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专题3　微粒间作用力与物质性质
第三单元　共价键　共价晶体
第二课时　共价键键能与化学反应的反应热　共价晶体
学习目标：1.熟知共价键键能、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。2.能根据共价晶体的概念及结构特点判断晶体类型，会分析推测 其物理性质。
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研习任务一　共价键键能与化学反应的反应热
教材　认知
1. 键能
（1）概念
在101 kPa、298 K条件下，1 mol气态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。键能的单位是 。
（2）应用
①判断分子的稳定性
键能是衡量共价键稳定性的一个重要参数。键能越大，即形成共价键时放出的热量越 多，共价键越稳定，物质越稳定。
气态　
吸收　
kJ·mol－1　
②化学键与反应热的关系
a.定性关系
化学反应中发生旧化学键的断裂和新化学键的形成，如果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，则该化学反应为吸热反应；反之，该化学反应 为放热反应。
b.定量关系
能量变化＝反应物的键能总和－生成物的键能总和（特别注意，键能是指共价键，其 他化学键的能量不能叫做键能）。
2. 键长
（1）概念
两原子间形成共价键时， 间的平均间距。
（2）应用
键长是衡量共价键稳定性的另一个参数。键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳 定。键能和键长共同决定键的稳定性和分子的性质。
（3）共价键的强弱判断
①由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的原子半径越小，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。
②由键能判断：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。
③由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多。
两原子核　
×
×
×
×
×
问题　探讨
键 N—N N≡N
键能/（kJ·mol－1） 159 418 946
1. 氮元素的非金属性较强，氮气分子化学性质为什么不活泼？
提示：由于N2分子中存在N≡N键，氮氮三键键能大，不易拆开，所以化学性质 不活泼。
2. 由上表数据可知N2分子中，1个σ键和两个π键的键能各是多少？
提示：σ键：159 kJ·mol－1；2个π键的键能分别为259 kJ·mol－1和528 kJ·mol－1
3. 共价键的键能与反应热的关系怎样？
提示：Δ H ＝反应物分子中的键能总和－生成物分子中的键能总和。
应用　体验
A. 键长是形成共价键两原子核间的平均距离
B. 键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关
C. 键能越大，键长越长，共价化合物越稳定
D. 键能的大小也与元素的非金属性强弱有关
解析：键长越短，键能越大，共价化合物越稳定，C项错误。
A. 1 264 kJ·mol－1 B. 632 kJ·mol－1
C. 316 kJ·mol－1 D. 1 624 kJ·mol－1
C
B
A. N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定
B. 卤族元素氢化物的稳定性逐渐减弱
C. 稀有气体一般难发生反应
D. O元素的电负性大于Cl，但Cl2比O2活动性强
C
4. 下表为某些化学键的键能（kJ·mol－1）：
键 Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I H—H
键能 243 193 151 431 366 298 436
（1）下列氢化物中，最稳定的是 。
A. HCl B. HBr C. HI D. HF
（2）1 mol H2（g）在1 mol Cl2（g）中燃烧，生成2 mol HCl气体，放出热 量 kJ。
D　
183　
（3）相同条件下，X2（X代表Cl、Br、I）分别与氢气反应，若消耗等物质的量的氢 气时，放出或吸收热量最多的是 。推测1 mol H2在足量F2中燃烧比在足量Cl2中 燃烧放热 （填“多”或“少”）。
Cl2　
多　
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研习任务二　共价晶体
教材　认知
1. 共价晶体
（1）共价晶体的概念
相邻原子间以 键相互结合形成 结构的晶体叫做共价晶体。
（2）构成微粒及微粒间的作用
共价　
空间网状　
（3）常见的共价晶体
（4）共价晶体的物理性质
①共价晶体一般有很高的 、 和很大的 。
②键长越短，键能越大，熔点、沸点 ，硬度就 。
熔点　
沸点　
硬度　
越高　
越大　
2. 常见的共价晶体
（1）金刚石晶体
金刚石晶体的结构示意图
金刚石晶胞
①金刚石晶体中所有的C—C键键能、键长相等，键角相等（均为109°28'）。每个C 与四个相邻的C形成 。
②晶体中最小的碳环由 个碳组成且不在同一平面内。
④每个碳原子为 个六元环所共有。
⑤每个金刚石晶胞中分摊 个碳原子。
正四面体　
6　
1∶2　
2 NA　
12　
8　
（2）二氧化硅晶体
a.SiO2晶体结构
b.SiO2晶胞示意图
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。
4　
4　
2　
②晶体中最小的环为 个硅原子、 个氧原子组成的 元环。晶体中硅、 氧原子个数比为 ，Si原子与Si—O键的个数比为 。
③每个二氧化硅晶胞中含有 个硅原子和 个氧原子。
6　
6　
12　
1∶2　
1∶4　
8　
16　
自我　排查
正误判断



√

问题　探讨
1. 金刚石晶体中有没有分子？晶体中碳原子之间的结合力是什么？
提示：金刚石晶体中不存在分子，存在的是碳原子。晶体中碳原子之间以共价键（σ 键）结合。
2. 金刚石晶体中每个碳原子与几个碳原子相结合？这些碳原子之间形成的空间结构是 什么？
提示：金刚石晶体中，每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键相结合，它们形成的 空间结构是正四面体。
3. 为什么金刚石的熔点高，硬度大？
提示：金刚石晶体中C—C共价键的键能很大，熔化时需破坏共价键，故金刚石的熔 点高，硬度大。
4. 具有共价键的晶体都是共价晶体吗？
提示：不一定是共价晶体，有些离子晶体中也存在共价键。
5. 怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？
提示：由于金刚石、硅和锗都是共价晶体，原子间的作用力都是共价键。碳、硅、锗 的原子半径依次增大，原子之间形成共价键的键长依次增大，共价键键能依次减弱， 所以金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ 3 900 3 000 2 600 1 710 1 415 1 211
摩氏硬度 10 9 9 7 7 6
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
D
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。
A. 共价晶体中只含有共价键
B. 任何晶体中，若含有阳离子就一定有阴离子
C. 共价晶体的熔点一定比金属晶体的高
D. 离子晶体中含有离子键，不可能含有共价键
解析：在共价晶体中，原子间以共价键相结合，所以共价晶体中只含有共价键，A正 确；金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，所以晶体中有阳离子不一定有阴离 子，B错误；不同金属晶体的熔点差别很大，有的熔点很高，如钨，所以共价晶体的 熔点不一定比金属晶体的高，C错误；离子晶体中一定含有离子键，也可能含有共价 键，如氢氧化钠属于离子晶体，既含有离子键又含有共价键，D错误。
A
A. C3N4晶体中微粒间通过共价键结合
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晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接4个 C原子
D. 由化学式可知，C3N4晶体中碳元素显－4价，氮元素显＋3价
A
解析：根据C3N4晶体具有比金刚石更大的硬度可推知C3N4与金刚石一样都是共价晶 体，原子间以共价键相结合，A正确。由于N原子的半径比C原子的半径小，所以C— N键的键长比C—C键短，从而导致C—N键的键能比C—C键大，所以C3N4晶体具有比 金刚石更大的硬度，B错误。题图说明C3N4晶体中原子间均以单键结合，则可推知晶 体中碳原子形成4个共价键，氮原子形成3个共价键，即每个碳原子与4个氮原子成 键，每个氮原子与3个碳原子成键，C错误。由于氮元素的电负性比碳元素的电负性 大，所以碳显＋4价，氮显－3 价，D错误。
A. 每个晶胞包含4个B原子和4个N原子
B. 每个N原子周围有4个B原子，每个B原子周围有2个N原子
C. 立方氮化硼硬度很大与B—N共价键强度很大有关
D. 常被用作磨料和刀具材料
B
5. （1）氮化碳和氮化硅晶体结构相似，是新型非金属高温陶瓷材料，它们的硬度 大、熔点高，化学性质稳定。
②已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且氮原子与氮原子不直接相连、 硅原子与硅原子不直接相连，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 。
小于　
氮化硅
和氮化碳均为共价晶体，氮化硅中N—Si键的键长比氮化碳中C—N键的键长长，键能
小
Si3N4　
解析：（1）①氮化硅和氮化碳均为共价晶体。氮化硅中N—Si键的键长比氮化碳中 C—N键的键长长，键能小，所以氮化硅的硬度比氮化碳的小。②由题意知，氮化硅 晶体中每个Si原子连接4个N原子，每个N原子连接3个Si原子，Si和N原子均达到8电 子稳定结构，其化学式为Si3N4。
①在GaN晶体中，每个Ga原子与 个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子 构成的空间结构为 ，GaN属于 晶体。
②三种新型半导体材料的熔点由高到低的顺序为 。
解析：（2）①GaN与单晶硅结构相似，所以每个Ga原子与4个N原子形成共价键，每 个N原子与4个Ga原子形成共价键。与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 正四面体结构，GaN与晶体硅都是共价晶体。
②原子半径越小，共价键越强，晶体的熔点越高。
4　
正四面体　
共价　
GaN＞GaP＞GaAs　
（2）ⅢA、ⅤA族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材 料，其晶体结构与单晶硅相似。
共价晶体
（1）共价晶体的化学式不代表物质的实际组成，只表示组成原子的个数比。
（2）由原子构成的晶体不一定是共价晶体，如由稀有气体组成的晶体属于分子晶 体，共价晶体中不存在范德华力。
（3）在金刚石、晶体硅、碳化硅中，最小的环为六元环。
（5）金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等共价晶体中的成键数目：①金刚石（或 晶体硅）中，1 mol C（或Si）形成2 mol C—C键（或Si—Si键）；②碳化硅晶体中，1 mol碳或1 mol硅均形成4 mol C—Si 键；③SiO2晶体中，1 mol SiO2晶体中有4 mol Si— O键。
（4）比较不同共价晶体熔、沸点高低时，可依据共价键键长的大小进行比较，键长 越短，键能越大，熔、沸点越高，如比较金刚石、晶体硅、碳化硅的熔点高低，键 长：C—C＜Si—C＜Si—Si。故熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。
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课时作业
A. 微溶于水，硬度小，熔点－56.6 ℃，固体或液体不导电
B. 熔点3 140 ℃，电的良导体，加压可变形
C. 熔点3 530 ℃，不导电，不溶于水和有机溶剂，硬度大
D. 熔点801 ℃，易溶于水，熔化时导电
解析：共价晶体的硬度很大，熔点很高，描述与共价晶体不符，故A不选；共价晶体 大多不导电，硬度、强度很大，不易加压变形，描述与共价晶体不符，故B不选；共 价晶体的熔点很高，硬度很大，大多不导电，不易溶于水和有机溶剂，描述与共价晶 体性质相符，故C选；共价晶体难溶于水，且熔化时不能导电，描述与共价晶体不 符，故D不选。
C
1
2
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4
5
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7
8
9
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11
A. SiO2晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连
B. 通常状况下，60 g SiO2晶体中含有的分子数为 NA（ NA表示阿伏加德罗常数的值）
C. 金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小环上有6个碳原子
D. 1 mol金刚石中含有4 NA个C—C键（ NA表示阿伏加德罗常数的值）
解析：SiO2晶体结构中，每个Si原子与4个O原子直接相连，每个O原子与2个Si原子直 接相连，故A错误；SiO2晶体是共价晶体，不存在分子，故B错误；金刚石是共价晶 体，在共价晶体里，原子间以共价键相互结合，由共价键形成的碳原子环中，最小的 环上有6个碳原子，故C正确；一个碳原子平均含有2个C—C键，所以1 mol金刚石含2 mol C—C键，故D错误。
C
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11
A. 该晶体具有各向异性
B. 该晶体中C和Si均为sp3杂化
C. SiC晶体的熔点比金刚石高
D. 该晶体中最小的环为六元杂环
解析：晶体具有各向异性，故A正确；该晶体中C和Si均形成4个σ键，为sp3杂化，故B 正确；C—Si键的键长大于C—C键的键长，SiC晶体的熔点比金刚石低，故C错误；该 晶体中最小的环为3个C和3个Si原子连成的六元杂环，故D正确。
C
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4. （2024·哈尔滨高二期末）已知反应：
相关化学键的键能数据如下：
化学键 C—H C—F H—F F—F
键能/（kJ/mol） a b c d
1
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3
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A. ①中反应物的总能量大于生成物的总能量
C. Δ H1＝2（ a ＋ d － b － c ） kJ/mol
B
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11
A. 该晶体与金刚石结构相似，都是原子间以非极性共价键形成空间网状结构
B. 该晶体的熔点比金刚石高
C. 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
D. 该晶体属于共价晶体，其化学键比金刚石中的C—C键更牢固
A
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11
解析：C3N4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，只含极性 共价键，不含非极性共价键，A错误；C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，则C3N4晶 体为共价晶体，其化学键更牢固，则该晶体的熔点比金刚石高，B正确；碳原子最外 层4个电子，氮原子最外层5个电子，则C3N4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正确；C3N4晶体为共价晶体，其化学键比金刚石更牢固，D 正确。
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11
A. 石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用
B. 每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用
C. 晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，可用“SiO2”作为石 英晶体的分子式
D. SiO2晶体中所有键的键长都相同
解析：根据石英晶体的结构图可知，石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O 原子作用，A正确；每个O原子通过Si—O极性键与2个Si原子作用，B正确；石英中并 不存在分子，故“SiO2”只能称之为石英的化学式而不是分子式，C错误；SiO2晶体 中只有Si—O极性键，所以键长都相等，D正确。
C
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A. 每个氮原子的配位数为3
B. 该晶体属于共价晶体
C. 这种固体的可能潜在应用是作炸药
D. 在高压下，氮气发生聚合得到高聚氮，该反应为放热反应
D
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解析：从N原子结构结合晶体结构模型分析，高聚氮晶体中每个N原子和另外3个N原 子相连形成空间网状结构，配位数为3，故A正确；晶体内部全部都是由共价键构 成，属于共价晶体，故B正确；由于高聚氮晶体中大量的N—N键，并且N—N的键能 比N≡N的低得多，易破坏，所以高聚氮可能成为炸药，故C正确；高聚氮转变成氮气 会释放大量能量，所以高压下氮气发生聚合得到高聚氮是吸热反应，故D错误。
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A. T－碳晶胞中含16个碳原子
B. T－碳与石墨、金刚石互为同分异构体
C. T－碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键不同
D. T－碳晶体与金刚石晶体类似，熔点高、硬度大
D
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A. 该晶体属于共价晶体，熔点比金刚石高
B. C位于Si构成的正四面体空隙中
D. 金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6
B
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甲

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甲
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4
正四面体形

乙
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3
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乙
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11. 四种短周期元素的性质或结构信息如下表所示，请回答下列问题：
元素 A B C D
性质或 结构信 息 单质在常温下为 固体，难溶于 水，易溶于CS2， 能形成两种二元 含氧酸　 原子的M层有1 个未成对的p电 子，核外p电子 总数大于7 单质曾被称为 “银色的金 子”。与锂形成 的合金常用于制 造航天飞行器。 单质能溶于强酸 和强碱 原子核外电子层上s 电子总数比p电子 总数少2。单质和 氧化物均为空间网 状结构，具有很高 的熔、沸点
（1）A原子的最外层电子排布式为 ，D原子核外共有 个电子。
3s23p4　
14　
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（3）A、B两种元素的氢化物分子中键能较小的是 （填化学式）；分子较稳 定的是 （填化学式）。
3H2↑
H2S　
HCl　
共价
键　
SiC＞Si　
1
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解析：单质在常温下为固体，难溶于水，易溶于CS2，能形成两种二元含氧酸的元素 是硫。原子的M层有1个未成对的p电子，核外p电子总数大于7，其核外电子排布式应 是1s22s22p63s23p5，则B是氯元素。单质能溶于强酸和强碱的元素是铝。原子核外电子 层上s电子总数比p电子总数少2，再结合D的其他信息，可知其核外电子排布式是 1s22s22p63s23p2，D为硅元素。因为Si—C键的键长小于Si—Si键，所以熔、沸点：碳 化硅＞晶体硅。
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