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第三節(jié) 共價鍵 共價晶體
課時2 共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的
反應(yīng)熱　共價晶體
第三章 微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)
授課人：
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1．通過從化學(xué)鍵的斷裂和形成的角度認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)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(zhì)的影響，能從宏觀和微觀相結(jié)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(jié)構(gòu)，并預(yù)測其性質(zhì)。
原子之間形成的共價鍵的強(qiáng)度可以用鍵能來描述。
一、共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
一、共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
鍵能：
人們把在101 kPa、298 K（25℃）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，或氣態(tài)基態(tài)原子A原子和B原子形成1 mol氣態(tài)AB分子釋放的最低能量。
通常是298 K、101 KPa條件下的標(biāo)準(zhǔn)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(wěn)定。
注意：鍵能是指共價鍵，其他化學(xué)鍵的能量不能叫做鍵能。
一、共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
當(dāng)兩個原子形成共價鍵時，原子軌道發(fā)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(gòu)成化學(xué)鍵的兩個原子之間的核間距。
單位：pm（1 pm＝10-12 m）
Cl2中Cl-Cl鍵長
鍵參數(shù) —— 鍵長
一、共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
共價鍵的鍵長越短，電子重疊區(qū)域大，往往鍵能越大，表明共價鍵越穩(wěn)定。
一、共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
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(guān)？
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。
一、共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
鍵 鍵長pm
C-C 154
C=C 133
C≡C 120
2、共用電子對數(shù)：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。
一、共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
鍵 鍵能 （kJ·mol-1） 鍵長
pm
F-F 157 141
Cl-Cl 242.7 198
Br-Br 193.7 228
思考
為什么F-F鍵的鍵長比Cl-Cl鍵短，但鍵能卻比Cl-Cl小？
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。
一、共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
思考
根據(jù)元素周期律可知,HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性依次增強(qiáng),請利用鍵參數(shù)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(wěn)定性依次增強(qiáng)。
鹵化氫 HCl HBr HI
在1 000 ℃分解的百分?jǐn)?shù)/% 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(jié)構(gòu)相似的分子中，共價鍵的鍵能越大，分子越穩(wěn)定。
一、共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
N2(g)和O2(g)生成NO(g)過程中的能量變化
化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成。
一、共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
反應(yīng)物和生成物中化學(xué)鍵的強(qiáng)弱直接決定著化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化。
吸收
放出
吸熱
放熱
舊化學(xué)鍵斷裂所吸收的總能量
新化學(xué)鍵形成所放出的總能量
一、共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
ΔH＜0時，為放熱反應(yīng)
ΔH＞0時，為吸熱反應(yīng)
在化學(xué)反應(yīng)中，舊化學(xué)鍵斷裂吸收能量，新化學(xué)鍵的形成釋放能量。
反應(yīng)焓變與鍵能的關(guān)系為：
ΔH＝反應(yīng)物鍵能總和－生成物鍵能總和
典例解析
例1 已知N—N、N===N和NN鍵能之比為1.00:2.17:4.90，而C—C、C===C和C≡C鍵能之比為1.00:1.77:2.34。下列說法正確的是(　　)A．σ鍵一定比π鍵穩(wěn)定B．N2較易發(fā)生加成反應(yīng)C．乙烯、乙炔較易發(fā)生加成反應(yīng)D．乙烯、乙炔中的π鍵比σ鍵穩(wěn)定
C
二、共價晶體
概念：
相鄰原子間以共價鍵結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。
金剛石、用金剛石制成的鉆頭
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(shù)金屬氧化物，如剛玉(Al2O3)
二、共價晶體
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。
二、共價晶體
在金剛石晶體里以共價鍵跟4個碳原子結(jié)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(huán)由6個碳組成，且不在同一平面內(nèi)。
晶體中C—C—C夾角為109°28′；
二、共價晶體
頂點
體內(nèi)
面心
金剛石的晶胞
頂點：8× ＝1
面心：6× ＝3
體內(nèi)：4
1＋3＋4＝8
8
1
2
1
思考
一個金剛石晶胞中，含有幾個碳原子？
二、共價晶體
思考
金剛石中，1 mol C 形成的共價鍵數(shù)目是多少？
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(xiàn)只有一半，故C原子與C—C鍵數(shù)之比為：1 ：（4 x ）= 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(nèi)4個硅原子不變，就是碳化硅的晶胞。
晶體硅的結(jié)構(gòu)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。
二、共價晶體
石英的左、右型晶體
二氧化硅晶體中硅氧四面體螺旋結(jié)構(gòu)
石英表
二氧化硅晶體
二、共價晶體
分析二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)模型,判斷晶體中最小的環(huán)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(huán)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。
二、共價晶體
對于結(jié)構(gòu)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。
二、共價晶體
共價晶體的物理性質(zhì)
①熔點很高
共價晶體中，原子間以較強(qiáng)的共價鍵相結(jié)合，要使物質(zhì)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(qiáng)。
③一般不導(dǎo)電，但晶體硅是半導(dǎo)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。
典例解析
例2 我國科學(xué)家合成了富集11B的非碳導(dǎo)熱材料立方氮化硼晶體，晶胞結(jié)構(gòu)如圖。下列說法正確的是(　　)
A．11BN和10BN的性質(zhì)無差異B．該晶體具有良好的導(dǎo)電性C．該晶胞中含有14個B原子，4個N原子D．N原子周圍等距且最近的N原子數(shù)為12
D
課堂小結(jié)
共價鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
共價晶體
不良反應(yīng)
鍵能
鍵長
化學(xué)鍵與反應(yīng)熱的關(guān)系
共價晶體的概念和結(jié)構(gòu)特點
常見的共價晶體
共價晶體物理性質(zhì)
隨堂練習(xí)
1、氮氧化鋁(AlON)屬于共價晶體，是一種超強(qiáng)透明材料。下列描述錯誤的是(　　)A．AlON和石英的化學(xué)鍵類型相同B．電解熔融AlON可得到AlC．AlON中N元素化合價為－1D．AlON和石英晶體類型相同
B
隨堂練習(xí)
2．在40 GPa的高壓容器中，用Nd：YbLiF4激光器將液態(tài)二氧化碳加熱到1 800 K，二氧化碳轉(zhuǎn)化為與石英具有相似結(jié)構(gòu)的晶體。估計該晶體可能具有的結(jié)構(gòu)或性質(zhì)是(　　)A．該晶體屬于分子晶體B．硬度與金剛石相近C．熔點較低D．硬度較小
B
謝謝觀看
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