高中化學(xué) 專題3 微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì) 3.3 共價(jià)鍵 原子晶體學(xué)案 蘇教版選修3-蘇教版高二選修3化學(xué)學(xué)案

3.3共價(jià)鍵原子晶體三點(diǎn)剖析一、共價(jià)鍵的形成1.形成共價(jià)鍵的條件同種（電負(fù)性相同）或不同種非金屬元素（電負(fù)性相差很小），且原子的最外層未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)它們的距離適當(dāng)，引力和斥力平衡時(shí)，則原子間通過共用電子對形成共價(jià)鍵。2.共價(jià)鍵形成的表示方法與用電子式表示離子化合物的形成過程類似，用電子式表示共價(jià)分子的形成過程時(shí)，“→”的左側(cè)為原子的電子式，同種原子可以合并，右側(cè)為單質(zhì)或化合物分子的電子式。不同的是，因未發(fā)生原子間的電子得失，也沒有形成離子，因此，不需要弧形箭頭，也不能在化合物中出現(xiàn)括號(hào)和離子電荷數(shù)。二、共價(jià)鍵的本質(zhì)吸引電子能力相近的原子之間通過共用電子對形成共價(jià)鍵，兩個(gè)成鍵原子為什么能通過共用電子對結(jié)合在一起呢？以H2為例分析共價(jià)鍵的形成。1.兩個(gè)氫原子電子的自旋方向相反，當(dāng)它們接近到一定距離時(shí)，兩個(gè)1s軌道重疊，電子在兩原子核間出現(xiàn)機(jī)會(huì)較大。核間距減小，電子出現(xiàn)機(jī)會(huì)增大，體系能量逐漸下降，達(dá)到能量最低狀態(tài)；進(jìn)一步減小時(shí)，原子間的斥力使體系能量再度上升，由于排斥作用，氫原子又回到平衡位置。（下圖中a曲線）2.兩個(gè)氫原子核外電子的自旋方向相同，相互接近時(shí)，排斥作用總是占主導(dǎo)地位，這樣的兩個(gè)氫原子不能形成氫氣分子。（上圖中b曲線）。通過上述分析可知共價(jià)鍵形成的本質(zhì)：當(dāng)成鍵原子相互接近時(shí)，原子軌道發(fā)生重疊，自旋方向相反的未成對電子形成共用電子對，兩原子核間的電子密度增加，體系的能量降低。三、共價(jià)鍵的類型共價(jià)鍵的分類1.按共用電子對數(shù)目分類：單鍵（如Cl—Cl）、雙鍵（如O==C==O）、叁鍵（如）。2.按共用電子對是否偏移分類：非極性共價(jià)鍵（如Cl—Cl）、極性共價(jià)鍵（如H—Cl）。3.按提供電子對的方式分類：正常共價(jià)鍵（如Cl—Cl）、配位鍵。4.按電子云重疊方式分類：σ鍵、π鍵等等。四、共價(jià)鍵的特征1.飽和性在共價(jià)鍵的形成過程中，一個(gè)原子中的一個(gè)未成對電子與另一個(gè)原子中的一個(gè)未成對電子配成鍵后，一般來說就不能再與其他原子的未成對電子配成鍵，即每個(gè)原子所能形成共價(jià)鍵的數(shù)目或以單鍵連接的原子數(shù)目是一定的，飽和性決定了原子形成分子時(shí)相互結(jié)合的數(shù)量關(guān)系。2.方向性形成共價(jià)鍵時(shí)，原子軌道重疊愈多，電子在核間出現(xiàn)的概率愈大，所形成的共價(jià)鍵就愈牢固，因此共價(jià)鍵將盡可能地沿著電子概率出現(xiàn)最大的方向形成，這就是共價(jià)鍵的方向性。方向性決定了分子的空間構(gòu)型。五、共價(jià)鍵的鍵能與化學(xué)反應(yīng)熱1.鍵能（1）概念：在101.3kPa、298K條件下，斷開1molAB(g)分子中的化學(xué)鍵，使其分別生成氣態(tài)A原子和氣態(tài)B原子所吸收的能量稱為A—B鍵的鍵能。（2）表示方式：EA—B，單位為kJ·mol-1。(3)鍵能大小決定化學(xué)鍵的強(qiáng)弱程度。鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固，含有該鍵的分子越穩(wěn)定。2.鍵長(1)概念：兩個(gè)成鍵原子之間的核間距離叫鍵長。（2）原子核間的鍵長越短，化學(xué)鍵越強(qiáng)，鍵越牢固。3.鍵角(1)概念：多原子分子中，兩個(gè)化學(xué)鍵之間的夾角叫鍵角。(2）常見物質(zhì)的鍵角：CO2：180°(直線形)；H2O：104.5°(V形)；NH3：107.3°(三角錐形)，共價(jià)鍵的鍵能和鍵長反映了共價(jià)鍵的強(qiáng)弱程度，鍵長和鍵角常被用來描述分子的空間構(gòu)型。六、原子晶體1.定義：相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成的具有空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體稱為原子晶體。注意關(guān)鍵字眼：①“相鄰”指直接相鄰；②“原子間”指形成原子晶體的粒子是原子，而不是離子、分子。原子晶體中無分子；③“以共價(jià)鍵相結(jié)合”指出形成原子晶體的原子之間的作用力為共價(jià)鍵,它包括極性共價(jià)鍵和非極性共價(jià)鍵。如金剛石中C—C鍵為非極性鍵。SiO2晶體中Si—O鍵為極性鍵，原子晶體熔化時(shí)，要破壞共價(jià)鍵；④原子晶體的結(jié)構(gòu)為“空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”。只有具備了以上4個(gè)條件的晶體才能稱為原子晶體。2.常見原子晶體及結(jié)構(gòu)：原子晶體中的原子以共價(jià)鍵相連接，由于共價(jià)鍵有方向性和飽和性，所以原子不遵循緊密堆積原則，而是形成一種排列比較松散的結(jié)構(gòu)。（1）原子晶體的物理性質(zhì)：原子晶體中，原子間用較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，要使物質(zhì)熔化和汽化就要克服共價(jià)鍵作用，需要很多的能量。因此，原子晶體一般都具有很高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。硬度大，難溶于水，固態(tài)時(shí)一般不導(dǎo)電。如金剛石的熔點(diǎn)高達(dá)3350℃,沸點(diǎn)4827℃。（2）原子晶體的熔沸點(diǎn)變化規(guī)律：原子晶體的熔點(diǎn)高低與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。對結(jié)構(gòu)相似的原子晶體來說，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔沸點(diǎn)越高。各個(gè)突破【例1】下列關(guān)于化學(xué)鍵的敘述正確的是（）A.化學(xué)鍵既存在于相鄰原子之間，又存在于相鄰分子之間B.兩個(gè)原子之間的相互作用叫化學(xué)鍵C.化學(xué)鍵通常指的是相鄰的兩個(gè)或多個(gè)原子之間強(qiáng)烈的相互作用D.陰陽離子之間有強(qiáng)烈的吸引作用而沒有排斥作用，所以離子鍵的核間距相當(dāng)小解析：化學(xué)鍵的定義強(qiáng)調(diào)兩個(gè)方面：一是“相鄰的兩個(gè)或多個(gè)原子之間”；二是“強(qiáng)烈相互作用”。選項(xiàng)A、B中都沒有正確說明這兩點(diǎn)，所以不正確。選項(xiàng)D只強(qiáng)調(diào)離子鍵中陰、陽離子之間的吸引作用而沒有排斥作用，所以不正確。只有C正確。答案：C類題演練1下列過程中，共價(jià)鍵被破壞的是（）A.碘升華 B.溴蒸氣被木炭吸附C.酒精溶于水 D.HCl氣體溶于水解析：A、B、C只破壞了分子間作用力，沒破壞化學(xué)鍵。HCl溶于水后，完全電離為H+和Cl-，HCl鍵被破壞。答案：D【例2】下列電子式中正確的是（）A.B.C.D.解析：NH4Cl的正確電子式為：;NH4Br的正確電子式為：;CaCl2的正確電子式為：。答案：C點(diǎn)撥：判斷電子式是否正確主要從兩個(gè)方面分析：一是共用電子對形成的方式是否正確；二是離子中電子是如何得失的。同時(shí)注意各原子的最外層電子數(shù)是否得到滿足及電荷、方括號(hào)是否標(biāo)正確。類題演練2下列分子中所有原子都滿足最外層8電子結(jié)構(gòu)的是…（）A.光氣（COCl2）B.六氟化硫C.二氟化氙D.三氟化硼解析：考慮原子是否為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，要善于聯(lián)系學(xué)過的相應(yīng)化學(xué)物質(zhì)及每個(gè)原子最外層的電子數(shù)和原子間結(jié)合的數(shù)目綜合去判斷?，F(xiàn)給出的四種物質(zhì)均為共價(jià)化合物，原子間以共用電子對相結(jié)合。A項(xiàng)可由CO2結(jié)構(gòu)聯(lián)想，符合題意；而SF6中S定有6個(gè)共用電子對，不會(huì)是8電子結(jié)構(gòu)；XeF2中Xe有兩個(gè)共用電子對，多于8電子結(jié)構(gòu)；D中B與3個(gè)F原子形成三個(gè)共用電子對后僅有6個(gè)電子，故答案為A。答案：A變式提升（2005廣東）下列反應(yīng)過程中，同時(shí)有離子鍵、極性共價(jià)鍵和非極性共價(jià)鍵的斷裂和形成的反應(yīng)是（）A.NH4ClNH3↑+HCl↑B.NH3+CO2+H2ON====H4HCO3C.2NaOH+Cl2====NaCl+NaClO+H2OD.2Na2O2+2CO2====2Na2CO3+O2解析：A、B項(xiàng)中無非極性鍵的斷裂和形成，C項(xiàng)中有非極性鍵(Cl－Cl)的斷裂但無非極性鍵的形成，故選D。D項(xiàng)中Na2O2既有離子鍵又有非極性共價(jià)鍵，CO2中有極性共價(jià)鍵，O2中有非極性共價(jià)鍵。答案：D【例3】下列化合物中只含有一個(gè)π鍵的是（）A.C2H2 B.H2O2 C.CH2CH2 D.HCl解析：兩原子間形成的共價(jià)單鍵必定是σ鍵；形成的共價(jià)雙鍵中有一個(gè)σ鍵和一個(gè)π鍵；形成的共價(jià)叁鍵中有一個(gè)σ鍵和兩個(gè)π鍵。四組選項(xiàng)的化合物中的化學(xué)鍵用短線表示出來為：A.B.H—O—O—HC.D.H—Cl答案：C類題演練3下列分子中，既含有σ鍵又含有π鍵的是（）A.CH4 B.HCl C.CH2CH2 D.F2 解析：乙烯分子中碳原子發(fā)生sp2雜化，其中碳碳原子和碳原子與氫原子之間分別以“頭對頭”重疊形成σ鍵，由于每個(gè)碳原子上均有一個(gè)垂直于雜化平面的p軌道，兩個(gè)p軌道間通過“肩并肩”的重疊方式形成π鍵。答案：C【例4】原子間形成分子時(shí)，決定各原子相互結(jié)合的數(shù)量關(guān)系的是（）A.共價(jià)鍵的方向性B.共價(jià)鍵的飽和性C.共價(jià)鍵原子的大小D.共價(jià)鍵的穩(wěn)定性解析：原子間形成分子時(shí)，形成了共價(jià)鍵，共價(jià)鍵具有飽和性和方向性，方向性決定分子的立體構(gòu)型，飽和性則決定原子形成分子時(shí)相互結(jié)合的數(shù)量關(guān)系。答案：B類題演練4六氧化四磷的分子結(jié)構(gòu)中只含有單鍵，且每個(gè)原子的最外層都滿足8電子結(jié)構(gòu)，則該分子中含的共價(jià)鍵的數(shù)目是（）A.10 B.12 C.24 D.28解析：P4O6結(jié)構(gòu)如圖，含PO共價(jià)鍵數(shù)為6×2=12。故選B。答案：B【例5】從實(shí)驗(yàn)測得不同物質(zhì)中氧—氧之間的鍵長和鍵能的數(shù)據(jù)：O—O鍵數(shù)據(jù)鍵長/10-12149128121112鍵能/kJ·mol-1xyz=494w=628其中x,y的鍵能數(shù)據(jù)尚未測定，但可根據(jù)規(guī)律性推導(dǎo)鍵能的大小順序?yàn)閣＞z＞y＞x。該規(guī)律性是（）A.成鍵所用的電子數(shù)越多，鍵能越大B.鍵長越長，鍵能越小C.成鍵所用的電子數(shù)越少，鍵能越大D.成鍵時(shí)電子對越偏移，鍵能越大解析：觀察表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，O2與的鍵能大者鍵長短，按此中O—O鍵長比O-2中的長，所以鍵能要小。按鍵長由短而長的順序?yàn)椋∣—O）＜O2＜＜,鍵能則應(yīng)w＞z＞y＞x。答案：AB類題演練5能夠用鍵能的大小作為主要依據(jù)來解釋的是（）A.常溫常壓下氯單質(zhì)呈氣態(tài)而溴單質(zhì)呈液態(tài)B.硝酸是揮發(fā)性酸而硫酸、磷酸是不揮發(fā)性酸C.稀有氣體一般難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)D.氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)比氧氣穩(wěn)定解析：本題考查化學(xué)鍵和分子間作用力這兩個(gè)不同概念。氯、溴單質(zhì)，硝酸、硫酸和磷酸固態(tài)時(shí)都屬分子晶體，熔沸點(diǎn)的高低由分子間作用力的大小決定。稀有氣體由于核外電子已達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以難發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。氮?dú)夥肿又蠳的鍵能比氧氣中O的鍵能強(qiáng)，故化學(xué)性質(zhì)比氧氣穩(wěn)定。故D選項(xiàng)正確。答案：D【例6】有關(guān)晶體中下列說法正確的是（）A.晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定B.原子晶體中共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高C.冰融化時(shí)水分子中共價(jià)鍵發(fā)生斷裂D.氯化鈉熔化時(shí)離子鍵未被破壞解析：本題是對基本概念理論的考查。分子的穩(wěn)定性是由分子中原子間化學(xué)鍵的強(qiáng)弱決定的，如：HF的穩(wěn)定性強(qiáng)于HCl，是由于H—F鍵強(qiáng)于H—Cl鍵的緣故，A錯(cuò)誤；冰是分子晶體，冰融化時(shí)破壞了分子間作用力和部分氫鍵，化學(xué)鍵并未被破壞，C錯(cuò)誤；離子晶體熔化時(shí)，離子鍵被破壞而電離產(chǎn)生自由移動(dòng)的陰陽離子而導(dǎo)電，這是離子晶體的特征，D錯(cuò)誤；不同晶體的熔沸點(diǎn)由不同因素決定，離子晶體的熔沸點(diǎn)主要由離子半徑和離子所帶電荷數(shù)（離子鍵強(qiáng)弱）決定，分子晶體的熔沸點(diǎn)主要由相對分子質(zhì)量的大小決定，原子晶體的熔沸點(diǎn)由晶體中共價(jià)鍵的強(qiáng)弱決定，且共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高。B正確。答案：B類題演練6下列物質(zhì)的熔沸點(diǎn)高低順序中，正確的是（）A.金剛石>晶體硅>碳化硅B.CCl4>CBr4>CCl4>CH4C.MgO>H2O>O2>N2D.金剛石>生鐵>純鐵>鈉解析：對于A選項(xiàng)，同屬于原子晶體，熔沸點(diǎn)高低，主要看共價(jià)鍵的強(qiáng)弱，顯然對鍵能而言，晶體硅<碳化硅，錯(cuò)誤；B選項(xiàng)，同為組成結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，熔沸點(diǎn)高低要看相對分子質(zhì)量大小，正確；C選項(xiàng)，對于不同晶型熔沸點(diǎn)高低一般為：原子晶體>離子晶體>分子晶體，