2017版高考化学一轮复习专题八物质结构与性质课时34分子结构与性质导学案(新)

课时34 分子结构与性质(本课时对应学生用书第153157页)【课时导航】复习目标1. 理解离子键的含义，能说明离子键的形成。2. 了解共价键的主要类型键和键，能用键能、键长、键角等数据说明简单分子的某些性质。3. 了解键的极性和分子的极性，了解极性分子和非极性分子的性质差异。4. 能根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断简单分子或离子的空间构型。5. 了解“等电子原理”的含义，能结合实例说明“等电子原理”的应用。6. 了解简单配合物的成键情况。7. 知道分子间作用力的含义，了解化学键和分子间作用力的区别。8. 了解氢键的存在对物质性质的影响。知识网络问题思考问题1怎样书写物质对应的等电子体?问题2键的极性和分子的极性有怎样的关系?【自主学习】 考点1共价键与配位键【基础梳理】1. 共价键是常见的化学键之一，它在原子间形成。共价键有两种：和。其中极性共价键指形成的共价键，简称极性键；非极性共价键指形成的共价键，简称非极性键。2. 键参数包括。是指气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量；是指形成共价键的两个原子之间的核间距；是指在原子个数超过2个的分子中，两个共价键之间的夹角。一般来说，键能越，键长越，分子越稳定。3. 一方是能够提供孤对电子的原子，另一方有能够接受孤对电子的空轨道，两原子之间形成“电子对给予接受键”，这种化学键叫做。通常把金属离子(或原子)与某些分子或离子以配位键结合形成的一类化合物称为，简称。【举题说法】例题1(1) (2015江苏高考)1 mol CH3COOH分子中含有键的数目为。(2) (2014江苏高考)1 mol乙醛分子中含有键的数目为。(3) (2013江苏高考)Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物 Zn(NH3)4Cl2，1 mol该配合物中含有键的数目为。(4) (2012江苏高考)1 mol CO2中含有的键数目为。(5) (2011江苏高考)1 mol C2H2中含有键的数目为。【答案】(1) 7 mol(2) 6 mol(3) 16 mol(4) 2 mol(5) 3 mol【解析】(3) Zn(NH3)4Cl2中Zn与N原子、N原子与H原子之间均为键，则1 mol Zn(NH3)4Cl2中键的数目为16 mol。(4) CO2分子结构是，所以1 mol CO2中含有的键数目为2 mol。(5) C2H2分子()中含有2个键、1个CC键，所以1 mol C2H2含有键的数目为3 mol。变式1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“”或“”)键，从其极性来看属于键。(2) 已知CN-与N2结构相似，推算HCN分子中键与键数目之比为。(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分子中键的数目为。(4) 利用CO可以合成化工原料COCl2、配合物Fe(CO)5等。COCl2分子的结构式为，每个COCl2分子内含有的键、键数目为()A. 4个键 B. 2个键、2个键C. 2个键、1个键 D. 3个键、1个键Fe(CO)5在一定条件下能合成：Fe(s)+5CO Fe(CO)5，反应过程中，形成的化学键是。(5) 有机物丁二酮肟常用于检验Ni2+：在稀氨水介质中，丁二酮肟与Ni2+反应可生成鲜红色沉淀，其结构如右图所示。该结构中，碳碳之间的共价键类型是键，碳氮之间的共价键类型是，氮镍之间形成的化学键是。1 该结构中，氧氢之间除共价键外还可存在 。【答案】(1) 极性(2) 11(3) 30(4) D配位键(5) 1个键、1个键配位键氢键【解析】(2) HCN分子结构是，共有2个键和2个键，所以键与键数目之比为11。(3) 根据题意，每个碳形成的这3个键中，必然有1个双键，这样每个碳原子最外层才满足8电子稳定结构，显然，双键数应该是C原子数的一半，而每个双键有1个键，故键数目为30。(4) COCl2分子中有2个单键(键)，1个双键(1个键、1个键)。Fe(CO)5中Fe与CO形成配位键。(5) 在该结构中，碳氮双键中1个是键、1个是键；氮镍之间的键是由N原子提供孤对电子、Ni提供空轨道形成的配位键。由于氧的电负性强，因此该结构中，氧氢之间除形成共价键外，还可以形成氢键。1. 共价键的分类(1) 按键的极性分为非极性共价键和极性共价键。(2) 按电子云的重叠方式分为键和键。(3) 按两原子间成键的数目分为单键(单键全是键)、双键(一个是键，另一个是键)、三键(一个是键，另两个是键)。2. 形成配合物的条件是配体要有孤对电子、中心离子要有空轨道，配合物中中心离子和配体通过配位键形成配离子。一般，配体的数目称为配位数，配离子和另一带相反电荷的离子(称为外界离子)通过离子键组成配合物。配位化合物中中心原子(离子)与配体之间的单键是键。 考点2分子的极性与空间结构【基础梳理】1. 常见分子的立体结构分子类型实 例结构式立体结构 其他实例 三原子分子CO2BeCl2H2OV形SO2、H2S四原子分子HCHO BF3NH3PH3五原子分子CH4正四面体 CCl4CH3Cl 变形四面体 CH3Br 2. 价层电子对互斥理论(VSEPR)模型与分子空间构型的关系电子对数成键对数孤电子对数VSEPR模型名称分子空间构型实 例220直线形直线形BeCl2330三角形三角形BF321V形SO2440四面体四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O3. 杂化轨道理论与分子的立体构型杂化轨道类型杂化轨道数目杂化轨道间夹角立体构型实例sp1个s轨道、1个p轨道180sp21个s轨道、2个p轨道120平面正三角形平面形sp31个s轨道、3个p轨道109281071054. 分子组成和分子极性的关系分子类型极性分子非极性分子典型分子键的极性分子构型典型分子键的极性分子构型三原子分子H2O、SO2极性键V形CS2、CO2极性键直线形四原子分子NH3极性键三角锥形BF3极性键平面正三角形五原子分子CH3Cl极性键四面体CH4、CCl4极性键正四面体5. 等电子原理：和(或电子总数)均相同的分子或离子称为等电子体。等电子体具有相似的化学键特征、空间构型和化学性质。等电子体的条件构成微粒的原子总数和价电子总数相同空间结构等电子体的性质相似，结构上也存在某些相似性，如N 、CH4互为等电子体，其结构皆为正四面体形。常利用等电子原理判断一些简单分子或离子的立体构型及轨道杂化方式。如CO2、N2O、OCN-、SCN-为等电子体，结构相似，为直线形，中心原子轨道杂化方式为sp杂化10电子分子和原子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4等；离子：F-、OH-、H3O+、N、N、N3-、O2-、Na+、Mg2+、Al3+等，其中HF与OH-、H2O与N、NH3与H3O+、CH4与N互为等电子体14电子分子和原子：Si、N2、CO、C2H2等，离子：(CaC2)等，其中N2、CO、互为等电子体18电子分子和原子：Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、N2H4(肼)、C2H6(乙烷)、CH3OH等，离子：Cl-、HS-、S2-、K+、Ca2+等，其中HCl与HS-互为等电子体【举题说法】例题2(1) (2015江苏高考)CH3COOH中C原子轨道杂化类型为，与H2O互为等电子体的一种阳离子为(填离子符号)。(2) (2014江苏高考)醛基中碳原子的轨道杂化类型是；与OH-互为等电子体的一种分子为(填化学式)。(3) (2013江苏高考)在硫的氢化物(H2S)分子中，S原子轨道的杂化类型是；S的空间构型为(用文字描述)，写出一种与S互为等电子体的分子的化学式：。(4) (2012江苏高考)N的空间构型是(用文字描述)；根据等电子体原理，CO分子的结构式为；H2O分子中O原子轨道的杂化类型为。(5) (2011江苏高考)C2H2分子中，中心原子轨道的杂化类型为；元素C的一种氧化物与元素N的一种氧化物互为等电子体，元素N的这种氧化物的分子式为。【答案】(1) sp3和sp2H2F+(2) sp2HF(3) sp3正四面体CCl4 (或SiCl4等)(4) 平面三角形COsp3杂化(5) sp杂化N2O【解析】(1) CH3COOH中甲基C原子采用sp3杂化，羧基C原子采用sp2杂化；与H2O互为等电子体的阳离子应含有3个原子、且价电子总数为8，应为H2F+。(2) 醛基中碳原子形成碳氧双键，轨道杂化类型是sp2；等电子体原子个数相同，价电子总数也相同，所以与OH-互为等电子体的一种分子是HF。(3) 在H2S分子中形成两个共价键，还有两对孤对电子，所以S原子杂化类型是sp3(与水分子相似)；S中没有孤对电子，形成四个共价键，所以S原子采用sp3杂化，形成正四面体结构；等电子体是指原子总数和价电子总数相同的粒子，故与S互为等电子体的分子有CCl4 或SiCl4等。(4) N与SO3、BF3互为等电子体，所以N的空间构型为平面三角形；CO分子与氮气互为等电子体，氮气分子中含有三键，所以CO分子的结构式为CO；H2O分子含有两个键、两对孤电子对，所以中心O原子杂化类型是sp3。(5) C2H2分子()中含有三键，所以中心碳原子为sp杂化；CO2和N2O原子个数相同、价电子总数也相同，互为等电子体。变式2(1) (2015新课标卷)CS2分子中，共价键的类型有，C原子的杂化轨道类型是，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子：。(2) (2015新课标卷)P和Cl反应可生成组成比为13的化合物E，E的立体构型为，中心原子的杂化轨道类型为。(3) (2015山东高考)F2通入稀NaOH溶液中可生成OF2，OF2分子构型为，其中氧原子的杂化方式为。(4) (2015海南高考)SO2分子的立体构型为；气态SO3为单分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为；SO3的三聚体环状结构如右图所示，该结构中S原子的杂化轨道类型为。【答案】(1) 键和键spCO2、SCN-(或COS、N2O等)(2) 三角锥形sp3(3) V形sp3(4) V形sp2杂化sp3杂化【解析】(1) CS2分子的结构式为SCS，含有键和键，CS2分子中C原子形成2个键，孤对电子数为=0，则为sp杂化，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子为等电子体，应含有3个原子，价电子总数为16，常见的有CO2、SCN-、N2O、COS等。(2) P和Cl反应可生成组成比为13的化合物为PCl3，P形成3个键，孤电子对数为=1，则为sp3杂化，立体构型为三角锥形。(3) OF2分子中O原子的价层电子对数=2+=4，则O原子的杂化类型为sp3杂化，含有2个孤电子对，所以分子的空间构型为V形。(4) SO2分子中S原子形成2个键，孤电子对数为=1，SO2分子为V形结构；气态SO3为单分子，该分子中S原子形成3个键，没有孤对电子，则为sp2杂化；SO3的三聚体中S原子形成4个键，为sp3杂化。1. 价层电子对互斥理论(VSEPR)对ABm型分子或离子的价层电子对数n=(1) 当中心原子无孤对电子时，电子立体构型与分子立体构型一致。(2) 当中心原子有孤对电子时，电子立体构型与分子立体构型不一致(去掉孤对电子时即与分子立体构型一致)。2. 分子的极性(1) 对于ABm型分子，A为中心原子，若A上有未成键电子对(孤对电子)，则ABm分子为极性分子，如H2O、NH3中O、N上分别有2对、1对孤对电子；若A上无未成键电子对(孤对电子)，则ABm分子为非极性分子，如CH4、CO2、BF3中C、C、B上均无孤对电子。(2) 多原子分子中，若中心原子的化合价的绝对值等于该元素的价电子数(最高正价)时，该分子为非极性分子。 考点3分子间作用力【基础梳理】1. 分子间作用力(范德华力)：分子间普遍存在的作用力称为范德华力。分子的越大，范德华力越大。结构相似时，分子的越大，范德华力越大。2. 氢键(1) 定义：半径小、吸引电子能力强的原子与核之间的相互作用叫氢键。通常我们可以把氢键看作一种比较强的，它比范德华力强，但比化学键弱。(2) 形成条件：半径小、吸引电子能力强的原子(F、O、N) 与H 核。(3) 表示方法：XHY(X、Y 可以相同，也可以不同)。(4) 存在：可以在分子形成，也可以在分子形成。(5) 对物质性质的影响：可以使物质的熔、沸点升高，还能影响物质的溶解性，可用于解释一些反常现象。3. 分子的手性异构：若碳原子的四个键分别连接四个不同的原子或原子团，这样的碳原子叫做，含有手性碳原子的分子叫做。【举题说法】例题3(1) (2013江苏高考)Z的氢化物(H2O)在乙醇中的溶解度大于H2S，其原因是 。(2) (2011江苏高考)化合物NH3的沸点比化合物CH4的高，其主要原因为。(3) (2015江苏高考)H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶，除因为它们都是极性分子外，还因为。【答案】(1) 水分子与乙醇分子之间形成氢键(2) NH3分子间存在氢键(3) H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键变式3(1) (2014新课标卷)乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是。(2) (2013安徽高考)CO2由固态变为气态所需克服的微粒间作用力是；H、C、O的原子可共同形成多种分子，写出一种能形成同种分子间氢键的物质名称：。(3) (2013福建高考)已知苯酚()具有弱酸性，其Ka=1.1 10-10；水杨酸一级电离形成的离子能形成分子内氢键。据此判断，相同温度下电离平衡常数(水杨酸)(填“”或“”)Ka (苯酚)，其原因是。(4) (2015福建高考)一定条件下，CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体，CH4与H2O形成的水合物俗称“可燃冰”。“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是。【答案】(1) 乙酸分子间形成了氢键，造成沸点升高(2) 分子间作用力(或范德华力)甲醇(或甲酸等)(3) 氢键分子间作用力影响因素随分子极性的增大而增大组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大对于AHB，A、B的电负性越强，半径越小，形成的氢键就越强成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定对物质性质的影响影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，物质的熔、沸点升高。如熔、沸点：F2Cl2Br2I2，CF4CCl4H2S，HFHCl，NH3PH3影响分子的稳定性共价键的键能越大，分子的稳定性越强2. 相似相溶原理：非极性分子构成的物质易溶于非极性溶剂，难溶于极性溶剂；极性分子构成的物质易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂。【随堂检测】1. (1) (2015福建高考)Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)4，1 mol Ni(CO)4中含有mol 键。(2) (2014新课标卷)氢元素和O、N、C元素形成的二元共价化合物中，分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是(填化学式，写两种)。(3) (2015海南高考)SO3的三聚体环状结构如右图所示，该结构中SO键有两类，一类键长约140 pm，另一类键长约160 pm，较短的键为(填图中字母)，该分子中含有个键。(4) (2014福建高考)NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH4BF4含有mol配位键。(5) (2014海南高考)碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图。 C60 石墨 金刚石晶胞石墨晶体中，层内CC键的键长为142 pm，而金刚石中键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在间的共价键，而石墨层内的间不仅存在共价键，还有键。【答案】(1) 8(2) H2O2、N2H4、C2H6等(任写两种)(3) a12(4) 2(5) 【解析】(1) 该配合物中Ni原子和C原子之间有4个键，CO分子中C和O之间存在1个键，故1 mol Ni(CO)4中含有8 mol 键。(2) 分子中既含有极性共价键、又含有非极性共价键的化合物是H2O2、N2H4、C2H6等。(3) SO3的三聚体中每个S形成4个共价键，存在SO键和SO键，SO键键长较短，即a较短，该分子中含有键数目为34=12。(4) 铵根中含有1 mol配位键，B含有1 mol配位键，共2 mol。(5) 金刚石中C为sp3杂化，形成四条杂化轨道，全部形成键；而石墨层为平面结构，C为sp2杂化，形成三条杂化轨道，还有一条未杂化的p轨道，三条杂化轨道形成键，而未杂化的p轨道形成键。2. (1) CNS-、N含3个原子，它们的价电子总数都是16，因此它们的结构与由第2周期两元素组成的分子的结构相同，微粒呈形，中心原子都采取杂化。(2) C、N等微粒具有相同的通式：，它们的价电子总数都是，因此它们与由A族两元素组成的分子的结构相同，呈形，中心原子都采取杂化。(3) N2O(笑气)可用作麻醉剂，其与 CO2互为等电子体，已知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，则N2O的空间构型为。【答案】(1) CO2直线sp(2) A24SO3平面三角sp2(3) 直线形【解析】(3) N2O与CO2互为等电子体，结构式为NNO，空间构型为直线形。3. (2013福建高考)BF3与一定量的水形成(H2O)2BF3晶体Q，Q在一定条件下可转化为R：H2O H3O+ Q R(1) 晶体Q中各种微粒间的作用力不涉及(填字母)。a. 离子键b. 共价键c. 配位键d. 金属键 e. 氢键f. 范德华力(2) R中阳离子的空间构型为，阴离子的中心原子轨道采用杂化。【答案】(1) ad(2) 三角锥形sp3【解析】(1) 由Q的结构知，H2O与BF3H2O分子间存在氢键，BF3H2O分子内有共价键和配位键，其分子间有分子间作用力(范德华力)。(2) H3O+中有孤对电子，由价层电子对互斥理论知，其空间构型为三角锥形，阴离子的中心原子B有4个键，故采用sp3杂化。4. (2016宿迁模拟)原子序数依次增大的X、Y、Z、Q四种元素中，X元素原子核外有三种不同的能级且各个能级所填充的电子数相同，Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素，Q原子核外的M层中只有两对成对电子。请用元素符号或化学式回答下列问题：(1) X、Y、Z的第一电离能由小到大的顺序为。(2) 已知Y与XQ2互为等电子体，则1 mol Y中含有键数目为 。(3) Z的气态氢化物沸点比Q的气态氢化物高得多，其原因是。(4) X、Z与氢元素可形成化合物H2X2Z4，常用作工业除锈剂。H2X2Z4分子中X的杂化方式为。【答案】(1) CON(2) 2 mol(3) H2O分子间存在氢键(4) sp2【解析】X元素原子核外有三种不同的能级且各个能级所填充的电子数相同，其电子排布式是1s22s22p2，X为碳元素；Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素，Z为氧元素；因为X、Y、Z原子序数依次增大，所以Y是氮元素；Q原子核外的M层中只有两对成对电子，其电子排布式是1s22s22p63s23p4，Q为硫元素。(1) 由于N原子结构中p轨道为半充满结构，比较稳定，所以第一电离能大小为CO”、“OC(2) sp3、sp2(3) 8 mol(4) N2O(或SCN-、等)【解析】(2) 配合物A分子中CO键上的碳采用sp2杂化，其余碳为sp3杂化。(3) 共价单键为键，共价双键中一个是键一个是键，H2NCH2COONa中含有8个键。(4) 一个二氧化碳分子中原子个数为3个，价电子数为16，原子个数相等、价电子数相等的微粒为等电子体，则CO2的等电子体为N2O或SCN-、等。2. (1) sp290 mol(2) V形(3) 【解析】(1) 根据富勒烯(C60)的结构可知，碳原子形成了两个碳碳单键和一个碳碳双键，没有孤对电子，所以碳原子的杂化类型为sp2；1 mol C60分子中键的数目60 mol32=90 mol。(2) As与Se同周期，由于As原子结构中p轨道为半充满结构，比较稳定，所以第一电离能As大于Se；二氧化硒分子与二氧化硫互为等电子体，二氧化硫为V形分子，所以二氧化硒分子的空间构型也为V形。(3) 金属镁酞菁配合物存在两种形式的氮原子，一种氮原子形成氮碳双键，含有孤对电子与镁形成配位键，另一种氮原子形成氮碳单键，与镁形成共价键。3. (1) sp2、sp34、52(2) ADE【解析】(1) 由图看出，阴离子中B原子的价键有平面形和四面体形，则硼原子轨道的杂化类型有sp2、sp3；4号硼原子为sp3杂化，有空轨道，5号羟基氧原子有孤电子对，二者可形成配位键；数图中各原子个数写出其化学式为H4B4，H为+1价，B为+3价，O为-2价，根据正、负化合价代数和为0可