志鸿优化设计高考化学人教版一轮复习教学案选修三物质结构与性质分子结构与性质 8页

第 2 节　分子结构与性质 考纲点击 1．了解共价键的主要类型 σ 键和 π 键，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些 性质。 2．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)，能用价层电子对互斥理论 或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。 3．了解简单配合物的成键情况。 4．了解化学键和分子间作用力的区别。 5．了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含有氢键的物质。　　　 一、共价键 1．本质 在原子之间形成____________。 2．基本特征 具有________性和________性。 3．共价键的类型 分类依据 类型 σ 键 电子云“__________”重叠[来源:1][来源:Zxxk.Com]形成共价键的原子轨 道重叠方式[来源:学+科+网 Z+X+X+K] π 键 电子云“__________”重叠 极性键 共用电子对______偏移形成共价键的电子对 是否偏移 非极性键 共用电子对________偏移 4．判断方法 (1)σ 键与 π 键 ①依据强度判断：σ 键的强度较________，较稳定，π 键强度较________，比较容易断 裂。注意 N N 中的 π 键强度大。 ②共价单键是 σ 键，共价双键中含有____个 σ 键____个 π 键；共价三键中含有____个 σ 键____个 π 键。 (2)极性键与非极性键 看形成共价键的两原子：不同种元素的原子之间形成的是____性共价键；同种元素的原 子之间形成的是__________性共价键。 5．键参数 (1)键能 ________________原子形成__________化学键释放的最低能量。键能越____________， 化学键越稳定。 (2 )键长 形成共价键的两个原子之间的____________。键长越__________，共价键越稳定。 (3)键角 在原子数超过 2 的分子中，两个共价键之间的夹角。如 O===C===O 键角为________， H—O—H 键角为__________。 6．等电子原理 ______________相同、______________相同的分子(即等电子体)具有相似的化学键特征， 它们的许多性质____________，如 CO 和________。 即时训练 1 下列叙述正确的是________。 ①s 电子与 s 电子、p 电子形成的共价键一定是 σ 键 ②H—C N 中含有一个 σ 键、三个 π 键 ③NaCl 中含有一个 σ 键 ④甲烷中含有四个相同的极性共价键 ⑤乙烯中既含 σ 键和 π 键，也含极性键和非极性键 ⑥HF 的键长小于 HCl 的，所以 HF 的键能小于 HCl 的 特别提示：(1)并不是所有的分子都含有共价键，如单原子分子的稀有气体；(2)两原子 之间形成的共价键中有且只有一个 σ 键；(3)键能、键长决定分子的稳定性，键长、键角决 ≡ ≡ 定分子的空间构型。 二、分子的立体构型 1．价层电子对互斥模型 对于 ABn 型分子的立体构型 (1)中心原子 A 的价电子都用于形成共价键，无孤对电子，则 n＝2 时________形、n＝3 时____________形、n＝4 时______________形。 (2)中心原子 A 有未用于形成共价键的价电子，有孤对电子，则 n＝2 时________形、n＝ 3 时__________形。 2．杂化轨道理论 (1)sp 杂化 sp 杂化轨道由__________和__________组合而成，杂化轨道间夹角为________，呈 ________形。 (2)sp2 杂化 sp2 杂化轨道由__________和__________组合而成，杂化轨道间夹角为__________，呈 ____________。 (3)sp3 杂化 sp3 杂 化 轨 道 由 __________ 和 __________ 组 合 而 成 ， 杂 化 轨 道 间 夹 角 为 __________________，呈__________形。 特别提示：注意电子对的空间构型与分子的空间构型有所不同，当分子中无孤对电子时， 电子对的空间构型与分子的空间构型相同；当分子中有孤对电子时，电子对的空间构型与分 子的空间构型不同。 3．配位键 (1)孤电子对 分子或离子中没有与其他原子共用的电子对称孤电子对。 (2)配位键 成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道。含有孤电子对的微粒有：分子如 CO、NH3、H2O 等；离子如 Cl－、CN－、NO －2 等。含有空轨道的微粒有：过渡金属的原子 或离子。 (3)配位化合物的组成 如对于硫酸四氨合铜，化学式为[Cu(NH3)4]SO4 称为配位化合物(简称配合物)，Cu2＋有 空轨道为中心离子，NH3 有孤对电子为配体，配位键的数目为 4，配位数为 4，表示为 。NH＋4 的形成为 ＋ ， 在 NH ＋4 中，虽然有一个 N—H 键形成过程与其他三个 N—H 键形成过程不同，但是一旦形 成之后，四个共价键就完全相同。 即时训练 2 (1)填写下列表格 分子类型 实例 结构式 立体构型 中心原子的杂 化方式 中心原子的 孤对电子数 CO2三原子 H2O HCHO四原子 NH3 五原子 CH4 (2)在[Cu(NH3)4]2＋中含有____ ____________，中心离子是________，配体为________。 三、分子的性质 1．分子的极性 非极性分子 极性分子 形成原因 正电中心和负电中心____的分 正电中心和负电中心______的 子 分子 存在的共价键 ______键或____键 ____键 分子内原子排列 2．范德华力、氢键、共价键的比较 范德华力 氢键 共价键 概念 物质分子之间普遍存在的一 种相互作用力，又称分子间作 用力 由已经与电负性很强的 原子形成共价键的氢原 子与另一个分子中电负 性很强的原子形成的作 用力 相邻原子间通过共用 电子对所形成的相互 作用 作用微粒 分子或原子(稀有气体) 氢原子、电负性很强的 原子 原子 强度比较 ________＞________＞_________ ___ 影响强度的 因素 ①随着分子极性和相对分子 质量的增大而______ ②组成和结构相似的物质，相 对分子质量越大，分子间作用 力______ 对于 A—H…B—，A、 B 的电负性越大，B 原 子的半径越小，作用力 ______ 成键原子半径越小， 键长______，键能越 大，共价键越______ 对物质性质 的影响 ①影响物质的熔沸点、溶解度 等物理性质 ②组成和结构相似的物质，随 相对分子质量的增大，物质的 熔沸点升高，如 F2__Cl2__Br2__I2， CF4__CCl4__CBr4 分子间氢键的存在，使 物质的熔沸点升高，在 水中的溶解度增大，如 熔沸点：H2O__H2S， HF__HCl，NH3__PH3 ①影响分子的稳定性 ②共价键键能越大， 分子稳定性______ 3．溶解性 (1)“相似相溶”的规律：非极性溶质一般能溶于__________，极性溶质一般能溶于 __________。如果存在氢键，则溶剂与溶质之间的氢键作用力越大，溶解性________。 (2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。如乙醇与水______，而戊醇在水中的溶 解度明显________。 (3)如果溶质与水发生反应，将增大物质的溶解度，如____________等。 4．无机含氧酸分子的酸性 无机含氧酸可写成(HO)mROn，如果成酸元素 R 相同，则 n 值越大，R 的正电性越 ________，导致 R—O—H 中 O 的电子向________偏移，在水分子的作用下越________电离 出 H＋，酸性越________，如 H2SO3________H2SO4。 即时训练 3 下列说法中正确的是______。 ①甲烷是由极性键构成的非极性分子 ②水是非极性分子 ③乙醇分子 跟水分子之间只存在范德华力 ④甲烷可与水形成氢键 ⑤HF 的相对分子质量小于 HCl 的，所以 HF 的沸点小于 HCl 的 ⑥汽油易溶于四氯化碳符合“相似相溶”规律 ⑦邻羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸均可以形成氢键，但对羟基苯甲酸的沸点高于邻羟基苯 甲酸的 ⑧酸性由强到弱的顺序为：HClO2＞HClO3 ⑨二氯甲烷属于手性分子 一、分子的空间构型与杂化方式的判断 1．根据分子结构式进行推断 (1)公式： 杂化轨道数＝中心原子孤电子对数(未参与成键)＋中心原子形成的 σ 键个数 (2)中心原子形成 σ 键个数的判断方法： 因为两原子之间只能形成一个 σ 键，所以中心原子形成的 σ 键个数＝中心原子结合的 原子数。 (3)中心原子孤电子对数的判断方法： ①依据经验公式进行计算：对于通式 AX n ±m 中心原子(A)未用于成键的孤电子对数＝ A的族序数－X能接受的最多电子数 × m－( ± n) 2 ； 如 SO 2－4 中 的 孤 电 子 对 数 ＝ 6－2 × 4－(－2) 2 ＝0、NH ＋4 中的孤电子对数＝5－4－(＋1) 2 ＝0、HCN 中的孤电子对数＝ 4－1－3 2 ＝0。 ②根据分子结构式推断出中心原子的孤电子对数。如 HCN：结构简式(H—C N)，中 心原子 C 形成两个 σ 键，C 原子的四个价电子全部参与成键无孤电子对；H2O：结构式 (H—O—H)，中心原子 O 形成两个 σ 键，O 只有两个价电子参与成键，还余四个电子形成两 对孤电子对。 2．根据分子的空间构型推断杂化方式 多原子(3 个或 3 个以上)分子的立体结构与中心杂化方式的对照： 分子的立体结构 正四面体形 三角锥形 V 形 平面三角形 V 形 直线形 杂化类型 sp3 sp2 sp (1)只要分子构型为直线形的，中心原子均为 sp 杂化，同理，只要中心原子是 sp 杂化的， 分子构型均为直线形。 (2)只要分子构型为平面三角形的，中心原子均为 sp2 杂化。 (3)只要分子中的原子不在同一平面内的，中心原子均是 sp3 杂化。 (4)V 形 分子的判断需要借助孤电子对数，孤电子对数是 1 的中心原子是 sp2 杂化，孤电 子对数是 2 的中心原子是 sp3 杂化。 3．根据等电子体原理结构相似推断 如：CO2 是直线形分子，CNS－、NO＋2 、N －3 与 CO2 是等电子体，所以分子构型均为直 线形，中心原子均采用 sp 杂化。 【例 1】 判断下列物质的立体结构和杂化类型。 BF3________ ； PF3________ ； SO3________ ； SO2________ ； H2S________ ； HCHO________；NH＋4 ________；H3O＋________。 二、分子的结构和性质 1．分子极性的判断方法 (1)只含非极性键的分子一定是非极性分子，如 H2、P4 等。 (2)含极性键的双原子分子一定是极性分子，如 HCl、CO 等。 (3)ABn(n≥3)型分子： ①根据分子构型判断。 若分子是对称的(直线形、正三角形、正四面体形等)，极性键的极性向量和等于零时， 为非极性分子；否则是极性分子。如 CH4、CO2 等含有极性键，是非极性分子；H2O、NH3 等含有极性键，是极性分子。 ②利用孤电子对判断。 若中心原子 A 中无孤电子对，则为非极性分子，有孤电子对，则为极性分子。 ③利用化合价判断。 中心原子 A 的化合价的绝对值＝该元素所在的主族序数，则为非极性分子；若不等， 则为极性分子。BCl3、CO2 是非极性分子；SO2、NF3 是极性分子。 2．物质的熔沸点及氢键 (1)分子间作用力强弱和分子晶体熔沸点大小的判断 组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，克服分子间引力使物 质液化和气化就需要更多的能量，熔沸点越高。但存在氢键时分子晶体的熔沸点往往反常地 高 。 (2)易形成氢键的元素 ≡ 位于第二周期右边的三种电负性比较大的元素(N、O、F)易形成氢键。N、O、F 三种元 素对应氢化物 NH3、H2O、HF 中由于存在氢键，使得它们氢化物的沸点比同族其他元素氢 化物的沸点反常地高。 【例 2】 第四周期的 Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn 等许多金属能形成配合物。 (1)NH3 是一种很好的配体，氨气是______(填“极性”或“非极性”)分子，氨气分子的 沸点________(填“高于”“等于”或“低于”)AsH3。 (2)科学家通过 X 射线测得胆矾结构示意图可简单表 示如下： 图中虚线表示的作用力为____________________。 (3) 胆 矾 溶 液 与 氨 水 在 一 定 条 件 下 可 以 生 成 Cu(NH3)4SO4·H2O 晶 体 。 在 Cu(NH3)4SO4·H2O 晶体中，[Cu(NH3)4]2＋为平面正方形结构，则呈正四面体结构的原子团或 分子是____________，其中心原子的杂化轨道类型是____________。 (4)金属镍粉在 CO 气流中轻微加热，生成无色挥发性液态 Ni(CO)4，呈正四面体构型。 试推测四羰基镍的晶体类型是____________，Ni(CO)4 易溶于__________(填下列选项)。 A．水 B．四氯化碳 C．苯 D．硫酸镍溶液 1．(高考集萃)(1)(2019 课标全国理综)①S 单质的常见形式为 S8，其环状结构如图所示， S 原子采用的轨道杂化方式是________； ②H2Se 的酸性比 H2S________(填“强”或“弱”)。气态 SeO 3 分子的立体构型为 __________，SO 2－3 的立体构型为__________； ③H2SeO3 的 K1 和 K2 分别为 2.7×10－3 和 2.5×10－8，H2SeO4 第一步几乎完全电离，K2 为 1.2×10－2，请根据结构与性质的关系解释： a ． H2SeO3 和 H2SeO4 第 一 步 电 离 程 度 大 于 第 二 步 电 离 的 原 因 ： ________________________ _____________________________________________________________________________； b．H2SeO4 比 H2SeO3 酸性强的原因：____________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (2)(2019 福建理综)①硅烷(SinH2n＋2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示，呈 现这种变化关系的原因是____________________________________。 ②硼砂是含结晶水的四硼酸钠，其阴离子 Xm－(含 B、O、H 三种元素)的球棍模型如图 所示： a．在 Xm－中，硼原子轨道的杂化类型有________；配位键存在于________原子之间(填 原子的数字标号)；m＝________(填数字)。 b．硼砂晶体由 Na＋、Xm－和 H2O 构成，它们之间存在的作用力有________(填序号)。 A．离子键　B．共价键　C．金属键　D．范德华力　　E．氢键 (3)(2019 海南化学)①氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物，这两种化合物都可用 于催化乙炔聚合，其阴离子均为无限长链结构(如下图)，a 位置上 Cl 原子的杂化轨道类型为 ________。已知其中一种化合物的化学式为 KCuCl3，另一种的化学式为__________。 ②金属铜单独与氨水或单独与过氧化氢都不能反应，但可与氨水和过氧化氢的混合溶液 反应，其原因是________________________，反应的化学方程式为________________。 2．(高考集萃)(1)(2019 江苏化学)①NO －3 的空间构型__________(用文字描述)。 ②在铜锰氧化物的催化下，CO 被氧化成 CO2，HCHO 被氧化成 CO2 和 H2O。 a．根据等电子原理，CO 分子的结构式为__________。 b．H2O 分子中 O 原子轨道的杂化类型为__________。 c．1 mol CO2 中含有的 σ 键数目为______________。 ③向 CuSO4 溶液中加入过量 NaOH 溶液可生成[Cu(OH) 4]2 － 。不考虑空间构型， [Cu(OH)4]2－的结构可用示意图表示为____________ ____________。 (2)(2019 山东理综)①过渡金属配合物 Ni(CO)n 的中心原子价电子数与配体提供电子总 数之和为 18，则 n＝________。CO 与 N 2 结构相似，CO 分子内 σ 键与 π 键个数之比为 ________。 ②甲醛(H2C===O)在 Ni 催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醇分子内 C 原子的杂化 方式为________，甲醇分子内的 O—C—H 键角________(填“大于”“等于”或“小于”) 甲醛分子内的 O—C—H 键角。 (3)(2019 海南化学)下列有关元素锗及其化合物的叙述中正确的是________。 A．锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳 B．四氯化锗与四氯化碳分子都是四面体构型 C．二氧化锗与二氧化碳都是非极性的气体化合物 D．锗和碳都存在具有原子晶体结构的单质 3 ． (1) 在 BF3 分 子 中 ， F—B—F 的 键 角 是 ________ ， B 原 子 的 杂 化 轨 道 类 型 为 ________，BF3 和过量 NaF 作用可生成 NaBF4，BF －4 的立体结构为__________。 (2)H＋可与 H2O 形成 H3O＋，H3O＋中 O 原子采用________杂化。H3O＋中 H—O—H 键 角比 H2O 中 H—O—H 键角大，原因为____________________________________________。 (3)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内 B 原子与 N 原子之间的化学键为 __________，层间作用力为__________。 (4)H2O 分子内的 O—H 键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为______________。 HO CHO 的沸点比 高，原因是____________________。 4．铜是重要金属，Cu 的化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途，如 CuSO4 溶 液常用作电解液、电镀液等。请回答以下问题： (1)CuSO4 可由金属铜与浓硫酸反应制备，该反应的化学方程式为__________________ _____________________________________________________________________________。 (2)CuSO4 粉末常用来检验一些有机物中的微量水分，其原因是____________________ _____________________________________________________________________________。 (3)SO 2－4 的立体构型是________，其中 S 原子的杂化轨道类型是________。 参考答案 基础梳理整合 一、1.共用电子对 2．饱和　方向 3．头碰头　肩并肩　发生　不发生 4．(1)大　小　一　一　一　两 (2)极　非极 5．(1)气态基态　1 mol　大 (2)核间距　短 (3)180°　105° 6．原子总数　价电子总数　相似　N2 即时训练 1 答案：①④⑤ 二、1.(1)直线　平面三角　正四面体 (2)V　三角锥 2．(1)1 个 s 轨道　1 个 p 轨道　180°　直线 (2)1 个 s 轨道　2 个 p 轨道　120°　平面三角形 (3)1 个 s 轨道　3 个 p 轨道　109°28′　正四面体 即时训练 2 (1)O===C===O　直线形　sp　0　H—O— H　V 形　sp 3　2　 　平面三角形　 sp2　0　 　三角锥形　sp3　1 　正四面体形　sp3　0 (2)共价键、配位键　Cu2＋　NH3 三、1.重合　不重合　非极性　极性　极性　对称　不对称 2．共价键　氢键　范德华力　增大　越大　越大　越短　稳定　＜　＜　＜　＜　＜　 ＞　＞　＞　越强 3．(1)非极性溶剂　极性溶剂　越大 (2)互溶　减小 (3)SO2 与 H2O 4．高　R　易　强　＜ 即时训练 3 答案：①⑥⑦ 核心归纳突破 【例 1】 答案：平面三角形、sp2　三角锥形、sp3　平面三角形、sp2　V 形、sp2　V 形、sp3　平面三角形、sp2　正四面体、sp3　三角锥形、sp3 解析：BF3：B 最外层有 3 个电子分别与 3 个 F 原子形成 3 个 σ 键，是 sp2 杂化，平面 三角形；PF3：P 最外层有 5 个电子与 3 个 F 原子形成 3 个 σ 键后还余 1 对孤电子对，是 sp3 杂化，三角锥形；SO3：孤电子对数＝6－2 × 3 2 ＝0，σ 键个数＝3，所以是 sp2 杂化，平面 三角形；SO2：孤电子对数＝6－2 × 2 2 ＝1，σ 键个数＝2，所以是 sp2 杂化，V 形；H2S：孤 电子对数＝6－1 × 2 2 ＝2，σ 键个数＝2，所以是 sp 3 杂化，V 形；HCHO：孤电子对数＝ 4－1 × 2－2 2 ＝0，σ 键个数＝3，所以是 sp 2 杂化，平面三角形；NH＋4 ：孤电子对数＝ 5－1 × 4－1 2 ＝0 ，σ 键个数＝4 ，所以是 sp 3 杂化，正四面体；H3O ＋：孤电 子对数＝ 6－1 × 3－1 2 ＝1，σ 键个数＝3，所以是 sp3 杂化，三角锥形。 【例 2】 答案：(1)极性　高于　(2)氢键、配位键　(3)SO2－4 　sp3　(4)分子晶体　B、C 解析：(1)NH3 中氮原子有孤电子对，是极性分子，能形成氢键，所以熔沸点高；(2)氧 与铜形成的是配位键、H 与 O 形成的是氢键；(3)晶体中含有的原子团或分子为[Cu(NH3)4]2 ＋、NH3、SO2－4 、H2O，SO 2－4 中 S 的孤电子对数＝6－2 × 4＋2 2 ＝0，S 与 O 形成四个 σ 键， 所以 S 是 sp3 杂化，SO 2－4 为正四面体结构；(4)由熔沸点低，易挥发可知 Ni(CO)4 是分子晶 体，由立体构型可知是非极性分子。 演练巩固提升 1．答案：(1)①sp3　②强　平面三角形　 三角锥形　③a.第一步电离后生成的负离子较 难再进一步电离出带正电荷的氢离子　b．H2SeO3 和 H2SeO4 可表示为(HO)2RO 和(HO)2RO2， H2SeO3 中 Se 为＋4 价，而 H2SeO4 中 Se 为＋6 价，正电性更高，导致 R—O—H 中 O 的电 子更向 Se 偏移，越易电离出 H＋ (2)①硅烷的相对分子质量越大，分子间范德华力越强(或其他合理答案) ②a.sp2、sp3　4,5(5,4)　2　b．ADE (3)①sp3　K2CuCl3　②H2O2 为氧化剂，氨与 Cu2＋形成配离子，两者相互促进使反应进 行　Cu＋H2O2＋4NH3===Cu(NH3)2＋4 ＋2OH－ 2．答案：(1)①平面三角形　②a.C O　b．sp3　c．2×6.02×1023 个(或 2 mol) (2)①4　1∶2　②sp3　小于 (3)BD 3．答案：(1)120°　sp2　正四面体 (2)sp3　H2O 中 O 原子有 2 对孤对电子，而 H3O＋中 O 原子有 1 对孤对电子，排斥力小 (3)共价键(极性共价键)　分子间力 (4)O—H 键、氢键、范德华力　 形成分子内氢键，而 HO CHO 形 成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大 解析：(1)BF3 中 B 原子最外层有 3 个电子形成三个共价键，所以是 sp2 杂化，无孤电子 对分子构型为平面正三角形，键角为 120°；BF －4 中 B 与 F 形成 3 个 σ 键和一个配位键，无 孤电子对，为正四面体；(2)H3O＋有 3 个 σ 键，孤电子对数＝(6－1×3－1)÷2＝1，所以为 sp3 杂化，H3O＋孤电子对数为 1、H2O 孤电子对数为 2，所以 H2O 中孤电子对对成键电子的排 斥力大，键角小。 4．答案：(1)Cu＋2H2SO4(浓) =====△ CuSO4＋SO2↑＋2H2O　(2)白色无水硫酸铜可与水 结合生成蓝色的 CuSO4·5H2O，显示水合铜离子特征蓝色　(3)正四面体　sp3 解析：(3)硫酸根中心原子的价层电子对为：孤电子数为1 2(6－2×4＋2)＝0，成键电子对 数 4，所以为正四面体结构，中心原子为 sp3 杂化。 ≡