高中化学苏教版选择性必修2 专题3 第三单元 第2课时　共价键键能　共价晶体课件PPT

这是一份高中化学苏教版选择性必修2 专题3 第三单元 第2课时　共价键键能　共价晶体课件PPT，共60页。

第2课时共价键键能　共价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.能辨识常见的共价晶体，理解晶体中微粒间相互作用对共价晶体 性质的影响，了解常见共价晶体的晶体结构。随堂演练知识落实课时对点练内容索引一、共价键键能与化学反应的反应热二、共价晶体一、共价键键能与化学反应的反应热1.共价键的键能(1)概念：在101 kPa、298 K条件下，1 mol气态AB分子生成___________ 的过程中所 的能量，称为AB间共价键的键能。其单位为 。(2)应用①判断共价键的稳定性原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度 ，释放能量越多，所形成的共价键键能越大，共价键越 。②判断分子的稳定性一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越 。气态A原子和B原子吸收kJ·mol－1越大稳定稳定③利用键能计算反应热ΔH＝ 的总键能－ 的总键能。2.共价键的键长(1)概念：形成共价键的两个原子核间的 ，因此 决定化学键的键长， 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 ，这表明共价键越 ，反之亦然。反应物生成物平均间距原子半径原子半径大稳定1.根据下列卤化氢的键能回答问题。(1)卤化氢的稳定性顺序为___________________。(2)已知H—H键：436 kJ·mol－1、Cl—Cl键：243 kJ·mol－1，试计算H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝______________。HF＞HCl＞HBr＞HI－183 kJ·mol－1解析　ΔH＝E反－E生＝436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1－2×431 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1。2.已知N—N键、N==N键和N≡N键的键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C键、C==C键、C≡C键的键能之比为1.00∶1.77∶2.34。如何用这些数据理解氮分子不容易发生加成反应而乙烯和乙炔容易发生加成反应？提示　键能数据表明，N≡N键键能大于N—N键键能的三倍，N==N键键能大于N—N键键能的两倍；而C≡C键键能却小于C—C键键能的三倍，C==C键键能小于C—C键键能的两倍，说明乙烯和乙炔中的π键不牢固，易发生加成反应，而N2分子中N≡N键非常牢固，所以氮分子不易发生加成反应。3.N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强，从键能的角度如何理解这一化学事实。(利用课本P71表3－4的相应数据分析)提示　从表3－4的数据可知，H—N键、H—O键与H—F键的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定。所以N2、O2、F2与H2的反应能力依次增强。4.为什么F—F键的键长比Cl—Cl键的键长短，但键能却比Cl—Cl键的键能小？提示　氟原子的半径很小，因而F—F键的键长比Cl—Cl键的键长短，但也是由于F—F键的键长短，两个氟原子在形成共价键时，原子核之间的距离就小，排斥力大，因此键能比Cl—Cl键的键能小。1.下列分子中，最难分裂成原子的是A.HF B.HCl C.HBr D.HI√解析　一般来说，原子半径越小，其原子形成的共价键键长越短，键能越大，就越难断键。原子半径：FE(H—Cl)>E(H—Br)>E(H—I)，即HF最难分裂成氟原子和氢原子。2.下表是从实验中测得的不同物质中的键长和键能数据：其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导键能大小的顺序是b>a>y>x，该规律性是A.成键时，电子数越多，键能越大B.键长越短，键能越大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√3.某些化学键的键能(单位：kJ·mol－1)如表所示：(1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量______ kJ。184.9解析　根据键能数据可得，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝436 kJ·mol－1＋242.7 kJ·mol－1－431.8 kJ·mol－1×2＝－184.9 kJ·mol－1，1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，参加反应的H2和Cl2都是1 mol，生成2 mol HCl，故放出的热量为184.9 kJ。(2)在一定条件下，1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应，放出热量由多到少的顺序是___(填字母)。a.Cl2＞Br2＞I2　b.I2＞Br2＞Cl2　c.Br2＞I2＞Cl2预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热___(填“多”或“少”)。a多解析　由表中数据计算知1 mol H2在Cl2中燃烧放热最多，在I2中燃烧放热最少；由以上结果分析，生成物越稳定，放出热量越多。因稳定性：HF＞HCl，故1 mol H2在F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热多。归纳总结定性判断键长的方法(1)根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。(2)根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子形成双键或者三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长＞双键键长＞三键键长。返回二、共价晶体1.概念及组成(1)概念：晶体中所有原子通过 结合，形成空间网状结构，像这样的晶体叫做 。(2)构成微粒：共价晶体中的微粒是 ，原子与原子之间的作用力是 。共价键共价晶体原子共价键2.金刚石晶体和二氧化硅晶体(1)金刚石晶体的结构示意图如图所示。回答下列问题：①在晶体中每个碳原子以 对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成 结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体 结构。4个共价单键正四面体网状②晶体中相邻碳碳键的夹角为109°28′。③最小环上有 个碳原子，晶体中C原子个数与C—C键数之比为 。④每个金刚石晶胞中含有 个碳原子。61∶28(2)二氧化硅晶体的结构示意图如图所示。回答下列问题：①每个硅原子都以 个共价单键与 个氧原子结合，每个氧原子与 个硅原子结合，向空间扩展，构成空间网状结构。442②晶体中最小的环为 个硅原子、 个氧原子组成的 元环，硅、氧原子个数比为 。③每个二氧化硅晶胞中含有 个硅原子和 个氧原子。66121∶28163.特性由于共价晶体中原子间以较 的共价键相结合，故共价晶体：①熔、沸点 ，②硬度 ，③一般不导电，④ 溶于溶剂。4.影响共价晶体熔、沸点和硬度的因素对于结构相似的共价晶体而言，共价键的键长越长，键能就 ，晶体的熔、沸点 ，硬度 。强很高大难越小越低越小1.氮化硼(BN)是一种新型无机非金属材料，具有多种结构，其中一种氮化硼的硬度仅次于金刚石，它是一种共价晶体，其晶体结构如图所示。回答下列问题：(1)每个B周围有____个N，每个N周围有____个B原子，每个N周围有____个N。(2)在BN中有配位键，其中配位键____→____(填“B”或“N”)。4412NB2.碳化硅(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和Si原子的位置是交替的。金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合___个碳原子，含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有___个硅原子。433.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。(1)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为_____________ g·cm－3。(2)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为______ pm。(3)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？1.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的键能越大，晶体的熔点越高③构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大A.①② B.③④ C.①③ D.②④√解析　共价晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成共价晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越大。2.单质硅的晶体结构如图所示。下列关于单质硅晶体的说法不正确的是A.是一种立体三维骨架结构的晶体B.晶体中每个硅原子与4个硅原子相连C.晶体中最小环上的原子数目为8D.晶体中最小环上的原子数目为6√解析　单质硅是一种立体三维骨架结构的共价晶体，A正确；晶体中每个硅原子与4个硅原子相连，B正确；根据单质硅的晶体结构可判断晶体中最小环上的原子数目为6，C错误、D正确。√T-碳中C—C键的最小夹角为60°，故B错误；T-碳中碳原子间以共价键结合成空间网状结构，属于共价晶体，故C正确；1个T-碳晶胞中含有碳原子的数目为32，返回随堂演练　知识落实1.N—H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能量C.拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的能量D.形成1个N—H键所放出的能量√解析　N—H键的键能是指形成1 mol N—H键放出的能量或拆开1 mol N—H键所吸收的能量，不是指形成1个N—H 键释放的能量。1 mol NH3中含有3 mol N—H键，拆开1 mol NH3中的N—H键或形成1 mol NH3中的N—H键吸收或放出的能量应是N—H键键能的3倍。123452.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.①③② B.②③① C.③①② D.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键的键长最长，C—C键的键长最短，键长越短共价键越稳定，破坏时需要的热量越多，故熔点从高到低的顺序为①③②。123453.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是A.28 g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NAB.124 g白磷(P4)晶体中含有P—P键的个数为4NAC.12 g金刚石中含有C—C键的个数为4NAD.SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O键)√1234512345白磷为正四面体结构，每个P4分子中含有6个P—P键，B错误；SiO2晶体中每个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O键，D错误。4.碳和硅的有关化学键的键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：12345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________________________________________________________________________________________________________。C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成12345(2)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________。C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定，而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键5.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题：(1)晶体硼属于_____晶体，理由是___________________________。共价晶体硼的熔、沸点高，硬度大解析　从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间。而金刚石和晶体硅均为共价晶体，在元素周期表中B与C相邻，与Si处于对角线位置，则晶体硼也属于共价晶体。12345(2)金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是___(填字母)。A.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关B.金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为1∶2C.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却B12345解析　选项A，金刚石熔化过程中C—C键断裂，因C—C键的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高；选项C，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化。12345(3)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由____个硼原子构成的，该结构单元共含有____个B—B键。12301234512345返回课 时 对 点 练题组一　键能、键长与物质稳定性的关系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化学反应C.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱D.F2比O2更容易与H2反应√12345678910111213141516解析　由于N2分子中存在三键，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，其氢化物中的化学键键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以热稳定性逐渐减弱；由于H—F键的键能大于H—O键的键能，所以二者相比较，更容易生成HF。123456789101112131415162.根据π键的成键特征判断C==C键的键能是C—C键的键能的A.2倍 B.大于2倍C.小于2倍 D.无法确定√12345678910111213141516解析　由于π键的键能比σ键的键能小，双键中有一个π键和一个σ键，所以双键的键能小于单键的键能的2倍。3.对比以下几个反应式：Cl＋Cl―→Cl2　ΔH1＝－247 kJ·mol－1；O＋O―→O2　ΔH2＝－493 kJ·mol－1；N＋N―→N2　ΔH3＝－946 kJ·mol－1。可以得出的结论是A.在常温下氮气比氧气和氯气稳定B.氮、氧和氯的单质常温下为气体C.氮、氧和氯都是双原子分子D.氮气、氧气和氯气的密度不同√12345678910111213141516解析　成键释放出能量时，ΔH3最小，常温下氮气最稳定，A正确；常温下三种物质均为气体，与上述反应式无关，B错误；气体的密度与上述反应式无关，D错误。12345678910111213141516B.分子中既有极性键又有非极性键C.分子中S—Cl的键长大于S—S的键长D.分子中S—Cl的键能小于S—S的键能4.(2020·德州高二检测)二氯化二硫(S2Cl2)，非平面结构，常温下是一种黄红色液体，有刺激性恶臭，熔点：－80 ℃，沸点：137.1 ℃。下列对于二氯化二硫叙述正确的是12345678910111213141516√12345678910111213141516S2Cl2中Cl—S键属于极性键，S—S键属于非极性键，故B正确；同周期主族元素从左往右原子半径逐渐减小，所以氯原子半径小于硫原子半径，键长越短键能越大，所以分子中S—Cl键的键长小于S—S键的键长，S—Cl键的键能大于S—S键的键能，故C、D错误。1234567891011121314151612345678910111213141516A.H2、I2和HI分子中的化学键都是非极性共价键B.断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJC.相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)总能量小于2 mol HI (g)的总能量D.向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量为 2a kJ√12345678910111213141516解析　HI分子中共价键是由不同种非金属元素形成的，属于极性共价键，A错误；12345678910111213141516该反应是放热反应，则相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)总能量大于2 mol HI (g)的总能量，C错误；该反应是可逆反应，则向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量小于2a kJ，D错误。6.已知1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143 kJ，18 g水蒸气变成液态水放出44 kJ的热量。其他相关数据如下表：12345678910111213141516则表中x为A.920 B.557 C.463 D.188√12345678910111213141516解析　根据题意，可得热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－572 kJ·mol－1；而18 g水蒸气变成液态水时放出44 kJ热量，则2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－484 kJ·mol－1，即－484 kJ＝2×436 kJ＋496 kJ－4x kJ，解得x＝463。7.根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是A.熔点为2 700 ℃，导电性好，延展性强B.无色晶体，熔点为3 500 ℃，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 ℃，熔化时能导电D.熔点为－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电√12345678910111213141516解析　共价晶体的熔点高，但不导电，因此熔点为2 700 ℃，导电性好，延展性强的应该是金属，A不正确；无色晶体，熔点为3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂，符合共价晶体的性质特点，B正确；无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ℃，熔化时能导电，不符合共价晶体的性质，C不正确；熔点为－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电，不符合共价晶体的性质，D不正确。123456789101112131415168.我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是A.碳、氮原子构成平面结构的晶体B.碳氮键比金刚石中的碳碳键键长更短C.氮原子电子数比碳原子电子数多D.碳、氮的单质的化学性质均不活泼√12345678910111213141516解析　碳、氮原子结合成的碳氮化合物比金刚石更坚硬，说明该化合物为共价晶体，为立体三维骨架结构，A错误；由于原子半径：N”“<”或“＝”)226 kJ·mol－1。>解析　Si—Si键的键长比Si—C键的键长长，故Si—Si键的键能比Si—C键的键能小。12345678910111213141516(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。结合Ⅰ中图像，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1 mol Si中含有2 mol Si—Si键，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键)。120 475 kJ858.7 kJ123456789101112131415161234567891011121314151616.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在13 000 ℃时反应获得。(1)氮化硅晶体属于_____晶体。(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：______。共价Si3N4解析　氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子， Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，因此氮化硅的化学式为Si3N4。12345678910111213141516(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为____________________________________。12345678910111213141516(4)六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石( )相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5 pm，立方氮化硼晶胞中含有____个氮原子、____个硼原子，立方氮化硼的密度是__________________ g·cm－3(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值为NA)。441234567891011121314151612345678910111213141516返回本课结束