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專題3 微粒間作用力與物質性質
共價鍵鍵能與化學反應的反應熱　共價晶體
1．通過從化學鍵的斷裂和形成的角度認識化學反應中的能量變化，理解晶體中微粒間相互作用對共價晶體性質的影響，能從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題。
2．能辨識常見的共價晶體，了解常見的共價晶體的結構，并預測其性質。
共價鍵的強弱用什么來衡量？
我們如何用化學語言來描述不同分子的空間結構和穩定性？
鍵能：
人們把在101 kPa、298 K（25℃）條件下，1 mol氣態AB分子生成氣態A原子和B原子的過程中所吸收的能量，或氣態基態原子A原子和B原子形成1 mol氣態AB分子釋放的最低能量。
通常是298 K、101 KPa條件下的標準值。
單位：kJ·mol-1
鍵能越大,共價鍵越牢固, 由此形成的分子越穩定。
注意：鍵能是指共價鍵，其他化學鍵的能量不能叫做鍵能。
鍵長：
當兩個原子形成共價鍵時，原子軌道發生重疊。原子軌道重疊的程度越大，共價鍵的鍵能越大，兩原子核間的平均間距——鍵長越短。
定義：構成化學鍵的兩個原子之間的核間距。
單位：pm（1 pm＝10-12 m）
鍵長
F2
141pm
共價鍵的鍵長越短，電子重疊區域大，往往鍵能越大，表明共價鍵越穩定。
鍵 鍵長pm 鍵 鍵長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】共價鍵的鍵長與什么有關？
1、原子半徑：同類型的共價鍵,成鍵原子的原子半徑越小,鍵長越小。
【思考】共價鍵的鍵長與什么有關？
鍵 鍵長pm
C-C 154
C=C 133
C≡C 120
2、共用電子對數：相同的兩個原子間形成共價鍵時,
單鍵鍵長>雙鍵鍵長>三鍵鍵長。
【思考】為什么F-F鍵的鍵長比Cl-Cl鍵短，但鍵能卻比Cl-Cl小？
鍵 鍵能 （kJ·mol-1） 鍵長
pm
F-F 157 141
Cl-Cl 242.7 198
Br-Br 193.7 228
氟原子的半徑很小，故F-F鍵的鍵長比Cl-Cl鍵短。
但因兩氟原子的原子核距離較小，斥力較大，故鍵能卻比Cl-Cl小。
【思考】根據元素周期律可知,HF、HCl、HBr、HI的穩定性依次增強,請利用鍵參數加以解釋。
鍵長H—F鍵能H—F>H—Cl>H—Br>H—I,
故HF、HCl、HBr、HI的穩定性依次增強。
鹵化氫 HCl HBr HI
在1 000 ℃分解的百分數/% 0.0014 0.5 33
氫鹵鍵的鍵能（kJ·mol-1） 431.8 366 298.7
氫鹵鍵的鍵長pm 127 142 161
結構相似的分子中，共價鍵的鍵能越大，分子越穩定。
一、共價鍵鍵能與化學反應的反應熱
N2(g)和O2(g)生成NO(g)過程中的能量變化
化學反應中發生舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成。
反應物和生成物中化學鍵的強弱直接決定著化學反應過程中的能量變化。
吸收
放出
吸熱
放熱
舊化學鍵斷裂所吸收的總能量
新化學鍵形成所放出的總能量
ΔH＜0時，為放熱反應
ΔH＞0時，為吸熱反應
在化學反應中，舊化學鍵斷裂吸收能量，新化學鍵的形成釋放能量。
反應焓變與鍵能的關系為：
ΔH＝反應物鍵能總和－生成物鍵能總和
二、共價晶體
概念：
相鄰原子間以共價鍵結合而形成空間網狀結構的晶體。
組成的粒子：原子
粒子間的作用力：共價鍵
常見的共價晶體
（1）硼（B）、硅（Si）、鍺（Ge）和灰錫（Sn）
（2）金剛砂（SiC）、氮化硅（Si3N4）和二氧化硅（SiO2）
（3）極少數金屬氧化物，如剛玉(Al2O3)
單晶硅
SiO2
由于共價鍵的鍵能大，所以共價晶體一般具有很高的熔、沸點和很大的硬度。
在金剛石晶體里以共價鍵跟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中心。
最小的碳環由6個碳組成，且不在同一平面內。晶體中C—C—C夾角為109°28′；
金剛石晶體
頂點
體內
面心
金剛石的晶胞
頂點：8× ＝1
面心：6× ＝3
體內：4
1＋3＋4＝8
8
1
2
1
金剛石晶體
1 mol C 形成的共價鍵數目是多少？
金剛石的晶胞
共價鍵
2 mol
每個C參與了4條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻只有一半，故C原子與C—C鍵數之比為：1 ：（4 × ）= 1：2
二、共價晶體
晶體硅：將金剛石晶胞中的碳原子換成硅原子，就是晶體硅的晶胞。每個晶體硅晶胞中有8個硅原子。
碳化硅：將晶體硅晶胞的頂點、面心上的硅原子換成碳原子，體內4個硅原子不變，就是碳化硅的晶胞。
晶體硅的結構示意圖
碳化硅的晶胞
每個碳化硅晶胞中有4個碳原子、4個硅原子。
石英的左、右型晶體
二氧化硅晶體中硅氧四面體螺旋結構
石英表
二氧化硅晶體
分析二氧化硅晶體結構模型,判斷晶體中最小的環上有多少個原子
1 mol SiO2中含有4 mol Si—O鍵
1 mol SiO2中含有多少摩爾Si—O鍵
SiO2晶體中最小環上有12個原子
因此二氧化硅晶體中并不存在單個的SiO2分子，它是由硅原子和氧原子按1∶2的比例組成的空間立體網狀結構的晶體。
二、共價晶體
對于結構相似的共價晶體而言，
共價鍵的鍵長越長，鍵能就越小，晶體的熔、沸點越低，硬度越小。
共價晶體的物理性質
①熔點很高
共價晶體中，原子間以較強的共價鍵相結合，要使物質熔化就要克服共價鍵，需要很高的能量。
②硬度很大：共價鍵作用強。
③一般不導電，但晶體硅是半導體
④難溶于一般溶劑
熔點高（通常＞1000 ℃），如金剛石的熔點大于3 550 ℃。
共價晶體中原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體熔、沸點就越高。
D
1.下列說法正確的是(　　)
A.分子中鍵能越大,表示分子擁有的能量越高,共價鍵越難斷裂
B.分子中鍵長越大,表示成鍵原子軌道重疊越多,鍵越牢固
C.形成化學鍵的過程是一個吸收能量的過程
D.形成化學鍵的過程是一個放出能量的過程
2．下列有關共價晶體的敘述錯誤的是(　　)
A．共價晶體中，只存在共價鍵
B．共價晶體具有空間網狀結構
C．共價晶體中不存在獨立的分子
D．共價晶體熔化時不破壞共價鍵
D
3.碳化硅(SiC)是一種晶體,具有類似于金剛石的結構,其中C原子和Si原子的位置是交替排列的。有下列三種晶體:①金剛石　②晶體硅　③碳化硅,它們的熔點從高到低的順序是(　　)
A.①③② B.②③① C.③①② D.②①③
A
4.已知H—H鍵的鍵能為436 kJ·mol-1,N—H鍵的鍵能為391 kJ·mol-1,根據熱化學方程式:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1,計算N≡N鍵的鍵能是　　　 kJ·mol-1。
945.6
5.有關碳和硅的共價鍵鍵能如下表所示:
簡要分析和解釋下列有關事實。
(1)比較通常條件下,CH4和SiH4的穩定性強弱:　　　。
(2)硅與碳同族,也有系列氫化物,但硅烷在種類和數量上都遠不如烷烴多,原因是 。
(3)SiH4的穩定性小于CH4,硅更易生成氧化物,原因是　　　。
共價鍵 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
348 413 351 226 318 452
CH4比SiH4穩定
C—C鍵和C—H鍵鍵能較大,所形成的烷烴較穩定,而硅烷中Si—Si鍵和Si—H鍵的鍵能較小,易斷裂,導致長鏈硅烷難以生成
C—H鍵的鍵能大于C—O鍵,C—H鍵比C—O鍵穩定,而Si—H的鍵能卻遠小于Si—O鍵,所以Si—H鍵不穩定而傾向于形成穩定性更強的Si—O鍵
共價
晶體
原子
共價鍵
鍵長
鍵能
方向性
飽和性
用途
性質
熔點高
硬度大
結構

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