分层作业12 共价键键能与化学反应的反应热 共价晶体
A级 必备知识基础练
1.下列晶体中属于共价晶体且为单质的是( )
A.金属铜 B.金刚砂
C.金刚石 D.水晶
2.下列事实中,能够用键能解释的是( )
A.氮气的化学性质比氧气稳定
B.常温常压下,溴呈液态,碘呈固态
C.稀有气体一般很难发生化学反应
D.硝酸易挥发,硫酸难挥发
3.下列有关共价晶体的叙述不正确的是( )
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体
B.含1 mol C的金刚石中C—C键数目是2NA,1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是4NA
C.水晶和干冰在熔化时,晶体中的共价键都会断裂
D.SiO2晶体是共价晶体,所以晶体中不存在分子,SiO2不是它的分子式
4.金刚石具有硬度大、熔点高等特点,大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示,下列判断正确的是( )
A.金刚石和CH4中的键角均为109°28'
B.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
C.金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为2∶1
D.金刚石的熔点高,所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
5.某共价晶体的空间结构中的一部分如图所示。该共价晶体与某物质B反应生成C,其实质是在每个A—A键中插入一个B原子,则C的化学式为( )
A.AB B.A5B4
C.AB2 D.A2B5
6.氮氧化铝(AlON)属于共价晶体,是一种超强透明材料。下列描述错误的是( )
A.AlON和石英的化学键类型相同
B.电解熔融AlON可得到Al
C.AlON的N元素化合价为-1价
D.AlON和石英晶体类型相同
7.砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池等。回答下列问题:
(1)基态Ga原子的核外电子排布式为[Ar] 。
(2)根据元素周期律,元素的电负性Ga (填“大于”或“小于”,下同)As,第一电离能B
Ga;BF3和NH3的分子能够通过配位键相结合的原因是 。
(3)共价晶体GaAs的晶胞参数a=x pm,它的晶胞结构如图所示。该晶胞内部存在的共价键数为 ;A原子距离B原子所在六面体的侧面的最短距离为 (用x表示)pm;该晶胞的密度为 (阿伏加德罗常数的值用NA表示)g·cm-3。
B级 关键能力提升练
8.磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元,其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。下列有关说法错误的是( )
A.磷化硼的化学式为BP,其晶体属于共价晶体
B.磷化硼晶体的熔点高,且熔融状态下能导电
C.磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键
D.磷化硼晶体中的化学键含有普通共价键和配位键
9.科学家成功地制成了一种新型的碳氧化合物,该化合物晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合为空间网状的无限伸展结构。下列对该晶体叙述错误的是( )
A.晶体的熔、沸点高,硬度大
B.该物质的化学式为CO2
C.晶体中C原子数与C—O化学键数之比为1∶6
D.晶体的空间最小环由12个原子构成
10.已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度,且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法不正确的是( )
A.该晶体属于共价晶体,其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固
B.该晶体中每个碳原子连接4个氮原子,每个氮原子连接3个碳原子
C.该晶体与金刚石相似,碳原子个数与碳氮键个数之比为1∶2
D.该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构
11.已知几种共价键的键能如下:
化学键 C—Cl C—H Cl—Cl H—Cl
键能/(kJ·mol-1) 350.5 413.4 242.7 431.8
下列说法错误的是( )
A.C2H6(g)+Cl2(g)→C2H5Cl(l)+HCl(g) ΔH=-126.2 kJ·mol-1
B.HCl(g)══H(g)+Cl(g) ΔH=+431.8 kJ·mol-1
C.由键能可知,C—Cl键比C—H键更容易断裂
D.键能:C≡C>C═C>C—C
12.(1)Ge单晶具有金刚石型结构,其中Ge原子的杂化方式为 ,微粒之间存在的作用力是 。
(2)晶胞有两个基本要素:
①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0),B为(,0,),C为(,0)。则D原子的坐标参数为 。
②晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm,其密度为
g·cm-3(列出计算式即可)。
已知:Ge的相对原子质量为73。
C级 学科素养拔高练
13.几种常见化学键的键能如表所示。
化学键 Si—O H—O O═O Si—Si
452 463 498 226
化学键 Si—Cl H—H H—Cl Si—C
360 436 432 x
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“=”)226 kJ·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。结合表中键能数据,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1 mol Si中含有2 mol Si—Si键,1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键)。
(3)如图所示,每个“·”表示硅晶体中的一个原子,立方体中心和一个顶点的硅原子已经表示出来,请在立方体的顶点用“·”表示出与之紧邻的其他硅原子。
(4)工业上高纯硅可通过下列反应制取:SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)。该反应的反应热ΔH= kJ·mol-1。
答案：
1.C 解析 金属铜属于金属晶体;金刚砂(SiC)、水晶(SiO2)属于共价晶体,但为化合物;金刚石是由碳原子形成的单质,属于共价晶体,C正确。
2.A 解析 N≡N键比O═O键的键能大而难以断裂,所以氮气化学性质比氧气稳定,A正确;常温常压下,溴呈液态,碘呈固态,与分子间作用力有关,与分子内的共价键的键能无关,B错误;稀有气体一般很难发生化学反应的原因是其原子的最外层已达稳定状态,稀有气体不含化学键,C错误;硫酸、硝酸的挥发性与分子内的共价键的键能无关,D错误。
3.C 解析 金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子,二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子,均为正四面体,A项正确;金刚石中,1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键,这个C原子对每个单键的贡献只有,所以1 mol C原子形成的C—C键为4 mol×=2 mol,而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键,则1 mol SiO2晶体中Si—O键为4 mol,B项正确;干冰熔化时只破坏分子间作用力,共价键不会断裂,C项错误;共价晶体的构成微粒是原子不是分子,D项正确。
4.A 解析 金刚石和CH4分子中键角相同,均为109°28',A正确;金刚石熔化过程中C—C键断裂,因C—C键的键能大,断裂时需要的能量多,故金刚石的熔点很高,B错误;金刚石中每个C都参与了4个C—C键的形成,而每个C对每条键的贡献只有一半,故碳原子个数与C—C键键数之比为(4×)∶4=1∶2,C错误;金刚石的熔点高,但在打孔过程中会产生很高的温度,如不浇水冷却钻头,会导致钻头熔化,D错误。
5.C 解析 每个A—A键中插入一个B原子,这样每个A原子连4个B原子,每个B原子连2个A原子,所以C物质中A原子与B原子个数比为1∶2,类似于SiO2晶体,C项正确。
6.B 解析 AlON和石英均属于共价晶体,均只含有共价键,A、D正确;AlON属于共价晶体,只含有共价键,熔融时不导电,而Al2O3属于离子晶体,熔融时能导电,所以电解熔融Al2O3能得到Al,B错误;AlON中O元素化合价为-2价,Al元素化合价为+3价,所以N元素化合价为-1价,C正确。
7.答案 (1)3d104s24p1
(2)小于 大于 NH3中的N原子具有孤电子对,BF3中的B原子核外具有空轨道
(3)16 0.25x
解析 (1)镓是31号元素,原子核外有31个电子,基态镓(Ga)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1,简写成[Ar]3d104s24p1。
(2)同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大,第4周期元素Ga、As分别位于ⅢA、ⅤA族,故Ga元素的电负性小于As元素;同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大,原子核吸引电子能力逐渐减弱,第一电离能逐渐减小,ⅢA族元素B、Ga分别位于第2、4周期,故B元素的第一电离能大于Ga元素。B原子提供空轨道,可接受孤电子对;N原子提供孤电子对,B、N原子之间可形成配位键。
(3)如题图每个Ga原子与4个As原子形成4个共价键,晶胞中共含16个共价键;A原子距离B原子所在六面体的侧面的最短距离为=0.25x pm;晶胞中As原子数为8×+6×=4,Ga原子数也为4,该晶胞的密度为 g·cm-3= g·cm-3。
8.B 解析 由磷化硼的晶胞结构可知,位于顶点和面心的●原子,数目为×8+6×=4,位于晶胞内的原子,数目为4,故磷化硼的化学式为BP,磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料,所以磷化硼晶体属于共价晶体,A正确;磷化硼属于共价化合物,熔融状态下不能导电,B错误;由磷化硼晶胞结构可知,磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键,C正确;磷化硼晶体中硼原子最外层有3个电子,磷原子最外层有5个电子,而在晶体中均形成4个共价键,说明有一个共价键为硼原子提供空轨道,磷原子提供孤电子对形成的配位键,D正确。
9.C 解析 该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为空间网状的无限伸展结构,所以是共价晶体,熔、沸点高,硬度大,故A正确;晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合,每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合,所以碳、氧原子个数比为1∶2,则其化学式为CO2,故B正确;该晶体中,每个碳原子形成4个C—O共价键,所以C原子与C—O化学键数目之比为1∶4,故C错误;该晶体的空间最小环是由6个碳原子和6个氧原子构成的12元环,故D正确。
10.C 解析 C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度,且构成该晶体的微粒间只以单键结合,则该晶体属于共价晶体,其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固,A正确;C的最外层有4个电子,因此一个碳原子连接4个N原子,N的最外层有5个电子,因此一个N原子连接3个C原子,B正确;根据以上分析可知该晶体中碳原子个数与碳氮键个数之比为1∶4,C错误;构成该晶体的微粒间只以单键结合,每个碳原子连接4个氮原子,每个氮原子连接3个碳原子,则晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构,D正确。
11.A 解析 根据键能只能计算C2H6(g)+Cl2(g)→C2H5Cl(g)+HCl(g) ΔH=-126.2 kJ·mol-1,还存在C2H5Cl(g)→C2H5Cl(l)的焓变,A错误;H—Cl键的键能是431.8 kJ·mol-1,断键吸热,因此HCl(g)══H(g)+Cl(g)的焓变ΔH=+431.8 kJ·mol-1,B正确;由键能可知C—Cl键的键能小于C—H键的键能,因此C—Cl键比C—H键更容易断裂,C正确;碳碳三键键长小于碳碳双键键长,碳碳双键键长小于碳碳单键键长,因此键能:C≡C>C═C>C—C,D正确。
12.答案 (1)sp3 共价键(或非极性共价键)
(2)①() ②×107
解析 (1)类比金刚石,晶体锗是共价晶体,每个锗原子与其周围的4个锗原子形成4个单键,故锗原子采用sp3杂化,锗原子间以共价键(或非极性共价键)结合。
(2)①对照晶胞图示及A、B、C点坐标,选A点为原点,可知D在体对角线的处,运用比例关系可得D的坐标参数为()。
②因为其晶胞类似金刚石晶胞,故其晶胞内含8个Ge原子,
ρ=×107 g·cm-3。
13.答案 (1)>
(2)120 500 kJ 858 kJ
(3)如图所示
(4)132
解析 (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)已知H—H键的键能为436 kJ·mol-1,O═O键的键能为498 kJ·mol-1,H—O键的键能为463 kJ·mol-1,每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为×(463 kJ·mol-1×2-436 kJ·mol-1-498 kJ·mol-1×)=120 500 kJ;同理,每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kJ·mol-1×4 mol-498 kJ·mol-1×1 mol-226 kJ·mol-1×2 mol=858 kJ。
(3)晶体硅的结构与金刚石相似,5个原子构成正四面体结构,其中1个位于正四面体体心,其余4个硅原子位于正四面体顶点,即立方体8个顶点中的4个位置,这4个硅原子处于面对角线位置。
(4)ΔH=4×360 kJ·mol-1+2×436 kJ·mol-1-2×226 kJ·mol-1-4×432 kJ·mol-1=132 kJ·mol-1。
4
