高中化學 33_2 共價鍵的鍵能與化學反應的反應熱 原子晶體課件 蘇教版選修3

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1、 目標導航預習引導 目標導航預習引導一、共價鍵的鍵能與化學反應的反應熱1.共價鍵的鍵能(1)共價鍵鍵能的概念:人們把在101 kPa、298 K條件下,1 mol氣態(tài)AB分子生成氣態(tài)A原子和B原子的過程中所吸收的能量,稱為AB間共價鍵的鍵能。其單位為kJmol-1。 (2)共價鍵鍵能的意義:共價鍵的鍵能表示共價鍵的強弱程度。 目標導航預習引導(3)共價鍵鍵能與反應熱的關系:化學反應的實質是反應物分子中舊化學鍵斷裂和生成物分子中新化學鍵形成的過程?；瘜W反應過程中,舊鍵斷裂所吸收的總能量大于新鍵形成所放出的總能量,反應為吸熱反應,反之為放熱反應。所以,反應物和生成物中化學鍵的強弱直接決定著化學反應

2、過程中的能量變化。由于放熱反應體系的能量降低,故規(guī)定H為“-”; 吸熱反應體系的能量升高,故規(guī)定H為“+”。由鍵能求反應熱的公式為H=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和。(4)共價鍵的鍵能的應用:利用鍵能的數據解釋分子的熱穩(wěn)定性。 目標導航預習引導2.共價鍵的鍵長(1)共價鍵的鍵長的概念:形成共價鍵的兩原子核間的平均間距(核間距)叫鍵長。(2)共價鍵的鍵長表示的意義:共價鍵的鍵長越短,往往鍵能越大,表明共價鍵越牢固。鍵長是衡量共價鍵穩(wěn)定性的重要參數之一。預習交流1試根據教材P49表3-5中數據分析鹵素單質(Cl2、Br2、I2)的穩(wěn)定性。請你計算1 mol H 2和1 mol Cl2完全反應生

3、成2 mol HCl的反應熱。答案:鹵素單質分子中均為共價單鍵,按Cl2、Br2、I2鍵能逐漸減小,鍵長逐漸增大,所以Cl2、Br2、I2的穩(wěn)定性逐漸減弱。H=E(H2)+E(Cl2)-2E(HCl)=436 kJmol-1+243 kJmol-1-2431 kJmol-1=-183 kJmol-1。 目標導航預習引導二、原子晶體1.原子晶體的概念:相鄰原子之間以共價鍵相結合而形成的具有空間立體網狀結構的晶體,稱為原子晶體。原子晶體的構成微粒是原子,微粒間的作用力是共價鍵。常見的原子晶體有金剛石、晶體硅、晶體硼、金剛砂、二氧化硅等。2.典型的原子晶體金剛石:在金剛石晶體里,每個碳原子都被相鄰的

4、4個碳原子包圍,以共價鍵與4個碳原子結合,形成正四面體,被包圍的碳原子處于正四面體的體心。這些正四面體結構向空間發(fā)展,構成一個堅實的、彼此連接的空間立體網狀結構晶體。金剛石晶體中所有CC鍵鍵長相等,鍵角相等(均為10928);晶體中最小碳環(huán)由6個C組成且六者不在同一平面內;晶體中每個碳原子參與 了4個鍵的形成,而在每個鍵中的貢獻只有一半,故碳原子個數與鍵數之比為1 2。 目標導航預習引導3.原子晶體的物理性質:原子晶體中,原子間以較強的共價鍵相結合,要使物質熔化和汽化就要克服共價鍵,需要很多能量。因此,原子晶體一般都具有很高的熔點和沸點。硬度大,難溶于水,固體時一般不導電。對結構相似的原子晶體

5、來說,原子半徑越小,鍵長越短,鍵能越大,晶體的熔點就越高。預習交流2“具有共價鍵的晶體叫做原子晶體”這種說法對嗎?為什么?答案:不對。如HCl、H 2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共價鍵,而它們都不是原子晶體;如金剛石、晶體Si、SiC、SiO2中都只有共價鍵,它們都是原子晶體,像這樣所有原子間都是通過共價鍵相結合形成的晶體才是原子晶體。 問題導學即時檢測1 2(1)HH鍵的鍵能為什么比ClCl鍵的鍵能大?(2)已知H 2O在2 000 時有5%的分子分解,而CH4在1 000 時可完全分解為C和H2,試解釋其中的原因。(3)試解釋氮氣為什么能在空氣中穩(wěn)定存在。 問題導學即時檢測1 2

6、解析:本題可以從鍵能、鍵長與分子穩(wěn)定性關系分析解決。共價鍵的鍵長越短,往往鍵能越大,共價鍵越穩(wěn)定。(1)因為原子半徑r(H)Br2I2B.I2Br2Cl2預測1 mol H2在足量F2中燃燒比在Cl2中放熱(填“多”或“少”)。 21遷移與應用 問題導學即時檢測2答案:(1)183(2)A多1(1)一般地,形成的共價鍵的鍵能越大,鍵長越短,共價鍵越穩(wěn)定,含有該鍵的分子越穩(wěn)定,其化學性質越穩(wěn)定。(2)化學反應中能量變化=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和,即 H=E反應物-E生成物。 問題導學即時檢測1 22.原子晶體活動與探究晶體硅(Si)和金剛砂(SiC)都是與金剛石相似的原子晶體,請根據下表中

7、的數據,分析其熔點、硬度的大小與其結構之間的關系。 問題導學即時檢測1 2解析:在原子晶體里,所有原子都以共價鍵相互結合,整塊晶體是一個空間立體網狀結構。所以,影響原子晶體的熔點、硬度的主要因素就是共價鍵的鍵能大小,鍵能越大,原子晶體的熔點、硬度越高,而共價鍵的鍵能又與鍵長相關,一般來說,鍵長越短,鍵能越大;鍵長越長,鍵能越小答案:鍵長越短,鍵能越大,熔點越高,硬度越大;反之,鍵長越長,鍵能越小,熔點越低,硬度越小。 問題導學即時檢測1 2思考與交流怎樣從原子結構的角度理解金剛石、硅、鍺的熔點和硬度依次下降?答案:從碳到鍺,核電荷數增大,電子層數增多,原子半徑依次增大,CC鍵、SiSi鍵、Ge

8、Ge鍵的鍵長依次增大。鍵長越短,共價鍵越牢固,熔化時破壞的是共價鍵,鍵的穩(wěn)定性是CC鍵SiSi鍵GeGe鍵,所以,金剛石、硅、鍺的熔點和硬度依次下降。 問題導學即時檢測1 2原子晶體物理性質的差異主要是由共價鍵鍵能的不同造成的,鍵能越大,熔、沸點越高,硬度越大。而鍵能又與鍵長有關,鍵長可由成鍵原子半徑的相對大小得出。一般來說,成鍵原子的半徑之和越大,鍵長越長,鍵能越小。 問題導學即時檢測1 2 3 4 51.下列說法中正確的是() A.分子中鍵能越大,鍵長越長,則分子越穩(wěn)定B.元素周期表中的A族和A族元素的原子間可能形成共價鍵C.水分子可表示為HOH,分子中鍵角為109.5D.HO鍵鍵能為46

9、3 kJmol-1,即18 g H2O分解成H2和O2時,消耗能量為2463 kJ 問題導學即時檢測1 2 3 4 5解析:鍵能越大,鍵長越短,分子越穩(wěn)定,A項錯誤;兩元素電負性差小于1.7時可形成共價鍵,B項正確;水分子的鍵角是104.5,C項錯誤;D項中HO鍵鍵能為463 kJmol-1,指的是氣態(tài)基態(tài)氫原子和氧原子形成1 mol HO鍵時釋放的最低能量,則拆開1 mol HO鍵形成氣態(tài)氫原子和氧原子所需吸收的能量也為463 kJ,18 g H2O即1 mol H2O中含2 mol HO鍵,斷開時需吸收2463 kJ的能量形成氣態(tài)氫原子和氧原子,再進一步形成H2和O2時,還需釋放出一部分能

10、量,故D項錯誤。答案: B 問題導學即時檢測1 2 3 4 52.在30 g SiO2晶體中,含有SiO鍵的物質的量為()A.1 mol B.1.5 molC.2 mol D.2.5 mol解析:1 mol SiO2中含4 mol SiO鍵,30 g SiO2是0.5 mol,含有SiO鍵的物質的量為2 mol。答案:C 問題導學即時檢測1 2 3 4 53.下列說法不正確的是() A.鍵能越大,表示化學鍵越牢固,越難以斷裂B.成鍵的兩原子核越近,鍵長越短,化學鍵越牢固,性質越穩(wěn)定C.鍵角是描述分子立體結構的重要參數,其大小與鍵長、鍵能的大小無關D.鍵能、鍵長只能定性分析化學鍵的強弱解析:A項

11、正確,鍵能用于衡量共價鍵的強弱;B項正確,鍵長基本含義就是成鍵兩原子的核間距;C項正確,鍵角決定分子立體空間結構,鍵長、鍵能決定共價鍵的強弱;D項錯誤,鍵能、鍵長這兩個物理量的引入就是為了定量衡量共價鍵的強弱。答案 :D 問題導學即時檢測1 2 3 4 54.碳化硅(SiC)晶體有類似金剛石的結構。其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它與晶體硅和金剛石相比較,正確的是()A.熔點從高到低的順序:碳化硅金剛石晶體硅B.熔點從高到低的順序:金剛石晶體硅碳化硅C.三種晶體中的基本單元都是正四面體結構D.三種晶體都是原子晶體且均為電的絕緣體解析:依題意,金剛石、碳化硅和晶體硅都是原子晶體,且都應有類似金

12、剛石的正四面體結構單元。因鍵長由長到短的順序是SiSiSiCCC(這可由原子半徑來推斷),則鍵能為CCSiCSiSi,所以破壞這些鍵時所需能量依次降低,從而熔點依次降低。上述三種原子晶體中晶體硅是半導體,具有一定的導電性。 答案: C 問題導學即時檢測1 2 3 4 5 問題導學即時檢測1 2 3 4 5 (2)二氧化硅晶體中存在的作用有。 A.共價鍵B.離子鍵C.配位鍵D.范德華力E.氫鍵(3)美國LawreceLiremore國家實驗室的V.Lota.C.S.Yoo和Cynn成功地在高壓下將CO2轉化為具有類似SiO2結構的原子晶體,下列關于CO2的原子晶體說法正確的是()A.CO2的原子

13、晶體和分子晶體互為同素異形體B.在一定條件下,CO2原子晶體轉化為分子晶體是物理變化C.CO 2的原子晶體和CO2的分子晶體具有相同的物理性質D.在CO2的原子晶體中,每個C原子結合4個O原子,每個O原子結合兩個C原子 問題導學即時檢測1 2 3 4 5 解析:(1)二氧化硅晶體中最小環(huán)上有6個硅原子和6個氧原子,并形成以硅原子為中心、氧原子(或硅原子)為頂點的正四面體結構。(2)原子晶體中只存在共價鍵,且SiO鍵為極性鍵,不是配位鍵。(3)同素異形體的研究對象是單質;CO2的晶體類型發(fā)生轉變已生成了新物質,故為化學變化;CO2的不同晶體具有不同的物理性質;CO2的原子晶體類似于SiO2晶體,每個C原子結合4個O原子,每個O原子結合2個C原子。答案:(1)12SiO(或Si)答案:(1)12SiO(或Si)(2)A (3)D