2023春高中化学选择性必修2 （苏教2019）专题3第三单元　共价键　共价晶体 第2课时　共价键键能　共价晶体 课时练（含答案）

第2课时　共价键键能　共价晶体
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
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
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
4．二氯化二硫(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键的键长大于S—S键的键长
D．分子中S—Cl键的键能小于S—S键的键能
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)的总能量小于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
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
题组三　共价晶体的结构与性质
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
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、氮单质的化学性质均不活泼
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
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，碳原子个数与C—C键个数之比为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
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位，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
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空间网状结构的共价晶体。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点上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶点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个顶点
C．6，大立方体的6个面的中心
D．14，大立方体的8个顶点和6个面的中心
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中N元素化合价为－1价
D．AlON和石英晶体类型相同
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键的键能＜________。
(3)有机物是以碳骨架为基础的化合物，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_____________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
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) 452 463 498 226 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)。
16．Ⅰ.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________________________________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.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)。
第2课时　共价键键能　共价晶体
1．B　[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增长，键能逐渐减小，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．C　[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．A　[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．B　[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。]
5．B　[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)的总能量大于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．C　[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．B　[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．B　[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，为空间网状结构，A错误；由于原子半径：N9．C　[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．B　[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，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，因此碳原子个数与C—C键个数之比为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．A　[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．A　[与小立方体顶点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．B　[A、D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。]
14．(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　247 kJ·mol－1　390.8 kJ·mol－1　(3)C—C键的键能较大，较稳定而N—N键、O—O键的键能小，不稳定，易断裂
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，易形成C—C长链，而N—N键、O—O键的键能较小，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.(1)60 pm　①⑤②③④　(2)BC
Ⅱ.(1)>　(2)120 500 kJ　858 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60 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×(463 kJ·mol－1×2－436 kJ·mol－1－498 kJ·mol－1×)＝120 500 kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kJ·mol－1×4 mol－498 kJ·mol－1×1 mol－226 kJ·mol－1×2 mol＝858 kJ。
16．Ⅰ.(1)共价　(2)Si3N4
(3)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
Ⅱ.4　4　
解析　Ⅰ.(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。
Ⅱ.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。