第33講 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 考綱導(dǎo)視 考綱定位 1 了解共價(jià)鍵的形成 能用鍵長(zhǎng) 鍵能 鍵角等說(shuō)明簡(jiǎn)單分子的某些性質(zhì) 2 了解雜化軌道理論及常見(jiàn)的雜化軌道類型 sp sp2 sp3 能用價(jià)層電子對(duì)互斥理論或者雜化軌道理論推測(cè)常見(jiàn)的簡(jiǎn)單分子或者離子的空間結(jié)構(gòu) 3 了解化學(xué)鍵與分子間作用力的區(qū)別 4 了解氫鍵的存在對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響 能列舉含有氫鍵的物質(zhì) 基礎(chǔ)反饋 正誤判斷 正確的畫(huà) 錯(cuò)誤的畫(huà) 1 鍵比 鍵重疊程度大 形成的共價(jià)鍵強(qiáng) 2 氯化鈉易溶于水 也易溶于食用油 3 N O間形成的共價(jià)鍵是非極性鍵 4 SiH4的沸點(diǎn)高于CH4 可推測(cè)PH3的沸點(diǎn)高于NH3 果 5 PCl3分子是三角錐形 這是因?yàn)榱自邮莝p2雜化的結(jié) 6 AB3型的分子空間構(gòu)型必為平面三角形 7 水很穩(wěn)定 1000 以上才會(huì)部分分解 是因?yàn)樗泻写?量的氫鍵 8 CS2為V形的極性分子 9 C2H4與C2H2分子中的中心原子雜化軌道的類型相同 10 對(duì)X O H型化合物而言 X是除去H O外的其他元素 當(dāng)X是得電子能力很強(qiáng)的非金屬元素時(shí) X O H一定 為酸 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 考點(diǎn)一 共價(jià)鍵 知識(shí)梳理 1 本質(zhì) 在原子之間形成 2 基本特征 具有 性和 性 共用電子對(duì) 飽和 方向 頭碰頭 肩并肩 發(fā)生 不發(fā)生 一對(duì) 兩對(duì) 三對(duì) 3 共價(jià)鍵的類型 4 鍵參數(shù) 大 短 穩(wěn)定性 立體構(gòu)型 1 定義 2 鍵參數(shù)對(duì)分子性質(zhì)的影響 鍵能越 鍵長(zhǎng)越 分子越穩(wěn)定 原子總數(shù) 價(jià)電子總數(shù) 相似 N2 5 等電子原理 相同 相同的分子 即等電子體 具有相似的化學(xué)鍵特征 它們的許多性質(zhì) 如CO和 考點(diǎn)集訓(xùn) 例1 2015年浙江模擬 下列物質(zhì)中 只含有極性鍵的分子是 既含離子鍵又含共價(jià)鍵的化合物是 只存在 鍵的分子是 同時(shí)存在 鍵與 鍵的分子是 A N2B CO2C CH2Cl2D C2H4E C2H6F CaCl2G NH4Cl 解析 只含極性鍵的分子有CO2 CH2Cl2 既含離子鍵又含共價(jià)鍵的化合物必須是含 根 的離子化合物 只有NH4Cl符合 共價(jià)單鍵為 鍵 雙鍵或三鍵中有一個(gè) 鍵 其余為 鍵 因此只存在 鍵的分子有CH2Cl2 C2H6 同時(shí)存在 鍵和 鍵的分子有N2 CO2 C2H4 答案 BC GCE ABD 方法技巧 共價(jià)鍵類型的判斷 1 鍵與 鍵的判斷 1 依據(jù)強(qiáng)度判斷 鍵的強(qiáng)度較大 較穩(wěn)定 鍵活潑 比 較容易斷裂 2 共價(jià)單鍵是 鍵 共價(jià)雙鍵中含有一個(gè) 鍵 一個(gè) 鍵 共價(jià)三鍵中含有一個(gè) 鍵 兩個(gè) 鍵 2 極性鍵與非極性鍵的判斷 看形成共價(jià)鍵的兩原子 不同種元素的原子之間形成的是極性共價(jià)鍵 同種元素的原子之間形成的是非極性共價(jià)鍵 例2 2015年河北唐山一模 以鎂橄欖石2MgO SiO2 簡(jiǎn)寫(xiě)為M2Si 為主晶相制作的鎂橄欖石磚 是一種弱堿性耐火材料 可用于有色金屬熔煉爐 煉鋼平爐蓄熱室和水泥回轉(zhuǎn)窯等的內(nèi)襯 1 基態(tài)硅原子的價(jià)電子排布式為 2 與鎂和硅都相鄰的元素是鋁 則3種元素的第一電離能從大到小的順序?yàn)?用元素符號(hào)表示 3 高純硅一般通過(guò)SiCl4還原得到 晶體硅中硅原子的雜化方式為雜化 寫(xiě)出與SiCl4互為等電子體的一種陰離子的化學(xué)式 方法技巧 等電子體及其應(yīng)用 1 常見(jiàn)的等電子體 考點(diǎn)二 分子的立體構(gòu)型 夾角 價(jià)電子對(duì) 知識(shí)梳理 成鍵電子對(duì) 1 雜化軌道 當(dāng)原子成鍵時(shí) 原子的價(jià)電子軌道相互混雜 形成與原軌道數(shù)相等且能量相同的雜化軌道 雜化軌道數(shù)不同 軌道間的 不同 形成分子的空間形狀不同 2 價(jià)電子對(duì)互斥模型 價(jià)電子對(duì)互斥模型說(shuō)明的是 的立體構(gòu)型 而分子的立體構(gòu)型指的是 的立體構(gòu)型 不包括孤電子對(duì) 有孤電子對(duì) 1 當(dāng)中心原子 時(shí) 兩者的構(gòu)型一致 2 當(dāng)中心原子 時(shí) 兩者的構(gòu)型不一致 無(wú)孤電子對(duì) 3 價(jià)電子對(duì)互斥模型 雜化軌道理論與分子立體構(gòu)型的關(guān)系 3 配位鍵與配合物 1 配位鍵 孤電子對(duì) 分子或離子中沒(méi)有與其他原子共用的電子對(duì)稱孤電子對(duì) 配位鍵 成鍵原子一方提供孤電子對(duì) 另一方提供空軌道 含有孤電子對(duì)的微粒有 分子如CO NH3 H2O等 離子如Cl CN F 等 含有空軌道的微粒有 過(guò)渡金屬的原子或 離子 提供 接受 配位鍵的表示方法 如A B A表示 孤電子對(duì)的原子 B表示 孤電子對(duì)的原子 2 配位化合物 配合物 概念 由金屬離子 或原子 與某些分子或離子 稱為配體 配位鍵 以 結(jié)合而成的化合物 組成 空軌道 孤電子對(duì) 直線形 平面三角形 形成條件 中心原子有 如Fe3 Cu2 Zn2 Ag 等 配位體有 如H2O NH3 CO F Cl CN 等 立體構(gòu)型 配位數(shù)是2時(shí) 如 Ag NH3 2 配位數(shù)是3時(shí) 如 HgI3 配位數(shù)為4時(shí) 正四面體形 如 ZnCl4 2 平面正方形 如 PtCl4 2 考點(diǎn)集訓(xùn) 例3 下列描述中正確的是 A C B D 答案 C 方法技巧 判斷分子中心原子的雜化類型的方法 1 根據(jù)雜化軌道的空間分布構(gòu)型判斷 若雜化軌道在空間的分布為正四面體形或三角錐形 則分子的中心原子發(fā)生sp3雜化 若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形 則分子的中心原子發(fā)生sp2雜化 若雜化軌道在空間的分布呈直線形 則分子的中心原子發(fā)生sp雜化 N3與CO2是等電子體 所以分子構(gòu)型均為直線形 中心原 2 根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷 若雜化軌道之間的夾角為109 5 則分子的中心原子發(fā)生sp3雜化 若雜化軌道之間的夾角為120 則分子的中心原子發(fā)生sp2雜化 若雜化軌道之間的夾角為180 則分子的中心原子發(fā)生sp雜化 3 根據(jù)等電子原理進(jìn)行推斷 如CO2是直線形分子 CNS 子均采用sp雜化 4 根據(jù)中心原子的電子對(duì)數(shù) 參與雜化的軌道數(shù)目判斷 如中心原子的電子對(duì)數(shù)為4 是sp3雜化 為3是sp2雜化 為2是sp雜化 5 根據(jù)分子或離子中有無(wú) 鍵及 鍵數(shù)目判斷 如沒(méi)有 鍵為sp3雜化 含一個(gè) 鍵為sp2雜化 含兩個(gè) 鍵為sp雜化 例4 銅單質(zhì)及其化合物在很多領(lǐng)域有重要的用途 如金屬銅用來(lái)制造電線電纜 五水硫酸銅可用作殺菌劑 1 Cu位于元素周期表第 B族 Cu2 的核外電子排布式為 2 往硫酸銅溶液中加入過(guò)量的氨水 可生成 Cu NH3 4 2 配離子 已知NF3與NH3的空間構(gòu)型都是三角錐形 但NF3不 易與Cu2 形成配離子 其原因是 解析 1 Cu 電子排布式為 Ar 3d104s1 Cu2 的過(guò)程中 參與反應(yīng)的電子是最外層4s及3d上的各一個(gè)電子 故Cu2 的電子排布式為 Ar 3d9或1s22s22p63s23p63d9 2 N F H三種元素的電負(fù)性 F N H 所以NH3中共用電子對(duì)偏向N 而在NF3中 共用電子對(duì)偏向F 偏離N原子 答案 1 Ar 3d9或1s22s22p63s23p63d9 2 N F H三種元素的電負(fù)性 F N H 在NF3中 共用 電子對(duì)偏向F 偏離N原子 使得氮原子上的孤電子對(duì)難與Cu2 形成配位鍵 方法技巧 1 理解配位鍵的形成條件 一種原子含有孤電子對(duì) 一種 原子存在空軌道 2 根據(jù)原子的最外層電子數(shù)知該原子可以形成共價(jià)鍵的數(shù)目 如N最外層為5個(gè)電子 所以它應(yīng)該最多能形成3個(gè)共價(jià)鍵 若其與其他原子還存在化學(xué)鍵 則只能是配位鍵 例5 Cu2 能與NH3 H2O Cl 等形成配位數(shù)為4的配合物 1 Cu NH3 4 2 中存在的化學(xué)鍵類型有 填序號(hào) A 配位鍵B 極性共價(jià)鍵C 非極性共價(jià)鍵D 離子鍵 2 Cu NH3 4 2 具有對(duì)稱的立體結(jié)構(gòu) Cu NH3 4 2 中的兩個(gè)NH3被兩個(gè)Cl 取代 能得到兩種不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物 則 Cu NH3 4 2 的立體結(jié)構(gòu)為 3 某種含Cu2 的化合物催化丙烯醇制備丙醛的反應(yīng)為HOCH2CH CH2 CH3CH2CHO 在丙烯醇分子中發(fā)生某種方式雜化的碳原子數(shù) 是丙醛分子中發(fā)生同樣方式雜化的碳原子數(shù)的2倍 則這類碳原子的雜化方式為 答案 1 AB 2 平面正方形 3 sp2雜化 解析 Cu NH3 4 2 中銅離子與氨分子之間的化學(xué)鍵是配位鍵 氨分子內(nèi)部的化學(xué)鍵是極性鍵 Cu NH3 4 2 是平面正方形 HOCH2CH CH2中的碳原子 有一個(gè)采取sp3雜化 兩個(gè)采取sp2雜化 CH3CH2CHO中的碳原子有兩個(gè)采取sp3雜化 一個(gè)采取sp2雜化 例6 已知 A B C D E F六種元素 原子序數(shù)依次增大 A原子核外有兩種形狀的電子云 兩種形狀的電子云軌道上電子相等 B是短周期中原子半徑最大的元素 C元素3p能級(jí)半充滿 E是所在周期電負(fù)性最大的元素 F是第四周期未成對(duì)電子最多的元素 試回答下列有關(guān)的問(wèn)題 1 寫(xiě)出F元素的電子排布式 2 己知A元素的一種氫化物分子中含四個(gè)原子 則在該化 合物的分子中A原子的雜化軌道類型為 3 己知C E兩種元素合成的化合物通常有CE3 CE5兩種 這兩種化合物中一種為非極性分子 一種為極性分子 屬于極性分子的化合物的分子空間構(gòu)型是 4 B C D E的第一電離能由大到小的順序是 寫(xiě)元素符號(hào) 解析 1 A B C D E F六種元素 原子序數(shù)依次增大 A原子核外有兩種形狀的電子云 兩種形狀的電子云軌道上電子相等 則其原子核外電子排布為1s22s22p4 則A為氧元素 B是短周期中原子半徑最大的元素 則B為Na元素 C元素3p能級(jí)半充滿 則其原子核外電子排布為1s22s22p63s23p3 則C為磷元素 F是第四周期未成對(duì)電子最多的元素 則F的核外電子排布為1s22s22p63s23p63d54s1 則F為Cr元素 E是所 在周期電負(fù)性最大的元素 原子序數(shù)大于P小于Cu 則應(yīng)處于第三周期 故E為Cl元素 D原子序數(shù)介于磷 氯之間 則D為硫元素 2 已知A元素的一種氫化物分子中含四個(gè)原子 該氫化物為H2O2 H2O2分子中O原子成1個(gè)O O鍵 1個(gè)O H鍵 含有2對(duì)孤電子對(duì) 雜化軌道數(shù)目為4 采取sp3雜化 3 P Cl兩種元素合成的化合物通常有PCl3 PCl5兩種 PCl3中P原子成3個(gè)P Cl鍵 含有1對(duì)孤電子對(duì) P原子采取sp3雜化 為三角錐形結(jié)構(gòu) 不是對(duì)稱結(jié)構(gòu) 屬于極性分子 4 同周期自左而右第一電離能呈增大趨勢(shì) P元素3p能級(jí)為半滿穩(wěn)定狀態(tài) 能量較低 第一電離能高于同周期相鄰元素 故第一電離能P Cl S Na 氫氧化鈉為強(qiáng)堿 磷酸屬于弱酸 高氯酸 硫酸屬于強(qiáng)酸 二者濃度相等 硫酸中氫離子濃度大 硫酸酸性最強(qiáng) 故四種元素最高價(jià)氧化物的水化物形成的溶液 物質(zhì)的量濃度相同時(shí) pH由大到小的順序是NaOH H3PO4 HClO4 H2SO4 答案 1 1s22s22p63s23p63d54s1 2 sp3 3 三角錐形 4 NaOH H3PO4 HClO4 H2SO4 考點(diǎn)三 分子間作用力與分子的性質(zhì) 知識(shí)梳理 1 分子間作用力 1 概念 物質(zhì)分子間普遍存在的一種 2 分類 相互作用 相互作用力 電性 方向性 相對(duì)分子質(zhì)量 熔點(diǎn) 3 范德華力與物質(zhì)性質(zhì) 靜電相互作用 X H Y 原子半徑 4 氫鍵與物質(zhì)性質(zhì) 升高 分子內(nèi)氫鍵 不重合 重合 2 分子的極性 1 極性分子與非極性分子 極性分子 正負(fù)電荷 中心 非極性分子 正負(fù)電荷中心 2 分子的極性與鍵的極性 分子構(gòu)型的關(guān)系 極性分子 非極性分子 極性分子 極性分子 非極性分子 3 相似相溶 的規(guī)律 非極性溶質(zhì)一般能溶于 極性溶質(zhì)一般能溶于 若能形成氫鍵 則溶劑和溶質(zhì)之間的氫鍵作用力越大 溶解性越好 相似相溶 還適用于分子結(jié)構(gòu)的相似性 如乙醇和水互溶 C2H5OH和H2O中的羥基相近 而戊醇在水中的溶解度明顯減小 4 手性 具有完全相同的組成和原子排列的一對(duì)分子 如同左手與右手一樣互為 卻在三維空間里不能重疊 互稱手性異構(gòu)體 具有手性異構(gòu)體的分子叫手性分子 非極性溶劑 極性溶劑 鏡像 考點(diǎn)集訓(xùn) 例7 1 H2O分子內(nèi)的O H鍵 分子間的范德華力和氫鍵從強(qiáng)到弱依次為 的沸點(diǎn)比 高 原因是 2 H 可與H2O形成H3O H3O 中O原子采用 雜化 H3O 中H O H鍵角比H2O中H O H鍵角大 原因?yàn)?解析 1 沸點(diǎn)高說(shuō)明分子間作用力大 因此結(jié)合氫鍵的形 成方式得出 形成分子間氫鍵 而 形 雜化 孤電子對(duì)數(shù)越多 鍵夾角越小 成的是分子內(nèi)氫鍵的結(jié)論 2 H3O 的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4 sp3 答案 1 O H鍵 氫鍵 范德華力 形成分 子內(nèi)氫鍵 而HOCHO形成分子間氫鍵 分子間氫鍵使分子間作用力增大 2 sp3 H2O中O原子有2對(duì)孤對(duì)電子 H3O 中O原子只 有1對(duì)孤對(duì)電子 排斥力較小 方法技巧 氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響 1 對(duì)熔 沸點(diǎn)的影響 分子間氫鍵的形成使物質(zhì)的熔 沸點(diǎn)升高 因?yàn)橐挂后w汽化 必須破壞大部分分子間的氫鍵 這需要較多的能量 要使晶體熔化 也要破壞一部分分子間的氫鍵 所以 存在分子間氫鍵的化合物的熔 沸點(diǎn)要比沒(méi)有氫鍵的同類化合物高 形成分子內(nèi)氫鍵的物質(zhì)比形成分子間氫鍵的物質(zhì)的熔 沸點(diǎn)低 如鄰羥基苯甲醛的熔 沸點(diǎn)比對(duì)羥基苯甲醛的熔 沸點(diǎn)低 2 對(duì)溶解度的影響 在極性溶劑里 如果溶質(zhì)分子與溶劑分子間可以形成氫鍵 則溶質(zhì)的溶解性增大 例如 乙醇和水能以任意比互溶 3 對(duì)水的密度的影響 絕大多數(shù)物質(zhì)固態(tài)時(shí)的密度大于液態(tài)時(shí)的密度 但是液態(tài)水的密度卻是大于固態(tài)冰的 水的這一反常現(xiàn)象也可用氫鍵解釋 例8 某化合物的分子式為AB2 A屬 A族元素 B屬 A族元素 A和B在同一周期 它們的電負(fù)性值分別為3 44 A AB2分子的空間構(gòu)型為V形B A B鍵為極性共價(jià)鍵 AB2分子為非極性分子C AB2與H2O相比 AB2的熔 沸點(diǎn)比H2O的低D AB2分子中無(wú)氫原子 分子間不能形成氫鍵 而H2O分子間能形成氫鍵 解析 根據(jù)A B的電負(fù)性值及所處位置關(guān)系 可判斷A為O元素 B為F元素 該分子為OF2 O F鍵為極性共價(jià)鍵 因?yàn)镺F2分子的鍵角為103 3 OF2分子中鍵的極性不能抵消 所以為極性分子 答案 B 方法技巧 分子極性的判斷 1 雙原子分子的極性 雙原子分子的極性取決于成鍵原子之間的共價(jià)鍵是否有極性 以極性鍵結(jié)合的雙原子分子是極性分子 以非極性鍵結(jié)合的雙原子分子為非極性分子 2 多原子分子的極性 多原子分子的極性與分子中的鍵的極性關(guān)系比較復(fù)雜 如果組成分子的所有化學(xué)鍵均為非極性鍵 則分子通常為非極性分子 如白磷分子 P4 以極性鍵結(jié)合的多原子分子 AB3 A為中心原子 分子是否有極性取決于分子的 立體構(gòu)型 如水分子和二氧化碳分子都是由三個(gè)原子構(gòu)成的分子 但二氧化碳分子為直線形 分子內(nèi)兩個(gè)C O極性鍵位于碳原子的兩側(cè) 使正 負(fù)電荷中心重合 因此CO2分子是非極性分子 在水分子中 分子內(nèi)的兩個(gè)O H鍵的夾角為105 這兩個(gè)O H鍵極性不能相互抵消 正負(fù)電荷中心不重合 所以水分子是極性分子 例9 短周期的5種非金屬元素 其中A B C的特征電子排布可表示為A asa B bsbbpb C csccp2c D與B同主族 E在C的下一周期 且是同周期元素中電負(fù)性最大的元素 回答下列問(wèn)題 1 由A B C E四種元素中的兩種元素可形成多種分子 下列分子 BC2 BA4 A2C2 BE4 其中屬于極性分子的是 填序號(hào) 2 C的氫化物比下周期同族元素的氫化物沸點(diǎn)還要高 其原因是 3 B C兩元素都能和A元素組成兩種常見(jiàn)的溶劑 其分子式為 DE4在前者中的溶解性 填 大于 或 小于 在后者中的溶解性 4 BA4 BE4和DE4的沸點(diǎn)從高到低的順序?yàn)?填化學(xué)式 5 A C E三種元素可形成多種含氧酸 如AEC AEC2 AEC3 AEC4等 以上列舉的四種酸其酸性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?填化學(xué)式 解析 由s軌道最多可容納2個(gè)電子可得 a 1 b c 2 即A為H B為C C為O 由D與B同主族 且為非金屬元素得D為Si 由E在C的下一周期且E為同周期電負(fù)性最大的元素可知E為Cl 1 分別為CO2 CH4 H2O2 CCl4 其中H2O2為極性分子 其他為非極性分子 3 B A兩元素組成苯 C A兩元素組成水 兩者都為常見(jiàn)的溶劑 SiCl4為非極性分子 易溶于非極性溶劑苯中 4 BA4 BE4 DE4分別為CH4 CCl4 SiCl4 三者結(jié)構(gòu)相似 相對(duì)分子質(zhì)量逐漸增大 分子間作用力逐漸增強(qiáng) 故它們的沸點(diǎn)順序?yàn)镾iCl4 CCl4 CH4 5 這四種酸分別為HClO HClO2 HClO3 HClO4 含氧酸的通式可寫(xiě)為 HO mClOn m 1 n 0 n值越大 酸性越強(qiáng) 故其酸性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)镠ClO4 HClO3 HClO2 HClO 答案 1 2 H2O分子間形成氫鍵 3 C6H6 H2O大于 4 SiCl4 CCl4 CH4 5 HClO4 HClO3 HClO2 HClO