苏教版学高中化学专题共价键原子晶体共价键的键能原子晶体教案选修

[核心素养发展目标] １．知道共价键键能、键长的概念，掌握共价键的键能与化学反应过程中能量变化之间的关系，促进宏观辨识与微观探析学科核心素养的发展。２．能辨识常见的原子晶体，理解晶体中微粒间相互作用对原子晶体性质的影响，了解常见原子晶体的晶体结构。

一、共价键的键能与化学反应的反应热

１．共价键的键能

（１）键能：在１0１kPa、２98K条件下，１mol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。其单位为kJ·mol—１。

（２）应用：

（１）H—H键的键能为什么比Cl—Cl键的键能大？

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（２）已知H２O在２000℃时有５%的分子分解，而CH４在１000℃时可能完全分解为C和H２，试解释其中的原因。

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（３）试解释氮气为什么能在空气中稳定存在。

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答案（１）H原子的半径比Cl原子的半径小，故H—H键的键长比Cl—Cl键的键长短，H—H键的键能比Cl—Cl键的键能大（２）H—O键的键能比H—C键的键能大，故H２O比CH４稳定（３）N２分子中存在氮氮叁键，键能大，结构稳定，故氮气能在空气中稳定存在

解析解答本题可根据键参数与分子性质的关系分析：共价键的键长越短，键能越大，共价键越稳定。１４．（２0１8·武汉二中月考）Ⅰ.已知氢分子的形成过程示意图如图所示，请据图回答问题。

（１）H—H键的键长为________，１～５中，体系能量由高到低的顺序是________。

（２）下列说法中正确的是________（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—

１４５２

４6

２．8

４97．３２２6X

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“＝”）２２6kJ·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１molSi中含有２molSi—Si键，１molSiO２中含有４molSi—O键）。答案Ⅰ.（１）7４pm １５２３４（２）BC

Ⅱ.（１）> （２）１２0４7５kJ 8５8．7kJ

解析Ⅰ.（１）可以直接从题中读出有关数据，H—H键的键长为7４pm；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，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１000 g÷２g·mol —１×（４6２．8 kJ·mol—１×２—４３6 kJ·mol—１—４97．３kJ·mol—１×错误!）＝１２0 ４7５kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为４５２kJ·mol—１×４mol—４97．３kJ·mol—１×１mol—２２6 kJ·mol—１×２mol＝8５8．7 kJ。

１５．（１）金刚砂（SiC）的硬度为9．５，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂晶体类型为________；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为________；若晶胞的边长为a pm，则金刚砂的密度表达式为__________。

（２）硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相似。则GaN晶体中，每个Ga原子与________个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的立体结构为____________。若该硅晶体的密度为ρg·cm—３，阿伏加德罗常数的值为N A，则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为________cm（用代数式表示即可）。

答案（１）原子晶体１２错误!

（２）４正四面体错误!×错误!

解析（１）金刚砂（SiC）的硬度为9．５，硬度大，属于原子晶体；每个碳原子周围最近的碳原子数目为３×４＝１２；该晶胞中C原子个数为8×错误!＋6×错误!＝４，Si原子个数为４，晶胞边长为a×１0—１0 cm，体积V＝（a×１0—１0 cm）３，

ρ＝错误!＝错误!。

（２）根据物质的晶体结构可知，在GaN晶体中，每个Ga原子与４个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的立体结构为正四面体。在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×错误!＋6×错误!＋４＝8，则根据晶胞的密度ρ＝错误!可知V＝错误!＝错误!＝错误!cm３，晶胞的边长a＝错误!＝错误!