1-06-专题六　化学键　分子和晶体的结构与性质

专题六化学键分子和晶体的结构与性质高考

化学新高考、新教材适用体系透视考点透析题型透析目录考点1化学键考点2分子结构与性质考点3晶子结构与性质题型1杂化轨道类型及分子极性的判断题型2晶胞结构分析与计算

考点1化学键一、化学键1.化学键的分类

注意①稀有气体中无化学键。②某物质中有阳离子,不一定有阴离子,如金属晶体。③仅由非金属元素形成的化合物可能含有离子键,如NH4Cl、NH4NO3等。金属元素和

非金属元素间也可能形成共价键,如AlCl3为共价化合物。④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.键长、键能的比较方法(1)根据原子半径比较:其他条件相同时,一般来说,成键原子的半径越小,键长越短,键能

越大。例如键长:H—F<H—Cl<H—Br,C—C<Si—C<Si—Si。键能:H—F>H—Cl>H—Br,C—

C>Si—C>Si—Si。注意特例F—F键键长为74pm,Cl—Cl键键长为198pm,但F—F键键能为157kJ·mol-1,

而Cl—Cl键键能为242.7kJ·mol-1,原因是F原子半径小,原子核间距离小,排斥力大。(2)根据共用电子对数比较:对于相同的两原子形成的共价键而言,当两原子间形成双

键或三键时,由于原子轨道的重叠程度增大,原子之间的核间距减小,键长变短,键能变大。例如键长:C—C>C

C>

。键能:C—C<C

C<

。3.配位键与配合物(1)配位键:一方(A)提供孤电子对、另一方(B)提供空轨道接受孤电子对形成的共价键,

表示为A→B。(2)配合物的结构

注意①配位数是指中心原子(或中心离子)周围配位原子的数目。有些配合物中的

配位体不止一种,计算配位数时要将各种配位体都计入(注意外界离子不属于配位体),

如[Co(NH3)4(H2O)2]Cl2、[Cr(H2O)5Cl]Cl2中Co2+与Cr3+的配位数均为6。②配位体中两端均有孤电子对时,一般电负性小的原子为配位原子,如配位体CO中的

C为配位原子。4.电子式书写易错点易错点示例混淆离子化合物与共价化合物NaCl错写成H2O错写成漏写未参与成键的电子对CCl4错写成NH3错写成分子中原子排列顺序错误HClO错写成错误合并同种离子Na2S错写成MgCl2错写成二、大π键分析方法1.大π键的基本概念与表示方法

2.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:

(2)公式法中心原子的杂化方式计算公式sp2大π键电子数=价电子总数-2×σ键总数-4×端位原子总数-2×中心原子未参与成键的杂化轨道数sp大π键电子数=价电子总数-2×σ键总数-2×端位原子总数-2×中心原子未参与成键的杂化轨道数注意①NO2等少数分子不能用该方法计算。②“端位原子总数”仅需计入参与形成大π键的端位原子。如苯中端位原子为H,没

有参与形成大π键,则苯中的端位原子总数按0处理。③若中心原子采取sp杂化,则计算出的大π键电子数为两个互相垂直的大π键的电子总

数,故每个大π键的电子数为总数的一半。示例1:吡啶(

)分子的中心原子C和N均采取sp2杂化,N有1个sp2杂化轨道未参与成键,端位原子H未参与形成大π键,则大π键电子数=30-2×11-0-2×1=6,故吡啶分子中的

大π键为

。示例2:CO2分子的中心原子C采取sp杂化,端位原子O参与形成大π键,则大π键电子数=1

6-2×2-2×2-0=8,故CO2分子中存在两个互相垂直的

。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。3.常见分子或离子中的大π键分子或离子大π键C6H6(苯)

CH2

CH—CH

CH2

SO2、O3、N

SO3、N

、C

、BF3

考点2分子结构与性质1.价层电子对互斥(VSEPR)模型(1)中心原子价层电子对数的计算方法①公式法

注意对于阳离子,a=中心原子价电子数-离子电荷数;对于阴离子,a=中心原子价电子

数+|离子电荷数|。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。中心原子价层电子对数234中心原子的杂化轨道类型spsp2sp3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(2)分子(ABn型)、离子(A

型)的空间结构分析示例注意杂化轨道的数目=中心原子的价层电子对数。2.比较键角大小的三种思维模型(1)不同杂化轨道类型的键角大小:sp>sp2>sp3。(2)杂化轨道类型相同时:

(3)在同一分子中,多重键电子斥力大,键角大。例如乙烯分子中C—H键与C

C键之间的键角>C—H键与C—H键之间的键角。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

注意分子的稳定性与共价键有关,与范德华力或氢键无关。4.分子的性质(1)分子的手性①手性分子:具有手性异构体的分子。②手性碳原子(不对称碳原子):所连接的四个原子或原子团均不相同的碳原子。手性

碳原子一定是饱和碳原子。注意含有手性碳原子的分子不一定是手性分子,手性分子中也不一定含有手性碳原

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。注意键的极性对化学性质的影响酸性强弱理论解释CF3COOH>CCl3COOH电负性F>Cl,键的极性F—C>Cl—C,使得极性F3C—>Cl3C—,CF3COOH的羧基中的羟基的极性更大,更易电离出H+CCl3COOH>CHCl2COOH>CH2ClCOOH极性Cl3C—>Cl2HC—>ClH2C—,极性越强,羧基中的羟基的极性越大,越易电离出H+HCOOH>CH3COOH>CH3CH2COOH烷基是推电子基团,烷基越长推电子效应越大,使羧基中的羟基的极性越小,越难电离出H+(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。“相似相溶”也适用于分子结

构的相似性。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)超分子的重要特征:分子识别、自组装。(2)超分子的应用①“杯酚”可用于分离C60和C70。②冠醚识别碱金属离子:冠醚能随环的大小不同而与不同的碱金属阳离子作用,将阳

离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂中,因而成为有机反应中很好的催化剂。考点3晶体结构与性质1.典型晶体模型晶体晶体结构晶体详解共价晶体

(1)每个C与相邻4个C以共价键结合,形成正四面体结构(sp3杂化)(2)最小碳环由6个C组成且不在同一平面内(3)每个C参与4个C—C键的形成,C原子数与C—C键数之比为1∶2SiO2

(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分子晶体干冰

(1)8个CO2分子构成立方

体且在6个面心又各有1

个CO2分子(2)每个CO2分子周围等

距且紧邻的CO2分子有1

2个离子晶体NaCl型

(1)每个Na+(Cl-)周围等距且紧邻的Cl-(Na+)有6个(构成正八面体),每个Na+(Cl-)周围等距且紧邻的Na+(Cl-)有12个(2)每个晶胞中含4个Na+和4个Cl-CsCl型

(1)每个Cs+(Cl-)周围等距且紧邻的Cl-(Cs+)有8个,每个Cs+(Cl-)周围等距且紧邻的Cs+(Cl-)有6个(2)每个晶胞中含1个Cs+、1个Cl-2.过渡晶体和混合型晶体(1)过渡晶体:大多数晶体是四类晶体的过渡态,常依据离子键成分百分数进行适当区

分,看偏向于哪种晶体。注意一般电负性的差值越大,离子键成分的百分数越大。例如,离子键成分的百分

数:Na2O>MgO>Al2O3。(2)混合型晶体:石墨是一种混合型晶体,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、金属晶体的特征[要熟记]。3.四种晶体的比较类别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、氢键)共价键金属键离子键影响作用力强弱的因素相对分子质量、分

子极性键长(原子半径)离子半径、离子所

带电荷数离子半径、离子所

带电荷数导电性不导电,酸溶于水

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4.晶体熔、沸点高低的比较方法(1)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。不同金属晶体熔、沸点差别

较大。

(2)同类型晶体题型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sp3sp2sp4.遇到有d轨道参与杂化的情况需根据价层电子对数判断如2021年山东卷16题(3)问Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层

电子对数为

,下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是

(填标号)。A.spB.sp2C.sp3D.sp3d【解题方法】价层电子对数=σ键数+孤电子对数=杂化轨道数。Xe原子的价层电子对

数为2+3=5,则形成5个杂化轨道,看各选项把轨道数相加,等于5的一般正确;又因为杂

化轨道是由能量相近的原子轨道杂化得到的,则轨道的排列顺序为s、p、d。再如2021年全国甲卷35题中,SiCl4可发生水解反应,机理如下:

含s、p、d轨道的杂化类型有:①dsp2、②sp3d、③sp3d2,中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂

化类型为

(填标号)。【解题方法】根据题给结构可知Si原子形成了5个共价键,则杂化轨道数为5,因为杂化

轨道是能量相近的原子轨道进行杂化,轨道的排列顺序为s、p、d,则选择②。二、分子极性判断1.共价键极性与分子极性的关系

注意O3是由极性键构成的极性分子。2.判断ABn型分子极性的经验规律①若中心原子无孤电子对,则该分子为非极性分子;有孤电子对,则为极性分子。如CH4

为非极性分子,NH3为极性分子②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,如SO2、PCl3为极性分子,SO3、PCl5为非极性分子。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B

解题思路①观察CH3OH,其可视为CH4中的—H被—OH取代,则其正负电中心不重合,为极性分子;②N2H4中N采取sp3杂化,与其连接的原子不能全部共面;③分子晶体的

沸点高低比较先看是否有氢键及氢键数量,再看相对分子质量大小,最后看极性,N2H4

中氢键数量大于(CH3)2NNH2中的,N2H4沸点更高。④CH3OH可以看成是CH4中—H被

—OH取代,也可看作H2O中—H被—CH3取代,CH4与H2O中中心原子均采取sp3杂化,同

理可知(CH3)2NNH2中C、N的杂化方式均为sp3。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—O—H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。题型2晶胞结构分析与计算1.均摊法计算晶胞中粒子数目

注意三棱柱中粒子数目的计算2.立方晶胞中粒子周围其他粒子的个数判断(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)A周围有4个D,D周围有4个A。(4)B周围有8个C,C周围有8个B。(5)B周围有6个D,D周围有2个B。(6)C周围有12个D,D周围有4个C。注意周围指距离最近。3.晶体密度的计算根据晶胞的结构特点和有关数据,求算晶体的密度、晶胞的体积、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,x表示一个晶胞含“几个化学式”,M表示该化学式的摩尔质量),同时注意单位换算。4.截距法判断原子分数坐标①依据已知原子的坐标确定坐标系取向。②一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位。③从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线,所得坐标轴上的截距即该原子的分数坐

标。如M点的原子分数坐标是(

,1,

)。

5.原子间距的计算方法已知立方晶胞的边长为a,原子半径为r,根据原子所在的位置关系计算原子间的距离。(1)四种常见类型晶胞种类晶胞示意图原子间最短距离(d)简单立方

d=2r=a,即晶胞边长体心立方

d=2r=

a,即体对角线长度的一半晶胞种类晶胞示意图原子间最短距离(d)面心立方

d=2r=

a,即面对角线长度的一半金刚石型

d=2r=

a,即体对角线长度的

(2)在晶胞结构图中作出适当的辅助线,构建直角三角形,运用勾股定理进行计算。6.晶胞投影图分析(1)体心立方晶胞俯视图:8个顶点投影在正方形4个顶点上,体心投影在正方形中心。体对角线方向投影图:6个顶点投影在正六边形顶点上,另外2个顶点和体心重叠在正

六边形中心。(2)面心立方晶胞

俯视图:8个顶点投影在正方形4个顶点上,前后左右4个面心投影在正方形4条边的中

点,上下2个面心投影在正方形中心。体对角线方向投影图:6个顶点投影在大正六边形顶点上,6个面心投影在小正六边形

顶点上,另外2个顶点重叠在正六边形中心。(3)金刚石晶胞俯视图:8个顶点投影在正方形4个顶点上,前后左右4个面心投影在正方形4条边的中

点,上下2个面心投影在正方形中心,体内的4个点投影在4个小正方形中心。体对角线方向投影图:6个顶点投影在大正六边形顶点上,6个面心投影在小正六边形顶点上,3个小体心投影在小正六边形互不相邻的3个顶点上,另外2个顶点和1个小体

心重叠在正六边形中心。例1

(2023湖南,11,3分)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立

方晶胞参数为apm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是

(

)A.晶体最简化学式为KCaB6C6B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面D.晶体的密度为

g·cm-3

C

解题思路A项,求算晶体的最简式,需要根据均摊法求得各原子的数目再化简,图中K位于顶点,个数