高考化学 3.2 分子结构与性质课件.ppt

第二章分子结构与性质 知识梳理 一 共价键1 共价键的本质与特征 1 本质 两原子之间形成 2 特征 具有方向性和 性 共用电子对 饱和 2 共价键类型 极性 非极性 配位 3 键参数 1 定义 键能 气态基态原子形成1mol共价键释放的最低能量 键长 形成共价键的两个原子之间的核间距 键角 两个共价键之间的夹角 2 键参数对分子性质的影响键能越 键长越 分子越稳定 稳定性 空间构型 大 短 微点拨 1 碳碳三键和碳碳双键的键能不是碳碳单键的键能的3倍和2倍 原因是这些键的类型不完全相同 2 键长约等于成键两原子的半径之和 实际上 由于轨道的重叠 前者比后者略小一些 3 由于原子轨道的重叠程度不同从而导致 键和 键的稳定性不同 一般 键比 键稳定 4 并不是所有的共价键都有方向性 如s s 键 因为s轨道是球形对称的 从哪个方向重叠都相同 因此这种共价键没有方向性 二 分子的立体结构1 用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型 1 用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型的关键是判断分子中的中心原子上的价层电子对数 a为中心原子的价电子数 x为与中心原子结合的原子数 b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数 2 价层电子对互斥理论与分子构型 直线形 v形 三角锥形 2 用杂化轨道理论推测分子的立体构型 平面三角形 正四面体形 微点拨 1 杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同 中心原子杂化类型相同时孤电子对数越多 键角越小 例如 nh3中的氮原子与ch4中的碳原子均为sp3杂化 但键角分别为107 和109 28 2 杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同 但能量不同 三 配位键和配合物1 配位键 由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成的 2 配位键的表示方法 如a b a表示 孤电子对的原子 b表示 电子对的原子 共价键 提供 接受 3 配位化合物 1 组成 2 形成条件 中心原子有 如fe3 cu2 zn2 ag 等 配位体有 如h2o nh3 co f cl cn 等 空轨道 孤电子对 四 分子的性质1 分子的极性 1 极性分子与非极性分子 极性分子正负电荷中心 非极性分子正负电荷中心 不重合 重合 2 分子的极性与键的极性 分子构型的关系 极性分子 非极性分子 极性分子 极性分子 非极性分子 2 分子间作用力 1 分子间作用力包括范德华力和氢键两类 范德华力是分子之间普遍存在的一种相互作用力 氢键是由 的原子结合的氢原子和 的原子之间的作用力 2 分子间作用力主要影响物质的物理性质 如熔点 沸点和溶解性等 已经与电负性很强 另一个电负性很强 3 等电子原理 原子总数相同 的分子具有相似的化学键特征 具有许多相近的性质 如co和n2 4 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 若能形成氢键 则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大 溶解性越好 2 相似相溶 还适用于分子结构的相似性 如乙醇和水互溶 c2h5oh和h2o中的羟基相近 而戊醇在水中的溶解度明显减小 价电子总数相同 非极性溶剂 极性溶剂 5 手性 具有完全相同的组成和原子排列的一对分子 如同左手与右手一样 却在三维空间里不能重叠 互称手性异构体 具有手性异构体的分子叫手性分子 6 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 酸性越 如hclo hclo2 hclo3 hclo4 互为镜像 强 微点拨 1 分子极性判断的思维程序 2 氢键的形成条件 几乎裸露的质子 h 与 氮 氧 氟原子 之间才可能形成氢键 其他氢原子不能形成氢键 例如 乙醇 ch3ch2oh 甲基 ch3 上的氢原子与水中的氧原子之间不能形成氢键 考点一化学键及分子构型的判断1 键 键的判断 1 由轨道重叠方式判断 头碰头 重叠为 键 肩并肩 重叠为 键 2 由共用电子对数判断 单键为 键 双键或三键 其中一个为 键 其余为 键 3 由成键轨道类型判断 s轨道形成的共价键全部是 键 杂化轨道形成的共价键全部为 键 2 由价层电子对互斥 vsepr 模型判断分子构型 1 运用价层电子对互斥 vsepr 模型可预测分子或离子的立体构型 但要注意判断其价层电子对数 对abm型分子或离子 其价层电子对数的判断方法为 n 2 价层电子对互斥 vsepr 模型说明的是价层电子对的空间构型 而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型 不包括孤电子对 当中心原子无孤电子对时 两者的构型一致 当中心原子有孤电子对时 两者的构型不一致 3 由杂化轨道数判断分子构型 1 杂化轨道数的计算 杂化轨道用来形成 键和容纳孤电子对 所以有公式 杂化轨道数 中心原子的孤电子对的对数 中心原子的 键个数 2 多原子分子杂化轨道数与分子构型的关系 多原子 3个或3个以上 分子的立体结构与中心原子杂化方式的对照 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 只要分子构型为平面三角形的 中心原子均为sp2杂化 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 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 实例 角度一共价键的特征及类型 典题 1 2013 浙江高考节选 关于化合物 下列叙述正确的有 a 分子间可形成氢键b 分子中既有极性键又有非极性键c 分子中有7个 键和1个 键d 该分子在水中的溶解度大于2 丁烯 2 2012 浙江高考 下列物质中 只含有极性键的分子是 既含离子键又含共价键的化合物是 只存在 键的分子是 同时存在 键和 键的分子是 a n2b co2c ch2cl2d c2h4e c2h6f cacl2g nh4cl 解析 1 该化合物的官能团有碳碳双键和醛基 不能形成氢键 碳碳双键是非极性键 其余的都是极性键 碳碳双键和碳氧双键均含有 键和 键 故该分子中有9个 键 3个 键 分子中含有2个醛基 溶解度大于相同碳原子数的烃 2 不同元素的原子之间形成的共价键为极性键 同种原子之间形成的共价键是非极性键 活泼金属元素和活泼非金属元素形成离子键 铵盐中存在离子键 只含有单键的物质只存在 键 含有双键或三键的物质同时存在 键和 键 故只含有极性键的是ch2cl2 co2 既含有离子键又含有共价键的化合物是nh4cl 只存在 键的分子是ch2cl2 c2h6 同时存在 键和 键的分子是n2 co2 c2h4 答案 1 b d 2 b cgc ea b d 针对训练 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n2结构相似 co分子内 键与 键个数之比为 2 甲醛 h2co 在ni催化作用下加氢可得甲醇 ch3oh 甲醇分子内碳原子的杂化方式为 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 解析 1 由题意知 中心原子ni的价电子数为10 而每个co提供电子数为2 故n 4 co与n2分子中都存在三键 故 键与 键个数比为1 2 2 甲醇中碳原子的杂化方式为sp3 分子构型为四面体 而甲醛中碳原子的杂化方式为sp2 分子构型为平面三角形 其o c h键角约为120 比甲醇中的o c h键角大 答案 1 41 2 2 sp3小于 加固训练 1 下列对 键的认识不正确的是 a 键不属于共价键 是另一种化学键b s s 键与s p 键的对称性相同c 分子中含有共价键 则至少含有一个 键d 含有 键的化合物与只含 键的化合物的化学性质不同 解析 选a 根据电子云的重叠方式 共价键分为 键和 键两种 a项错误 键的对称性均为轴对称 b项正确 分子中含有共价键时 无论是单键 双键还是三键中均有一个 键 c项正确 因为 键和 键的不同 造成了含有 键的化合物与只含 键的化合物属于不同类的物质 化学性质肯定不同 d项正确 2 下列有关化学键类型的叙述正确的是 a 全部由非金属元素构成的化合物中肯定不存在离子键b 所有物质中都存在化学键c 已知乙炔的结构式为h c c h 则乙炔中存在2个 键 c h 和3个 键 c c d 乙烷分子中只存在 键 不存在 键 解析 选d 铵盐是离子化合物 含有离子键 但其中没有金属元素 a错 稀有气体的原子本身就达到稳定结构 不存在化学键 b错 乙炔中存在3个 键和2个 键 2个c h键和碳碳三键中的1个键是 键 而碳碳三键中的两个是 键 c错 角度二微粒空间构型的判断 典题 2014 四川高考 x y z r为前四周期元素 且原子序数依次增大 xy2是红棕色气体 x与氢元素可形成xh3 z基态原子的m层与k层电子数相等 r2 的3d轨道中有9个电子 请回答下列问题 1 y基态原子的电子排布式是 z所在周期中第一电离能最大的主族元素是 2 的立体构型是 r2 的水合离子中 提供孤电子对的原子是 3 z与某元素形成的化合物的晶胞如右图所示 晶胞中阴离子与阳离子的个数比是 4 将r单质的粉末加入xh3的浓溶液中 通入y2 充分反应后溶液呈深蓝色 该反应的离子方程式是 解析 x y z r为前四周期元素 且原子序数依次增大 xy2是红棕色的气体 该气体是no2 则x是氮元素 y是氧元素 x与氢元素可形成xh3 该气体是氨气 z基态原子的m层与k层电子数相等 则该元素的原子序数是2 8 2 12 即为镁元素 r2 的3d轨道上有9个电子 因此r的原子序数是18 9 2 29 即为铜元素 1 氧元素的原子序数是8 根据核外电子排布规律可知 氧元素的基态原子的电子排布式为1s22s22p4 同周期自左向右元素的第一电离能有逐渐增大的趋势 镁是第3周期的元素 其所在的周期中第一电离能最大的主族元素是氯元素 2 根据价层电子对互斥理论可知 的立体构型是v型 铜离子含有空轨道 而水分子中的氧原子含有孤电子对 因此在cu2 的水合离子中 提供孤电子对的原子是氧原子 3 根据晶胞结构可知 阳离子在8个顶点和体心位置 因此晶胞中阳离子个数为1 8 1 8 2 阴离子在上下面各2个 晶胞内部2个 则阴离子个数 4 1 2 2 4 因此晶胞中阴离子与阳离子的个数比为2 1 4 将铜单质的粉末加入氨气的浓溶液中 通入氧气 充分反应后溶液呈深蓝色 这说明在反应中铜被氧化成铜离子 与氨气结合形成配位键 则该反应的离子反应方程式是2cu 8nh3 h2o o2 2 cu nh3 4 2 4oh 6h2o 答案 1 1s22s22p4cl 2 v型o 3 2 1 4 2cu 8nh3 h2o o2 2 cu nh3 4 2 4oh 6h2o 加固训练 已知a b c d e都是元素周期表中前36号元素 它们的原子序数依次增大 a原子基态时最外层电子数是其内层电子总数的2倍 b原子基态时s电子数与p电子数相等 c在元素周期表的各元素中电负性最大 d的基态原子核外有6个能级且全部充满电子 e原子基态时未成对电子数是同周期元素中最多的 1 基态e原子的价电子排布式为 2 的立体构型是 其中a原子的杂化轨道类型是 3 用氢键表示式写出c的氢化物水溶液中存在的所有氢键 解析 a原子的核外电子排布式为1s22s22p2 为c b原子的核外电子排布式为1s22s22p4 为o c在周期表中电负性最大 为f d原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2 为ca e在同周期元素中未成对电子数最多 为cr 1 基态铬原子的价电子排布式为3d54s1 2 的立体构型为平面三角形 碳原子的杂化类型为sp2 3 hf溶液中存在的氢键有f h f f h o o h f o h o 答案 1 3d54s1 2 平面三角形sp2 3 f h f f h o o h f o h o 考点二微粒间作用力与物质的性质 自主训练 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 的球棍模型如下图所示 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 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 肼 n2h4 分子可视为nh3分子中的一个氢原子被 nh2 氨基 取代形成的另一种氮的氢化物 肼能与硫酸反应生成n2h6so4 n2h6so4晶体类型与硫酸铵相同 则n2h6so4晶体内不存在 填标号 a 离子键b 共价键c 配位键d 范德华力 解析 1 硅烷形成的晶体是分子晶体 相对分子质量越大 分子间范德华力越强 沸点越高 2 由球棍模型可以看出 大黑球为硼原子 灰球为氧原子 小黑球为氢原子 2号硼原子形成3个键 采取sp2杂化 4号硼原子形成4个键 采取sp3杂化 4号硼原子三个sp3杂化轨道与除5号氧原子外的三个氧原子形成 键后还有一个空轨道 而5号氧原子能提供孤电子对而形成配位键 由图示可以看出该结构可以表示为 b4h4o9 m 其 中b为 3价 o为 2价 h为 1价 可知m 2 在晶体中na 与xm 之间为离子键 h2o分子间存在范德华力 而该阴离子能与水分子形成氢键 3 中存在配位键 共价键 与之间存在离子键 离子晶体中不存在范德华力 答案 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 2 sp2 sp34 5 或5 4 2 ade 3 d 归纳总结 1 共价键与范德华力 氢键的比较 2 共价键与范德华力 氢键对物质性质影响的比较 共价键既影响物质的化学性质 分子的稳定性 又影响物质的物理性质 原子晶体的熔点 范德华力只影响物质的物理性质 氢键一般只影响物质的物理性质 但对少数物质会影响稳定性 如nh3 h2o中 nh3与h2o以氢键结合 针对训练 碘在不同的溶剂中会呈现不同的颜色 一般认为 溶液呈紫色表明溶解的 碘分子 并未和溶剂分子发生很强的作用 石蜡油属于石油分馏产品 精制石蜡油是一种良好的有机溶剂 已知不同温度下 碘溶解在石蜡油中 溶液呈紫色或棕色 请回答 1 碘单质易溶于石蜡油 下列原因分析中错误的是 填序号 碘分子与石蜡油中的分子之间能形成氢键 碘分子与石蜡油中的分子之间的范德华力较大 碘单质易跟石蜡油发生化学反应 2 碘的石蜡油溶液 温度低时溶液呈 色 温度高时溶液呈 色 呈现不同颜色的主要原因是 解析 1 石油是多种烷烃 环烷烃 芳香烃的混合物 石蜡油属于石油分馏产品 因此 碘单质跟石蜡油通常不发生化学反应 碘分子与石蜡油中的分子也不具备形成氢键的条件 碘分子与石蜡油中的分子之间的作用力是范德华力 2 温度升高 范德华力减小 温度降低 范德华力增大 由题中所提供的信息可知 当碘分子与溶剂分子之间的作用力较弱时 溶液呈紫色 当碘分子与溶剂分子之间的作用力较强时 溶液呈棕色 答案 1 2 棕紫温度低时范德华力大 碘分子与石蜡油中的分子之间的作用力强 碘的石蜡油溶液颜色呈棕色 温度高时范德华力小 碘分子与石蜡油中的分子之间的作用力弱 碘的石蜡油溶液颜色呈紫色 加固训练 1 氧是地壳中含量最多的元素 1 氧元素基态原子核外未成对电子数为 个 2 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 的沸点比高 原因是 3 h 可与h2o形成h3o h3o 中氧原子采用 杂化 h3o 中h o h键角比h2o中h o h键角大 原因为 解析 1 氧元素核外有8个电子 其基态原子核外电子排布式为1s22s22p4 所以氧元素基态原子核外未成对电子数为2个 2 o h键属于共价键 键能最大 分子间的范德华力和氢键均属于分子间作用力的范畴 但氢键要强于分子间的范德华力 所以它们从强到弱的顺序依次为o h键 氢键 范德华力 氢键不仅存在于分子之间 有时也存在于分子内 邻羟基苯甲醛在分子内形成氢键 而在分子之间不存在氢键 对羟基苯甲醛正好相反 只能在分子间形成氢键 而在分子内不能形成氢键 分子间氢键强于分子内