資源簡介

3.3共價鍵 共價晶體(第2課時)
一、核心素養發展目標
1.掌握共價鍵的鍵能概念及影響因素，能分析共價鍵的鍵能與反應中能量變化的關系；
2.能根據共價晶體的微觀結構預測其性質。
二、教學重點及難點
重點 共價鍵的鍵能及影響因素、與反應中能量變化的關系
難點 共價晶體的微觀結構
三、教學方法
講授法、討論法
四、教學工具
PPT、視頻、共價晶體晶胞模型
五、教學過程
一、共價鍵鍵能與化學反應的反應熱
【講述】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。
【問】條件和單位是什么？
【生】通常是298 K、101 KPa條件下的標準值。
單位：kJ·mol-1
【講述】鍵能越大,共價鍵越牢固, 由此形成的分子越穩定。
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。
鍵參數 —— 鍵長
【展示】Cl2中Cl-Cl鍵長
【講述】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）
【展示】部分共價鍵的鍵長和鍵能表
【講述】共價鍵的鍵長越短，往往鍵能越大，表明共價鍵越穩定。
【問】共價鍵的鍵長與什么有關？
【生】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。
【展示】F-F、Cl-Cl、Br-Br、H-F、H-Cl等的鍵長鍵能表格及圖片。
【生】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。
【展示】碳碳單鍵、雙鍵、三鍵的鍵長表格。
【生】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。
【問】為什么F-F鍵的鍵長比Cl-Cl鍵短，但鍵能卻比Cl-Cl小？
【生】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。
【問】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。
【展示】鹵化氫在1 000 ℃分解的百分數/%及鍵長鍵能表
【生】鍵長H—FH—Cl>H—Br>H—I,故HF、HCl、HBr、HI的穩定性依次增強。
【展示】N2(g)和O2(g)生成NO(g)過程中的能量變化圖
【講述】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。
【問】舊化學鍵斷裂所吸收的總能量大于新化學鍵形成所放出的總能量，為什么反應？
【生】吸熱反應
【問】舊化學鍵斷裂所吸收的總能量小于新化學鍵形成所放出的總能量，為什么反應？
【生】放熱反應
二、共價晶體
【講述】概念：自然界中有一類晶體像金剛石一樣，晶體中所有原子通過共價鍵結合，形成空間網狀結構，像這樣的晶體叫做共價晶體。
組成的粒子：原子
粒子間的作用力：共價鍵
【展示】元素周期表
【講述】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)
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。
【展示】金剛石物質、結構、晶胞圖
【講述】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。
【問】一個金剛石晶胞中，含有幾個碳原子？
【展示】計算過程
【生】8個
【問】金剛石中，1 mol C 形成的共價鍵數目是多少？
【展示】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 x ）= 1：2
【生】2 mol
【展示】二氧化硅晶體相關圖片
【問】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
【生】SiO2晶體中最小環上有12個原子
【問】1 mol SiO2中含有多少摩爾Si—O鍵
【生】1 mol SiO2中含有4 mol Si—O鍵
【展示】部分共價晶體的鍵能、鍵長、熔點表
【講述】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。
【問】回顧學過的共價晶體，有哪些共同的物理性質？
【生】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
③一般不導電，但晶體硅是半導體
④難溶于一般溶劑
【課堂小結】師生一起回顧和總結。
【課堂練習】
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
答案：D
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
答案：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
答案：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。
答案：945.6
5.有關碳和硅的共價鍵鍵能如下表所示:
共價鍵 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
348 413 351 226 318 452
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　　　。
答案：（1）CH4比SiH4穩定
（2）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
（3）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

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