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共价键键能与化学反应的反应热　共价晶体
1．通过从化学键的断裂和形成的角度认识化学反应中的能量变化，理解晶体中微粒间相互作用对共价晶体性质的影响，能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。
2．能辨识常见的共价晶体，了解常见的共价晶体的结构，并预测其性质。
实验表明，气态氢原子形成1 mol H2要释放出436 kJ的能量。如果要使1 mol H2分解为2 mol H原子，你认为是吸收能量还是放出能量？
原子之间形成的共价键的强度可以用键能来描述。人们把在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。
键能越大,共价键越牢固, 由此形成的分子越稳定。
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，共价键的键能越大，两原子核间的平均间距——键长越短。
N2(g)和O2(g)生成NO(g)过程中的能量变化
化学反应中发生旧化学键的断裂和新化学键的形成。
一、共价键键能与化学反应的反应热
反应物
生成物
化学反应实质：
旧化学键的断裂
新化学键的形成
(吸收能量E吸)
(释放能量E放)
若E吸为放热反应
若E吸>E放，为吸热反应
反应物的总键能
生成物的总键能
一、共价键键能与化学反应的反应热
H=反应物的总键能-生成物的总键能
1.根据表3-4中的数据，计算下列化学反应中的能量变化 H。
2. 根据卤化氢键能的数据比较卤化氢分子的热稳定性。
键长H—F键能H—F>H—Cl>H—Br>H—I,
故HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强。
卤化氢 HCl HBr HI
在1 000 ℃分解的百分数/% 0.0014 0.5 33
氢卤键的键能（kJ·mol-1） 431.8 366 298.7
氢卤键的键长pm 127 142 161
结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。
二、共价晶体
概念：
相邻原子间以共价键结合而形成空间网状结构的晶体。
组成的粒子：原子
粒子间的作用力：共价键
常见的共价晶体
（1）硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和灰锡（Sn）
（2）金刚砂（SiC）、氮化硅（Si3N4）和二氧化硅（SiO2）
（3）极少数金属氧化物，如刚玉(Al2O3)
典型共价晶体的结构分析
金刚石晶体
sp3
在金刚石晶体里中心碳以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。
典型共价晶体的结构分析
金刚石晶体
sp3
4
1 ：2
在金刚石晶体中每个碳原子连接有几个共价键？
在金刚石晶体中碳原子个数与C-C共价键个数之比是多少？
典型共价晶体的结构分析
金刚石晶体
金刚石的晶胞示意图
顶点
体内
面心
顶点：8× ＝1
面心：6× ＝3
体内：4
1＋3＋4＝8
8
1
2
1
一个金刚石晶胞中，含有几个碳原子？
典型共价晶体的结构分析
金刚石晶体
键能很大
结构决定性质
熔点(＞3500 ℃)很高
硬度最大
109 28 ，三维骨架
键能：347.7 kJ/mol
键长：154 pm（很短）
典型共价晶体的结构分析
二氧化硅晶体
分析二氧化硅晶体结构模型,判断晶体中最小的环上有多少个原子
1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键
1 mol SiO2中含有多少摩尔Si—O键
SiO2晶体中最小环上有12个原子
（6个Si原子6个O原子）
单晶硅 单晶硅制的芯片 硅太阳能电池 二氧化硅光导纤维
二氧化硅具有许多用途，是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。
典型共价晶体的结构分析
二氧化硅晶体
典型共价晶体的结构分析
碳化硅晶体
结构特点：
碳化硅晶体与金刚石结构相似，其空间结构中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子个数之比为1∶1。
性质特点：
硬度大，具有耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性。
可用作磨料、耐火材料、电热元件，制造机械工程的结构件、化学工程中的密封件等。
交流与讨论
1.“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？
此说法不对。
“具有共价键”并不是判断共价晶体的唯一条件，分子晶体除了单原子分子之外，如H2O、CO2等大多数分子中也有共价键。很多离子晶体，如NH4Cl、NaOH、KNO3等，在阴阳离子的内部也含有共价键。
共价晶体除具有共价键外，还要求形成晶体的粒子是原子，共价晶体的微观空间里没有分子。
共价晶体的结构特征
1.共价晶体中,各原子均以共价键结合,因为共价键有方向性和饱和性,所以中心原子周围的原子数目是有限的,原子不采取紧密堆积方式。
2.共价晶体的组成微粒是原子,不存在单个分子,其化学式仅代表原子的个数比关系,不是分子式。
3.共价晶体中只存在共价键。
4.共价晶体是空间网状结构。
交流与讨论
2.晶体硅（Si）和金刚砂（SiC）都是与金刚石相似的共价晶体，请根据表3-5中的数据，分析其熔点、硬度的大小与其结构之间的关系。
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。
交流与讨论
3.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？
共价晶体 金刚石 氮 化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ ＞3500 3000 2700 1710 1410 1211
硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
表3-3 某些共价晶体的熔点和硬度
在金刚石、硅和锗，同属于共价晶体，熔点和硬度都较高。但金刚石、硅和锗的结构差别在于C、Si、Ge原子半径依次递增，C-C 、Si-Si 、Ge-Ge的键长依次递增，键长越大，键能越小，所以熔点和硬度依次降低。
①熔点很高
共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化就要克服共价键，需要很高的能量。
②硬度很大
③一般不导电，但晶体硅是半导体
④难溶于一般溶剂
熔点高（通常＞1000 ℃）
共价晶体的物理性质
晶体熔、沸点比较思路
1.不同类别晶体
先判断晶体类型,主要依据构成晶体的微粒及微粒间的作用力;一般情况下共价晶体的熔、沸点最高。
2.同类别晶体
(1)共价晶体:原子半径→键长→共价键键能→熔、沸点高低。
(2)离子晶体:离子所带电荷数、离子半径→离子键强弱→熔、沸点高低。
(3)金属晶体:金属阳离子所带电荷数、金属阳离子半径→金属键强弱→熔、沸点高低。
1.已知N—N、N===N和NN键能之比为1.00:2.17:4.90，而C—C、C===C和C≡C键能之比为1.00:1.77:2.34。下列说法正确的是(　　)
A．σ键一定比π键稳定
B．N2较易发生加成反应
C．乙烯、乙炔较易发生加成反应
D．乙烯、乙炔中的π键比σ键稳定
C
2.我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是(　　)
A．11BN和10BN的性质无差异
B．该晶体具有良好的导电性
C．该晶胞中含有14个B原子，4个N原子
D．N原子周围等距且最近的N原子数为12
D
3.下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　)
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元是正四面体
B.1 mol 金刚石中的C—C键数目是2NA,1 mol SiO2晶体中的Si—O键数目是4NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)
C.水晶和干冰在熔化时,晶体的共价键都会断裂
D.SiO2并不表示二氧化硅晶体的分子式
C
4.根据下列物质的性质,判断属于共价晶体的物质是(　 　)
A.微溶于水,硬度小,熔点-56.6 ℃,固态或液态时不导电
B.熔点3 410 ℃,导电性好,延展性强
C.熔点3 550 ℃,不导电,不溶于水及有机溶剂,质硬
D.熔点800 ℃,易溶于水,熔化时能导电
C

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