选修3 第2节 分子结构与性质.doc

第二节分子结构与性质考纲定位1.了解共价键的形成、极性、类型(键、键)，了解配位键的含义，能用键长、键能、键角等说明简单分子的某些性质。2.了解杂化轨道理论及简单的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)，能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测简单分子或离子的空间结构。3.了解范德华力的含义及对物质性质的影响。4.了解氢键的含义，能列举含氢键的物质，并能解释氢键对物质性质的影响。考点1| 共价键及其键参数(对应学生用书第237页) 考纲知识整合1共价键(1)共价键的本质与特征本质：在原子之间形成共用电子对。特征：具有方向性和饱和性。如O与H形成2个OH 共价键且共价键夹角为105。(2)共价键的常见分类分类依据类型及特点形成共价键的原子轨道重叠方式键原子轨道“头碰头”重叠键原子轨道“肩并肩”重叠形成共价键的电子对是否偏移极性键共用电子对发生偏移非极性键共用电子对不发生偏移(3)大键简介与示例简介：大键一般是三个或更多个原子间形成的，是未杂化轨道中原子轨道“肩并肩”重叠形成的键。表达式： m代表参与形成大键的原子数，n代表参与形成大键的电子数。示例：，CH2=CHCH=CH2：，NO：，SO2：，O3：。2共价键的键参数(1)定义键能：气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。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大，键长越短，分子越稳定。高考命题点突破命题点1共价键及其分类1有以下物质：HF，Cl2，H2O，N2，C2H4，CH4，H2，H2O2，HCN(HCN)，只含有极性键的是_；只含有非极性键的是_；既有极性键，又有非极性键的是_；只有键的是_；既有键又有键的是_。含有由两个原子的s轨道重叠形成的键的是_。【答案】2已知NN、N=N和NN键能之比为1.002.174.90，而CC、C=C、CC键能之比为1.001.772.34。下列说法正确的是()A键一定比键稳定BN2较易发生加成C乙烯、乙炔较易发生加成D乙烯、乙炔中的键比键稳定CNN，N=N中键比键稳定，难发生加成，C=C、CC中键比键弱，较易发生加成。3(2017全国卷，节选)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图(b)所示。图(b)(1)从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为_，不同之处为_。(填标号)A中心原子的杂化轨道类型B中心原子的价层电子对数C立体结构D共价键类型(2)R中阴离子N中的键总数为_个。分子中的大键可用符号表示，其中m代表参与形成大键的原子数，n代表参与形成大键的电子数(如苯分子中的大键可表示为)，则N中的大键应表示为_。(3)图(b)中虚线代表氢键，其表示式为(NH)NHCl、_、_。【解析】(1)R中两种阳离子分别为H3O和NH。A选项，两种阳离子中心原子的杂化轨道类型均为sp3，所以两者相同；B选项，H3O中心原子的价层电子对数为(631)/24，NH中心原子的价层电子对数为(541)/24，所以两者相同；C选项，H3O和NH的立体结构分别为三角锥形和正四面体形，所以两者不同；D选项，H3O和NH均含有极性共价键和配位键，所以两者相同。(2)由题给图示可知，N与N之间形成5个NN键，因此有5个键。N中有5个氮原子参与形成大键，每个N原子与其他2个N原子形成共价键，每个N原子还可以提供1个电子参与大键的形成，加上得到的1个电子，共有6个电子参与形成大键，因此N中的大键可表示为。(3)根据题给表示式可知，除表示出形成氢键的原子外，还要表示出形成氢键的原子所在的原子团和该原子在原子团中的成键情况，因此氢键的表示式为(NH)NHCl、(H3O)OHN(N)、(NH)NHN(N)。【答案】(1)ABDC(2)5(3)(H3O)OHN(N)(NH)NHN(N)4(1)(2016全国卷，节选)Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析，原因是_。(2)分子中含有键_个，键_个。(3)(2017全国卷，节选)Mn(NO3)2中的化学键除了键外，还存在_。【解析】(1)锗虽然与碳为同族元素，但比碳多了两个电子层，因此锗的原子半径大，原子间形成的单键较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成键。(2)双键中含一个键和键。(3)NO与Mn2之间存在离子键，NO中还存在键。【答案】(1)Ge原子半径大，原子间形成的单键较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成键(2)28(3)离子键和键(1)、键的计算方法：单键只有一个键；双键是一个键一个键；三键是一个键两个键。(2)当成键原子半径越大，键越难形成。(3)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。(4)键与键由于原子轨道的重叠程度不同从而导致了两者的稳定性不同，一般键比键稳定。(5)并不是所有的共价键都有方向性，如ss 键无论s轨道从哪个方向重叠都相同，因此这种共价键没有方向性。命题点2键参数及其应用5(2018安顺模拟)NH3分子的立体构型是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，解释该事实的充分理由是()ANH3分子是极性分子B分子内3个NH键的键长相等，键角相等CNH3分子内3个NH键的键长相等，3个键角都等于107DNH3分子内3个NH键的键长相等，3个键角都等于120CA、B项事实不充分；D项说明NH3为平面三角形。6 已知：P4(g)6Cl2(g)=4PCl3(g)Ha kJmol1，P4(g)10Cl2(g)=4PCl5(g)Hb kJmol1，P4具有正四面体结构，PCl5中PCl键的键能为c kJmol1，PCl3中PCl键的键能为1.2c kJmol1。下列叙述正确的是() 【导学号：97500217】APP键的键能大于PCl键的键能B可求Cl2(g)PCl3(g)=PCl5(s)的反应热HCClCl键的键能为(ba5.6c)/4 kJmol1DPP键的键能为(5a3b12c)/8 kJmol1C根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。A根据Cl原子半径小于P原子半径，可判断PP键键长大于PCl键键长，所以PP键的键能小于PCl键的键能，故A错误。B根据盖斯定律可得Cl2(g)PCl3(g)=PCl5(g)H(ba)/4 kJmol1，但不知PCl5(g)转化为PCl5(s)时的热效应，故B错误。C由B选项分析得出的热化学方程式可得：(ba)/4x(ClCl键的键能)31.2c5c，x(ba)/41.4c，故C正确。D由P4(g)6Cl2(g)=4PCl3(g)Ha kJmol1，可知：a6y(PP键的键能)6121.2c，得y，D错误。考点2| 分子的立体构型(对应学生用书第238页) 考纲知识整合1用价层电子对互斥理论推测分子或离子的立体构型(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。但对于离子的a为中心原子的价电子数加或减电荷数，如CO的a42，NH的a51。(2)示例分析价层电子对数键电子对数孤电子对数电子对立体构型立体构型实例220直线形直线形CO2330三角形平面三角形BF321V形SO2440四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O330三角形平面三角形CO440四面体形正四面体形NH提醒：(1)价层电子对在空间上彼此相距越远时，排斥力越小，体系的能量越低。如CO2为直线形。(2)孤电子对的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。如键角H2ONH3CH4。2用杂化轨道理论推测分子或离子的立体构型杂化类型杂化轨道数目杂化轨道间夹角立体构型实例sp2180直线形BeCl2或HCNsp23120平面三角形BF3或COsp3410928四面体形CH4或NH示例填表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CS2HCHONCl3SOH3O【提示】02直线形直线形sp03平面三角形平面三角形sp214四面体形三角锥形sp304正四面体形正四面体形sp314四面体形三角锥形sp33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和立体构型，许多性质相似，如N2与CO、O3与SO2、N2O与CO2、CH4与NH等。高考命题点突破命题点1推测分子或离子的立体构型和中心原子的杂化类型1指出下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化类型(1)H2S_，CO2_，PH3_，PCl3_，BF3_，HCN_，HCHO_，SO2_，SiH4_。(2)NH_，NO_，SO_，SO_，ClO_，ClO_，SiO_。【答案】(1)V形、sp3直线形、sp三角锥形、sp3三角锥形、sp3平面三角形、sp2直线形、sp平面三角形、sp2V形、sp2正四面体形、sp3(2)正四面体形、sp3V形、sp2正四面体形、sp3三角锥形、sp3三角锥形、sp3正四面体形、sp3平面三角形、sp22(1)(2017全国卷)X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I离子。I离子的几何构型为_，中心原子的杂化形式为_。(2)(2017全国卷)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为_和_。【解析】(1)I的价层电子对数为2(7121)4，中心原子杂化轨道类型为sp3，I中有2对孤电子对，I为V形。(2)CO2中价层电子对数为2(422)2，杂化类型为sp，CH3OH中C形成4个键，杂化类型为sp3。【答案】(1)V形sp3(2)spsp33(1)(2016全国卷)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为_，微粒之间存在的作用力是_。(2)(2016全国卷)Ni(NH3)6SO4中阴离子的立体构型是_，NH3中心原子的杂化类型是_。(3)(2016全国卷)AsCl3分子的立体构型为_，其中As的杂化轨道类型为_。(4)(2016江苏高考)HOCH2CN分子中碳原子轨道的杂化类型是_。(5)中C、O、N的杂化类型分别为_、_、_。【解析】(1)Ge单晶为金刚石型结构，金刚石中碳原子的杂化方式为sp3，因此Ge原子的杂化方式也为sp3。微粒之间存在的作用力为共价键。(2)SO中，S原子的价层电子对数为4，成键电子对数为4，故SO的立体构型为正四面体。NH3分子中，N原子形成3个键，且有1对孤电子对，N原子的轨道杂化类型为sp3。(3)As原子的价电子排布式为4s24p3，最外层有5个电子，则AsCl3分子中As原子形成3个AsCl键，且含有1对未成键的孤电子对，则As的杂化轨道类型为sp3杂化，AsCl3分子的立体构型为三角锥形。(4)根据HOCH2CN的结构简式为可知，“CH2”中的C原子形成4个键，该碳原子采取sp3杂化；“CN”中的C原子形成1个键、2个键，该碳原子采取sp杂化。(5)根据结构中C、O、N形成的键数和孤电子对数确定杂化类型。【答案】(1)sp3共价键(2)正四面体sp3(3)三角锥形sp3(4)sp3和sp(5)sp2sp3sp3(1)根据杂化轨道的空间分布构型直线形sp，平面三角形sp2，四面体形sp3(2)根据杂化轨道间的夹角,109.5sp3，120sp2，180sp,(3)利用价层电子对数确定三种杂化类型(适用于中心粒子)2对sp杂化，3对sp2杂化，4对sp3杂化(4)根据键数与孤电子对数(适用于结构式已知的粒子)含C有机物：2个sp，3个sp2，4个sp3含N化合物：2个sp2，3个sp3含O(S)化合物：2个sp3,(5)根据等电子原理如CO2是直线形分子，CNS、N与CO2是等电子体，所以分子构型均为直线形，中心原子均采用sp杂化命题点2粒子中键角的大小比较4比较下列分子或离子中键角大小。(1)H2O_H3O，NH3_NH。(2)H2O_H2S，NH3_PH3。(3)SO3_CCl4，CS2_SO2。【解析】(1)H2O与H3O，NH3与NH的中心原子均采用sp3杂化，孤电子对越多，斥力越大，键角越小。(2)H2O与H2S，NH3与PH3中键长不同，键长越长，斥力越小，键角越小。(3)杂化不同，键角不同。【答案】(1)(3)5(2014山东高考，节选)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。(1)图甲中，1号C与相邻C形成键的个数为_。(2)图乙中，1号C的杂化方式是_，该C与相邻C形成的键角_(填“”“sp2sp3(2)命题点3等电子原理及其应用6(1)(2015全国卷，节选)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)根据等电子原理，仅由第二周期元素形成的共价分子中，互为等电子体的是_和_；_和_。(3)在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有_、_。(4)(2015江苏高考，改编)与H2O互为等电子体的一种阳离子为_(填化学式)，阴离子为_。(5)(2014江苏高考，节选)与OH互为等电子体的一种分子为_(填化学式)。(6)与SO3互为等电子体的阴离子为_。(7)与N2互为等电子体的分子是_，阴离子是_，阳离子是_。【答案】(1)CO2、SCN(或COS等)(2)N2CON2OCO2(3)SO2O3(4)H2FNH(5)HF(6)CO或NO(7)COCN或CNO微粒通式价电子总数立体构型CO2、CNS、NO、NAX216直线形CO、NO、SO3AX324平面三角形SO2、O3、NOAX218V形CCl4、SO、PO、ClOAX432正四面体形PO、SO、ClOAX326三角锥形C、CO、N2、CNAX10直线形CH4、NH、SiH4AX48正四面体形NH3、PH3、H3OAX38三角锥形考点3| 粒子间作用力和分子的性质(对应学生用书第240页) 考纲知识整合1配位键与配位化合物(1)孤电子对分子或离子中没有跟其他原子共用的电子对称孤电子对。(2)配位键电子对给予接受键配位键的形成：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。配位键的表示：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NH键形成过程与其他3个NH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。(3)配合物的组成如Cu(NH3)4SO4配体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F、Cl、CN等。中心原子有空轨道，如Fe3、Cu2、Zn2、Ag等。示例对于K3Fe(CN)6配合物中含有的化学键有离子键、配位键、共价键，其中配离子的结构简式为Fe(CN)63，配体的电子式为，配位数是6。1 mol Fe(CN)63中含有键的数目为12NA。配体中提供孤电子对的原子是C。2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，称为分子间作用力。(2)分类：分子间作用力最常见的是范德华力和氢键。(3)强弱：范德华力氢键OHONHN。示例写出HF的水溶液中存在的氢键有FHO，FHF，OHF，OHO。3分子的性质(1)分子的极性(2)分子溶解性“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。“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。分子与H2O反应，也能促进分子在水中的溶解度，如SO2、NO2。(3)分子的手性手性异构：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。手性分子：具有手性碳原子的分子。手性碳原子：在有机物分子中，连有四个不同基团的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子，如。(4)无机含氧酸分子的酸性无机含氧酸的通式可写成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，使ROH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，如酸性：HClOHClO2HClO3NH，所以NH3中共用电子对偏向N原子，而在NF3中，共用电子对偏向F原子，偏离N原子。(2)Cu2存在空轨道，而NH3中N有孤电子对，故N与Cu2之间以配位键结合。(3)Cu2和SO之间存在离子键，S与O之间存在共价键，Cu与O之间存在配位键，O与H之间存在氢键。1 mol CuSO45H2O中键数目为：(482)NA14NA。【答案】(1)N、F、H三种元素的电负性：FNH，在NF3中，共用电子对偏向F原子，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难与Cu2形成配位键(2)有蓝色沉淀生成，然后蓝色沉淀逐渐溶解，最终形成深蓝色溶液Cu22NH3H2O=Cu(OH)22NH，Cu(OH)24NH3H2O=Cu(NH3)422OH4H2O(3)离子键、共价键、配位键、氢键14NA2(1)经研究表明，Fe(SCN)3是配合物，Fe3与SCN不仅能以13的个数比配合，还可以其他个数比配合。请按要求填空：若所得Fe3和SCN的配合物中，主要是Fe3与SCN以个数比11配合所得离子显红色。该离子的离子符号是_。若Fe3与SCN以个数比15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_。(2)(2016全国卷)在Ni(NH3)62中Ni2与NH3之间形成的化学键称为_，提供孤电子对的成键原子是_。【答案】(1)Fe(SCN)2FeCl35KSCN=K2Fe(SCN)53KCl(2)配位键N命题点2分子间作用力(氢键与范德华力)的判断及应用3下列说法中正确的是() 【导学号：97500218】A卤化氢中，以HF沸点最高，是由于HF分子间存在氢键B邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点高CH2O的沸点比HF的沸点高，是由于水中氢键键能大D氢键XHY的三个原子总在一条直线上AB项，分子内氢键使熔、沸点降低，分子间氢键使熔、沸点升高；C项，水中氢键键能比HF中氢键键能小；D项，XHY的三原子不一定在一条直线上。4(1)(2017全国卷，节选)已知CO2低压合成甲醇的反应为CO23H2=CH3OHH2O，此反应涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为_，原因是_。(2)(2016全国卷，节选)氨的沸点_(填“高于”或“低于”)膦(PH3)，原因是_；氨是_分子(填“极性”或“非极性”)。(3)(2014全国卷，节选)乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_。【解析】(1)由于水和甲醇均为极性分子，二氧化碳和氢气均为非极性分子，所以水和甲醇的沸点高于二氧化碳和氢气的沸点；由于水分子中两个氢原子都可以参与形成分子间氢键，而甲醇分子中只有一个羟基上的氢原子可用于形成分子间氢键，所以水的沸点高于甲醇的沸点；由于二氧化碳的相对分子质量比氢气大，所以二氧化碳分子间作用力较大、沸点较高。(2)由于NH3分子间可形成氢键，故NH3的沸点高于PH3。NH3分子中，N原子形成3个键，且有1个孤电子对，N原子的轨道杂化类型为sp3，立体构型为三角锥形。由于空间