3.3 课时2 共价键键能与化学反应的反应热 共价晶体 同步学案（含答案）2024-2025学年高二化学苏教版（2020）选择性必修2

课时2　共价键键能与化学反应的反应热　共价晶体
1. 知道共价键的键能、键长等的含义，认识影响共价键键能的主要因素，会利用键能比较共价键的强弱及共价型分子的稳定性。
2. 了解键能与化学反应热之间的内在联系，会利用键能计算化学反应的反应热。
3. 了解金刚石、二氧化硅晶体的结构特点，会比较共价晶体的熔、沸点及硬度大小。
1. 从化学键角度看，化学反应实质上是化学键的断裂与形成，断裂和形成化学键这两个过程，哪个过程吸热，哪个过程放热？
2. 阅读教材，如何描述共价键的强度？了解键能的概念、单位，如断开1 mol H—H键吸收的能量为436 kJ，H—H键的键能为多少？
3. 阅读教材，什么是键长？键长是形成化学键的两个原子的半径之和吗？为什么？结合教材中表格，讨论键长与键能之间有什么关系？如何判断共价键的强弱？比较HF、HCl、HBr、HI中共价键的强弱。
化学反应的实质就是反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。旧键断裂会吸收热量，新键形成会放出热量，若旧键断裂吸收的总能量小于新键形成放出的总能量，反应为放热反应，若旧键断裂吸收的总能量大于新键形成放出的总能量，反应为吸热反应。
1. 阅读教材，讨论反应热(ΔH)与键能之间有什么关系。
讨论ΔH的正负，与反应放热、吸热之间的关系。
1. 下图是金刚石的晶体结构示意图：
　　　 　　
金刚石晶体的结构示意图　　　金刚石、用金刚石制成的钻头和金刚石晶胞
阅读教材，什么是共价晶体？讨论共价晶体有较高的熔、沸点的原因，共价晶体的构成微粒及微粒间作用力是什么？
结合下表分析，共价晶体有什么共同的物理性质？分析物理性质的差异与哪些因素有关？
部分共价晶体的键能、键长、熔点和硬度
共价晶体 键能/(kJ/mol) 键长/pm 熔点/℃ 摩氏硬度
金刚石 (C—C)348 154 3 500 ℃以上 10
碳化硅 (C—Si)301 184 2 600 9
晶体硅 (Si—Si)226 234 1 415 7
3. 二氧化硅属于共价晶体，结构如下：
二氧化硅结构
下列关于二氧化硅晶体的说法正确的是　　　　（填字母）。
A. 1 mol SiO2晶体中Si—O键为2 mol
B. 二氧化硅晶体的分子式是SiO2
C. 晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构
D. 晶体中最小环上的原子数为8
4. 氮化硼是一种新型无机非金属材料，结构有多种，其中有一种硬度仅次于金刚石。
　　　　
上图中两个都是氮化硼的晶胞，结构是否完全相同？大球和小球分别代表哪种原子？你认为该晶体属于什么晶体？构成晶体的微粒是什么？微粒间作用力是什么？画出你理解的氮化硼的结构。
5. 讨论共价晶体、共价键之间有什么关系，只含有共价键的晶体都是共价晶体吗？共价晶体一定是共价化合物吗？
1. 下列物质的晶体硬度最大的是(　　)
A. 铁 B. 石墨 C. 氯化钠　 D. 金刚石
2. [2025连云港阶段练习]我国科研人员成功研制出了速度快、能耗低且超越硅基极限的10 nm硒化铟(InSe)晶体管。下列说法错误的是(　　)
A. 晶体Si是共价晶体　 B. InSe晶体管属于胶体
C. Se位于元素周期表第4周期ⅥA族　 D. InSe属于新型无机非金属材料
3. [2025镇江学情检测]HCl与O2在催化剂加热条件下可产生气态产物：4HCl＋O22Cl2＋2H2O，已知某些化学键的键能数据如表。该反应的热化学方程式正确的是(　　)
化学键 H—Cl O===O Cl—Cl H—O
键能/(kJ/mol) 431 498 243 463
A. 4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－116 kJ/mol
B. 4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋116 kJ/mol
C. 4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－116 kJ/mol
D. 2HCl＋O2(g)===Cl2(g)＋H2O　ΔH＝－58 kJ/mol
4. 根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是(　　)
A. 熔点为2 700 ℃，导电性强，延展性好
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
5. [2024南京阶段练习]现在已能在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体，设NA为阿伏加德罗常数的值。下列关于该共价晶体的说法正确的是(　　)
A. CO2的共价晶体中存在范德华力
B. 在一定条件下，CO2共价晶体转化为CO2分子晶体是物理变化
C. 每1 mol CO2共价晶体中含有2NA个π键
D. CO2的共价晶体中，每个C原子周围结合4个O原子，每个O原子与2个C原子相结合
6. [2024盐城期末]已知：C3N4晶体的硬度很可能比金刚石还大，且原子间均以单键结合。下列关于C3N4的说法正确的是(　　)
A. C3N4可能是分子晶体
B. C3N4晶体中C—N的键长比金刚石的C—C的键长要长
C. C3N4晶体是每个C原子连接4个N原子，每个N原子连接3个C原子
D. 该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间的网状结构
7. 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原子周围等距离且最近的N原子数为12
8. [2024泰州期中]解释下列物质性质的变化规律时，与共价键的键能无关的是(　　)
A. N2比P4的化学性质稳定
B. F2、Cl2、Br2、I2的沸点逐渐升高
C. 金刚石的熔点比晶体硅高
D. HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
9. 已知某些化学键键能如下，下列说法不正确的是(　　)
化学键 H—H Cl—Cl Br—Br H—Cl H—Br
键能/(kJ/mol) 436 243 194 432 a
A. 根据键能可估算反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的ΔH＝－185 kJ/mol
B. 根据原子半径可知，键长：H—ClC. 可以根据H—Cl和H—Br的键能大小判断HCl和HBr的热稳定性
D. 常温下Cl2和Br2的状态不同，与Cl—Cl和Br—Br的键能有关
10. [2024苏州阶段练习]化学材料已经在人们的生活中扮演着不可替代的角色。比如：①镓、锗是重要的半导体材料。②新型碳化硅(SiC)增强铝基复合材料、碳纳米管（一种同轴管状结构的碳原子簇，是纳米级石墨晶体）、石墨炔都是近年来合成的新材料。
(1) 与镓同族的铝元素形成的化合物AlF3具有较高的熔点(1 040 ℃)，而AlCl3在178 ℃时升华，原因是_________________________________________________。
(2) CO2的电子式为　　　　　　　　　　。
(3) 列举一个事实说明C和Si的非金属性强弱：_________________________
_____________________________________________。
(4) 新型碳化硅增强铝基复合材料曾助力“天问一号”成功探火，它不具有的性质是　　　　（填字母）。
A. 耐高温　 B. 密度大　 C. 耐腐蚀　 D. 抗磨损
(5) 下图几种碳单质中，属于共价晶体的是　　　　，C60晶体中构成物质的微粒间的作用力是　　　　　　　　　　。
金刚石 石墨 C60
11. 金刚石和金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的三维骨架结构中（如图所示），碳原子、硅原子交替以单键相结合。试回答下列问题。
(1) 金刚砂属于　　　　晶体。金刚砂熔点比金刚石熔点　　　　。
(2) 在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合　　　　个碳原子，键角是　　　　。
(3) 金刚砂的结构中含有由共价键形成的原子环，其中最小的环上有　　　　个硅原子。
课时2　共价键键能与化学反应的反应热共价晶体
【活动方案】
活动一：
1. 断裂化学键吸热，形成化学键放热。
2. 共价键的强度一般用键能描述。共价键的键能是在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，单位为kJ/mol。H—H键的键能为436 kJ/mol。
3. 两原子形成共价键时，两原子核间的平均间距叫做该共价键的键长。当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠，所以键长不是原子的半径之和。共价键重叠程度越大，键长越短，键能越大。共价键强弱可以用下面方法判断：一般来讲，形成共价键的两原子半径之和越小，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。HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同(1对)，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，共价键牢固程度：H—F>H—Cl>H—Br>H—I，因此，稳定性：HF>HCl>HBr>HI。
活动二：
1. ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。
2. ΔH＜0时，为放热反应；ΔH＞0时，为吸热反应。
活动三：
1. 所有原子间以共价键结合而形成的空间网状结构的晶体，叫作共价晶体。共价晶体的构成微粒是原子，微粒间作用力是共价键，由于共价键的键能大，所以共价晶体的熔、沸点较高，硬度较大。
2. 共价晶体一般具有很高的熔点、沸点和硬度。共价晶体熔化时破坏的是共价键，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，硬度大。
3. C
4. 两个都是氮化硼的晶胞，结构完全相同。大球为硼原子，小球为氮原子，该晶体属于共价晶体，构成晶体的微粒是硼原子和氮原子，微粒间作用力是共价键。氮化硼的结构如下图：
5. 共价晶体中一般含有共价键，含共价键的不一定是共价晶体，只含共价键的晶体也不一定是共价晶体，如H2O、HCl等由非金属元素组成的分子内只含共价键，但它们不属于共价晶体。共价晶体不一定是共价化合物，也可能是单质，如金刚石。
【课堂反馈】
1. D　金刚石属于共价晶体，金刚石的硬度最大，D正确。
2. B　晶体Si是通过共价键形成的共价晶体，A正确；10 nm硒化铟是纯净物，只有形成分散系才属于胶体，B错误；Se是第34号元素，位于元素周期表第4周期ⅥA族，C正确；硒化铟是一种速度快、能耗低且超越硅基极限的晶体管，故InSe属于新型无机非金属材料，D正确。
3. C　反应的化学方程式为4HCl＋O22Cl2＋2H2O，ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能＝[(431×4＋498)－(243×2＋463×4)]kJ/mol＝－116 kJ/mol，则热化学方程式为4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－116 kJ/mol。故选C。
4. B　共价晶体的熔点高，硬度大，且不能导电，A、C、D不符合题意。
5. D　CO2共价晶体中只存在共价键，不存在范德华力，A错误；CO2共价晶体和分子晶体的晶体类型不同，共价晶体转化为分子晶体时存在化学键的断裂和生成，属于化学变化，B错误；CO2共价晶体中，每个碳原子与4个氧原子形成4个σ键，每个氧原子与2个碳原子形成2个σ键，晶体中不存在π键，C错误；由题意可知，与SiO2晶体结构类似的CO2共价晶体中，每个碳原子与4个氧原子结合，每个氧原子与2个碳原子结合，D正确。
6. C　由信息可知，C3N4晶体很可能具有比金刚石还大的硬度，且原子间均以单键结合，故该晶体是共价晶体，A错误；N的半径小于C，则C—N的键长小于C—C的键长，B错误；C的最外层有4个电子，每个电子与另一个N形成C—N(1个共用电子对)，故1个碳原子连接4个N原子，因为N的最外层有5个电子，可与3个C形成N—C(1个共用电子对)，故1个N原子连接3个C原子，C正确；C3N4晶体是共价晶体，结构不对称，且原子的电负性不同，N—C是极性键，D错误。
7. D　11B 和10B互为同位素，形成的化合物在化学性质上无差异，但在物理性质上有差异，A错误；该晶体结构中无自由移动的电子，不具有导电性，B错误；由图可知，该晶胞含4个N原子，B原子位于晶胞的顶点和面心上，故B原子的数目＝8×＋6×＝4，C错误；由晶胞示意图，1个N原子与4个B原子成键，每个B原子可以和另外3个N原子成键，这些N原子距中心N原子等距离且最近，总数为12，D正确。
8. B　发生化学反应时破坏共价键，键能越大，化学性质越稳定，A错误；沸点升高是因为相对分子质量增大，分子间作用力增大，和键能无关，B正确；金刚石和晶体硅属于共价晶体，熔化时破坏共价键，键长越短，键能越大，故和键能有关，C错误；热稳定性是指发生分解反应，需要破坏分子中的共价键，故和键能有关，D错误。
9. D　根据反应热＝反应物总键能－生成物总键能，则H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的ΔH＝436 kJ/mol＋243 kJ/mol－2×432 kJ/mol ＝－185 kJ/mol，A正确；Cl原子半径小于Br原子，则键长H—ClH—Br，进而推测a<432，B正确；键能越大，物质的热稳定性越大，可以根据H—Cl和H—Br的键能大小判断HCl和HBr的稳定性，C正确；键能Cl—Cl>Br—Br，说明Cl2分子比Br2分子稳定，破坏的是共价键，而常温下Cl2和Br2的状态由分子间作用力决定，D错误。
10. (1) F的电负性大于Cl，F、Al电负性差值比Cl、Al大，AlF3是离子晶体，AlCl3是分子晶体，离子晶体的熔、沸点高，不易升华
(2)
(3) H2SiO3的酸性比H2CO3弱，说明Si的非金属性比C弱
(4) B
(5) 金刚石　范德华力(或分子间作用力)
解析：(4) 由碳化硅增强铝基复合材料(其组成可表示为SiC/Al)应用于“天问一号”航空领域知，该材料应该具备的特点有耐高温、耐腐蚀、抗磨损等，但由于从地球向太空发射时需克服地磁场强大的吸引作用，故其应该具有密度小、质量轻的特点，若材料的密度大，增大发射火箭的质量，发射时就需消耗更高的能量，无形增加发射难度，故选B。(5) 金刚石属于共价晶体，石墨属于混合型晶体，C60属于分子晶体；C60间的作用力是范德华力或分子间作用力。
11. (1) 共价　低　(2) 4　109°28′　(3) 3