高中化学苏教版 (2019)选择性必修2第三单元 共价键 共价晶体第2课时导学案及答案

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1.知道共价键键能、键长的概念,认识影响共价键键能的主要因素,能用键能、键长等说明简单分子的某些性质。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。
2.能辨识常见的共价晶体,了解常见共价晶体的晶体结构,能根据共价晶体的微观结构预测其性质。
【合作探究】
任务1 共价键键能与化学反应的反应热
【新知生成】
1.共价键的键能
(1)概念:在101 kPa、298 K条件下,1 ml气态AB分子生成气态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。其单位为 。
(2)键能越大,形成化学键时放出的能量 ,意味着化学键越 ,越不容易被破坏。
2.键长
(1)概念:两个成键原子的原子核间的 叫作该共价键的键长。
(2)当两个原子形成共价键时,原子轨道发生重叠,原子轨道重叠的程度越大,共价键的键长越 ,键能越 ,化学键越强,键越 。
3.键能与化学反应过程中的能量关系
反应热(ΔH)= 的总键能- 的总键能。
【答案】1.(1)吸收 kJ·ml-1 (2)越多 稳定
2.(1)平均间距 (2)短 大 牢固 3.反应物 生成物
【核心突破】
典例1 已知X—X、Y—Y、Z—Z键的键长分别为198 pm、74 pm、154 pm,则它们单质X2、Y2、Z2分子的稳定性是( )
A.X2>Y2>Z2 B.Z2>Y2>X2 C.Y2>X2>Z2 D.Y2>Z2>X2
【答案】D
【解析】共价键的键长越短,键能越大,共价键越稳定,分子也越稳定,而三种单质的键长由小到大的顺序为Y—YZ2>X2。
典例2 下表列出部分化学键的键能:
据此判断下列说法正确的是( )
A.表中最稳定的共价键是Si—Si键
B.Cl2(g)2Cl(g) ΔH=-243 kJ·ml-1
C.H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-183 kJ·ml-1
D.根据表中数据能计算出SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(l)的ΔH
【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Si—O键,则最稳定的共价键是Si—O键,A项错误;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) ΔH=243 kJ·ml-1,B项错误;依据键能计算反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和,ΔH=436 kJ·ml-1+243 kJ·ml-1-2×431 kJ·ml-1=-183 kJ·ml-1,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-183 kJ·ml-1,C项正确;HCl(g)HCl(l)的ΔH未知,故无法计算SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(l)的ΔH,D项错误。
归纳总结 1.键能的应用
(1)表示共价键的强弱:键能越大,断开化学键时需要的能量越多,化学键越稳定。
(2)判断分子的稳定性:结构相似的分子中,共价键的键能越大,分子越稳定。
(3)判断化学反应的能量变化:ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和。ΔH<0时,为放热反应;ΔH>0时,为吸热反应。计算反应热时,要准确计算出每摩尔物质所含有的各共价键的数目。
2.键长的应用
(1)一般键长越短,键能越大,共价键越稳定,分子越稳定。
(2)键长的比较方法:根据原子半径比较,同类型的共价键,成键原子的原子半径越小,键长越短。
训练1 根据下表中的H—X键的键能,回答问题:
(1)若使H—Cl键断裂为气态原子,则断键过程中 (填“吸收”或“放出”)能量。
(2)若使2 ml H—Cl键断裂为气态原子,则断键能量变化是 。
(3)表中共价键最难断裂的是 键,最易断裂的是 键。
(4)由表中键能数据的大小说明键能与分子稳定性的关系: 。
【答案】(1)吸收 (2)吸收862 kJ的能量 (3)H—F
H—I (4)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,最易分解
训练2 化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成化学键时释放的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示,现提供以下化学键的键能(kJ·ml-1):P—P 198;P—O 360;OO 498。则反应:P4(白磷,g)+3O2(g)P4O6(g)的反应热ΔH为( )
A.-1638 kJ·ml-1
B.+1638 kJ·ml-1
C.-126 kJ·ml-1
D.+126 kJ·ml-1
【答案】A
【解析】由各物质的分子结构知1 ml P4含6 ml P—P键,3 ml O2含3 ml OO键,化学反应的反应热ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能,故ΔH=(198 kJ·ml-1×6+498 kJ·ml-1×3)-360 kJ·ml-1×12=-1638 kJ·ml-1。
任务2 共价晶体
【新知生成】
1.概念及组成
(1)概念:相邻原子间通过 相结合,形成的具有空间立体网状结构的晶体,称为共价晶体。
(2)构成微粒: 。
(3)作用力: 。
2.特性
由于共价键的键能 ,所以共价晶体一般具有 的熔、沸点和 的硬度,一般不导电。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 ,晶体的熔、沸点越 ,硬度越 。
3.常见的共价晶体
常见的非金属单质,如 、 、硼(B)等;某些非金属化合物,如 、 、氮化硼(BN)等。
【答案】1.(1)共价键 (2)原子 (3)共价键
2.大 很高 很大 小 低 小
3.金刚石(C) 晶体硅(Si) 碳化硅(SiC) 二氧化硅(SiO2)
【核心突破】
典例3 下列有关共价晶体的叙述错误的是( )
A.共价晶体中,只存在共价键
B.共价晶体具有空间网状结构
C.共价晶体中不存在独立的分子
D.共价晶体熔化时不破坏共价键
【答案】D
【解析】共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构,A、B两项正确;共价晶体是由原子以共价键相结合形成的,不存在独立的分子,C项正确;共价晶体中原子是通过共价键连接的,熔化时需要破坏共价键,D项错误。
典例4
石墨晶体是层状结构,在每一层内,每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。据图分析,石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为( )
A.2∶3 B.2∶1 C.1∶3 D.3∶2
【答案】A
【解析】每个碳原子被3个六边形共用,每个共价键被2个六边形共用,则石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为6×13∶6×12=2∶3。
归纳总结 1.构成共价晶体的微粒是原子,其相互作用是共价键,熔化时破坏共价键。
2.共价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。
3.晶体硅、碳化硅的结构与金刚石的结构相似,二氧化硅晶体可看作在硅晶体的Si—Si键中间插入O原子形成的。
训练3 下列事实能说明刚玉(Al2O3)是一种共价晶体的是( )
①Al2O3是两性氧化物 ②硬度很大 ③它的熔点为2045 ℃ ④几乎不溶于水 ⑤自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石
A.①②③ B.②③④ C.④⑤ D.②⑤
【答案】B
【解析】①是Al2O3的分类,⑤是刚玉的种类,这两项都无法说明Al2O3是一种共价晶体。
训练4 分析二氧化硅晶体的结构及晶胞(如下图),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。
(2)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。
【答案】(1)4 4 2 (2)6 6 12 1∶2 (3)8 16
课堂小结
【随堂检测】
1.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.反应物和生成物中化学键的强弱直接决定着化学反应过程中的能量变化
【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。
2.金刚石是典型的共价晶体,下列关于金刚石的说法中错误的是( )
A.晶体中不存在独立的分子
B.碳原子间以共价键相结合
C.是自然界中硬度最大的物质
D.化学性质稳定,即使高温条件下也不会与氧气发生反应
【答案】D
【解析】金刚石是碳的单质,高温条件下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2。
3.已知C3N4晶体很可能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C3N4晶体的说法正确的是( )
A.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
B.C3N4晶体中,C—N键的键长比金刚石中C—C键的键长要长
C.C3N4晶体是分子晶体
D.C3N4晶体中微粒间通过离子键结合
【答案】A
【解析】该晶体中原子间均以单键结合,且每个原子都达到8电子稳定结构,所以每个C原子能形成4个共价键连接4个N原子,每个N原子能形成3个共价键连接3个C原子,A项正确;原子半径越大,原子间的键长越长,原子半径:C>N,所以C3N4晶体中C—N键长比金刚石中C—C键长要短,B项错误;C3N4晶体具有比原子晶体的金刚石更大的硬度,且原子间均以单键结合,说明该物质是原子晶体,C、D两项错误。
4.已知:2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·ml-1,有关键能数据如下表:
则水分子中O—H键的键能为( )
A.463.4 kJ·ml-1B.926.8 kJ·ml-1
C.221.6 kJ·ml-1D.413 kJ·ml-1
【答案】A
【解析】水的结构式为H—O—H,2 ml水分子中含有4 ml H—O键,2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ·ml-1,则:436 kJ·ml-1×2+498 kJ·ml-1-4E(O—H)=-483.6 kJ·ml-1,故E(O—H)=463.4 kJ·ml-1。 化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
Cl—Cl
键能/(kJ·ml-1)
460
360
436
431
176
347
243
共价键
H—F
H—Cl
H—Br
H—I
键能/(kJ·ml-1)
567
431
366
298
化学键
H—H
O=O
键能/(kJ·ml-1)
436
498