浙江版高考化学复习专题八化学键分子和晶体的结构与性质教学课件

专题八化学键分子和晶体的结构与性质考情分析

本专题内容在浙江选考中的考查形式主要为1道化学用语表示的选择题和1道物

质结构与性质非选择题,选择题选项涉及化学键、电子式、化学键形成过程、分子的

空间结构等知识,非选择题考查比较综合,涉及杂化方式、化学键、晶胞分析等知

识。非选择题试题难度中等,但是涉及知识点较多,对基础知识掌握的要求较高,考查

获取有效信息、分析推理、迁移应用的能力。考点1化学键1.化学键的分类

2.共价键(1)共价键类型

注意共价键成键规律:共价单键是σ键;1个共价双键中有1个σ键、1个π键;1个共价三键中有1个σ键、2个π键。(2)共价键的键参数及对分子性质的影响

(3)配位键:一种特殊的共价键,由一方提供孤电子对,另一方接受孤电子对形成“电子对给予—接受”键。配位键可表示为A→B,其中A是能够提供孤电子对的原子或离子,B是具有能够接受孤电子对的空轨道的原子或离子。配合物:通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或

配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物,简称配合物。如:

2.离子键、金属键(1)离子键:阴、阳离子之间的静电作用。成键条件为成键原子所属元素电负性差值较

大。(2)金属键:金属阳离子和自由电子之间的一种电性作用,存在于同种金属元素原子之

间或不同种金属元素原子(合金)之间。3.物质的表示方法(1)电子式:如Cl→,N2→,HCN→H,N2H4→H,HClO→H,Na2O2→Na+[]2-Na+,KOH→K+[]-等。

(2)结构式:电子式中共用电子对用短线“—”代替,省略未成键电子,如HCl→H—Cl,

NH3→

,N2H4→

。电子式的书写方法如下:考点2分子结构与性质1.价层电子对互斥(VSEPR)模型(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,孤电子对越多,排斥力越强,键角越小。(2)中心原子价层电子对数(n)计算方法n=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数①计算法:中心原子上的孤电子对数=

(a-xb)。对于中性分子,式中a为中心原子的价电子数;对于阳离子,a为中心原子的价电子数减去离子所带的电荷数;对于阴离子,a为中心原子的价电子数加上离子所带的电荷数。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。σ键电子对数由化学式确定,σ键电子对数=与中心原子结合的原子个数。②电子式或结构式法:写出电子式或结构式,观察σ键电子对数和中心原子上的孤电子

对数,两者相加即可。2.杂化轨道理论(1)理论要点:中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合

起来,重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。(2)杂化轨道类型(3)中心原子杂化轨道数的判断杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对,所以有关系式:杂化轨道的数目=中心原子上的孤电子对数+中心原子的σ键电子对数(与中心原子直接相连的原子个数)=中心原子的价层电子对数中心原子σ键电子对数232432中心原子孤电子对数001012VSEPR模型名称直线形平面三角形四面体形分子或离子空间结构直线形平面三角形V形四面体形三角锥形V形实例CO2C

SO2CH4NH3H2O中心原子价层电子对数(n)234中心原子的杂化轨道类型Spsp2sp3(4)分子(ABn型)、离子(A

型)的空间结构分析示例3.分子间作用力(1)范德华力一般来说,组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越强,物质的熔、沸点

越高;相对分子质量接近时,分子极性越强,范德华力越强。(2)氢键①概念:氢键是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大

的原子之间的作用力。②表示方法:X—H…Y—,X、Y可以是N、O、F,“—”表示共价键,“…”表示形成

的氢键。③分类:包括分子内氢键和分子间氢键两种。④对物质性质的影响:分子间氢键使物质的熔、沸点升高,在水中的溶解性增强;分子

内氢键使物质的熔、沸点降低。⑤氢键不属于化学键。4.分子的性质(1)分子的手性当碳原子所连接的四个原子或原子团均不相同时,这样的碳原子称为手性碳原子(不

对称碳原子)。含有手性碳原子的分子不一定为手性分子;有手性异构体的分子为手

性分子。注意

手性碳原子一定是饱和碳原子。(2)分子的极性①极性分子:正、负电中心不重合。如NH3、H2O、HCl。②非极性分子:正、负电中心重合。如H2、Cl2、BF3、CH4、CO2。点拨

双原子单质分子为非极性分子,双原子化合物分子为极性分子。(3)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。如卤素单质可溶于CCl4,乙醇、甲醛可溶于水。②氢键:溶质与溶剂形成氢键时可以增强溶质的溶解性。5.超分子(1)概念:超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。(2)超分子内分子间的作用力:超分子内部分子之间通过非共价键相结合,包括氢键、

静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。(3)超分子的应用:在分子水平上进行分子设计,有序组装甚至复制出一些新型的分子

材料。考点3晶体结构与性质1.晶体(1)结构特征:原子在三维空间里呈周期性有序排列。(2)性质特征:有自范性、固定熔点、各向异性。(3)获得途径:熔融态物质凝固、气态物质凝华、溶质从溶液中析出。(4)结构测定:X射线衍射实验。2.晶胞(1)概念:描述晶体结构的基本单元。(2)常见晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”,一般为平行六面体。3.常见晶体结构模型(1)二氧化碳型(分子间作用力只有范德华力,例如C60、H2S)

结构特点:①每个晶胞含4个CO2分子;②每个CO2分子周围最近的CO2分子有12个。

结构特点:①每个碳原子与相邻4个碳原子以共价键结合,形成正四面体结构,碳原子杂

化方式为sp3;②键角均为109°28';③最小碳环由6个碳原子组成且6个原子不在同一平

面内;④每个碳原子参与4个C—C键的形成,碳原子数与C—C键个数之比为1∶2,1mol

金刚石含2mol共价键;⑤每个晶胞含8个碳原子。(2)金刚石

结构特点:①每个Si与4个O以共价键结合,形成正四面体结构;②每个正四面体占有1个

Si,4个“

O”,n(Si)∶n(O)=1∶2;③最小环上有12个原子,即6个O、6个Si。(3)二氧化硅

结构特点:①Na+周围最近的Cl-有6个、Cl-周围最近的Na+有6个;②每个Na+(Cl-)周围紧

邻(距离最近且相等)的Cl-(Na+)构成正八面体;③每个Na+(Cl-)周围紧邻的Na+(Cl-)有12

个;④每个晶胞中含4个Na+、4个Cl-。(4)氯化钠型

结构特点:①Cs+周围最近的Cl-有8个、Cl-周围最近的Cs+有8个;②每个晶胞中含1个Cs+、1个Cl-。(5)氯化铯型4.过渡晶体和混合型晶体(1)过渡晶体:四类典型晶体是分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体,大多数晶

体是它们之间的过渡晶体。离子晶体和共价晶体之间的过渡晶体中,化学键中离子键

成分的百分数越大,过渡晶体在性质上与纯粹的离子晶体越接近,通常当作离子晶体处理;离子键成分的百分数越小,过渡晶体在性质上与纯粹的共价晶体越接近,通常当

作共价晶体处理。注意

电负性的差值越大,离子键成分的百分数越大。(2)混合型晶体:像石墨这样,既有共价键又有范德华力,同时还存在类似金属键的作用

力,兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体,称为混合型晶体。5.典型晶体的结构、微粒间作用力及性质比较类型分子晶体共价晶体金属晶体离子晶体实例CO2、H2O金刚石、SiO2Na、CuNaCl、CsCl构成微粒分子原子金属阳离子和自由电子阴、阳离子微粒间作用力分子间作用力(范

德华力或氢键)共价键金属键离子键作用力强弱的影响因素相对分子质量、分

子极性键长(原子半径)离子半径、价电子数离子半径、离子所

带电荷数导电性不导电,溶于水可

能导电一般不导电,个别为半导体导电固体不导电,在水溶液中或熔融状态下导电溶解性相似相溶不溶于水不溶(活泼金属与

水反应)多数易溶于水熔、沸点较低高差别较大较高硬度较小大一般较大(部分较小)较大1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)NaCl的电子式为Na

。

(

)(2)HCl的形成过程:

。

(

)(3)P4中的共价键类型为非极性键。

(

)(4)Na2O2、CaH2中均有非极性共价键。

(

)(5)SiO2中Si—O的键能大于SiF4中Si—F的键能。

(

)(6)OF2是由极性键构成的极性分子。(

)(7)乙炔分子中既有非极性键又有极性键,既有σ键又有π键。

(

)××√××√√(8)S2

和S

的空间结构都是正四面体形。

(

)(9)具有规则几何外形的固体一定是晶体。

(

)(10)通过X射线衍射实验可以区分晶体和非晶体。

(

)(11)FeCl3常温下为固体,熔点282℃,沸点315℃,在300℃以上易升华,易溶于乙醚、丙

酮等有机溶剂,则FeCl3晶体是分子晶体。

(

)(12)金属晶体的熔点一定比分子晶体的熔点高。

(

)(13)

含3个手性碳原子。

(

)××√√×√2.下列物质中属于含有共价键的离子化合物的是(

)A.Na2O2B.H2SO4C.CH2Cl2D.SiC3.下列粒子的VSEPR模型为四面体形且其空间结构为V形的是

(

)A.N

B.PH3C.H3O+D.OF2AD4.下列叙述正确的是

(

)A.HClO的结构式为H—Cl—OB.核内有33个中子的Fe表示为

FeC.NH2OH的电子式为

D.CH3CHO的球棍模型为

C5.下列物质的性质中,可证明某晶体是离子晶体的是

(

)A.易溶于水B.晶体不导电,熔融时能导电C.熔点较高D.晶体不导电,水溶液能导电B化学键C—HSi—HC

OC—OSi—OC—CSi—Si键能/kJ·mol-14113187993584523462226.由键能数据大小,不能解释下列事实的是

(

)A.稳定性:CH4>SiH4B.键长:

<C—OC.熔点:CO2<SiO2D.硬度:金刚石>晶体硅C7.已知CH3COOH+Cl2

ClCH2COOH+HCl,ClCH2COOH的酸性比CH3COOH强。下列有关说法正确的是

(

)A.HCl的电子式为H+[： ：]-B.Cl—Cl键的键长比I—I键短C.CH3COOH分子中只有σ键D.ClCH2COOH的酸性比ICH2COOH弱B8.NaCl广泛应用于食品、氯碱工业等领域,其晶胞如下图所示。下列说法不正确的是

(

)

A.a表示Cl-,b表示Na+B.每个晶胞中含有4个Cl-和4个Na+C.NaCl由固态变成气态,需要吸收能量破坏离子键D.基态Na+与Cl-最外层电子排布符合ns2np6,二者位于周期表的p区D考法1杂化轨道类型及分子极性的判断一、杂化轨道类型判断1.根据中心原子杂化轨道的空间结构判断杂化轨道的空间结构四面体形平面三角形直线形中心原子的杂化轨道类型sp3sp2sp2.根据杂化轨道之间的夹角判断杂化轨道之间的夹角109°28'120°180°中心原子的杂化轨道类型sp3sp2sp3.根据中心原子的价层电子对数判断价层电子对数432中心原子的杂化轨道类型sp3sp2sp二、分子极性判断1.共价键极性与分子极性的关系2.判断ABn型分子极性的经验规律(1)若中心原子A的化合价绝对值等于该元素所在的主族序数,则为非极性分子,否则为

极性分子。(2)若中心原子上无孤电子对,则该分子为非极性分子;有孤电子对,则为极性分子。例(2021山东,9,2分)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2的结构与性质,下列说法错误的是

(

)A.CH3OH为极性分子B.N2H4空间结构为平面形C.N2H4的沸点高于(CH3)2NNH2D.CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N杂化方式均相同

解题导引

题给三种物质由—CH3、—OH、—NH2等组合而成,可迁移运用CH4、H2O、NH3分子的结构和性质,对选项进行逐一分析和判断。

解析

CH3OH可看成甲烷分子中的一个氢原子被羟基取代,正、负电中心不重合,故CH3OH为极性分子,A正确;N2H4中N原子上的价层电子对数为4,杂化方式为sp3,故所有

原子不可能共平面,B错误;N2H4可形成的分子间氢键数目多于(CH3)2NNH2,故沸点更

高,C正确;CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N的杂化方式均为sp3,D正确。

答案

B快解方法“类比法”判断中心原子的杂化轨道类型(1)由H2O中O原子的杂化方式,可推知—OH中O原子的杂化方式也为sp3;(2)由NH3中N原子的杂化方式,可推知—NH2中N原子的杂化方式也为sp3;(3)由CH4中C原子的杂化方式,可推知所有饱和碳原子的杂化方式都为sp3。考法2键参数大小比较大π键分析一、键参数大小比较1.键长长短比较(1)看共价键键能,一般来说,共价键键能越大,键长越短。(2)看原子半径,原子半径越小,键长越短。(3)看成键数量,两原子间成键数量越多,键长越短。(4)看其他原子的诱导效应,引入吸电子的原子或原子团,会使键长变短;引入供电子的

原子或原子团,会使键长变长。2.键角大小比较(1)不同杂化轨道类型的键角大小:sp>sp2>sp3。(2)(3)在同一分子中,多重键电子斥力大,键角大。例如二氯甲醛(COCl2)分子中键角大小:

单键—双键>单键—单键。3.键能大小比较(1)共价键越稳定,键能越大。(2)一般来说,键长越短,键能越大。二、大π键分析方法1.大π键的概念:3个及3个以上原子构成的离子或分子中,原子有彼此平行的未参与杂

化的p轨道,这些p轨道相互重叠形成大π键,又称为离域π键。2.大π键的形成条件:原子在同一平面,中心原子采取sp杂化或sp2杂化。3.大π键的表示:

(m指参与形成大π键的原子数;n指参与形成大π键的电子数,且n<2m,即参与形成大π键的电子数小于p轨道数目的2倍)。4.大π键中电子数的确定方法(1)电子式法:结合原子的电子式,分析原子在形成σ键后剩余的价电子,从而确定参与

形成大π键的电子数。以吡咯(

)为例,分析其中的大π键:第1步,找出吡咯分子中所有的σ键,并明确形成这些σ键时,成键原子双方参与成键的价

电子。第2步,统计形成大π键的电子数。若原子在形成σ键后,只余1个单电子,则该电子参与

形成大π键,如吡咯中的碳原子;若无单电子,则最多有1个孤电子对参与形成大π键,如吡咯中的氮原子,如图

,故吡咯分子中参与形成大π键的电子总数为1×4+2=6,即形成的大π键表示为

。(2)化合价法:结合化学式,明确各原子的化合价,即为参与成键的价电子数,再分析原子

形成的σ键数,大π键电子数=|化合价|-σ键数,各原子求和后就可以确定参与形成大π键

的电子总数。以SO2为例,分析其中的大π键:第1步,判断价态:

。S的σ键数是2,大π键的电子数=4-2=2。O的σ键数是1,大π键的电子数=2-1=1。第2步,统计形成大π键的电子数。SO2分子中参与形成大π键的电子总数为1×2+2=4,即形成的大π键表示为

。注意

对于阴、阳离子,其参与形成大π键的电子数要相应加上或减去其所带电荷数。分子或离子大π键C6H6(苯)

CH2

CH—CH

CH2

SO2

O3

N

SO3

N

C

BF3

(3)常见分子或离子中的大π键例1(2022北京,15节选)(1)②H2O中O和S

中S均为sp3杂化,比较H2O中H—O—H键角和S

中O—S—O键角的大小并解释原因

。

解题导引

中心原子杂化轨道类型相同时,孤电子对数越多,键角越小。

解析

(1)②H2O中O和S

中S均为sp3杂化,但是H2O中O有两个孤电子对,而S

中S无孤电子对,孤电子对与孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成

键电子对与成键电子对之间的斥力,故H2O中

键角<S

中

键角。

答案

(1)②孤电子对有较大斥力,使

键角小于

键角例2(2020山东,7,2分)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,也有大π键。下列关于B3N3H6的

说法错误的是

(

)A.其熔点主要取决于所含化学键的键能B.形成大π键的电子全部由N提供C.分子中B和N的杂化方式相同D.分子中所有原子共平面

解题导引

B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,这是解决本题的关键。

解析

A项,B3N3H6的结构与苯类似,二者都属于分子晶体,熔化过程中化学键不断裂,熔点主要取决于分子间作用力;B项,B有3个价电子,分别与N、H形成3个σ键,因此形成

大π键的电子全部由N提供;C项,B和N周围都形成3个σ键,余下电子形成大π键,因此N

与B都采取sp2杂化;D项,无机苯与苯结构相似,分子中所有原子共平面。

答案

A考法3物质熔、沸点高低的比较1.同类型晶体(1)共价晶体:成键原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的熔、沸点越高。例如熔、

沸点:金刚石>SiC>晶体Si。(2)离子晶体:一般阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,熔、沸点

越高。例如熔、沸点:MgO>NaCl>CsCl。(3)分子晶体①首先看能否形成分子间氢键,能形成分子间氢键,则熔、沸点较高,形成的分子间氢键越多、越强,则熔、沸点越高,例如熔、沸点:H2O>H2S,HOCH2CH2OH>CH3CH2OH;若形成分子内氢键反而会降低其熔、沸点,例如熔、沸点:邻羟基苯甲醛<对羟基苯甲醛。②若不能形成氢键,对于组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越强,熔、沸点越高,例如熔、沸点:HI>HBr>HCl;相对分子质量接近的物质,分子的极性越大,范德华力越强,熔、沸点越高,例如熔、沸点:CO>N2。(4)金属晶体:金属离子半径越小,价电子数越多,金属键越强,熔、沸点越高。2.不同类型晶体熔、沸点高低一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体熔、沸点分布范围

较广。例(2022浙江1月选考,26,4分)(1)两种有机物的相关数据如下表:物质HCON(CH3)2HCONH2相对分子质量7345沸点/℃153220HCON(CH3)2的相对分子质量比HCONH2的大,但其沸点反而比HCONH2的低,主要原

因是

。(2)四种晶体的熔点数据如下表:物质CF4SiF4BF3AlF3熔点/℃-183-90-127>1000CF4和SiF4熔点相差较小,BF3和AlF3熔点相差较大,原因是

。

解题导引

熔、沸点高低的比较方法:分析物质所属晶体类型→分析微粒间作用力→分析作用力的影响因素。

解析

(1)HCON(CH3)2和HCONH2都是分子晶体,相对分子质量大的沸点反而低,考虑氢键的作用,HCONH2分子间存在氢键,所以沸点较高。(2)CF4、SiF4属于分子晶体,

熔点主要取决于分子间作用力,对于结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,分子间

作用力越强,熔点越高,因两者相对分子质量相差不大,故熔点相差较小;BF3属于分子

晶体而AlF3属于离子晶体,后者熔化时破坏的是离子键,故熔点相差较大。

答案

(1)HCON(CH3)2分子间只有一般的分子间作用力,HCONH2分子间存在氢键,破坏一般的分子间作用力更容易,所以沸点低(2)CF4和SiF4都是分子晶体,结构相似,分子间作用力相差较小,所以熔点相差较小;BF3

通过分子间作用力形成分子晶体,AlF3通过离子键形成离子晶体,破坏离子键需要能量

多得多,所以熔点相差较大微专题晶胞结构分析与计算1.均摊法计算晶胞中粒子的数目(1)立方晶胞中某个微粒为n个晶胞所共用,则该微粒有

属于这个晶胞。位置顶点棱上面上内部贡献1/81/41/21(2)非立方体形结构单元若结构单元不是立方体形,则微粒对结构单元的贡献视情况而定,计算顶点及侧棱上的微粒时与立方晶胞有所不同。以如图的正三棱柱形结构单元为例,12个三棱柱才能将一个顶点完全盖住,所以顶点

为12个结构单元共用,侧棱被6个结构单元共用,上下边被4个结构单元共用,有A:4×

=

,B:3×

+6×

=2,C:1×1=1。因此,A、B、C三种微粒的个数比为1∶6∶3。2.立方晶胞中粒子周围的粒子的个数判断

(1)A周围有4个B,B周围有12个A(2)A周围有2个C,C周围有6个A(3)B周围有6个D,D周围有2个B(4)B周围有8个C,C周围有8个B(5)C周围有12个D,D周围有4个C(6)A周围有4个D,D周围有4个A3.截距法判断原子的分数坐标(1)原子的分数坐标:以晶胞参数为单位长度(不论晶胞边长大小,都是1)建立的坐标系。(2)确定某原子坐标的方法:通过该原子可以作出三个平行于坐标轴的平面,三个平面

在三条坐标轴上的截距占晶胞边长的分数,即该原子的分数坐标。如图,设E点原子的

分数坐标为(0,0,0),通过B点原子的三个面分别是BEFC(在x轴上没有截距)、BEGA(在

y轴上没有截距)、BCDA(在z轴上的截距是1),故B点原子的分数坐标是(0,0,1);通过右

面心M点的三个面,在x轴上的截距是

,在y轴上的截距是1,在z轴上的截距是

,故M点原子的分数坐标是(

,1,

)。

4.晶体密度的计算根据晶体晶胞的结构特点和有关数据,求算晶体的密度或晶体晶胞的体积或晶胞参数

a(晶胞边长)。对于立方晶胞,可建立如下求算途径:

得关系式:ρ=

(a表示晶胞边长,ρ表示密度,NA表示阿伏加德罗常数,N表示一个晶胞所含基本粒子或特定组合的数目,M表示摩尔质量)。注意单位换算:1pm=10-10cm=10-12m,1nm=10-7cm=10-9m。5.原子间距的计算已知立方晶胞的边长为a