第2课时 共价键的键能与化学反应的反应热 原子晶体
学习目标 1.掌握共价键的键能与键长的概念及它们之间的关系.2。掌握共价键的键能与化学反应过程中的能量变化之间的关系。3。掌握原子晶体的概念及原子晶体的物理性质特点。
一、共价键的键能与化学反应热
1．键能:原子之间形成的共价键的强度可以用键能来描述。键能是指在 __________条件下,1 mol________AB分子生成________A原子和________B原子的过程中所________的能量，称为AB间共价键的键能，单位为kJ·mol－1。
例如，在298 K、101 kPa条件下，1 mol H2分子离解生成气态氢原子需要吸收436 kJ的能量，所以，H－H键的键能为436 kJ·mol－1。
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：__________________________________________________。一般而言，化学键的键长愈________,键能愈________，化学键愈________,键愈________。
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________，键能越________。
3．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________反应，否则，反应为________反应。反应热（ΔH)＝____________总键能－__总键能。
(2)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
学必求其心得，业必贵于专精
________变化。
化学反应的实质是反应物分子内________________________和生成物分子内______的形成.
二、原子晶体
1．概念：相邻原子间以__________相互结合形成的具有________________结构的晶体，叫做原子晶体。
2．典型的原子晶体-—金刚石
在金刚石晶体中，每个碳原子被周围________个碳原子包围，以共价键跟________个碳原子结合形成________________,其C-C—C夹角为________。
金刚石晶体中C原子个数与C—C键数之比为________________.金刚石结构中最小的环中有6个C原子，金刚石晶胞中含8个C原子。
3．原子晶体的物理性质
由于共价键的键能大，所以原子晶体一般熔点____，硬度______，______导电，______溶于一般溶剂。
4．常见的原子晶体 (1）某些非金属单质,如晶体硼（B）、晶体__________（________)、____________等。
(2）某些非金属化合物，如金刚砂（________)、水晶(________）、氮化硼（BN）、氮化硅(Si3N4）等.
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
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2．已知C3N4晶体具有比金刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合.下列关于该晶体的说法不正确的是（ )
A．C3N4晶体是原子晶体
B．C3N4晶体中，C—N键的键长比金刚石中的C—C键的键长要短
C．C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接3个C原子
D．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合 3．已知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，H—N键的键能为391 kJ·mol－1，根据化学方程式N2＋3H22NH3,得1 mol N2反应放出的热量为92。4 kJ·mol－1，则N≡N的键能是多少？
4．单质硼有无定形和晶体两种,参考下表数据:
金刚晶体晶体 石 硅 硼 熔点＞3 1 683 2 573 /K 823 沸点5 100 2 628 2 823 /K 硬度 10 7。0 9.5 （1)晶体硼的晶体类型属于__________晶体，理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2）
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已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，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,键角________。
练基础落实
知识点1 共价键的键能与键长
1．关于键能，下列说法不正确的是（ )
A．是指在101 kPa、298 K条件下,1 mol气态AB分子生成气态A原子和气态B原子的过程中所吸收的能量
B．是指气态原子形成1 mol共价单键释放的最低能量 C．键能的单位是kJ·mol－1
D．键能越大,表明该分子越稳定 2．下列说法不正确的是（ )
A．键能越大，表示化学键越牢固，难以断裂 B．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，则释放能量 D．键能、键长只能定性地分析共价键的特征
3．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 知识点2 键能与反应热
4．已知白磷（P4）和P4O6的分子结构如图所示，又知化学键
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键能：P-P为214 kJ·mol－1，P—O为360 kJ·mol－1，氧分子内氧原子间的键能为497 kJ·mol－1,则P4＋3O2===P4O6的反应热ΔH为（ ）
A．1 545 kJ·mol－1 B．－1 545 kJ·mol－1 C．－126 kJ·mol－1 D．126 kJ·mol－1 知识点3 原子晶体及其物理特征
5．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
6．氮化硼(BN）是一种新型结构材料，具有超硬、耐磨、耐高温等优良特性，下列各组物质熔化时，所克服的微粒间作用与氮化硼熔化时克服的微粒间作用都相同的是( )
A．硝酸钠和金刚石 B．晶体硅和水晶 C．冰和干冰 D．苯和萘 练方法技巧
原子晶体性质的判断与比较技巧
7．碳化硅(SiC）的晶体有类似金刚石的结构。其中碳原子和硅原子的位置是交替的.它与晶体硅和金刚石相比较,正确的是( )
A．熔点从高到低的顺序是：碳化硅>金刚石>晶体硅 B．熔点从高到低的顺序是：金刚石>晶体硅>碳化硅 C．三种晶体中的单元都是正四面体结构
D．三种晶体都是原子晶体且均为电的绝缘体
8．美国《科学》杂志曾报道:在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 K，人们成功制得了原子晶体CO2，下列对该物质的推断一
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定不正确的是( ）
A．该原子晶体中含有极性键
B．该原子晶体易汽化，可用作制冷材料 C．该原子晶体有很高的熔点
D．该原子晶体硬度大，可用作耐磨材料 练高考真题
9．(2010·全国理综Ⅰ，13）下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是（ ）
A．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子 B．最小的环上，Si和O原子数之比为1∶2 C．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子
D．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角 练综合拓展
10．下列晶体中，最小环不是由六个原子构成的是（ ) A．金刚石 B．石墨 C．水晶 D．晶体硅 11.
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，其中键角是________.
（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。
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12．X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的四种常见元素，其相关信息如下表:
元相关信息 素 X的基态原子核外3个能级上有电子，X 且每个能级上的电子数相等 常温常压下，Y单质是淡黄色固体，常Y 在火山口附近沉积 Z Z和Y同周期，Z的电负性大于Y W的一种核素的质量数为63，中子数为W 34 （1）Y位于元素周期表第________周期第________族，Y和Z的最高价氧化物对应的水化物的酸性较强的是________(写化学式）。
(2)XY2是一种常用的溶剂,XY2的分子中存在________个σ键。在H－Y、H－Z两种共价键中，键的极性较强的是________，键长较长的是________。
(3）W的基态原子核外电子排布式是_____________________。W2Y在空气中煅烧生成W2O的化学方程式是____________________________________。
(4）处理含XO、YO2烟道气污染的一种方法是将其在催化剂作用下转化为单质Y。
已知：
XO（g)＋错误!O2（g)===XO2(g） ΔH＝－283.0 kJ·mol－1 Y(s）＋O2(g)===YO2(g) ΔH＝－296。0 kJ·mol－1 此反应的热化学方程式是
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__________________________________________________。
第2课时 共价键的键能与化学反应的反应热
原子晶体
基础落实 一、 1．298 K、101 kPa 气态 气态 气态 吸收 越多 稳定 破坏
2．两个成键原子的原子核间的平均距离叫做该化学键的键长 短 大 强 牢固 短 大
3．(1）吸热 放热 反应物 生成物 （2)能量 旧化学键的断裂 新化学键
二、
1．共价键 立体网状
2．4 4 4个共价单键 109。5° 1∶(4×错误!)＝1∶2 3．高 大 不 难
4．(1）硅 Si 金刚石 （2）SiC SiO2 课堂练习
1．D [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．D [先由性质推测晶体的类型应为原子晶体，原子间以共价键结合。N原子半径比C原子半径小，所以C—N键键长比C—C键键长短，根据最外层电子数C为4个N为3个，分别能形成4个和3个共价键，即每个C原子连接4个N原子，每个N原子连接3个C原子。]
3．ΔH＝EN≡N＋3EH－H－6EN－H 即－92.4 kJ·mol－1＝EN≡N＋3×436 kJ·mol－1－6×391 kJ·mol－1 EN≡N＝945。6 kJ·mol－1
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解析 本题考查键能与反应热的关系。键能与反应热的关系为ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和，ΔH〈0为放热反应，ΔH〉0为吸热反应.
4．（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 60°
解析 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。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。又因晶体B中的三角形面为正三角形,所以键角为60°。
层级训练
1．B [化合物AB中A、B原子间可形成单、双或叁键。］ 2．D ［键能和键长是从定量的角度分析共价键特征的.］ 3．B ［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，所以更容易生成HF。］
4．B [在反应P4＋3O2===P4O6中，要拆开6 mol P—P键和3 mol氧分子内氧原子间的键,要形成12 mol P-O键，故此反应的反应热ΔH＝6×214 kJ·mol－1＋3×497 kJ·mol－1－12×360 kJ·mol－1＝－1 545 kJ·mol－1。]
5．D ［原子晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键具有
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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。］
6．B ［因为BN为原子晶体，熔化时克服的微粒间的相互作用是共价键。A中硝酸钠为离子晶体；C、D中物质均为分子晶体，只有B中物质均为原子晶体。]
7．C [晶体硅为半导体。] 8．B [CO2由固态时形成的分子晶体变为原子晶体,其成键情况也发生了变化，由原来的C===O双键变为C—O单键，但化学键依然为极性共价键,故A正确。由于晶体类型及分子结构发生变化，物质的熔、沸点等性质也发生了变化.CO2原子晶体具有高硬度、高熔点等特点,故C、D选项正确，B项错误。]
9．C ［联想教材中SiO2的晶体空间结构模型，每个硅原子与4个氧原子结合形成4个共价键,每个氧原子与2个硅原子结合形成2个共价键，其空间网状结构中存在四面体结构单元，硅原子位于四面体的中心，氧原子位于四面体的4个顶角,故D项错误；金刚石的最小环上有6个碳原子，SiO2的晶体结构可将金刚石晶体结构中的碳原子用硅原子代替，每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，所以其最小环上有6个硅原子和6个氧原子，Si、O原子个数比为1∶1，故A、B两项错误，C项正确。］
10．C [金刚石、石墨中的最小碳环及晶体硅中硅环都是6个原子,水晶(主要成分SiO2)中的最小环上有6个硅原子、6个氧原子.］
11．（1)原子 （2)4 109.5° （3)3
解析 由于金刚砂的晶体构型是空间网状结构，碳原子、硅原子交替以共价键相结合，故金刚砂是原子晶体；硅和碳电子层结构相似，成键方式相同,硅原子周围有4个碳原子，键角109.5°；组成的六元环中，有3个碳原子、3个硅原子.
12．(1)3 ⅥA HClO4 （2）2 H－Cl H－S
1
（3)1s22s22p63s23p63d104s（或[Ar］3d104s1） 2Cu2S＋3O2错误!2Cu2O
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＋2SO2
（4)2CO(g)＋SO2(g）===S(s)＋2CO（0 kJ·mol2g) ΔH＝－270。
－1
解析 根据条件可推得X、Y、Z、W分别为C、S、Cl、Cu四种元素。
(1）S位于元素周期表的第3周期第ⅥA族.一般地,非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性越强，故HClO4的酸性较强.
(2)XY2为CS2，其结构式为，故其分子中存在2个σ键。由于Cl的电负性比S强，因此键的极性较强的是,由于S和Cl位于同一周期且S原子的半径大于Cl原子的，故键长较长的是H－S。
(3)W是铜原子，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，Cu2S和O2发生反应生成Cu2O和SO2气体，反应的化学方程式为2Cu2S＋3O2错误!2Cu2O＋2SO2。
（4)根据盖斯定律将反应①×2－②得总反应：
2CO(g）＋SO2(g）===S(s）＋2CO2（g) ΔH＝－270.0 kJ·mol－1.
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