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专题3 微粒间作用力与物质性质
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。
共价键的强弱用什么来衡量？
我们如何用化学语言来描述不同分子的空间结构和稳定性？
键能：
人们把在101 kPa、298 K（25℃）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，或气态基态原子A原子和B原子形成1 mol气态AB分子释放的最低能量。
通常是298 K、101 KPa条件下的标准值。
单位：kJ·mol-1
键能越大,共价键越牢固, 由此形成的分子越稳定。
注意：键能是指共价键，其他化学键的能量不能叫做键能。
键长：
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。
定义：构成化学键的两个原子之间的核间距。
单位：pm（1 pm＝10-12 m）
键长
F2
141pm
共价键的键长越短，电子重叠区域大，往往键能越大，表明共价键越稳定。
键 键长pm 键 键长pm
F-F 141 H-F 92
Cl-Cl 198 H-Cl 127
Br-Br 228 H-Br 142
I-I 267 H-I 161
【思考】共价键的键长与什么有关？
1、原子半径：同类型的共价键,成键原子的原子半径越小,键长越小。
【思考】共价键的键长与什么有关？
键 键长pm
C-C 154
C=C 133
C≡C 120
2、共用电子对数：相同的两个原子间形成共价键时,
单键键长>双键键长>三键键长。
【思考】为什么F-F键的键长比Cl-Cl键短，但键能却比Cl-Cl小？
键 键能 （kJ·mol-1） 键长
pm
F-F 157 141
Cl-Cl 242.7 198
Br-Br 193.7 228
氟原子的半径很小，故F-F键的键长比Cl-Cl键短。
但因两氟原子的原子核距离较小，斥力较大，故键能却比Cl-Cl小。
【思考】根据元素周期律可知,HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次增强,请利用键参数加以解释。
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。
一、共价键键能与化学反应的反应热
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。
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。
吸收
放出
吸热
放热
旧化学键断裂所吸收的总能量
新化学键形成所放出的总能量
ΔH＜0时，为放热反应
ΔH＞0时，为吸热反应
在化学反应中，旧化学键断裂吸收能量，新化学键的形成释放能量。
反应焓变与键能的关系为：
ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和
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)
单晶硅
SiO2
由于共价键的键能大，所以共价晶体一般具有很高的熔、沸点和很大的硬度。
在金刚石晶体里以共价键跟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。
最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内。晶体中C—C—C夹角为109°28′；
金刚石晶体
顶点
体内
面心
金刚石的晶胞
顶点：8× ＝1
面心：6× ＝3
体内：4
1＋3＋4＝8
8
1
2
1
金刚石晶体
1 mol C 形成的共价键数目是多少？
金刚石的晶胞
共价键
2 mol
每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与C—C键数之比为：1 ：（4 × ）= 1：2
二、共价晶体
晶体硅：将金刚石晶胞中的碳原子换成硅原子，就是晶体硅的晶胞。每个晶体硅晶胞中有8个硅原子。
碳化硅：将晶体硅晶胞的顶点、面心上的硅原子换成碳原子，体内4个硅原子不变，就是碳化硅的晶胞。
晶体硅的结构示意图
碳化硅的晶胞
每个碳化硅晶胞中有4个碳原子、4个硅原子。
石英的左、右型晶体
二氧化硅晶体中硅氧四面体螺旋结构
石英表
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
因此二氧化硅晶体中并不存在单个的SiO2分子，它是由硅原子和氧原子按1∶2的比例组成的空间立体网状结构的晶体。
二、共价晶体
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。
共价晶体的物理性质
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：共价键作用强。
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 ℃），如金刚石的熔点大于3 550 ℃。
共价晶体中原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔、沸点就越高。
D
1.下列说法正确的是(　　)
A.分子中键能越大,表示分子拥有的能量越高,共价键越难断裂
B.分子中键长越大,表示成键原子轨道重叠越多,键越牢固
C.形成化学键的过程是一个吸收能量的过程
D.形成化学键的过程是一个放出能量的过程
2．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
D
3.碳化硅(SiC)是一种晶体,具有类似于金刚石的结构,其中C原子和Si原子的位置是交替排列的。有下列三种晶体:①金刚石　②晶体硅　③碳化硅,它们的熔点从高到低的顺序是(　　)
A.①③② B.②③① C.③①② D.②①③
A
4.已知H—H键的键能为436 kJ·mol-1,N—H键的键能为391 kJ·mol-1,根据热化学方程式:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1,计算N≡N键的键能是　　　 kJ·mol-1。
945.6
5.有关碳和硅的共价键键能如下表所示:
简要分析和解释下列有关事实。
(1)比较通常条件下,CH4和SiH4的稳定性强弱:　　　。
(2)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 。
(3)SiH4的稳定性小于CH4,硅更易生成氧化物,原因是　　　。
共价键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
348 413 351 226 318 452
CH4比SiH4稳定
C—C键和C—H键键能较大,所形成的烷烃较稳定,而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成
C—H键的键能大于C—O键,C—H键比C—O键稳定,而Si—H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
共价
晶体
原子
共价键
键长
键能
方向性
饱和性
用途
性质
熔点高
硬度大
结构

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