下列说法中，不正确的是(

)A.晶体中Si、O原子个数比为1∶2B．晶体中最小原子环上的原子数为8C．晶体中最小原子环上的原子数为12D．晶体中Si、O原子最外层都满足8电子稳定结构

答案：B6．已知白磷(P4)和六氧化四磷(P4O6)的分子结构如图所示。现提供以下化学键的键能：P—P键为198kJ·mol－1、P—O键为360kJ·mol－1、氧分子内氧原子间的键能为498kJ·mol－1，则P4＋3O2===P4O6的反应热ΔH为(

)A．＋1638kJ·mol－1B．－1638kJ·mol－1C．－126kJ·mol－1

D．＋126kJ·mol－1解析：由图可知：1个P4分子中含有6个P—P键，1个P4O6分子中含有12个P—O键。1molP4和3molO2完全反应生成1molP4O6，所以反应P4＋3O2===P4O6的反应热ΔH＝反应物总键能－生成物总键能＝6×198kJ·mol－1＋3×498kJ·mol－1－12×360kJ·mol－1＝－1638kJ·mol－1，故选B。答案：B7．某些共价键的键能数据如下表(单位：kJ·mol－1)：(1)把1molCl2(g)分解为气态原子时，需要________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量。(2)由表中所列化学键形成的单质分子中，最稳定的是________，最不稳定的是________；形成的化合物分子中最稳定的是________。(3)试通过键能数据估算下列反应的反应热：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)

ΔH＝______________。共价键H—HCl—ClBr—BrH—ClH—I键能436243193432298共价键I—IN≡NH—OH—N

键能151946463393

吸收243

N2

I2

H2O－185kJ·mol－1解析：(1)键能是指气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量。新键形成释放能量，则旧键断裂吸收能量，根据能量守恒定律，断开1molCl—Cl键吸收的能量等于形成1molCl—Cl键释放的能量。(2)键能越大，化学