高中化学苏教版（2021） 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-同步学案

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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。
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kJ·mol－1。
(2)应用
①判断共价键的稳定性
原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，释放能量越多，所形成的共价键键能越大，共价键越稳定。
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，分子越稳定。
③利用键能计算反应热
ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。
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。

1．根据下列卤化氢的键能回答问题。
共价键
H—F
H—Cl
H—Br
H—I
键能/(kJ·mol－1)
567
431
366
298

(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＝________。
答案　(1)HF＞HCl＞HBr＞HI　(2)－183 kJ·mol－1
解析　(2)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
答案　A
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：
O—O
O
O
O2
O
键长/(10－12 m)
149
128
121
112
键能/(kJ·mol－1)
x
y
a＝494
b＝628

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
答案　B
解析　观察表中数据发现，测定的化学键都是O—O键，因此不存在成键时电子数多少的问题，也不存在电子对偏移的问题，但是O2与O比较，键能大的对应的键长短，据此分析O的键长比O的键长长，所以O中O—O键的键能比O的小。若按照此规律，键长由短到长的顺序为O＜O2＜O＜O，键能大小的顺序应为b＞a＞y＞x，所以B项正确。
3．某些化学键的键能(单位：kJ·mol－1)如表所示：
化学键
H—H
Cl—Cl
Br—Br
I—I
H—Cl
H—Br
H—I
键能
436
242.7
193.7
152.7
431.8
366
298.7

(1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量________ 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”)。
答案　(1)184.9　(2)a　多
解析　(1)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)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。

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。
二、共价晶体
1．概念及组成
(1)概念：晶体中所有原子通过共价键结合，形成空间网状结构，像这样的晶体叫做共价晶体。
(2)构成微粒：共价晶体中的微粒是原子，原子与原子之间的作用力是共价键。
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。
②晶体中相邻碳碳键的夹角为109°28′。
③最小环上有6个碳原子，晶体中C原子个数与C—C键数之比为1∶2。
④每个金刚石晶胞中含有8个碳原子。
(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。
②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1∶2。
③每个二氧化硅晶胞中含有8个硅原子和16个氧原子。
3．特性
由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合，故共价晶体：①熔、沸点很高，②硬度大，③一般不导电，④难溶于溶剂。
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，键能就越小，晶体的熔、沸点越低，硬度越小。

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”)。
提示　(1)4　4　12　(2)N　B
2．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。
提示　4　3
3．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？
提示　(1)　(2)a　(3)2r＝a pm，即r＝a pm。

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(　　)
共价晶体
金刚石
氮化硼
碳化硅
石英
硅
锗
熔点/℃
3 900
3 000
2 700
1 710
1 410
1 211
硬度
10
9.5
9.5
7
6.5
6.0

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
答案　D
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8
D．晶体中最小环上的原子数目为6
答案　C
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。
3.2017年中外科学家团队共同合成了T-碳。T-碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代，形成碳的一种新型三维立方晶体结构，如图所示(图中的表示碳形成的正四面体结构)。已知T-碳晶胞参数为a pm，NA为阿伏加德罗常数的值。下列有关说法错误的是(　　)

A．每个T-碳晶胞中含32个碳原子
B．T-碳中C—C键的最小夹角约为109°28′
C．T-碳属于共价晶体
D．T-碳的密度为 g·cm－3
答案　B
解析　1个金刚石晶胞中，含有碳原子的数目为8×＋6×＋4＝8，将每个C原子换成一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元，则1个T-碳晶胞中含有的碳原子数目为8×4＝32，故A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，则该晶体的密度为 g·cm－3，D正确。

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
答案　C
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。
2．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
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，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。
3．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2NA
B．124 g白磷(P4)晶体中含有P—P键的个数为4NA
C．12 g金刚石中含有C—C键的个数为4NA
D．SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O键)
答案　A
解析　晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅原子与周围4个原子形成4个共价键，依据“均摊法”，1个硅(或碳)原子分得的共价键数为4×＝2，A正确、C错误；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：

化学键
C—C
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O
键能/(kJ·mol－1)
356
413
336
226
318
452

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)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
(2)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：

金刚石
晶体硅
晶体硼
熔点/℃
＞3 550
1 410
2 573
沸点/℃
5 100
2 355
2 823
硬度
10
7.0
9.5

(1)晶体硼属于________晶体，理由是___________________________________________。
(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∶2
C．金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
(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。

答案　(1)共价　晶体硼的熔、沸点高，硬度大　(2)B
(3)12　30
解析　(1)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。
(2)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B，金刚石中每个C都参与了4个C—C键的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳原子个数与C—C键键数之比为(4×)∶4＝1∶2；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。
(3)从题图可得出，每个顶角上的硼原子均被5个正三角形所共有，故分摊到每个正三角形的硼原子为个，每个正三角形含有×3个硼原子，每个结构单元含硼原子数为20××3＝12，而每个B—B键被2个正三角形所共有，故每个结构单元含B—B键的个数为20××3＝30。


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
答案　B
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。
2．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
答案　C
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
答案　A
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。
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(　　)
A．二氯化二硫的电子式为
B．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
答案　B
解析　S2Cl2分子中S原子之间形成1对共用电子对，Cl原子与S原子之间形成1对共用电子对，结合分子结构可知S2Cl2的结构式为Cl—S—S—Cl，电子式为，故A错误；S2Cl2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。
题组二　键能与反应热的关系
5．H2和I2在一定条件下能发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，下列说法正确的是(　　)
已知：(a、b、c均大于零)
A．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) kJ
C．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
答案　B
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；反应热等于断键吸收的能量与成键放出的能量的差值，则－a＝b＋c－2x，解得x＝，所以断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ，B正确；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：
化学键
O==O(g)
H—H(g)
H—O(g)
键能/(kJ·mol－1)
496
436
x

则表中x为(　　)
A．920 B．557 C．463 D．188
答案　C
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
答案　B
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。
8．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
答案　B
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 题组三　共价晶体的结构
9．已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法不正确的是(　　)
A．该晶体属于共价晶体，其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固
B．该晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子
C．该晶体与金刚石相似，碳原子个数与碳氮键个数之比为1∶2
D．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构
答案　C
解析　C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，则该晶体属于共价晶体，其化学键比金刚石更牢固，A正确；C的最外层有4个电子，因此一个碳原子连接4个N原子，N的最外层有5个电子，因此一个N原子连接3个C原子，B正确；根据以上分析可知该晶体中碳原子个数与碳氮键个数之比为1∶4，C错误；构成该晶体的微粒间只以单键结合，每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子，则晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构，D正确。
10．下列说法正确的是(　　)
A．在含4 mol Si—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NA
B．金刚石晶体中，碳原子数与C—C键键数之比为1∶2
C．30 g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子
D．晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的共价晶体
答案　B
解析　在二氧化硅晶体中，每个硅原子形成4个Si—O键，故含有4 mol Si—O键的二氧化硅晶体的物质的量为1 mol，即含有2NA个氧原子，A项错误；金刚石中每个碳原子均与另外4个碳原子形成共价键，且每两个碳原子形成一个C—C键，故1 mol碳原子构成的金刚石中共有2 mol C—C键，因此碳原子数与C—C键键数之比为1∶2，B项正确；二氧化硅晶体中不存在分子，C项错误；氖晶体是由单原子分子靠分子间作用力结合在一起形成的，不属于共价晶体，D项错误。

11．磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元，其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是(　　)

A．磷化硼的化学式为BP，其晶体属于共价晶体
B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电
C．磷化硼晶体中每个原子均参与形成3个共价键
D．磷化硼晶体在熔化时需克服分子间作用力
答案　A
解析　由磷化硼的晶胞结构可知，P位于顶点和面心，数目为×8＋6×＝4，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为BP，磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料，所以磷化硼晶体属于共价晶体，A项正确；磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B项错误；由磷化硼晶胞结构可知，磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键，C项错误；磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D项错误。
12．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有三维骨架结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置(　　)

A．12，大立方体的12条棱的中点
B．8，大立方体的8个顶角
C．6，大立方体的6个面的中心
D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心
答案　A
解析　与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示：

13．氮氧化铝(AlON)属于共价晶体，是一种超强透明材料。下列描述错误的是(　　)
A．AlON和石英的化学键类型相同
B．电解熔融AlON可得到Al
C．AlON的N元素化合价为－1价
D．AlON和石英晶体类型相同
答案　B
解析　A项，AlON和石英均属于共价晶体，均只含有共价键，正确；B项，AlON属于共价晶体，只含有共价键，熔融时不导电，而Al2O3属于离子晶体，熔融时能导电，所以电解熔融Al2O3能得到Al，错误；C项，AlON中O为－2价，Al为＋3价，所以N元素的化合价为－1价，正确；D项，AlON和石英均属于共价晶体，正确。
14．已知下列化学键的键能：
化学键
C—C
N—N
O—O
O==O
O—H
S—H
Se—H
N—H
As—H
键能/
(kJ·mol－1)
347.7
193
142
497.3
462.8
363.5
276
390.8
247

回答下列问题：
(1)过氧化氢不稳定，易发生分解反应2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)，利用键能数据计算该反应的反应热为__________。
(2)O—H键、S—H键、Se—H键的键能逐渐减小，原因是_______________________，据此可推测P—H键的键能范围为________＜P—H键键的键能＜________。
(3)有机物是以碳骨架为基础的化合物，即碳原子间易形成C—C长链，而氮原子与氮原子间，氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链，原因是__________________________
_____________________________________________________________________________。
答案　(1)－213.3 kJ·mol－1　(2)O、S、Se位于同一主族，原子半径逐渐增大，O—H键、S—H键、Se—H键的键长逐渐变长，因而键能依次减小　247 kJ·mol－1　390.8 kJ·mol－1　(3)C—C键的键能较大，较稳定，因而易形成C—C长链，而N—N键、O—O键的键能小，不稳定易断裂，因此难以形成N—N、O—O长链
解析　(1)反应2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)的反应热ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝(462.8×4＋142×2)kJ·mol－1－(462.8×4＋497.3)kJ·mol－1＝－213.3 kJ·mol－1。(2)O、S、Se位于同一主族，原子半径逐渐增大，导致O—H键、S—H键、Se—H键的键长逐渐变长，键长越长，键能越小，所以O—H键、S—H键、Se—H键的键能逐渐减小；N、P、As位于同一主族，原子半径逐渐增大，导致N—H键、P—H键、As—H键的键长逐渐变长，N—H键、P—H键、As—H键的键能依次减小，所以As—H键的键能＜P—H键的键能＜N—H键的键能，即247 kJ·mol－1＜P—H键的键能＜390.8 kJ·mol－1。(3)键能越大，化学键越稳定，越不容易断裂，分子越稳定，由表中数据可知，C—C键的键能较大(347.7 kJ·mol－1)，易形成C—C长链，而N—N键、O—O键的键能较小(键能分别为193 kJ·mol－1、142 kJ·mol－1)，化学键不稳定，容易断裂，所以氮原子与氮原子间，氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链。
15．Ⅰ.已知氢分子的形成过程示意图如图所示，请据图回答下列问题。

(1)H—H键的键长为________，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是________。
(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，必须消耗外界的能量
D．氢分子中含有一个极性共价键
Ⅱ.几种常见化学键的键能如下表所示。
化学键
Si—O
H—O
O==O
Si—Si
Si—C
键能/(kJ·mol－1)
452
462.8
497.3
226
X

请回答下列问题：
(1)试比较Si—C键与Si—Si键的键能大小：X________(填“>”“<”或“＝”)226 kJ·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。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)。
答案　Ⅰ.(1)74 pm　①⑤②③④　(2)BC
Ⅱ.(1)>　(2)120 475 kJ　858.7 kJ
解析　Ⅰ.(1)可以直接从题中读出有关数据，H—H键的键长为74 pm；体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。(2)氢分子中含有一个σ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；④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。
Ⅱ.(1)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。(2)由题图可知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为×(462.8 kJ·mol－1×2－436 kJ·mol－1－497.3 kJ·mol－1×)＝120 475 kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kJ·mol－1×4 mol－497.3 kJ·mol－1×1 mol－226 kJ·mol－1×2 mol＝858.7 kJ。
16．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：__________。
(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____________________________________________________________。
(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)。
答案　(1)共价　(2)Si3N4　(3)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl　(4)4　4　
解析　(2)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。
(4)立方氮化硼的结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，在金刚石的一个晶胞中含有C原子的个数：8×＋6×＋4＝8，则在立方氮化硼晶胞中含有4个氮原子、4个硼原子；由于晶胞边长为361.5 pm，所以立方氮化硼的密度是ρ＝＝ g·cm－3。