2019_2020学年高中化学专题3微粒间作用力与物质性质第3单元共价键原子晶体第2课时共价键的键能与化学反应的反应热原子晶体练习苏教版选修3.doc

第2课时　共价键的键能与化学反应的反应热　原子晶体
时间：45分钟 满分：100分
一、选择题(每小题5分，共55分)
1．关于晶体的下列说法正确的是(　　)
A．原子晶体中只含有共价键
B．任何晶体中，若含有阳离子就一定有阴离子
C．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高
D．离子晶体中含有离子键，不可能含有共价键
解析：在原子晶体中，原子间以共价键相结合，所以原子晶体中只含有共价键，A正确；金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，所以有阳离子不一定有阴离子，B错误；不同金属晶体的熔点差别很大，有的熔点很高如钨，所以原子晶体的熔点不一定比金属晶体的高，C错误；离子晶体中含有离子键，也可能含有共价键，如氢氧化钠属于离子晶体，既含有离子键又含有共价键，D错误。
答案：A
2．二氧化硅晶体是立体的网状结构，其结构如图所示。关于二氧化硅晶体的下列说法中不正确的是(　　)

A．晶体中Si、O原子个数比为1∶2
B．晶体中Si、O原子最外层都满足8电子结构
C．晶体中一个硅原子含有Si—O键数目为4
D．晶体中最小环上的原子数为6
解析：由二氧化硅晶体结构图可知，每个硅原子周围连有四个氧原子，每个氧原子周围连有2个硅原子，Si、O原子个数比为1∶2，A正确；因为在晶体中硅原子周围有四对共用电子对，氧原子有两对共用电子对，而氧原子最外层就是六个电子，这样两种原子都满足8电子结构，B正确；依据二氧化硅晶体结构图可知1个硅原子与4个氧原子形成4个Si—O，C正确；由二氧化硅晶体结构图可知，晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，所以最小环上的原子数为12，D错误。故选D。
答案：D
3．碳化硅(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和Si原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石　②晶体硅　③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是(　　)
A．①③②　　　　　　　B．②③①
C．③①② D．②①③
解析：题给三种晶体都属于原子晶体，而且结构相似均为正四面体的空间网状结构，晶体的熔点由微粒间的共价键强弱决定，这里的共价键强弱主要由键长决定，键长可以近似地看作是成键原子的半径之和，由于硅原子半径大于碳原子，所以键的强弱为C—C＞C—Si＞Si—Si，熔点从高到低的顺序为金刚石＞碳化硅＞晶体硅。
答案：A
4．下列有关晶体的说法中正确的是(　　)
A．分子晶体中均存在共价键
B．晶体结构相似的原子晶体，共价键越弱，熔点越低
C．晶体在受热熔化过程中一定存在化学键的断裂
D．原子晶体的原子间只存在共价键，而分子晶体内只存在范德华力
解析：稀有气体形成的分子晶体中无化学键，A错；晶体结构相似的原子晶体，共价键越弱，越容易被破坏，熔点越低，B正确；碘固体熔化时，I—I共价键没有断裂，C错；原子晶体的原子间只存在共价键，而分子晶体内一定存在范德华力，还可能存在共价键，D错。
答案：B
5．据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是(　　)
A．碳、氮原子构成平面结构的晶体
B．碳氮键比金刚石中的碳碳键更短
C．氮原子最外层电子数比碳原子最外层电子数多
D．碳、氮的单质化学性质均不活泼
解析：由题意可知此化合物为原子晶体，碳、氮原子构成空间网状结构，由于成键原子半径：N—C＜C—C，即此化合物中共价键键长小于金刚石中共价键键长，则共价键键能大，晶体的硬度大。
答案：B
6．下列说法中正确的是(　　)
A．在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长
B．H—Cl键比H—I键稳定
C．水分子可以表示为H—O—H，分子中键角为180°
D．键能越大，说明该分子越易受热分解
解析：形成共价键的两个原子之间的核间距叫键长，A错误； H—Cl键键长小于H—I键，H—Cl键的键能大于H—I键，H—Cl键比H—I键稳定，B正确；水分子为V形结构、键角为104.5°，C错误；键能越大，说明这个化学键越稳定，该分子受热越难分解，D错误。
答案：B
7．下列说法正确的是(NA为阿伏加德罗常数)(　　)
A．1 mol P4含有P—P键的个数为4NA
B．1 mol SiC中含有C—Si键的个数为2NA
C．含C为1 mol的金刚石中含有C—C键的个数为2NA
D．1 mol SiO2中含Si—O键的个数为2NA
解析：1 mol P4中含有 P—P键为6 mol，A错；1 mol SiC中含有C—Si键为1 mol，B错；在金刚石中每个C原子平均形成C—C键个数为1×4×＝2，所以含C为1 mol 的金刚石中含C—C键的个数为2NA，C正确；在SiO2中每个Si原子形成4个Si—O键，即1 mol SiO2中含Si—O键的个数为4NA，D错。
答案：C
8．高压下氮气聚合生成高聚氮，其晶体中每个氮原子都通过三个单键与其他氮原子结合并向空间发展构成立体网状结构。已知晶体中N—N键的键能为160 kJ·mol－1，而N≡N键的键能为942 kJ·mol－1。则下列说法不正确的是(　　)
A．键能越大说明化学键越牢固，所构成的物质越稳定
B．高聚氮晶体属于原子晶体
C．该晶体中氮原子数与氮氮键数比为2∶3
D．由高聚氮生成1 mol N2会放出702 kJ能量
解析：键能越大说明化学键越牢固，所构成的物质越稳定，故A正确； 高聚氮晶体中每个氮原子都通过三个单键与其他氮原子结合并向空间发展构成立体网状结构，属于原子晶体，故B正确；因为晶体中每个氮原子都通过三个单键与其他氮原子结合，则每个氮原子平均形成1.5 个氮氮键，氮原子数与氮氮键数比为2∶3，故C正确；由高聚氮生成1 mol N2的过程中断开了3 mol N—N键，同时生成了1 mol 的N≡N键，则放出的能量为1×942－3×160＝462 kJ，故D错误。
答案：D
9．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晶体的说法错误的是(　　)
A．该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石更牢固
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．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构
D．该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间网状结构
解析：由题给C3N4晶体的性质推测晶体的类型为原子晶体，N原子半径比C原子半径小，所以C—N键键长比C—C键键长短，故其化学键比金刚石中C—C键更牢固，A正确；根据最外层电子数C为4个N为3个，分别能形成4个和3个共价键，即每个C原子连接4个N原子，每个N原子连接3个C原子，此时，碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构，且形成的共价键均为极性键，故B、C正确，D错。
答案：D
10．从实验测得不同物质中O—O键的键长和键能的数据为：
O—O键
数据　　　　
O
O
O2
O
键长/10－12 m
149
128
121
112
键能/kJ·mol－1
x
y
z＝494
w＝628
其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为w＞z＞y＞x。该规律性是(　　)
A．成键所用的电子数越多，键能越大
B．键长越长，键能越小
C．成键所用的电子数越少，键能越大
D．成键时电子对越偏移，键能越大
解析：观察表中数据发现，O2与O的键能大者键长短，按此O中O—O键长比O中O—O键长要长，所以键能要小，按键长由短到长的顺序O＜O2＜O＜O，键能则应为w＞z＞y＞x，故B符合题意。
答案：B
11．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷(P4)和P4O6的分子结构如图所示；现提供以下化学键的键能：P—P 198 kJ·mol－1、P—O 360 kJ·mol－1、O===O 498 kJ·mol－1。则关于1 mol P4和3 mol O2完全反应(P4＋3O2===P4O6)的热效应说法正确的是(　　)

A．吸热1 638 kJ B．放热1 638 kJ
C．放热126 kJ D．吸热126 kJ
解析：1 mol P4(白磷)中含有6 mol P—P键，1 mol P4O6中含有12 mol P—O键，所以反应P4(白磷)＋3O2===P4O6的反应热ΔH＝6×198 kJ·mol－1＋3×498 kJ·mol－1－12×360 kJ·mol－1＝－1 638 kJ·mol－1，即放出1 638 kJ热量。
答案：B
二、非选择题(共45分)
12．(9分)氮是地球上极为丰富的元素。
(1)Li3N晶体中氮以N3－存在，基态N3－的核外电子的轨道表示式为________________________________________________________________。
(2)N≡N的键能为942 kJ/mol，N—N单键的键能为247 kJ/mol，计算说明N2中的________键比________(填“σ”或“π”)键稳定。
(3)根据下表数据，写出氮气与氢气反应生成氨气的热化学方程式_________________________________________________________________。
化学键
N—N
N===N
N≡N
N—H
H—H
键能/kJ·mol－1
159
418
946
391
436
解析：(1)N3－的核外电子排布式为1s22s22p6，其核外电子的轨道式为
。
(2)N≡N中含有1个σ键和2个π键，键能为942 kJ·mol－1大于N—N单键的键能的3倍(3×247 kJ·mol－1)，故π键的键能比σ键的键能大，所以π键比σ键稳定。
(3)氮气与氢气反应生成氨气的反应方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，则1 mol N2与3 mol H2完全反应生成2 mol NH3时放出热量为：6 mol×391 kJ·mol－1－1 mol×946 kJ·mol－1－3 mol×436 kJ·mol－1＝92 kJ，所以氮气与氢气反应生成氨气的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1。
答案：(1)
(2)π　σ
(3)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1
13．(19分)Ⅰ.下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量(kJ)。
物质
F2
Cl2
Br2
I2
H2
HF
HCl
HBr
HI
能量(kJ)
157
243
194
153
436
568
432
366
299
根据上述数据回答(1)～(5)题：
(1)下列物质本身具有的能量最低的是(　　)
A．H2 B．Cl2
C．Br2 D．I2
(2)下列氢化物中，最稳定的是(　　)
A．HF B．HCl
C．HBr D．HI
(3)X2＋H2===2HX(X代表F、Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应？________。
(4)相同条件下，X2(X代表F、Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是________。
(5)若无上表中的数据，你能正确回答出问题(4)吗？________。你的根据是______________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
Ⅱ.下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表一种化学元素。

(1)B元素位于__________区，F元素位于__________区。
(2)A、B二种元素的原子按4∶2形成的分子中含________个σ键，________个π键。
解析：Ⅰ.键能越大，键越稳定，对应物质也就越稳定，其本身所具有的能量也就越低。(1)H2的键能最大，本身具有能量最低。(2)HF的键能最大，最稳定。(3)通过计算可知，断开1 mol X—X键和1 mol H—H键所吸收的总能量小于形成2 mol H—X键所释放的能量，故X2＋H2===2HX的反应为放热反应。(4)由于键能EH—F＞EH—Cl＞EH—Br＞EH—I，ECl—Cl＞EBr—Br＞EF—F＞EI—I，且EF—F与EI—I键能很接近，所以与等物质的量的氢气反应时，F2放出热量最多。(5)根据物质越稳定，能量越低，物质越活泼，能量越高，在X2中F2最活泼能量最高，而在HX中HF最稳定，能量最低，所以反应过程F2释放的热量最多。
Ⅱ.(1)B为碳元素，其原子核外电子排布为1s22s22p2，属于p区；F元素为镍元素，其原子核外电子排布为[Ar]3d84s2，属于d区。(2)A为H与C原子按4∶2形成的分子为C2H4，含有5个σ键和1个π键。
答案：Ⅰ.(1)A　(2)A　(3)放热反应　(4)F2　(5)能　生成物越稳定，其能量越低，反应放热就越多，在HX中，HF最稳定
Ⅱ.(1)p　d　(2)5　1
14．(10分)金刚石与金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答：
(1)金刚砂属于________晶体。金刚砂的熔点比金刚石熔点________。
(2)在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合________个碳原子，其中的键角是________。
(3)金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有________个硅原子。
解析：(1)金刚石与金刚砂具有相似的晶体结构，故金刚砂属于原子晶体，而C—C键的键长比C—Si键的键长短，C—C键的键能比C—Si键的键能要大，所以金刚砂的熔点比金刚石的低。
(2)金刚石是正四面体为结构单元的立体网状结构，所以在金刚砂中，一个硅原子周围结合4个碳原子，键角为109.5°。
(3)金刚石的结构中最小环上有6个碳原子，所以金刚砂的结构中最小环上有3个硅原子。
答案：(1)原子　低
(2)4　109.5°
(3)3
15．(7分)(1)基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为________，该能层具有的原子轨道数为________；电子数为________。
(2)碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实：
化学键
C—C
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O
键能/kJ·mol－1
356
413
336
226
318
452
①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是____________________________________________。
②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是____________________________________________________________。
解析：(1)Si原子基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，电子占据的最高能层为M，该能层具有的轨道数为1＋3＋5＝9，电子数为2＋2＝4。(2)①根据表中数据可知，C—C键和C—H键较强，所以形成烷烃稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。②由表中数据可知，C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定，而Si—H键的键能小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。
答案：(1)M　9　4
(2)①C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定。而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成　②C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键

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