高三化学一轮复习 18.43分子结构与性质课件 新人教版.ppt

第十八章分子结构与性质 学案 分子结构与性质 轻松学教材 一 共价键1 共价键的本质及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 2 共价键的类型 1 按成键原子间共用电子对的数目分为单键 双键 三键 2 按共用电子对是否偏移分为极性键 非极性键 3 按原子轨道的重叠方式分为 键 键 前者的电子云具有轴对称性 后者的电子云具有镜像对称性 3 键参数 1 键能 气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量 键能越大 化学键越稳定 2 键长 形成共价键的两个原子之间的核间距 键长越短 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 4 等电子原理原子总数相同 价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征 它们的许多性质相近 二 分子的空间结构1 价层电子对互斥模型的两种类型价层电子对互斥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 不包括孤对电子 1 当中心原子无孤对电子时 两者的构型一致 2 当中心原子有孤对电子时 两者的构型不一致 2 杂化轨道理论当原子成键时 原子的价电子轨道相互混杂 形成与原轨道数目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 形成分子的空间构型不同 3 价层电子对互斥模型 杂化轨道理论与分子空间构型的关系 4 配合物理论简介 1 配位键的形成条件提供共用电子对的原子有孤对电子 接受共用电子对的原子有空轨道 2 配位化合物 定义 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 组成 如对于oh 中心原子为ag 配体为nh3 配位数为2 三 分子的性质1 范德华力 氢键及共价键比较 特别提醒 有氢键的分子间也有范德华力 但有范德华力的分子间不一定有氢键 一个氢原子只能形成一个氢键 这就是氢键的饱和性 氢键主要影响物质的物理性质 2 分子的极性 1 极性分子 正电中心和负电中心不重合的分子 2 非极性分子 正电中心和负电中心重合的分子 3 溶解性 1 相似相溶 的规律 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 若存在氢键 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 而戊醇在水中的溶解度明显减小 4 手性具有完全相同的组成和原子排列的一对分子 如左手和右手一样互为镜像 在三维空间里不能重叠的现象 5 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的正电性越高 使r o h中o的电子向r偏移 在水分子的作用下越易电离出h 酸性越强 如hclo hclo2 hclo3 hclo4 体验热身 1 关于氢键 下列说法正确的是 a 每一个水分子内含有两个氢键b 冰 水和水蒸气中都存在氢键c dna中的碱基互补配对是通过氢键来实现的d h2o是一种非常稳定的化合物 这是由于氢键所致 答案 c 解析 水分子内不存在氢键 水分子间可形成氢键 a不正确 气态物质分子之间无相互作用 理想气体模型 因而气体 包含水蒸气 中无氢键存在 b不正确 dna的双螺旋结构是靠碱基配对形成的 而含氮原子的碱基之间的互补配对 则是通过氢键来实现的 c正确 水分子之所以非常稳定 是由于水分子中o h键是共价键 而非h2o分子之间的氢键所致 d不正确 2 下列说法正确的是 a 含有非极性键的分子一定是非极性分子b 非极性分子中一定含有非极性键c 由极性键形成的双原子分子一定是极性分子d 键的极性与分子的极性无关 答案 c 解析 含有非极性键的分子不一定是非极性分子 如h2o2 非极性分子中不一定含有非极性键 如ch4 co2均是非极性分子 却都只含有极性键 分子的极性除与键的极性有关外 还与分子空间构型有关 3 下列配合物的水溶液中加入agno3溶液 不能产生agcl沉淀的是 a co nh3 4cl2 clb co nh3 3cl3 c co nh3 6 cl3d co nh3 5cl cl2 答案 b 解析 a c d的外界均为cl 其水溶液中均含有自由移动的cl 加入agno3溶液可生成agcl沉淀 而b中cl 在配合物的内界 不易电离 加入agno3溶液也不能生成agcl沉淀 4 下列化合物中 按沸点由高到低的顺序排列 正确的是 a b c d 答案 c 解析 邻羟基苯甲酸分子内可以形成氢键 分子间不存在氢键 熔沸点最低 对羟基苯甲酸分子内不能形成氢键 主要是在分子间形成氢键 熔沸点最高 5 写出ag nh3 2oh的中心原子 配体 配位数 并写出它电离的离子方程式 答案 中心原子 ag配体 nh3配位数 2 ag nh3 2oh ag nh3 2 oh 解析 ag nh3 2oh的中心原子是ag 配体是nh3 配位数是2 由于配合物的内界是以配位键形成的 一般不电离 而内界和外界之间是通过离子键相结合的 可以完全电离 所以电离方程式为 ag nh3 2oh ag nh3 2 oh 6 说明下列分子是由哪些轨道或杂化轨道重叠成键的 并指明分子的空间构型 1 icl 2 ni3 3 ch3cl 4 co2 答案 见解析 解析 1 icl cl以一个3p轨道与i以一个5p轨道重叠成键 形成的双原子分子为直线形 2 ni3 n原子不等性sp3杂化 除一对孤对电子 另外的三个杂化轨道分别与三个i原子的各一个5p轨道重叠成键 空间构型为三角锥形 3 ch3cl c原子通过sp3杂化形成四个杂化轨道 其中三个sp3杂化轨道与三个h原子的1s轨道重叠形成三个sp3 s 共价键 另一杂化轨道与cl原子的含单电子的3p轨道重叠 形成一个sp3 p 共价键 空间构型为四面体形 4 co2 c原子的一个2s轨道与一个2p轨道采取sp杂化 形成两个成分相同 能量相等的sp杂化轨道 再与两个o原子中各一个含单电子的2p轨道重叠 形成sp p 键 c原子中余下的两个2p轨道 各含一个电子 再分别与一个o原子 共两个 中的另一个2p轨道重叠形成sp p 键 因此每一对碳氧原子组合间含有一个 键和一个 键 为双键结构 三个原子在同一条直线上 为直线形分子 7 美国科学家威廉 诺尔斯 伯利 沙普利斯和日本化学家野依良治因通过使用快速和可控的重要化学反应来合成某些手性分子的方法而获得2001年的诺贝尔化学奖 所谓手性分子是指在分子结构中 a b x y为彼此互不相同的原子或原子团时 称此分子为手性分子 中心碳原子为手性碳原子 例如 普通氨基酸中的丙氨酸 如下图所示 即为手性分子 它有两种形状 s 丙氨酸和r 丙氨酸 它们互为镜像 不管我们如何旋转这些图形 都不能让它们互相重叠 这种现象称为对映异构 乳酸是人体生理活动的一种代谢产物 它是否存在对映异构体 乳酸分子中可能处于同一平面的原子数目最多有几个 答案 存在 7个 重点探究 两种共价键类型 键和 键的比较 型分子极性的判断方法 1 化合价法abn型分子中中心原子的化合价的绝对值等于该原子的价电子数时 该分子为非极性分子 此时分子的空间结构对称 若中心原子的化合价的绝对值不等于其价电子数目 则分子的空间结构不对称 其分子为极性分子 具有实例如下 2 根据所含键的类型及分子的空间构型判断当abn型分子的空间构型是空间对称结构时 由于分子中正负电中心重合 故为非极性分子 如co2 直线形 bf3 平面正三角形 ch4 正四面体形 等均为非极性分子 当abn型分子的空间构型不是空间对称结构时 一般为极性分子 如h2o v形 nh3 三角锥形 它们均为极性分子 1 a a型分子一定是非极性分子 如n2 cl2 2 a b型分子一定是极性分子 如hcl hf 3 ab2型分子除线型结构b a b为非极性分子外 其他均为极性分子 如co2 cs2为非极性分子 h2s h2o为极性分子 4 ab3型分子除平面正三角形结构为极性分子外 其他均为极性分子 如bf3为非极性分子 nh3 ph3为极性分子 5 ab4型除正四面体结构及平面正四边形结构为非极性分子外 其他均为极性分子 如ch4 ccl4 sif4为非极性分子 3 据中心原子最外层电子是否全部成键判断中心原子即其他原子围绕它成键的原子 分子中的中心原子最外层电子若全部成键 此分子一般为非极性分子 分子中的中心原子最外层电子未全部成键 此分子一般为极性分子 如ch4 bf3 co2等分子中的中心原子的最外层电子均全部成键 它们都是非极性分子 而h2o nh3 nf3等分子中的中心原子的最外层电子均未全部成键 它们都是极性分子 命题聚焦 聚焦1共价键的概念和类型 例1 下列对hcl cl2 h2o nh3 ch4一组分子中共价键形成方式的分析正确的是 a 都是 键 没有 键b 都是 键 没有 键c 既有 键 又有 键d 除ch4外 都是 键 答案 a 聚焦2价层电子对互斥理论 杂化轨道理论及空间构型的关系 例2 元素x和y属于同一主族 负二价的元素x和氢形成的化合物在通常状况下是一种液体 其中x的质量分数为88 9 元素x和y可以形成两种化合物 在这两种化合物中 x的质量分数分别为50 和60 1 确定x y两种元素在周期表中的位置 2 在元素x和元素y两种元素形成的化合物中 x质量分数为50 的化合物的化学式为 该分子中中心原子以 杂化 是 分子 分子构型为 x 第二周期 a族 y 第三周期 a族 so2 sp2 极性 v形 3 写出x的质量分数为60 的化合物的化学式 该分子中中心原子以 杂化 是 分子 分子构型为 4 由元素氢 x y三种元素形成的化合物常见的有两种 其水溶液均呈酸性 试分别写出其分子式 并比较酸性强弱 so3 sp2 非极性 平面三角形 h2so3 h2so4 h2so4 h2so3 解析 根据氢化物化学式h2x和x的质量分数可推知 x的相对原子质量为16 则x为o y为s 则其氧化物分别为so2 so3 根据杂化轨道理论易确定其分子构型 极性 三种元素组成的化合物为h2so3 h2so4 由无机含氧酸的判断知酸性 h2so4 h2so3 方法归纳 根据分子构型可以判断分子的极性 但必须注意键对极性的影响 例如 同是直线形的o c o和h c n 前者为非极性分子 后者为极性分子 同是四面体形的ch4和ch3cl 前者为非极性分子 后者为极性分子 聚焦3微粒间作用力及其对物质性质的影响 例3 a b c d四种元素处于同一短周期 在同族元素中 a的气态氢化物的沸点最高 b的最高价氧化物对应的水化物的酸性在同周期中是最强的 c的电负性介于a b之间 d与b相邻 1 c的原子的价电子排布式为 2 在b的单质分子中存在 个 键 个 键 3 已知b的气态氢化物很容易与h 结合 b原子与h 间形成的键叫 形成的离子空间构型为 其中b原子采取的杂化方式是 2s22p4 2 1 配位键 正四面体形 sp3杂化 4 在a b c d四种元素形成的电子数相同的四种氢化物中沸点最低的是 写分子式 其沸点显著低于其他三种氢化物的原因是 ch4分子间只有范德华力没有氢键 而nh3 h2o hf分子间还存在氢键 ch4 解析 根据题给信息 a为短周期元素 其气态氢化物的相对分子质量在同族元素氢化物中不是最大的 而沸点最高 说明a的氢化物可形成氢键 故a可能是n o f中的一种 则a b c d为第二周期元素 b的最高价氧化物对应的水化物的酸性在同周期中是最强的 则b为n c的电负性介于a b之间 则c为o a为f d与b相邻 则为碳 1 主族元素的价电子指最外层电子 排布式为2s22p4 2 b单质即n2 其结构式为n n 三键中有一个 键 2个 键 3 nh3分子中n原子上有一对孤对电子 可与h 以配位键结合成nh 4 据价层电子对互斥模型该微粒为正四面体形 其中n的杂化方式为sp3杂化 4 f的氢化物只有hf一种 电子数为10 其他有10个电子的氢化物分别是nh3 h2o ch4 其中ch4沸点最低 因为只有ch4 分子间不能形成氢键 其他三种分子间均形成氢键 故它们的氢化物沸点显著高于ch4 聚焦4键的极性和分子极性 例4 nh3和h2s是由极性键构成的极性分子 而co2与ccl4则是由极性键构成的非极性分子 根据上述事实可推断出abn分子是非极性分子的经验性规律应是 a 在abn分子中 a原子最外层电子全部参与成键b 分子中不含有氢原子c 分子中每个共价键的键长都应相等d 在abn分子中 a的相对原子质量应小于b的相对原子质量 解析 判断abn型分子的极性 除根据键的极性及分子空间构型外 还可根据中心原子 a 有无孤对电子判断 也可根据中心原子 a 的最外层电子是否全部成键来判断 co2 ch4分子中 中心c原子有4个价电子 表现 4价 即4个价电子全部参与成键 分子结构对称 为非极性分子 nh3 h2s分子中 中心原子n s原子分别有5个 6个价电子 分别表现 3 2价 即价电子没有全部参与成键 分子结构不对称 为极性分子 答案 a 聚焦5配合物理论 例5 下列化合物中不存在配位键的是 a nh4clb cuso4 5h2o c ag nh3 2 no3d c2h5oh 解析 中均存在配位键 cuso4 5h2o中也存在h2o中的氧提供孤对电子 cu2 提供空轨道的配位键 但c2h5oh中不存在配位键 答案 d 高效作业 1 下列说法中不正确的是 a 键比 键重叠程度大 形成的共价键强b 两个原子之间形成共价键时 最多有一个 键c 气体单质中 一定有 键 可能有 键d n2分子中有一个 键 2个 键 答案 c 解析 从原子轨道的重叠程度看 键轨道重叠程度比 键重叠程度小 故 键稳定性低于 键 a项正确 根据电子云有形状和成键时的重叠原则 两个原子形成的共价键最多只有一个 键 可能没有 键 也可能有1个或2个 键 b正确 稀有气体为单原子分子 不存在化学键 故c项错误 2 若abn的中心原子a上没有未用于形成共价键的孤对电子 运用价层电子对互斥模型 下列说法正确的是 a 若n 2 则分子的立体结构为v形b 若n 3 则分子的立体结构为三角锥形c 若n 4 则分子的立体结构为正四面体形d 以上说法都不正确 答案 c 解析 若中心原子a上没有未用于成键的孤对电子 则根据斥力最小的原则 当n 2时 分子结构为直线形 n 3时 分子结构为平面三角形 n 4时 分子结构为正四面体形 3 co 3价 的八面体配合物coclm nnh3 若1mol配合物与agno3作用生成1molagcl沉淀 则m n的值是 a m 1 n 5b m 3 n 4c m 5 n 1d m 4 n 5 答案 b 解析 由1mol配合物生成1molagcl知道1mol配合物电离出1molcl 即配离子显 1价 外界有一个cl 又因为co显 3价 所以 coclm 1 nnh3 中有两个cl 即m 3 又因为是八面体 所以n 6 2 4 4 下列分子中画横线的原子的杂化轨道类型属于sp杂化的是 a ch4b c2h4c c2h2d nh3 答案 c 解析 本题考查了杂化轨道理论的有关知识 ch4分子中碳原子的杂化轨道是由一个2s轨道和三个2p轨道重新组合而成 属sp3杂化 c2h4分子中碳原子的杂化属sp2杂化 c2h2分子中的碳原子的原子轨道发生的是sp杂化 nh3分子中的n原子的原子轨道发生的是sp3杂化 5 下列叙述正确的是 a nh3是极性分子 分子中n原子处在3个h原子所组成的三角形的中心b ccl4是非极性分子 分子中c原子处在4个cl原子所组成的正方形的中心c h2o是极性分子 分子中o原子不处在2个h原子所连成的直线的中央d co2是非极性分子 分子中c原子不处在2个o原子所连成的直线的中央 答案 c 解析 nh3是三角锥形的极性分子 a错 ccl4是以c原子为中心的正四面体形结构 b错 co2是c原子在2个o原子中央的直线形分子 d错 而水分子是o在两个h中间的v形分子 即 故选c 6 已知某些共价键的键能 试回答下列问题 1 h h键的键能为什么比cl cl键的键能大 2 已知h2o在2000 时有5 的分子分解 而ch4在1000 时可以完全分解为c和h2 试解释其中的原因 3 试解释氮气为什么能在空气中稳定存在 答案 1 因为h原子半径比cl原子小 h h键键长比cl cl键键长短 故键能大 2 ch4分子不如h2o稳定 因为o h键键能大于c h键键能 462 8kj mol 1 413 4kj mol 1 3 因为n n键能大 故分子的稳定性强 7 2001年诺贝尔化学奖获得者在 手性催化氢化反应 手性催化氧化反应 领域作出突出贡献 在有机物a分子中 带 碳原子连接着四个不同的原子或原子团 这种碳原子称为手性碳原子 凡有一个手性碳原子的物质一定具有光学活性 1 如上所示的有机物a发生下列反应后其生成物也有光学活性的是 与乙酸发生酯化反应 与naoh水溶液共热 与新制氢氧化铜反应 在催化剂存在下与h2作用 在催化剂铜或银存在的条件下被空气氧化a 全部b c d 只有 d 2 下列分子中 没有光学活性的是 含有两个手性碳原子的是 a 乳酸ch3 choh coohb 甘油ch2oh choh ch2ohc 脱氧核糖ch2oh choh choh ch2 chod 核糖ch2oh choh choh choh cho b c 3 有机物y分子式为c4h8o3 它有多种同分异构体 其中属于多羟基醛 且分子中只有一个手性碳原子的异构体有数种 请写出它们的结构简式 并标出手性碳原子 解析 1 与乙酸发生酯化反应时 醇羟基反应后 原手性碳原子连2个ch3cooch2 与naoh水溶液共热时酯基水解 原手性碳原子连2个hoch2 在催化剂存在下与h2作用 cho变成 ch2oh 在催化剂铜或银存在的条件下被空气氧化时 ch2oh变成 cho 以上情况下所得产物均无手性碳原子 无光学活性 而与新制cu oh 2反应后 cho变成 cooh 原手性碳原子所连4个基团仍然不相同 产物仍有光学活性 2 乳酸分子中有1个手性碳原子 甘油分子中无手性碳原子 脱氧核糖分子中有2个手性碳原子 核糖分子中有3个手性碳原子 3 符合题目要求的同分异构体有3种 有2个手性碳原子 不合题意 8 元素周期表中 a族元素y和 a族元素x可形成离子 其结构可表示为 的n值为 2 x和y还可形成二聚离子 其中的化学键只有x y键 该二聚离子的结构式为 4 9 a b c d分别代表四种不同的短周期元素 a元素的原子最外层电子排布为ns1 b元素的原子价电子排布为ns2np2 c元素的最外层电子数是其电子层数的3倍 d元素原子的m电子层的p亚层中有3个电子 1 c原子的电子排布式为 若a元素的原子最外层电子排布为1s1 则按原子轨道的重叠方式 a与c形成的化合物中的共价键属于键 1s22s22p4 2 当n 2时 b的原子结构示意图为 b与c形成的晶体属于 晶体 当n 3时 b与c形成的晶体中微粒间的作用力是 共价键 或极性共价键 分子 3 若a元素的原子最外层电子排布为2s1 b元素的原子价电子排布为3s23p2 元素a在周期表中的位置是 a b c d四种元素的第一电离能由大到小的顺序是 用元素符号表示 o p si li 第二周期 a族 10 如下图 请用杂化轨道理论分析乙烯和乙炔分子的成键情况 答案 在乙烯分子中c原子由一个s轨道和两个p轨道进行杂化 组成三个等同的sp2杂化轨道 sp2轨道彼此成120 角 乙烯中两个碳原子各用一个sp2轨道重叠形成一个c c 键外 又各以两个sp2轨道和四个氢原子的1s轨道重叠 形成四个 键 这样形成的五个 键在同一平面上 每个c原子还剩下一个py轨道 它们垂直于这五个 键所在平面 且互相平行 它们侧面重叠 形成一个 键 在乙炔分子中碳原子由一个2s轨道和一个2p轨道组成两个sp杂化轨道 两个sp杂化轨道夹角为180 在乙炔分子中 两个碳原子各以一个sp轨道互相重叠 形成一个c c 键 每一个碳原子又各以一个sp轨道分别与一个氢原子形成 键 此外每个碳原子还有两个互相垂直的未杂化的p轨道 它们与另一个碳的两个p轨道两两互相侧面重叠形成两个 键 11 通常 电负性差值小的两种非金属元素形成化合物时 两种元素的原子通过共用电子对形成共价键 已知cl o n三种原子的价电子排布分别为 a cl 3s23p5b o 2s22p4c n 2s22p3 1 写出上述a c两种元素与氢元素化合形成化合物的化学式 它们所形成的共价键类型分别为 填 极性键 或 非极性键 hcl nh3 极性键 极性键 2 写出氧与氢元素形成化合物的化学式 分子的极性为 填 极性分子 或 非极性分子 3 通常情况下n2化学性质不活泼的原因是 h2o h2o2 极性分子 极性分子 氮分子中 两个氮原子之间形成氮氮三键 键能很大 12 20世纪60年代美国化学家鲍林提出了一个经验规则 设含氧酸的化学式为hnrom 其中 m n 为非羟基氧原子数 鲍林认为含氧酸的强弱与非羟基氧原子数 m n 的关系见下表 试简要回答下列问题 1 按此规则判断h3aso4 h2cro4 hmno4酸性由强到弱的顺序为 2 h3po3和h3aso3的形式一样 但酸性强弱相差很大 已知h3po3为中强酸 h3aso3为弱酸 试推断h3po3和h3aso3的分子结构 hmno4 h2cro4 h3aso4 3 按此规则判断碳酸应属于 酸 与通常认为的碳酸的强度是否一致 其可能的原因是 中强 不一致 溶于水的那部分co2并不能完全转化为h2co3 13 已知a b c d e代表五种元素 a元素的三价离子3d能级处于半充满 b元素原子的最外层电子数是内层电子总数的2倍 c的原子轨道中有2个未成对的电子 且与b可形成两种常见的气体 d的原子序数小于a d与c可形成dc2和dc3两种分子 且dc2是极性分子 dc3是非极性分子 e是短周期元素中除了稀有气体外原子半径最大的元素 试回答下列问题 1 写出a元素基态原子的电子排布式 2 b c d三种元素的电负性由大到小的顺序为 写元素符号 3 e与c以1 1形成的物质的电子式为 1s22s22p63s23p63d64s2 o s c 4 用vsepr理论判断dc3分子的空间立体结构为 5 元素周期表中第一电离能最大的元素是 填元素符号 正三角形 he 解析 a元素的三价离子3d能级处于半充满 即为3d5 则它的原子价电子构型为3d64s2 故为fe元素 由 b元素原子的最外层电子数是内层电子总数的2倍 推出 b为c元素 由 c的原子轨道中有2个未成对的电子 且与b可形成两种常见的气体 推出 c为o元素 由 d的原子序数小于a d与c可形成dc2和dc3两种分子 且dc2是极性分子 dc3是非极性分子 推出 d为s元素 由 e是短周期元素中除了稀有气体外原子半径最大的元素 推出 e为na元素 1 a元素基态原子的电子排布式为 1s22s22p63s23p63d64s2 2 b c d分别对应的是c o s元素 它们的电负性由大到小的顺序为o s c 14 d e x y z是周期表中的前20号元素中的5种元素 且原子序数逐渐增大 它们的最简氢化物分子的空间构型依次是正四面体 三角锥形 正四面体 角形 v形 直线形 回答下列问题 1 y的最高价氧化物的化学式为 2 上述5种元素中 能形成酸性最强的含氧酸的元素是 写出该元素的任意3种含氧酸的化学式 3 d和y形成的化合物 其分子的空间构型为 so3 cl hclo hclo2 hclo3 hclo4 任写三种酸 直线形 4 d和x形成的化合物 其化学键类型属 其晶体类型属 5 金属镁和e的单质在高温下反应得到的产物是 此产物与水反应生成两种碱 该反应的化学方程式是 mg3n2 8h2o 3mg oh 2 2nh3 h2o 或mg3n2 6h2o 3mg oh 2 2nh3 共价键 原子晶体 mg3n2 6 试比较d和x的最高价氧化物熔点的高低并说明理由 d的最高价氧化物是co2 x的最高价氧