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文档介绍
2021届新高考选考化学一轮复习人教版化学键与物质构成分子结构与性质学案
课题18 化学键与物质构成 分子结构与性质 学习任务1 化学键与物质构成 一、化学键 1．化学键的定义及分类 2．化学反应的本质：反应物中旧化学键的断裂与生成物中新化学键的形成。 二、离子键与共价键 1．离子键与共价键的比较 离子键 共价键 非极性键 极性键 概念 带相反电荷离子之间的相互作用 原子间通过共用电子对(电子云重叠)所形成的相互作用 成键粒子 阴、阳离子 原子 成键实质 阴、阳离子的静电作用 共用电子对不偏向任何一方 共用电子对偏向一方原子 形成条件 活泼金属元素与活泼非金属元素经电子得失，形成离子键 同种元素原子之间成键 不同种元素原子之间成键 形成的物质 离子化合物 非金属单质；某些共价化合物或离子化合物 共价化合物或某些离子化合物 2.共价键的极性与判断 (1)极性键：共用电子对发生偏移的共价键。其中它偏向非金属性较强的元素。 (2)非极性键：共用电子对不发生偏移的共价键。它存在于同种元素的原子之间。非金属单质、过氧化物、大多数有机物中均含有此类共价键。 三、化学键与物质类别 1．化学键的存在 2．化学键与物质类别的关系 (1)只含有共价键的物质 ①同种非金属元素原子构成的单质，如I2、N2、P4、金刚石、晶体硅等。 ②不同非金属元素原子构成的共价化合物，如HCl、NH3、SiO2、CS2等。 (2)只含有离子键的物质 活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物，如Na2S、CsCl、K2O、NaH等；但AlCl3内部含共价键。 (3)既含有离子键又含有共价键的物质 如Na2O2、NH4Cl、NaOH、Na2SO4等。 (4)无化学键的物质 稀有气体分子(单原子分子)，如氩气、氦气等。 四、物质的溶解或熔化与化学键变化的关系 1．离子化合物的溶解或熔化过程 离子化合物溶于水或熔化后均电离成自由移动的阴、阳离子，离子键被破坏。 2．共价化合物的溶解过程 (1)有些共价化合物溶于水后，能与水反应，其分子内的共价键被破坏，如CO2和SO2等。 (2)有些共价化合物溶于水后，发生电离，其分子内的共价键被破坏，如HCl、H2SO4等。 (3)有些共价化合物溶于水后，其分子内的化学键不被破坏，如蔗糖(C12H22O11)、酒精(C2H5OH)等。 3．单质的溶解过程 某些活泼的非金属单质溶于水后，能与水反应，其分子内的共价键被破坏，如Cl2、F2等。 五、化学键对物质性质的影响 1．对物理性质的影响 金刚石、晶体硅、石英、金刚砂等物质硬度大、熔点高，就是因为其中的共价键很强，破坏时需消耗很多的能量。NaCl等部分离子化合物，也有很强的离子键，故熔点也较高。 2．对化学性质的影响 N2分子中有很强的共价键，故在通常状况下，N2很稳定；H2S、HI等分子中的共价键较弱，故它们受热时易分解。 六、电子式 1．概念 在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子(价电子)的式子。 2．书写 粒子的种类 电子式的表示方法 注意事项 举例 原子 元素符号周围标明价电子 价电子数少于4时以单电子分布，多于4时多出部分以电子对分布 阳离子 单核 离子符号 右上方标明电荷 Na＋ 多核 元素符号紧邻铺开，周围标明电子分布 用“[]”括起来，其右上方标明电荷 阴离子 单核 元素符号周围合理分布价电子及所得电子 将得到的电子也都标在元素符号周围，用“[]”括起来，其右上方标明电荷 多核 元素符号紧邻铺开，合理分布价电子及所得电子 相同原子不得加和，用“[]”括起来，其右上方标明电荷 单质及 化合物 离子 化合物 由阳离子电子式和阴离子电子式组成 同性不相邻，离子合理分布 单质及共价化 合物 各原子紧邻铺开，标明价电子及成键电子情况 书写时将共用电子对写在两原子之间，每个原子的未成键电子也应标出，相同原子不得加和，无“[ ]” ，不标明电荷 七、用电子式表示化合物的形成过程 1．离子化合物 如NaCl：。 2．共价化合物 如HCl：。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)(2018·高考全国卷Ⅲ，8D)1 mol乙烷和1 mol乙烯中，化学键数相同。( ) (2)化学键是相邻离子或原子间的一种强作用力，既包括静电吸引力，又包括静电排斥力。( ) (3)所有物质中都存在化学键。( ) (4)由活泼金属元素与活泼非金属元素形成的化学键都是离子键。( ) (5)原子最外层只有一个电子的元素原子跟卤素原子结合时，所形成的化学键一定是离子键。( ) (6)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键，但多个原子间也可能形成离子键。( ) (7)离子化合物中可能含有共价键，但共价化合物中一定不含离子键。( ) 答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)√ 2．请写出下列微粒的电子式。 (1)原子：Na____________，Cl____________。 (2)简单离子：Na＋____________，F－____________。 (3)复杂离子：NH____________，OH－____________。 (4)离子化合物：MgCl2___________，Na2O___________，Na2O2____________。 (5)非金属单质及共价化合物：N2________________，H2O__________________， H2O2__________________，NH3______________，CCl4______________。 答案： 电子式的规范书写及其正误判断 证据推理与模型认知 1．(1)—OH________________________，H3O＋______________________________。 (2)HClO__________________________，CO2________________________________， CS2______________________________，N2H4_______________________________。 (3)Na2S___________________________，NaH(离子化合物)____________________， NH4H(离子化合物)_________________，NaCN(离子化合物)___________________， NaBH4(离子化合物)________________。 答案： 2．下列有关电子式的叙述正确的是( ) A．H、He、Li的电子式分别为 B．氯原子的电子式为，Cl－的电子式为 C．钠离子、镁离子、铝离子的电子式分别为Na＋、Mg2＋、Al3＋ D．Na2O的电子式为，H2O的电子式为 解析：选C。锂原子的电子式应为Li·，A错误；Cl－的电子式应为，B错误；金属阳离子的电子式与离子符号相同，C正确；H2O的电子式应为，D错误。 电子式书写常见的四大误区 化学键类型与物质类别及物质变化 证据推理与模型认知、变化观念 3．下列化合物中，既有离子键又有共价键的是( ) A．MgCl2 B．Na2O2 C．H2O2 D．NH3·H2O 解析：选B。A项中，两个Cl－与Mg2＋之间以离子键结合；B项中，Na＋与O之间以离子键结合，O中两个氧原子之间以共价键结合；C、D项中，H2O2、NH3·H2O均为共价化合物，不含离子键。 4．一定条件下，氨与氟气发生反应：4NH3＋3F2===NF3＋3NH4F，其中NF3的空间结构与NH3相似。下列有关说法错误的是( ) A．除F2单质外，反应物和生成物均为共价化合物 B．NF3中各原子均满足8电子稳定结构 C．NF3中只含有极性共价键 D．NH4F中既含有离子键又含有共价键 解析：选A。NH3、NF3为共价化合物，NH4F为离子化合物。 判断离子化合物和共价化合物的三种方法 5．下列化学反应中，既有离子键、极性键、非极性键断裂，又有离子键、极性键、非极性键形成的是( ) A．2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑ B．Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2↓＋2NH3↑ C．Cl2＋H2OHClO＋HCl D．NH4Cl＋NaOHNaCl＋NH3↑＋H2O 解析：选A。注意：Na2O2中O内部存在非极性键。 化学键断裂或形成与物质变化理解中的易错点 (1)化学变化中一定既有化学键的断裂，又有化学键的形成。 (2)只有化学键断裂或只有化学键形成的变化不一定是化学变化。如NaCl熔化、HCl溶于水等，只有旧化学键的断裂，没有新化学键的形成；从溶液中析出晶体时，只有新化学键的形成，没有旧化学键的断裂，均未发生化学变化。 8电子稳定结构的判断 宏观辨识与微观探析 6．(2020·贵阳模拟)下列物质中所有原子均满足最外层8电子稳定结构的化合物是( ) A．PCl5 B．P4 C．CCl4 D．NH3 解析：选C。判断原子满足最外层8电子稳定结构的方法为最外层电子数＋所成价键数＝8，A、D项错误；P4为单质，而非化合物，B项错误；CCl4中的5个原子最外层均为8电子稳定结构，C项正确。 7．(双选)下列说法正确的是( ) A．1个乙烷分子中存在7对共用电子对 B．NaOH和Na2O2中均含共价键和离子键 C．将NaH溶于水，得到的水溶液能导电，说明NaH是离子化合物 D．PCl3和BCl3分子中所有原子最外层都达到8电子稳定结构 解析：选AB。A项，乙烷分子中含6个C—H共价键和1个C—C共价键，所以1个乙烷分子中存在7对共用电子对，正确；B项，NaOH的氢氧根离子中氢原子与氧原子之间存在极性共价键，Na2O2的过氧根离子中氧原子与氧原子之间存在非极性共价键，所以两者都是含共价键和离子键的离子化合物，正确；C项，判断某化合物是否为离子化合物，应看熔融状态下是否导电，且NaH与水反应生成氢氧化钠和氢气，不是NaH本身发生电离，不能说明NaH是离子化合物，错误；D项，PCl3分子中每个原子最外层都达到8电子稳定结构，BCl3分子中氯原子最外层达到8电子稳定结构，硼原子最外层只达到6电子结构，错误。 8电子稳定结构的判断方法 (1)经验规律法 ①凡符合最外层电子数＋|化合价|＝8的皆为8电子稳定结构。 ②原子序数≤5的原子不能形成8电子稳定结构。 (2)试写结构法 判断某化合物中的某原子最外层是否达到8电子稳定结构，应从其结构式或电子式结合原子最外层电子数进行判断。例如：①H2O中O原子最外层有8个电子，但H原子最外层只有2个电子；②COCl2可根据结构式ClCOCl判断各原子最外层均为8电子稳定结构；③N2的电子式为N⋮⋮N，则两氮原子最外层均满足8电子稳定结构。 学习任务2 共价键及其参数 一、共价键的本质和特征 共价键的本质是在原子之间形成共用电子对，其特征是具有饱和性和方向性。 二、共价键的分类 分类依据 类型 形成共价键的原子轨道重叠方式 原子轨道“头碰头”重叠 σ键 原子轨道“肩并肩”重叠 π键 形成共价键的共用电子对是否偏移 共用电子对发生偏移 极性键 共用电子对不发生偏移 非极性键 原子间共用电子对的数目 原子间有一对共用电子对 单键 原子间有两对共用电子对 双键 原子间有三对共用电子对 三键 三、共价键类型的判断 1．σ键与π键 (1)依据强度判断：σ键的强度较大，较稳定；π键活泼，比较容易断裂。 (2)共价单键都是σ键，共价双键中含有一个σ键、一个π键，共价三键中含有一个σ键、两个π键。 2．极性键与非极性键 依据形成共价键的两原子的种类判断：不同种元素的原子之间形成的是极性共价键，同种元素的原子之间形成的是非极性共价键。 只有两原子的电负性相差不大时，才能通过共用电子对形成共价键， 当两原子的电负性相差很大(大于1.7)时，不会形成共价键，而是形成离子键。 四、键参数 1．概念 2．键参数对分子性质的影响 3．键参数与分子稳定性的关系：键长越短，键能越大，分子越稳定。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)(2017·高考江苏卷改编)1 mol丙酮()分子中含有σ键的数目为8NA。( ) (2)1 mol HCHO分子中含有σ键的数目为3 mol。( ) (3)只有非金属原子之间才能形成共价键。( ) (4)σ键比π键的电子云重叠程度大，形成的共价键弱。( ) (5)在任何情况下，都是σ键比π键强度大。( ) (6)分子的稳定性与分子间作用力的大小无关。( ) (7)ss σ键与sp σ键的电子云形状对称性相同。( ) (8)σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成。( ) (9)σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转。( ) (10)碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键键能的3倍和2倍。( ) (11)所有的共价键都有方向性。( ) 答案：(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)√ (8)√ (9)√ (10)× (11)× 2．现有以下物质：①HF；②Cl2；③H2O；④N2；⑤C2H4；⑥C2H6；⑦H2；⑧H2O2；⑨HCN(H—C≡N)。只有σ键的是____________(填序号，下同)；既有σ键，又有π键的是____________；含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是____________；含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是____________；含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是____________。 答案：①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ ⑦ ①③⑤⑥⑧⑨ ②④⑤⑥⑧⑨ 共价键的类别及判断 微观探析、变化观念 1．下列关于σ键和π键的理解不正确的是( ) A．含有π键的分子在进行化学反应时，分子中的π键比σ键活泼 B．在有些分子中，共价键可能只含有π键而没有σ键 C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键 D．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键 解析：选B。同一分子中的π键不如σ键牢固，反应时比较容易断裂，A项正确；在共价单键中只含有σ键，而含有π键的分子中一定含有σ键，B项错误，D项正确；氢原子、氯原子等跟其他原子形成分子时只能形成σ键，C项正确。 2．含碳元素的物质是化学世界中最庞大的家族，请填写下列空格。 (1)CH4中的化学键从形成过程来看，属于____________(填“σ”或“π”)键，从其极性来看属于______________键。 (2)已知CN－与N2结构相似，推算HCN分子中σ键与π键数目之比为________________。 (3)C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成共价键，且每个碳原子最外层都满足8电子稳定结构，则C60分子中π键的数目为________________。 (4)利用CO可以合成化工原料COCl2，COCl2分子的结构式为，每个COCl2分子内含有的σ键、π键数目分别为________(填字母)。 A．4个σ键 B．2个σ键、2个π键 C．2个σ键、1个π键 D．3个σ键、1个π键 答案：(1)σ 极性 (2)1∶1 (3)30 (4)D 键参数及其应用 宏观辨识与微观探析 3．(双选)下列说法中正确的是( ) A．分子的键长越短，键能越大，分子越稳定 B．元素周期表中的第ⅠA族(除H外)和第ⅦA族元素的原子间不能形成共价键 C．水分子可表示为H—O—H，分子的键角为180° D．H—O键键能为462.8 kJ·mol－1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×462.8 kJ 解析：选AB。键长越短，键能越大，分子越稳定，A正确；共价键一般形成于非金属元素之间，而第ⅠA族元素(H除外)均是活泼金属元素，第ⅦA族元素均是活泼非金属元素，二者易形成离子键，B正确；水分子立体构型为V形，两个H—O键的键角为105°，C错误；断裂2 mol H—O 键吸收2×462.8 kJ能量，而不是H2O分解成H2和O2时消耗的能量，D错误。 4．(2020·开封高三联考)已知键能、键长部分数据如下表： 共价键 Cl—Cl Br—Br I—I H—F H—Cl H—Br H—I H—O 键能/(kJ·mol－1) 242.7 193.7 152.7 568 431.8 366 298.7 462.8 键长/pm 198 228 267 96 共价键 C—C C==C C≡C C—H N—H N==O O—O O==O 键能/(kJ·mol－1) 347.7 615 812 413.4 390.8 607 142 497.3 键长/pm 154 133 120 109 101 (1)下列有关性质的比较正确的是__________(填字母，下同)。 A．稳定性：HF>HCl>HBr>HI B．氧化性：I2>Br2>Cl2 C．沸点：H2O>NH3 D．还原性：HI>HBr>HCl>HF (2)下列有关推断正确的是________。 A．同种元素形成的共价键稳定性：三键>双键>单键 B．同种元素形成的双键键能一定小于单键的2倍 C．键长越短，键能一定越大 D．氢化物的键能越大，其稳定性一定越强 (3)在HX(X为卤素)分子中，键长最短的是________，最长的是________；O—O键的键长________(填“大于”“小于”或“等于”)O==O键的键长。 解析：(1)根据表中数据，同主族元素气态氢化物的键能从上到下逐渐减小，稳定性逐渐减弱，A项正确；从键能和键长看，氯单质、溴单质、碘单质的稳定性逐渐减弱，由原子结构可知，氧化性也逐渐减弱，B项错误；H2O在常温下为液态，NH3在常温下为气态，则H2O的沸点比NH3高，C项正确；还原性与失电子能力有关，还原性：HI>HBr>HCl>HF，D项正确。(2)由碳碳键的数据可知，A项正确；由O—O键、O==O键的键能可知，B项错误；C—H键的键长大于N—H键的键长，但是N—H键的键能反而较小，C项错误；由C—H键、N—H键的键能可知，CH4的键能较大，而稳定性CH4比NH3弱，D项错误。 答案：(1)ACD (2)A (3)HF HI 大于 学习任务3 分子的立体构型 一、价层电子对互斥(VSEPR)理论 1．理论要点 (1)价层电子对在空间上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。 (2)孤电子对的排斥力较大，孤电子对数越多，排斥力越强，键角越小。 2．判断分子的中心原子上的价层电子对数的方法 其中：a是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数)；x是与中心原子结合的原子数；b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子等于“8－该原子的价电子数”。 3．价层电子对互斥理论与分子立体构型 价层电子对数 σ键电子对数 中心原子上的 孤电子对数 VSEPR 模型名称 分子立 体构型 实例 2 2 0 直线形 直线形 CO2 3 3 0 平面三角形 平面三角形 BF3 2 1 V形 SO2 4 4 0 四面体形 正四面体形 CH4 3 1 三角锥形 NH3 2 2 V形 H2O 价层电子对互斥理论说明的是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。 (1)当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致； (2)当中心原子有孤电子对时，两者的构型不一致。 二、杂化轨道理论 1．理论要点 当原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。 2．杂化轨道的类型与VSEPR模型的关系 杂化轨道类型 杂化轨道数目 杂化轨道间夹角 VSEPR模型名称 实例 sp 2 180° 直线形 BeCl2 sp2 3 120° 平面三角形 BF3 sp3 4 109°28′ 四面体形 CH4 3.由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型 杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对，所以有公式： 杂化轨道数＝中心原子上的孤电子对数＋中心原子的σ键个数。 代表物 杂化轨道数 中心原子的杂化类型 CO2 0＋2＝2 sp CH2O 0＋3＝3 sp2 CH4 0＋4＝4 sp3 SO2 1＋2＝3 sp2 NH3 1＋3＝4 sp3 H2O 2＋2＝4 sp3 三、配位键和配合物 1．配位键 (1)形成：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成共价键。 (2)表示：常用“―→”来表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子，如NH可表示为。在NH中，虽然有一个N—H键形成过程与其他3个N—H 键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。 2．配合物 金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物，如[Cu(NH3)4]SO4。 配体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F－、Cl－、CN－等。中心原子(或离子)有空轨道，如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)[2019·高考全国卷Ⅲ，35(2) 改编]FeCl3 中的化学键具有明显的共价性， 蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3 的结构式为，其中Fe的配位数为4。( ) (2)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。( ) (3)分子中的中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体结构。( ) (4)NH3分子立体构型为三角锥形，N原子发生sp2杂化。( ) (5)只要分子立体构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化。( ) (6)中心原子是sp杂化的，其分子立体构型不一定为直线形。( ) (7)价层电子对互斥理论中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。( ) 答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√ 2．填表。 序号 物质 中心原子上的 孤电子对数 价层电 子对数 VSEPR 模型名称 分子或离子 立体构型 中心原子 杂化类型 ① CS2 ② HCHO ③ NCl3 ④ SO ⑤ H3O＋ 答案：①0 2 直线形 直线形 sp ②0 3 平面三角形 平面三角形 sp2 ③1 4 四面体形 三角锥形 sp3 ④0 4 正四面体形 正四面体形 sp3 ⑤1 4 四面体形 三角锥形 sp3 3．比较下列分子或离子中的键角大小。 (1)H2O________H3O＋，NH3________NH。 (2)SO3________CCl4，CS2________SO2。 解析：(1)H2O与H3O＋，NH3与NH的中心原子均采用sp3杂化，孤电子对数越多，斥力越大，键角越小。(2)杂化类型不同，键角不同。 答案：(1)< < (2)> > 分子的立体构型及中心原子杂化类型的判断 证据推理与模型认知 1．(双选)下列说法中正确的是( ) A．PCl3分子的立体构型是三角锥形，这是因为P原子采取sp3杂化 B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个sp3杂化轨道 C．凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是四面体形 D．AB3型的分子立体构型必为平面三角形 解析：选AC。A项，PCl3分子的中心原子P含有3个成键电子对和1对孤电子对，为sp3杂化，立体构型为三角锥形，正确；B项，能量相近的s轨道和p轨道形成杂化轨道，错误；C项，凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是四面体形，而分子的立体构型还与含有的孤电子对数有关，正确；D项，AB3型的分子立体构型与中心原子的孤电子对数有关，如BF3中B原子没有孤电子对，为平面三角形，NH3中N原子有1对孤电子对，为三角锥形，错误。 2．徐光宪在《分子共和国》一书中介绍了许多明星分子，如H2O2、CO2、BF3、CH3COOH等。下列说法正确的是( ) A．H2O2分子中的O原子为sp2杂化 B．CO2分子中的C原子为sp杂化 C．BF3分子中的B原子为sp3杂化 D．CH3COOH分子中的C原子均为sp2杂化 解析：选B。A项，H2O2分子中的O原子形成2个σ键，含有2对孤电子对，采取sp3杂化，错误；B项，CO2分子中的C原子形成2个σ键，没有孤电子对，采取sp杂化，正确；C项，BF3分子中的B原子的最外层电子数为3，形成3个σ键，没有孤电子对，采取sp2杂化，错误；D项，CH3COOH分子中有2个C原子，其中甲基上的C原子形成4个σ键，没有孤电子对，采取sp3杂化，错误。 3．原子形成化合物时，电子云间的相互作用对物质的结构和性质会产生影响。请回答下列问题： (1)NF3分子的立体构型为____________。 (2)碳原子有4个价电子，在形成化合物时价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四种分子中，碳原子采取sp杂化的分子是____________(写结构简式，下同)，采取sp2杂化的分子是_____________，采取sp3杂化的分子是____________。试写出一种有机物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子：_______________________________________________________________。 (3)已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是CH4>NH3>H2O，请分析可能的原因是______________________________________________________________。 解析：(1)NF3分子中的N原子采取sp3杂化，其中一个杂化轨道中存在一对孤电子对，所以其分子的立体构型为三角锥形。(2)乙烷分子中的碳原子采取sp3杂化， 乙烯、苯分子中的碳原子均采取sp2杂化，乙炔分子中的碳原子采取sp杂化；同时含有三种不同杂化方式的碳原子的有机物分子中应该同时含有烷基(或环烷基)、碳碳双键(或苯环)和碳碳三键。(3)CH4分子中的C原子上没有孤电子对，NH3分子中的N原子上有1对孤电子对，H2O分子中的O原子上有2对孤电子对，孤电子对数越多，对成键电子对的排斥作用越大，键角越小。 答案：(1)三角锥形 (2)CH≡CH CH2==CH2、 CH3CH3 (答案合理即可) CC—CH3(答案合理即可) (3)CH4分子中的C原子上没有孤电子对，NH3分子中的N原子上有1对孤电子对，H2O分子中的O原子上有2对孤电子对，孤电子对数越多，对成键电子对的排斥作用越大，键角越小 “四方法”判断分子中心原子的杂化类型 (1)根据杂化轨道的空间结构判断 ①若杂化轨道在空间的分布呈正四面体形或三角锥形，则分子的中心原子发生sp3杂化。 ②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生sp2杂化。 ③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生sp杂化。 (2)根据杂化轨道之间的夹角判断 若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则分子的中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子发生sp杂化。 (3)根据中心原子的价层电子对数判断 若中心原子的价层电子对数为4，是sp3杂化；若为3，是sp2杂化；若为2，是sp杂化。 (4)根据分子或离子中有无π键及π键的数目判断 若没有π键为sp3杂化，含1个π键为sp2杂化，含2个π键为sp杂化。(仅对某些分子或离子适用) 价层电子对互斥理论与分子结构 证据推理与模型认知 4．下列描述中正确的是( ) ①CS2为V形的极性分子 ②ClO的立体构型为平面三角形 ③SF6中有6对完全相同的成键电子对 ④SiF4和SO的中心原子均为sp3杂化 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 解析：选C。CS2的中心原子采取sp杂化，是直线形的非极性分子，①错误；ClO的立体构型是三角锥形，②错误；SF6分子是正八面体构型，中心原子S原子具有6个杂化轨道，每个杂化轨道容纳2个电子(1对σ键电子对)，形成6个S—F键，所以SF6分子有6对完全相同的成键电子对，③正确；SiF4和SO的中心原子都是sp3杂化，④正确。 5．为了解释和预测分子的立体构型，科学家提出了价层电子对互斥(VSEPR)理论。 (1)利用VSEPR理论推断PO的VSEPR模型是________________。 (2)有两种活性反应中间体粒子，它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式： 甲：________________； 乙：________________。 (3)按要求写出由第二周期非金属元素构成的分子的化学式： 平面三角形分子：____________________；三角锥形分子：________________；四面体形分子：________________________________________________________________________。 答案：(1)正四面体形 (2)CH CH (3)BF3 NF3 CF4 配位理论及应用 证据推理与模型认知 6．(2020·茂名调研)向盛有硫酸铜溶液的试管中滴加氨水，先生成难溶物，继续滴加氨水，难溶物溶解，得到深蓝色透明溶液。下列对此现象的说法正确的是( ) A．反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后Cu2＋的浓度不变 B．沉淀溶解后，生成深蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2＋ C．配位化合物中只有配位键 D．在[Cu(NH3)4]2＋中，Cu2＋提供孤电子对，NH3中的N原子提供空轨道 解析：选B。NH3中的N原子与Cu2＋形成配位键，Cu2＋提供空轨道，N原子提供孤电子对。 7．(1)配位化学创始人维尔纳发现，取CoCl3·6NH3(黄色)、CoCl3·5NH3(紫红色)、CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)四种化合物各1 mol，分别溶于水，加入足量硝酸银溶液，立即产生氯化银，沉淀的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol和1 mol。 ①请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。 CoCl3·6NH3：________________________________________________________， CoCl3·5NH3：________________________________________________________， CoCl3·4NH3(绿色和紫色)：_____________________________________________。 ②CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)的组成相同而颜色不同的原因是________________________________________________________________________。 ③上述配合物中，中心离子的配位数都是________________________________。 (2)向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液，溶液变成红色。该反应在有的教材中用方程式FeCl3＋3KSCN===Fe(SCN)3＋3KCl表示。经研究表明，Fe(SCN)3是配合物，Fe3＋与SCN－不仅能以1∶3的个数比配合，还可以其他个数比配合。请按要求填空： ①Fe3＋与SCN－反应时，Fe3＋提供________________，SCN－提供________________，二者通过配位键结合。 ②所得Fe3＋与SCN－的配合物中，主要是Fe3＋与SCN－以个数比1∶1配合，所得离子显红色。含该离子的配合物的化学式是________。 ③若Fe3＋与SCN－以个数比1∶5配合，则FeCl3与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为_______________________________________________________。 解析：(1)由题意可知，四种配合物中的自由Cl－分别为3、2、1、1，则它们的化学式分别为[Co(NH3)6]Cl3、[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl、[Co(NH3)4Cl2]Cl，最后两种互为同分异构体。(2)Fe3＋和SCN－形成配合物时，Fe3＋提供空轨道，SCN－提供孤电子对；Fe3＋和SCN－以1∶1和1∶5形成配离子时，写化学式要用Cl－和K＋分别平衡配离子的电荷，使配合物呈电中性。 答案：(1)①[Co(NH3)6]Cl3 [Co(NH3)5Cl]Cl2 [Co(NH3)4Cl2]Cl ②它们互为同分异构体 ③6 (2)①空轨道 孤电子对 ②[Fe(SCN)]Cl2 ③FeCl3＋5KSCN===K2[Fe(SCN)5]＋3KCl 学习任务4 分子间作用力与分子的性质 一、分子间作用力 1．概念：物质分子之间普遍存在的相互作用力。 2．分类：最常见的是范德华力和氢键。 3．强弱：范德华力<氢键<化学键。 4．范德华力：主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质。范德华力越强，物质的熔、沸点越高，硬度越大。一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增大；相对分子质量相近的分子，分子的极性越大，范德华力越大。 5．氢键 (1)形成：已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子 (该氢原子几乎为裸露的质子)与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，称为氢键。 (2)表示方法：A—H…B。 (3)特征：具有一定的方向性和饱和性。 (4)分类：包括分子内氢键和分子间氢键两种。 (5)分子间氢键对物质性质的影响：主要表现为使物质的熔、沸点升高，对电离和溶解度等产生影响。 (1)A、B为电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素的原子。 (2)A、B可以相同，也可以不同。 (3)注意分子结构与性质的三个误区 ①不要误认为分子的稳定性与分子间作用力有关，其实分子的稳定性与共价键的强弱有关； ②不要误认为组成相似的分子，中心原子的杂化类型相同，关键是要看其σ键和孤电子对数是否相同，如BCl3中B原子为sp2杂化，NCl3中N原子为sp3杂化； ③不要误认为只要含有氢键，物质的熔、沸点就高，其实不一定，分子间氢键会使物质的熔、沸点升高，而分子内氢键一般会使物质的熔、沸点降低。 二、分子的性质 1．分子的极性 类型 非极性分子 极性分子 形成原因 正电中心和负电中心重合 正电中心和负电中心不重合 存在的共价键 非极性键或极性键 非极性键或极性键 分子内原子排列 对称 不对称 2.分子的溶解性 (1)“相似相溶”规律：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。 (2)随着溶质分子中憎水基个数的增多，溶质在水中的溶解度减小，如甲醇、乙醇和水以任意比互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。 3．分子的手性 (1)手性异构：具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里不能重叠的现象。 (2)手性分子：具有手性异构体的分子。 (3)手性碳原子：在有机物分子中，连有四个不同基团或原子 的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子，如(标*的为手性碳原子)。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)卤素单质、卤素氢化物、卤素碳化物(即CX4)的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而增大。( ) (2)乙醇分子和水分子间只存在范德华力。( ) (3)碘化氢的沸点高于氯化氢的沸点是因为碘化氢分子间存在氢键。( ) (4)H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键。( ) (5)氢键具有方向性和饱和性。( ) (6)氢键的存在一定能使物质的熔、沸点升高。( ) (7)可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子与水分子间形成了氢键。( ) 答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× 2．NH3极易溶于水的原因是_______________________________________________。 答案：NH3为极性分子，H2O是极性溶剂，且NH3与H2O分子间可形成氢键 共价键的极性与分子极性的判断 宏观辨识与微观探析 1．(双选)(教材改编题)下列叙述中正确的是( ) A．以非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子 B．以极性键结合起来的分子不一定是极性分子 C．非极性分子只能是双原子单质分子 D．非极性分子中一定含有非极性键 解析：选AB。采用反例法判断正误。A项正确，如O2、H2、N2等；B项正确，若分子结构对称，正、负电荷中心重合，就是非极性分子，如CH4、CO2、CCl4、CS2等；C项错误，某些共价化合物，如CH4、C2H4等也是非极性分子；D项错误，非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2等。 2．(2020·揭阳高三联考)已知H和O可以形成H2O和H2O2两种化合物，试根据有关信息回答下列问题： (1)水是维持生命活动所必需的一种物质。 ①1 mol冰中有________mol氢键。 ②用球棍模型表示的水分子结构是________。 (2)已知H2O2分子的结构如图所示：H2O2分子不是直线形的，两个氢原子犹如在半展开的书的两面上，两个氧原子在书脊位置上，书页夹角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。 ①H2O2分子的电子式是______________________，结构式是________________。 ②H2O2分子是含有_______键和_______键的______分子。(填“极性”或“非极性”) ③H2O2难溶于CS2，简要说明理由：_______________________________________。 ④H2O2中氧元素的化合价是_________，简要说明原因：_____________________。 解析：(1)①在冰中，每个水分子与周围的4个水分子形成4个氢键，按“均摊法”计算，相当于每个水分子有2个氢键；②水分子为V形结构。(2)由H2O2的立体构型图可知，H2O2是极性分子，分子内既有极性键，又有非极性键，而CS2为非极性分子，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2。 答案：(1)①2 ②B (2)① H—O—O—H ②极性 非极性 极性 ③H2O2为极性分子，而CS2为非极性溶剂，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2 ④－1价 因O—O键为非极性键，而O—H键为极性键，共用电子对偏向氧，故氧为－1价 共价键的极性与分子极性的关系 范德华力、氢键对物质性质的影响 宏观辨识与微观探析 3．(1)[2019·高考全国卷Ⅱ，35(1)]元素As与N同族。预测As的氢化物分子 的立体结构为_________，其沸点比NH3 的______(填“高”或“低”)，其判断理由是___________。 (2)[2018·高考全国卷Ⅲ，35(3)]ZnF2具有较高的熔点(872 ℃)，ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是_____________________。 (3)[2017·高考全国卷Ⅲ，35(3)]在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2===CH3OH＋H2O)所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为_____________________________________，原因是_______________________________________________________________________。 解析：(1)AsH3的中心原子As的价层电子对数为3＋(5－1×3)＝4，包括3对成键电子对和1对孤电子对，故其立体结构为三角锥形。NH3中N的电负性比AsH3中As的电负性大得多，故NH3易形成分子间氢键，从而使其沸点升高。 (2)根据ZnF2晶体的熔点较高可知，ZnF2为离子化合物，含有离子键，不溶于有机溶剂，而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主，极性较小，故能够溶解在有机溶剂中。 (3)水和甲醇均为极性分子，常温常压下两种物质均呈液态；二氧化碳和氢气均为非极性分子，常温常压下两种物质均呈气态，根据四种物质在相同条件下的状态可以判断出水、甲醇的沸点均高于二氧化碳、氢气的沸点。由于水分子中的2个氢原子都能参与氢键的形成，而甲醇分子中只有羟基上的氢原子能够形成氢键，所以水中的氢键比甲醇多，则水的沸点高于甲醇的沸点。二氧化碳和氢气都属于分子晶体，但由于二氧化碳的相对分子质量大于氢气，所以二氧化碳的沸点高于氢气的沸点。 答案：(1)三角锥形 低 NH3分子间存在氢键 (2)ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主，极性较小 (3)H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大 4．按要求回答下列问题： (1)S位于周期表中第________族，该族元素的氢化物中，H2Te比H2S沸点高的原因是________________________________________________________________________， H2O比H2Te沸点高的原因是_____________________________________________。 (2)有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷。硅烷的沸点与相对分子质量的关系如图所示，呈现这种变化的原因是______________________________________________。 (3)氨是一种易液化的气体，请简述其易液化的原因：_________________________。 (4)H2S在乙醇中的溶解度小于H2O的原因是_________________________________。 答案：(1)ⅥA 两者均为分子晶体且组成和结构相似，H2Te的相对分子质量比H2S大，分子间范德华力更强 两者均为分子晶体，H2O分子间存在氢键 (2)硅烷为分子晶体，随相对分子质量的增大，分子间范德华力增大，沸点升高 (3)氨分子间存在氢键，分子间作用力大，易液化 (4)H2O与乙醇分子间可形成氢键 分子间作用力与共价键的比较 分子间作用力 共价键 分类 范德华力 氢键(包括分子内氢键、分子间氢键) 极性共价键、非极性共价键 作用粒子 分子或原子(稀有气体) 氢原子与氧原子、氮原子或氟原子 原子 特征 无方向性、饱和性 有方向性、饱和性 有方向性、饱和性 强度比较 共价键>氢键>范德华力 影响其强 度的因素 随着分子极性和相对分子质量的增大而增大 对于A—H…B，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，作用力越大 成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定 对物质性 质的影响 ①影响物质的熔、沸点和溶解度等物理性质； ②组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质熔、沸点升高，如熔、沸点：F2查看更多