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第34講分子結構與性質 考綱要求 1 了解共價鍵的形成 極性 類型 鍵和 鍵 了解配位鍵的含義 2 能用鍵能 鍵長 鍵角等說明簡單分子的某些性質 3 了解雜化軌道理論及簡單的雜化軌道類型 sp sp2 sp3 4 能用價層電子對互斥理論或者雜化軌道理論推測簡單分子或離子的空間結構 5 了解范德華力的含義及對物質性質的影響 6 了解氫鍵的含義 能列舉存在氫鍵的物質 并能解釋氫鍵對物質性質的影響 考點1共價鍵 知識梳理 1 共價鍵 1 共價鍵的本質與特征 共用電子對 方向 2 共價鍵類型 大 非極性 雙 3 鍵參數(shù) 概念 鍵參數(shù)對分子性質的影響 鍵能越 鍵長越 分子越穩(wěn)定 大 短 穩(wěn)定性 立體構型 2 配位鍵與配位化合物 1 配位鍵 配位鍵的形成 成鍵原子一方提供 另一方提供形成共價鍵 孤電子對 空軌道 配位鍵的表示 常用 來表示配位鍵 箭頭指向接受的原子 如可表示為 在中 雖然有一個N H鍵形成過程與其他3個N H鍵形成過程不同 但是一旦形成之后 4個共價鍵就完全相同 孤電子對 2 配合物如 Cu NH3 4 SO4 配位體有孤電子對 如H2O NH3 CO F Cl CN 等 中心原子有空軌道 如 Cu2 Zn2 Ag 等 中心原子 配位原子 Cu NH3 4 SO4 配位數(shù) 多維思考 提示 1 2 3 4 5 6 7 8 1 判斷下列說法是否正確 正確的打 錯誤的打 1 在任何情況下 都是 鍵比 鍵強度大 2 氣體單質中一定存在 鍵 可能存在 鍵 3 H2分子中的共價鍵不具有方向性 4 碳碳三鍵和碳碳雙鍵的鍵能分別是碳碳單鍵鍵能的3倍和2倍 5 鍵能單獨形成 而 鍵也能單獨形成 6 鍵可以繞鍵軸旋轉 鍵一定不能繞鍵軸旋轉 7 NH4Cl中存在離子鍵 極性共價鍵和配位鍵 8 在CH2CHCN中含有6個 鍵和3個 鍵 提示 NH3NAg 2 在 Ag NH3 2 中的原子提供孤電子對 提供空軌道 3 結合事實判斷CO和N2相對更活潑的是 試用下表中的鍵能數(shù)據(jù)解釋其相對更活潑的原因 提示 CO斷開CO分子的第一個化學鍵所需要的能量 273 0kJ mol 1 比斷開N2分子的第一個化學鍵所需要的能量 523 3kJ mol 1 小 考點演練 考向一共價鍵的類別 鍵參數(shù) 1 導學號96656223下列說法中正確的是 A 分子的鍵長越長 鍵能越高 分子越穩(wěn)定B 元素周期表中的第 A族 除H外 和第 A族元素的原子間不能形成共價鍵C 水分子可表示為H O H 分子的鍵角為180 D H O鍵鍵能為462 8kJ mol 1 即18gH2O分解成H2和O2時 消耗能量為2 462 8kJ B 解析 鍵長越長 鍵能越小 分子越不穩(wěn)定 A錯誤 共價鍵一般形成于非金屬元素之間 而第 A族元素 H除外 均是活潑金屬元素 第 A族元素均是活潑非金屬元素 兩者易形成離子鍵 B正確 水分子立體構型為V形 兩個H O鍵的鍵角為105 C錯誤 斷裂2molH O鍵吸收2 462 8kJ能量 而不是H2O分解成H2和O2時消耗的能量 D錯誤 2 有以下物質 HF Cl2 H2O N2 C2H4 1 只含有極性鍵的是 2 只含有非極性鍵的是 3 既有極性鍵又有非極性鍵的是 4 只含有 鍵的是 5 既有 鍵又有 鍵的是 解析 1 含不同元素的原子 只含極性鍵 中兩個氫原子分別與氧原子相連 只含極性鍵 2 雙原子的單質分子只含非極性鍵 符合題意 3 根據(jù)結構可判斷 既含極性鍵又含非極性鍵 4 只有單鍵的只含 鍵 即 5 有雙鍵或三鍵的一定既有 鍵又有 鍵 即 答案 1 2 3 4 5 COCl2分子的結構式為 COCl2分子內含有 A 4個 鍵B 2個 鍵 2個 鍵C 2個 鍵 1個 鍵D 3個 鍵 1個 鍵 解析 C和Cl之間為 鍵 C和O之間為一個 鍵 一個 鍵 因此該分子中含有3個 鍵 1個 鍵 答案 D 考向二配位鍵與配位化合物 C 解析 N2的結構式為 H3O 的結構式為 Fe CO 3 Fe SCN 3 Ag NH3 2 OH均為配合物 中心離子 或原子 與配體之間均含配位鍵 4 導學號96656224向CuSO4溶液中加入過量NaOH溶液可生成 Cu OH 4 2 在 Cu OH 4 2 中提供空軌道 中原子給出孤電子對 Cu OH 4 2 的結構示意圖可表示為 在Na2 Cu OH 4 晶體內存在的作用力有 Na2 Cu OH 4 在水溶液中的電離方程式為 考點2分子的立體構型 知識梳理 1 價層電子對互斥理論 1 理論要點 價層電子對在空間上彼此相距最遠時 排斥力最小 體系的能量最低 孤電子對的排斥力較大 孤電子對越多 排斥力越強 鍵角越小 2 用價層電子對互斥理論推測分子的立體構型的關鍵是判斷分子中的中心原子上的價層電子對數(shù) 價層電子對數(shù) 鍵電子對數(shù) 中心原子 孤電子對數(shù) 其中 a是中心原子的價電子數(shù) 陽離子要減去電荷數(shù) 陰離子要加上電荷數(shù) b是與中心原子結合的原子最多能接受的電子數(shù) x是與中心原子結合的原子數(shù) 3 價層電子對互斥模型與分子立體構型的關系 直線 平面正三角 V 正四面體 三角錐 V 180 120 2 雜化軌道理論 1 雜化軌道概念 在外界條件的影響下 原子內部能量的原子軌道重新組合的過程叫原子軌道的雜化 組合后形成的一組新的原子軌道 叫雜化原子軌道 簡稱雜化軌道 2 雜化軌道的類型與分子立體構型的關系 相近 1個s軌道 1個p軌道 180 直線 1個s軌道 2 p軌道 120 平面三角形 1個s軌道 3個p軌道 109 28 正四面體形 3 由雜化軌道數(shù)判斷中心原子的雜化類型雜化軌道用來形成 鍵和容納孤電子對 所以有公式 雜化軌道數(shù) 中心原子的孤電子對數(shù) 中心原子的 鍵個數(shù) 3 等電子原理原子總數(shù)相同 的分子具有相似的化學鍵特征 具有許多相近的性質 如CO和N2 價電子總數(shù)相同 多維思考 1 判斷下列說法是否正確 正確的打 錯誤的打 1 CH4與互為等電子體 2 雜化軌道只用于形成 鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對 3 分子中中心原子若通過sp3雜化軌道成鍵 則該分子一定為正四面體結構 4 只要分子 離子 構型為平面三角形 中心原子均為sp2雜化 5 中中心原子孤電子對數(shù)為0 中心原子為sp3雜化 提示 1 2 3 4 5 2 已知H2O NH3 CH4三種分子中 鍵角由大到小的順序是CH4 NH3 H2O 請分析可能的原因是 提示 CH4分子中的C原子沒有孤電子對 NH3分子中N原子上有1對孤電子對 H2O分子中O原子上有2對孤電子對 隨著孤電子對的增多 對成鍵電子對的排斥作用增大 故鍵角減小 3 寫出下列分子或離子的中心原子的價層電子對數(shù) 雜化類型 立體構型 1 NCl3 2 H3O 3 4 考點演練 考向一價電子對互斥理論及其應用 1 用價層電子對互斥理論 VSEPR 預測H2S和COCl2的立體構型 兩個結論都正確的是 A 直線形 三角錐形B V形 三角錐形C 直線形 平面三角形D V形 平面三角形 D CD 考向二雜化軌道理論及其應用 3 導學號96656225下列中心原子的雜化軌道類型和分子立體構型不正確的是 A PCl3中P原子sp3雜化 為三角錐形B BCl3中B原子sp2雜化 為平面三角形C CS2中C原子sp雜化 為直線形D H2S分子中 S為sp雜化 為直線形 D 4 關于原子軌道的說法正確的是 A 凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子其立體構型都是正四面體B CH4分子中的sp3雜化軌道是由4個H原子的1s軌道和C原子的2p軌道混合形成C sp3雜化軌道是由同一個原子中能量相近的s軌道和p軌道混合起來形成的一組新軌道D 凡AB3型的共價化合物 其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵 C 解析 NH3中的N是sp3雜化 但NH3是三角錐形的 A錯誤 甲烷分子碳原子的2s和2p通過sp3雜化 形成4個雜化軌道 和4個氫原子的1s軌道形成4個C H單鍵 B錯誤 BF3中的B原子是sp2雜化 D錯誤 歸納總結 三方法 判斷分子中心原子的雜化類型 1 根據(jù)價層電子對數(shù)判斷 2 根據(jù)結構 簡 式判斷在結構 簡 式中 若C N等原子形成單鍵時為sp3雜化 雙鍵時為sp2雜化 三鍵時為sp雜化 考向三等電子原理應用 5 導學號96656226 2017 湖北黃岡模擬 等電子體之間結構相似 物理性質也相近 根據(jù)等電子原理 由短周期元素組成的粒子 只要其原子總數(shù)和原子最外層電子總數(shù)相同 均可互稱為等電子體 下列各組粒子不能互稱為等電子體的是 C 6 根據(jù)等電子原理寫出下列分子或離子的立體構型 1 N2O 2 H3O 3 O3 4 答案 1 直線形 2 三角錐形 3 V形 4 平面三角形 考點3分子間作用力與分子性質 知識梳理 1 分子間作用力 1 概念 物質分子之間普遍存在的相互作用力 稱為分子間作用力 2 分類 分子間作用力最常見的是和 3 強弱 范德華力氫鍵化學鍵 4 范德華力 一般來說 組成和結構相似的物質 隨著相對分子質量的增大 范德華力逐漸 范德華力主要影響物質的熔點 沸點 硬度等物理性質 范德華力越大 物質的熔點 沸點越 硬度越 范德華力 氫鍵 增大 高 大 5 氫鍵 形成 已經(jīng)與電負性很的原子形成共價鍵的 該氫原子幾乎為裸露的質子 與另一個電負性的原子之間的作用力 稱為氫鍵 表示方法 A H B A B是電負性很大的原子 一般為N O F三種元素 A B可以相同 也可以不同 特征 具有方向性和飽和性 分類 氫鍵包括氫鍵和氫鍵兩種 分子間氫鍵對物質性質的影響 主要表現(xiàn)為使物質的熔 沸點 對電離和溶解度等產(chǎn)生影響 大 氫原子 很大 分子內 分子間 升高 2 分子的性質 1 分子的極性 重合 不重合 非極性鍵或極性鍵 非極性鍵或極性鍵 對稱 不對稱 2 分子的溶解性 相似相溶 的規(guī)律 非極性溶質一般能溶于非極性溶劑 極性溶質一般能溶于極性溶劑 若溶劑和溶質分子之間可以形成氫鍵 則溶質的溶解度 隨著溶質分子中憎水基個數(shù)的增大 溶質在水中的溶解度減小 如甲醇 乙醇和水以任意比互溶 而戊醇在水中的溶解度明顯減小 3 分子的手性 手性異構 對映異構 具有完全相同的組成和原子排列的一對分子 如同左手和右手一樣互為鏡像 卻在三維空間里不能重疊的現(xiàn)象 手性分子 具有手性異構體的分子 增大 手性碳原子 在有機物分子中 連有個不同基團或原子的碳原子 含有手性碳原子的分子是手性分子 如 四 4 無機含氧酸分子的酸性對于同一種元素的無機含氧酸來說 該元素的化合價越高 其含氧酸的酸性 如果把含氧酸的通式寫成 HO mROn R相同時 n值越大 R的正電性 R O H中的氧原子的電子就會越向R偏移 在水分子的作用下 就越容易電離出H 酸性也就 如H2SO3可寫成 HO 2SO n 1 H2SO4可寫成 HO 2SO2 n 2 所以H2SO4的酸性H2SO3 同理 酸性 HNO3HNO2 HClO4HClO3HClO2HClO 越強 越高 越強 強于 多維思考 提示 1 2 3 4 1 以極性鍵結合起來的分子不一定是極性分子 2 H2O2分子間存在氫鍵 3 為手性分子 4 非極性分子中 一定含有非極性共價鍵 5 鹵素單質 鹵素氫化物 鹵素碳化物 即CX4 的熔 沸點均隨著相對分子質量的增大而增大 6 氫鍵具有方向性和飽和性 7 H2O比H2S穩(wěn)定是因為水分子間存在氫鍵 8 BCl3與NCl3均為三角錐形 為極性分子 提示 5 6 7 8 提示 NH3和H2O都是極性分子 NH3與H2O之間形成氫鍵 NH3與H2O反應生成NH3 H2O 2 NH3極易溶于水的因素有哪些 考點演練 考向一微粒間作用力類型的判斷及對物質性質的影響 1 導學號96656227下列說法不正確的是 A HCl HBr HI的熔 沸點依次升高與分子間作用力大小有關B H2O的熔 沸點高于H2S是由于H2O分子之間存在氫鍵C I2易溶于CCl4可以用相似相溶原理解釋D 甲烷可與水形成氫鍵這種化學鍵 D 解析 HCl HBr HI是組成和結構相似的分子 分子間作用力越大 相應物質的熔 沸點越高 A正確 水分子間可形成氫鍵 H2S分子間不能形成氫鍵 因此H2O的熔 沸點高于H2S B正確 碘是非極性分子 易溶于非極性溶劑四氯化碳 C正確 甲烷中碳原子電負性不大 甲烷分子和水分子之間不能形成氫鍵 并且氫鍵不是化學鍵 屬于分子間作用力 D不正確 2 已知含氧酸可用通式XOm OH n來表示 如X是S 當m 2 n 2 則這個式子就表示H2SO4 一般而言 該式中m大的是強酸 m小的是弱酸 下列各含氧酸中酸性最強的是 A HClO2B H2SeO3C H3BO3D HMnO4 解析 把A D選項中的化學式改寫成A ClO OH B SeO OH 2 C B OH 3 D MnO3 OH 其m依次為1 1 0 3 m最大的是HMnO4 則HMnO4酸性最強 D 3 下列事實與氫鍵無關的是 A 液態(tài)氟化氫中有三聚氟化氫 HF 3分子存在B 冰的密度比液態(tài)水的密度小C 乙醇能與水以任意比混溶而甲醚 CH3 O CH3 難溶于水D H2O比H2S穩(wěn)定 D 解析 因為HF的極性非常強 而且F原子的半徑很小 因此在HF中會產(chǎn)生分子間氫鍵 通過氫鍵使得HF相互締合成三聚氟化氫 HF 3分子 冰中的氫鍵比液態(tài)水中的強 使得水分子排列得很規(guī)則 造成體積膨脹 密度變小 乙醇可以和水形成氫鍵 故乙醇能與水以任意比混溶 而甲醚 CH3 O CH3 與水結構不相似 也不能形成氫鍵 故難溶于水 物質的穩(wěn)定性取決于鍵能的大小 與氫鍵無關 歸納總結范德華力 氫鍵和共價鍵的比較 考向二鍵的極性和分子極性的關系 解析 采用反例法判斷正誤 A正確 如O2 H2 N2等 B錯誤 以極性鍵結合起來的分子不一定是極性分子 若分子構型對稱 正負電荷中心重合 就是非極性分子 如CH4 CO2 CCl4 CS2等 C錯誤 某些共價化合物如C2H4等也是非極性分子 D錯誤 非極性分子中不一定含有非極性鍵 如CH4 CO2 4 下列敘述中正確的是 A 以非極性鍵結合起來的雙原子分子一定是非極性分子B 以極性鍵結合起來的分子一定是極性分子C 非極性分子只能是雙原子單質分子D 非極性分子中 一定含有非極性共價鍵 A 5 導學號16972277常溫下S2Cl2是橙黃色液體 其分子結構如圖所示 少量泄漏會產(chǎn)生窒息性氣味 遇水易水解 并產(chǎn)生酸性懸濁液 下列關于S2Cl2的說法錯誤的是 A 為非極性分子B 分子中既含有極性鍵又含有非極性鍵C 與S2Br2結構相似 熔沸點S2Br2 S2Cl2D 與水反應的化學方程式可能為2S2Cl2 2H2OSO2 3S 4HCl A 歸納總結分子極性判斷的思維程序和兩種思維模型 1 思維程序 2 思維模型 1 根據(jù)鍵的類型及分子的立體構型判斷非極性分子 極性分子的判斷 首先看鍵是否有極性 然后再看各鍵的空間排列狀況 鍵無極性 分子必無極性 O3除外 鍵有極性 各鍵空間排列均勻 使鍵的極性相互抵消 分子無極性 鍵有極性 各鍵空間排列不均勻 不能使鍵的極性相互抵消 分子有極性 共價鍵的極性與分子極性的關系可總結如下 2 根據(jù)中心原子最外層電子是否全部成鍵判斷分子中的中心原子最外層電子若全部成鍵 此分子一般為非極性分子 分子中的中心原子最外層電子若未全部成鍵 此分子一般為極性分子 CH4 BF3 CO2等分子中的中心原子的最外層電子均全部成鍵 它們都是非極性分子 而H2O NH3 NF3等分子中的中心原子的最外層電子均未全部成鍵 它們都是極性分子 真題體驗感悟考法 明確考向 考向一共價鍵 1 2015 安徽卷 7 碳酸亞乙烯酯是鋰離子電池低溫電解液的重要添加劑 其結構如圖所示 下列有關該物質的說法正確的是 A 分子式為C3H2O3B 分子中含6個 鍵C 分子中只有極性鍵D 8 6g該物質完全燃燒得到6 72LCO2 A 解析 一個碳酸亞乙烯酯分子中含有8個 鍵 B項不正確 碳酸亞乙烯酯分子中有碳碳非極性鍵 C項不正確 沒有說明是在標準狀況下 D項不正確 2 1 2017 江蘇卷 丙酮 分子中碳原子軌道的雜化類型是 1mol丙酮分子中含有 鍵的數(shù)目為 解析 1 丙酮 分子中碳原子軌道的雜化類型是甲基中的C形成3個C H 鍵 1個C C 鍵 為sp3雜化 羰基中的C形成3個C C 鍵 一個 鍵 故C的雜化方式為sp2 據(jù)以上分析1mol丙酮分子中含有 鍵的數(shù)目為9mol 答案 1 sp2和sp39mol 2 2016 全國 卷 Ge與C是同族元素 C原子之間可以形成雙鍵 叁鍵 但Ge原子之間難以形成雙鍵或叁鍵 從原子結構角度分析 原因是 解析 2 由于Ge原子半徑大 Ge原子間形成的 鍵較長 p p軌道肩并肩重疊程度很小或幾乎不能重疊 難以形成 鍵 答案 2 Ge原子半徑大 原子間形成的 單鍵較長 p p軌道肩并肩重疊程度很小或幾乎不能重疊 難以形成 鍵 解析 3 CH3CHO中單鍵為 鍵 雙鍵中含有1個 鍵和1個 鍵 即1molCH3CHO中含6mol 鍵 4 分子中既含有極性共價鍵 又含有非極性共價鍵的化合物有H2O2 N2H4 3 2014 全國 卷 1mol乙醛分子中含有的 鍵的數(shù)目為 4 2014 全國 卷 H與O N S形成的二元共價化合物分子中既含有極性共價鍵 又含有非極性共價鍵的化合物是 填化學式 寫出兩種 答案 3 6NA或6 6 02 1023 4 H2O2 N2H4 考向二配位鍵 配合物理論 3 2016 全國 卷 37 硫酸鎳溶于氨水形成 Ni NH3 6 SO4藍色溶液 1 Ni NH3 6 SO4中陰離子的立體構型是 答案 1 正四面體形 2 在 Ni NH3 6 2 中Ni2 與NH3之間形成的化學鍵稱為 提供孤電子對的成鍵原子是 3 氨的沸點 填 高于 或 低于 膦 PH3 原因是 氨是分子 填 極性 或 非極性 中心原子的軌道雜化類型為 解析 2 Ni NH3 6 2 中 由于Ni2 具有空軌道 而NH3中N原子含有孤電子對 兩者可通過配位鍵形成配離子 3 由于NH3分子間可形成氫鍵 故NH3的沸點高于PH3 NH3分子中 N原子形成3個 鍵 且有1個孤電子對 N原子的軌道雜化類型為sp3 立體構型為三角錐形 由于空間結構不對稱 NH3屬于極性分子 答案 2 配位鍵N 3 高于NH3分子間可形成氫鍵極性sp3 4 2016 江蘇卷 21A Zn CN 4 2 在水溶液中與HCHO發(fā)生如下反應4HCHO Zn CN 4 2 4H 4H2O Zn H2O 4 2 4HOCH2CN 1 1molHCHO分子中含有 鍵的數(shù)目為mol 答案 1 3 解析 2 根據(jù)HOCH2CN的結構簡式可知 CH2 中的C原子形成4個 鍵 該碳原子采取sp3雜化 C N 中的C原子形成2個 鍵 2個 鍵 該碳原子采取sp雜化 答案 2 sp3和sp 2 HOCH2CN分子中碳原子軌道的雜化類型是 HOCH2CN的結構簡式 3 與H2O分子互為等電子體的陰離子為 4 Zn CN 4 2 中Zn2 與CN 的C原子形成配位鍵 不考慮空間構型 Zn CN 4 2 的結構可用示意圖表示為 考向三分子的立體構型 答案 1 V形sp3 2 2016 全國 卷 Ge單晶具有金剛石型結構 其中Ge原子的雜化方式為 微粒之間存在的作用力是 解析 2 金剛石中碳原子采取sp3雜化 所以Ge晶體中Ge原子采取sp3雜化 Ge原子間以共價鍵相結合 答案 2 sp3共價鍵 3 2016 全國 卷 AsCl3分子的立體構型為 其中As的雜化軌道類型為 答案 3 三角錐形sp3 4 2015 全國 卷 CS2分子中 共價鍵的類型有 C原子的雜化軌道類型是 寫出兩個與CS2具有相同空間構型和鍵合形式的分子或離子 答案 4 鍵和 鍵spCO2 SCN 或COS等 考向四分子間作用力與分子性質 答案 1 H2O CH3OH CO2 H2H2O與CH3OH均為極性分子 H2O中氫鍵比甲醇多 CO2與H2均為非極性分子 CO2相對分子質量較大 范德華力較大 解析 1 在CO2低壓合成甲醇反應所涉及的4種物質中 沸點從高到低的順序為H2O CH3OH CO2 H2 原因是常溫下水和甲醇是液體而二氧化碳和氫氣是氣體 液體的沸點高于氣體 H2O與CH3OH均為極性分子 H2O中氫鍵比甲醇多 所以水的沸點高于甲醇 CO2與H2均為非極性分子 CO2相對分子質量較大 范德華力較大 所以CO2的沸點較高 答案 2 CCl4或SiCl4等 16mol或16 6 02 1023個 水分子與乙醇分子之間形成氫鍵