高二化学（人教版）教案 选择性必修二 第二章 分子结构与性质

108/108第二章分子结构与性质第一节共价键学习目标重点难点1.从原子轨道重叠的视角认识共价键的本质,知道共价键具有饱和性和方向性,能用模型、图像和符号等正确表征H2、Cl2、HCl等简单分子中原子轨道的重叠方式。2.知道σ键和π键的区别和特征,能说明C2H6、C2H4和C2H2等分子的成键类型。3.理解键能、键长和键角等键参数的含义,能利用键参数解释物质的某些性质。4.通过共价键理论模型的发展过程,初步体会不同理论模型的价值和局限。重点从原子轨道重叠的视角认识共价键的本质;用键能、键长和键角等键参数解释物质的某些性质。难点从原子轨道重叠方式的不同理解σ键和π键的区别和特征。第1课时共价键新知探究(一)——共价键的形成与特征导学设计1.分子由原子构成,在通常的温度和压强等条件下,只有极少数物质的分子是由单个原子构成的。你知道哪些单原子分子吗?提示:稀有气体和汞蒸气等属于单原子分子。2.绝大多数物质的分子是由多个原子相互结合构成的,有的物质的分子是由许许多多组成较简单的单体聚合而成的高分子(又称聚合物),而许多固体,即使取很小一粒,仍包含成万上亿个原子或离子构成一个整体,属于“巨分子”。你知道这些“分子”中原子之间的作用是什么吗?提示:分子中原子之间的相互作用称作化学键。3.请用电子式表示H2、HCl、Cl2的形成过程。H2:;HCl:;Cl2:。提示:H·+·HH︰HH·+·Cl‥‥︰H︰Cl‥‥︰︰Cl‥‥·+·Cl‥‥︰4.H2、HCl、Cl2均通过共用电子对相结合,为什么难以形成H3、H2Cl、Cl3等分子?提示:原子间通过共用电子对所形成的相互作用为共价键,共价键具有饱和性(一个原子有几个未成对电子,便可和几个自旋方向相反的电子配对成键)。[系统融通知能]1.共价键的定义及性质定义原子间通过共用电子对所形成的相互作用本质电子云(或原子轨道)的重叠性质①饱和性→决定分子的组成;②方向性→决定分子的空间结构[微点拨]在形成共价键时,原子轨道重叠的越多,电子在核间出现的概率越大,所形成的共价键就越牢固,因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成,所以共价键具有方向性,如图所示。2.共价键的形成及特征(原子轨道视角)(1)σ键形成成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成类型s⁃s型s⁃p型p⁃p型特征①以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作,共价键的电子云的图形不变,这种特征称为轴对称;②σ键的强度较大(2)π键形成由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成p⁃p型特征①π键的电子云具有镜面对称,即每个π键的电子云由两块组成,分别位于由原子核构成平面的两侧,如果以它们之间包含原子核的平面为镜面,它们互为镜像;②π键不能旋转;不如σ键牢固,较易断裂3.σ键、π键的判断共价单键是σ键;而共价双键中有一个σ键,另一个是π键;共价三键由一个σ键和两个π键构成。乙烷()分子中含有7个σ键和0个π键;乙烯()分子中含有5个σ键和1个π键;乙炔()分子中含有3个σ键和2个π键。[题点多维训练]1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)在气体单质分子中一定含有σ键(×)(2)所有σ键都具有方向性(×)(3)原子轨道重叠成键后电子云形状发生了改变(√)(4)两原子的原子轨道重叠成键后,共用电子对只在两原子核间运动(×)(5)σ键为轴对称,π键为镜面对称,形成π键时电子云重叠程度大(×)(6)两个原子间可以只形成σ键,但不能只形成π键(√)2.下列物质的分子中,既有s⁃pσ键,又有p⁃pσ键的是()A.H2OB.OF2 C.HClO D.N2解析:选CH2O中只有s⁃pσ键,故A不选;OF2中只有p⁃pσ键,故B不选;次氯酸分子中既有氢氧s⁃pσ键,又有氧氯p⁃pσ键,故C选;氮气中只有p⁃pσ键,故D不选。3.下列分子中存在的共价键类型完全相同(从σ键、π键的形成方式角度分析)的是()A.CH4与CH≡CH B.H2O与HClC.H2与Cl2 D.Cl2与N2解析:选BCH4分子中存在s⁃pσ键,CH≡CH分子中存在σ键和π键,所以共价键类型不完全相同,故A错误;H2O与HCl都含有H,分子中的共价键均是s电子云与p电子云形成的s⁃pσ键,故B正确;H2分子中存在s⁃sσ键,Cl2分子中存在p⁃pσ键,所以共价键类型不完全相同,故C错误;Cl2分子中只有单键,全部为σ键,N2分子中有三键,既有σ键又有π键,所以共价键类型不完全相同,故D错误。4.(1)乙烯、乙炔的化学性质比乙烷活泼的原因是。

(2)钠和氯通过得失电子形成的电子对不被共用,填写下表,从元素电负性差别来理解化学键的形成。原子NaClHClCO电负性0.93.02.13.02.53.5电负性之差(绝对值)结论:当元素的电负性相差很大,化学反应形成的电子对不会被共用,形成的将是键;而键是元素的电负性相差不大的原子之间形成的化学键。

答案:(1)乙烯和乙炔中都含有π键,π键原子轨道重叠程度小,不牢固,容易断裂;而乙烷中没有π键,σ键牢固,不易断裂(2)2.10.91.0离子共价5.(1)1mol丙酮()分子中含有σ键的数目为。

(2)1个N2分子中含有个σ键和个π键。

(3)1个丁烯二酸(HOOCCHCHCOOH)分子结构中含有个σ键和个π键。

(4)在N2F2分子中,所有原子均满足8电子稳定结构,则该分子中两个N原子间的共价键组成为个σ键和个π键。

答案:(1)9×6.02×1023或9NA(2)12(3)113(4)11新知探究(二)——共价键的类型及数目的判断典例导学[典例]下列关于σ键和π键的理解不正确的是()A.σ键可以绕键轴旋转,π键不能绕键轴旋转B.H2分子中的σ键是s⁃sσ键,HClO分子中的σ键都是p⁃pσ键C.C2H4分子和N2H4分子中都含有5个σ键D.σ键以“头碰头”方式重叠,π键以“肩并肩”方式重叠[解析]σ键为轴对称,π键为镜面对称,则σ键可以绕键轴旋转,π键不能绕键轴旋转,故A正确;H只有1s轨道上的电子,O的2p轨道上的电子与H的1s轨道上的电子以“头碰头”方式重叠形成s⁃pσ键,故B错误;乙烯分子中氢原子和碳原子之间存在共价单键,为σ键,碳原子与碳原子之间存在共价双键,有1个σ键和1个π键,则C2H4分子中有5个σ键和1个π键,N2H4分子中只有5个共价单键,即含有5个σ键,故C正确。[答案]B[系统融通知能]1.从不同视角对共价键分类分类依据共价键类型①从原子轨道的重叠方式分类“头碰头”形成σ键,“肩并肩”形成π键②从形成共价键时重叠的原子轨道分类有s⁃sσ键、s⁃pσ键、p⁃pσ键③从共价键中共用电子对的数目分类有单键、双键和三键④从两个成键原子对共用电子对的吸引能力分类吸引能力不同——极性共价键;吸引能力相同——非极性共价键2.ABx型分子或原子团中σ键数目的判断确定共价键中σ键和π键的数量,通常方法是先确定该物质的结构式,然后根据结构式确定σ键和π键的数量。其实对于ABx型的物质来说,还有比较简单的方法。即,对于大多数ABx型的物质,可以直接根据x的数目确定σ键的数目。即x的数值就是σ键的数量。如H2O中有2个σ键;CO2中有2个σ键;SO32-中有3个σ键;SO42-中有[题点多维训练]1.下列物质中σ键和π键数目比为1∶2的是()A.O2 B.HCN C.CO2 D.N2解析:选DO2的结构式是OO,分子中σ键和π键数目比为1∶1,A项错误;HCN的结构式是H—C≡N,分子中σ键和π键数目比为1∶1,B项错误;CO2的结构式是OCO,分子中σ键和π键数目比为1∶1,C项错误;N2的结构式是N≡N,分子中σ键和π键数目比为1∶2,D项正确。2.(2024·陕西渭南检测)硝基胍的结构简式如图所示(“→”是一种特殊的共价单键,属于σ键)。下列说法正确的是()A.硝基胍分子中只含极性键,不含非极性键B.N原子间只能形成σ键C.硝基胍分子中σ键与π键的个数比是9∶2D.10.4g硝基胍中含有1.1×6.02×1023个原子解析:选D由题干物质的结构简式可知,硝基胍分子中N—N为非极性键,A错误;N原子间能够形成双键,其既能形成σ键又能形成π键,B错误;1个硝基胍分子中含有4个N—H,1个CN,1个NO,2个C—N,1个N—N和1个NO键,σ键与π键的个数比是5∶1,C错误;硝基胍的分子式为CH4N4O2,相对分子质量为104,10.4g该物质的物质的量为10.4g104g·mol-1=0.1mol,含有1.1×6.02×1023个原子3.有以下物质:①HF②Cl2③H2O④N2⑤C2H4⑥C2H6⑦H2⑧H2O2⑨H—C≡N。只含有σ键的是(填序号,下同);既含有σ键又含有π键的是;其中只含有σ键且含有σ键数量相等的是;含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是。

解析:只存在单键的分子中只含有σ键;存在双键或三键的分子中既含有σ键又含有π键;①②⑦三种物质中都只含有一个σ键;只有H2中含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键。答案:①②③⑥⑦⑧④⑤⑨①②⑦⑦4.如图表示不同类型共价键形成时电子云重叠情况:(1)其中形成的化学键属于轴对称的有。

(2)下列物质中,通过方式①形成化学键的是;通过方式②形成化学键的是;只通过方式③形成化学键的是;同时含有③、④、⑤三种方式化学键的是。

A.Cl2 B.HClC.N2 D.H2(3)某有机物分子的结构简式为,该分子中有个σ键,有个π键,有种极性键,(填“有”或“没有”)非极性键。

解析:(1)形成的化学键属于轴对称的有:两个s轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键,s轨道与p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键,两个p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键。(2)方式①两个s轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键,故为氢气;方式②s轨道与p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键,故为氯化氢;方式③两个p轨道以头碰头方式发生重叠形成稳定的σ键,故为氯气;同时含有③、④、⑤三种方式化学键的物质是氮气,两个氮原子通过2p轨道形成σ键,同时两个p轨道以肩并肩的方式形成2个π键。(3)该有机物中存在碳氢键、碳碳双键、碳碳单键、碳氧双键、碳氧单键、氢氧键,则该分子中有8个σ键,碳碳双键、碳氧双键中有2个π键,碳氢键、碳氧双键、碳氧键、氢氧键为4种极性键,碳碳单键和碳碳双键为非极性键。答案:(1)①②③(2)DBAC(3)824有[课时跟踪检测]1.下列说法对σ键和π键的认识不正确的是()A.分子中只要含有共价键,则至少含有一个σ键B.s⁃sσ键、p⁃pσ键与s⁃pσ键都是轴对称的C.p⁃pσ键和p⁃pπ键的重叠方式是相同的D.含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者解析:选C单键为σ键,双键和三键中均含一个σ键,所以分子中只要含有共价键,则至少含有一个σ键,故A正确;因s⁃sσ键、p⁃pσ键与s⁃pσ键均为“头碰头”重叠,则均为轴对称,故B正确;p⁃pσ键和p⁃pπ键的重叠方式是不相同的,p⁃pσ键是“头碰头”重叠而p⁃pπ键是“肩并肩”重叠,故C错误;π键不稳定,易断裂,则含有π键的分子在反应时,π键是化学反应的积极参与者,故D正确。2.从电负性的角度来判断下列元素的原子之间易形成共价键的是()A.K和Cl B.H和FC.K和F D.Ca和O解析:选B一般电负性相差不大的非金属元素原子之间易形成共价键。3.(2024·武汉高二质检)下列含有共价键的盐是()A.CaCl2 B.H2SO4C.Ba(OH)2 D.Na2SO3解析:选DCaCl2由Ca2+和Cl-构成,只含有离子键不含有共价键,A不符合题意;H2SO4属于酸不是盐,B不符合题意;Ba(OH)2由Ba2+和OH-构成,属于碱,不属于盐,C不符合题意;Na2SO3有Na+和SO32-构成,含有离子键,SO32-内部S与4.下列分子的结构式与共价键的饱和性不相符的是()A.H2O2(过氧化氢):H—OO—HB.N2H4(肼):C.C2H5SH(乙硫醇):D.SiHCl3(三氯氢硅):解析:选A由共价键的饱和性可知:C、Si均形成4个共价键,H形成1个共价键,N形成3个共价键,O、S均形成2个共价键。A项中O原子间是双键,且每个氧原子与1个氢原子再形成1个单键,即每个氧原子形成3个共价键,与其饱和性不相符。5.下列有机化合物中σ键与π键个数比为3∶2的是()A.CH3CH3 B.CH2CH2C.CH≡CH D.CH4解析:选CCH3CH3中有7个σ键,没有π键,故A不符合题意;CH2CH2中有5个σ键,1个π键,故B不符合题意;CH≡CH中有3个σ键,2个π键,故C符合题意;CH4中有4个σ键,没有π键,故D不符合题意。6.下列说法不正确的是()A.任何物质都含有化学键B.MgCl2晶体中只含有离子键C.氯化钠熔化和氯化氢溶于水的过程中,均发生化学键的断裂D.NaF是离子化合物,CH4是共价化合物解析:选A稀有气体为单原子分子,稀有气体分子中没有化学键,A错误;MgCl2晶体中只存在离子键,B正确;氯化钠熔化和氯化氢溶于水,前者离子键断裂,后者共价键断裂,均发生化学键的断裂,C正确;NaF为离子化合物,CH4为共价化合物,D正确。7.下列反应中,有机物分子中化学键的断裂涉及π键断裂的是()A.CH4的燃烧B.C2H6与Cl2的取代反应C.CH4与Cl2的取代反应D.CH2CH2被酸性KMnO4溶液氧化解析:选DCH4的燃烧和乙烯被酸性KMnO4溶液氧化,前者断裂了单键而后者断裂了双键,CH4、C2H6与Cl2的取代反应只有单键断裂。8.下列叙述正确的是()A.CN-与N2的结构相似,CH2CHCN分子中σ键与π键的数目之比为1∶1B.CO与N2的结构相似,CO分子中σ键与π键的数目之比为2∶1C.共价化合物H2O2中含有σ键,离子化合物Na2O2中也含有σ键D.已知反应N2O4(l)+2N2H4(l)3N2(g)+4H2O(g),若该反应中有4molN—H断裂,则形成的π键的数目为6NA解析:选C由CN-与N2的结构相似,可推断出CH2CHCN的结构简式为CH2CHC≡N,其分子中含有6个σ键和3个π键,所以σ键与π键的数目之比为2∶1,A项错误;CO与N2的结构相似,则CO的结构式为C≡O,σ键与π键的数目之比为1∶2,B项错误;H2O2中的O—H和O—O都是共价单键,属于σ键,Na2O2中存在O—O共价单键,是σ键,C项正确;N2H4分子中含有4个N—H,若该反应中有4molN—H断裂,则生成1.5molN2,形成π键的数目是3NA,D项错误。9.最新研究表明生命起源于火山爆发,是因为火山爆发产生的气体中含有1%的羰基硫(COS)。已知羰基硫分子中所有原子的最外层都满足8电子结构,下列有关羰基硫的说法不正确的是()A.电子式为︰S‥︰︰C︰︰OB.分子中三个原子不在同一直线上C.分子中存在2个σ键和2个π键D.中心原子的价层电子全都参与成键解析:选B羰基硫分子中所有原子均满足8电子结构,可以看作是二氧化碳分子中的一个氧原子被硫原子代替,羰基硫分子的电子式为︰S‥︰︰C︰︰O‥︰,与CO2一样,属于直线形结构,故A正确,B错误;根据分析,羰基硫(COS)的结构式为SCO,分子中存在2个σ键和2个π键,故C正确;中心原子的价层电子全都参与成键,故D正确。10.回答下列问题。(1)1molCO2中含有的σ键数目为。

(2)C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子,该分子中σ键与π键的个数比为。

(3)1mol乙醛分子中含σ键的数目为,1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为。

解析:(1)CO2的结构式为OCO,则1molCO2中含有的σ键数目为2NA。(2)1个H原子含有1个电子,1个C原子含有6个电子,若C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子,则该分子为C2H4,其结构简式为CH2CH2,故该分子中σ键与π键的个数比为5∶1。(3)乙醛的结构简式为CH3CHO,则1mol乙醛分子中含6molσ键,即6NA个;CO(NH2)2的结构简式为,故1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。答案:(1)2NA(或1.204×1024)(2)5∶1(3)6NA(或3.612×1024)711.有三种物质AC2、B2C2、AD4,在常温下分别为气体、固体和液体。元素A的最高正价和最低负价的绝对值相等;元素B的单质能在C的气态单质中剧烈燃烧,火焰呈黄色,并生成淡黄色固体B2C2;元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同。则:(1)A、B、C、D的元素名称分别为、、、。

(2)AD4分子中含有(填“s⁃s”“s⁃p”或“p⁃p”)σ键。

(3)D的负一价阴离子的电子排布式为,B2C2属(填“离子”或“共价”)化合物。

解析:(1)焰色呈黄色,说明有钠元素,则淡黄色固体为Na2O2,所以元素B为Na元素,元素C为O元素。“元素D的负一价阴离子电子层结构与氩原子相同”,知D为Cl元素。“元素A的最高正价和最低负价的绝对值相等”,可知A为ⅣA族元素,又由于AC2是气体,所以AC2是二氧化碳(ⅣA族Si及其以下元素形成的AC2常温下均为固体),即A是C元素。(2)CCl4中只有σ键,且其类型为p⁃pσ键。答案:(1)碳钠氧氯(2)p⁃p(3)1s22s22p63s23p6离子12.(1)如图所示的分子中,有个σ键,个π键。

(2)X、Y、Z是元素周期表中的短周期元素,其中X、Y同周期,Y、Z同主族,Y原子最外层p轨道上的电子数等于前一电子层电子总数,X原子最外层的p能级中只有一个轨道填充了2个电子,而且这三种元素可以形成化合物YX2、ZX2。根据上述信息回答下列问题:①写出下列元素符号:X,Y,Z。

②1个YX2分子中含个σ键,含个π键。

解析:(1)该分子中有6个C—H、2个C—C、1个CC、1个C≡C,单键全是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,三键中有1个σ键和2个π键,故该分子中共有10个σ键和3个π键。(2)①X、Y、Z元素的符号分别是O、C、Si。②CO2分子的结构式为OCO,故其中含2个σ键,含2个π键。答案:(1)103(2)①OCSi②22高阶思维训练13.(2024·陕西渭南开学考)短周期主族元素X、Y、Z、R的原子序数依次增大,由这四种元素组成一种光学晶体,结构如图。下列叙述错误的是()A.简单氢化物的稳定性:R<ZB.由X、Z组成的化合物中一定含非极性共价键C.离子半径:R>Y>ZD.X、Y、Z、R四种元素可形成离子化合物解析:选B短周期主族元素X、Y、Z、R的原子序数依次增大,根据结构中原子的化学键数目可以推断X为H,Y为N,Z为O,R为S。由分析可知,O的非金属性大于S,所以简单氢化物的稳定性硫化氢小于水,A正确。X、Z组成的化合物H2O中不含有非极性共价键,B错误。离子半径:S2->N3->O2-,C正确。H、N、O、S四种元素可形成离子化合物,如:硫酸铵,D正确。14.X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素,其原子序数依次增大。X元素的一种核素的质量数为12,中子数为6;Y元素是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素;Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子,与X不同族;W是一种常见元素,可以形成3种氧化物,其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。(1)Y2分子中存在的σ键和π键个数之比为。(2)元素X的一种氧化物XO和XY-与Y2结构相似,XO分子内σ键与π键个数之比为。X、Y与氢元素形成的一种化合物HXY分子中σ键与π键数目之比为。

(3)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应水化物的浓溶液反应的化学方程式:。

(4)W基态原子的价层电子排布为。

(5)元素X的一种单质是一种由单层X原子构成的平面结构新型材料如图,1号X与相邻X形成σ键的个数为。

解析:由题给信息分析可知,X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。(1)N2中有N≡N,其中有1个σ键、2个π键。(2)元素X的氧化物CO和CN-与N2结构相似,推知CO的结构式为C≡O,含有1个σ键和2个π键;CN-的结构式为[C≡N]-,HCN的结构式为H—C≡N,HCN中σ键与π键均为2个。(3)C与浓硫酸在加热时反应生成CO2、SO2和H2O。(4)铁的原子序数为26,其基态原子的价层电子排布为3d64s2。(5)由图可看出每个碳原子能与三个碳原子形成单键,故能形成3个σ键。答案:(1)1∶2(2)1∶21∶1(3)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O(4)3d64s2(5)3第2课时键参数——键能、键长与键角新知探究(一)——键能1.概念气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量,单位是kJ·mol-1。2.数据特点通常是298.15K(25℃)、101kPa条件下的标准值,可通过实验测定,更多的却是推算获得的,键能数据是平均值。3.应用应用解释衡量共价键的强弱键能越大,断开化学键时需要的能量越多,化学键越稳定判断分子的稳定性结构相似的分子中,共价键的键能越大,分子越稳定利用键能估算化学反应的热效应ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能应用化学1.已知,波长为300nm的紫外光的光子所具有的能量约为399kJ·mol-1,C—C、C—N、C—S的键能分别是347.9kJ·mol-1、305kJ·mol-1、272kJ·mol-1,从键能角度解释紫外光对人体有害的原因。提示:波长为300nm的紫外光的光子所具有的能量比蛋白质分子中重要的化学键C—C、C—N、C—S的键能都大,紫外光的能量足以使这些化学键断裂,从而破坏蛋白质分子。2.防晒霜之所以能有效地减轻紫外光对人体的伤害,其原因之一是它的有效成分的分子中有π键。这些分子中的π键的电子在吸收紫外光后被激发,从而能阻挡部分紫外光。由此说明其中键能:π键σ键。

提示:<[题点多维训练]1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)共价键的键能越大,共价键越牢固,由该键形成的分子越稳定(√)(2)CC的键能等于C—C的键能的2倍(×)(3)σ键一定比π键牢固(×)2.下列事实不能用键能的大小来解释的是()A.N元素的电负性较大,但N2的化学性质很稳定B.稀有气体一般难发生反应C.HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱D.O2比N2更容易与H2反应解析:选B由于N2分子中存在N≡N,键能很大,破坏共价键需要较多的能量,N2的化学性质很稳定,A正确;稀有气体都为单原子分子,分子内部没有化学键,B错误;卤族元素从F到I原子半径逐渐增大,其氢化物中的键长逐渐变长,键能逐渐变小,所以稳定性逐渐减弱,C正确;由于N≡N的键能大于OO的键能,D正确。3.已知各共价键的键能如表所示,下列说法不正确的是()共价键H—HF—FH—FH—ClH—I键能/(kJ·mol-1)436.0157568431.8298.7A.键的极性大小顺序:H—I>H—Cl>H—FB.表中最稳定的共价键是H—FC.431.8kJ·mol-1>E(H—Br)>298.7kJ·mol-1D.上述键能可以说明稳定性的顺序是HF>HCl>HI解析:选A电负性的差值越大,键的极性越强,F、Cl、I与H的电负性差值逐渐减小,因此键的极性大小顺序:H—I<H—Cl<H—F,故A错误;键能越大,共价键越稳定,因此表中最稳定的共价键是H—F,故B正确;根据表格中数据得到E(H—Br)介于H—I和H—Cl之间,即431.8kJ·mol-1>E(H—Br)>298.7kJ·mol-1,故C正确;键能越大,分子越稳定,因此键能可以说明稳定性的顺序是HF>HCl>HI,故D正确。4.某些化学键的键能(kJ·mol-1)如表所示:化学键H—HCl—ClBr—BrI—IH—ClH—BrH—I键能436.0242.7193.7152.7431.8366298.7(1)1molH2在2molCl2中燃烧,放出热量kJ。

(2)在一定条件下,1molH2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应,放出热量由多到少的顺序是(填字母)。

a.Cl2>Br2>I2b.I2>Br2>Cl2c.Br2>I2>Cl2预测1molH2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热(填“多”或“少”)。

解析:(1)根据键能数据可得,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)ΔH=436.0kJ·mol-1+242.7kJ·mol-1-431.8kJ·mol-1×2=-184.9kJ·mol-1,1molH2在2molCl2中燃烧,参加反应的H2和Cl2都是1mol,生成2molHCl,故放出的热量为184.9kJ。(2)由表中数据计算知1molH2在Cl2中燃烧放热最多,在I2中燃烧放热最少,由以上结果分析,生成物越稳定,放出热量越多。因稳定性:HF>HCl,故1molH2在F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热多。答案:(1)184.9(2)a多5.碳和硅的有关化学键键能见下表。化学键C—CC—HC—OSi—SiSi—HSi—O键能/(kJ·mol-1)347.7413.4351226323368(1)硅与碳同族,也有一系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,从键能角度分析其原因。

(2)SiH4的稳定性小于CH4的稳定性,更易生成氧化物,其原因为。

答案:(1)C—C和C—H的键能较大,所形成的烷烃稳定。而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较小,易断裂,导致长链硅烷难以生成(2)C—H的键能大于C—O,C—H比C—O稳定。而Si—H的键能却小于Si—O,所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O新知探究(二)——键长1.概念构成化学键的两个原子的核间距。[微点拨]分子中的原子始终处于不断振动之中,键长只是振动着的原子处于平衡位置时的核间距。2.数据获得键长的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。3.键长影响因素(1)同种类型的共价键,成键原子的半径越小,键长越短。(2)成键原子相同的共价键的键长与共价键数目有关系,当两个原子形成双键或者三键时,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,即单键键长>双键键长>三键键长。4.应用定量衡量共价键的强弱或分子的稳定性。共价键的键长越小,往往键能越大,相应分子越稳定。[微点拨]一般来说,键长越短,键能越大。但F—F键长短,键能小,是因为两个氟原子形成共价键时,原子核之间的距离很近,电子间排斥力很大,因此键能不大。[题点多维训练]1.下列说法正确的是()A.在分子中,两个成键的原子间的距离叫键长B.键长:N—H>P—HC.H—Cl键的键能为431.8kJ·mol-1,H—Br键的键能为366kJ·mol-1,这可以说明HCl比HBr分子稳定D.键能越大,表示该分子越容易受热分解解析:选C形成共价键的两个原子之间的核间距叫做键长,A错误;成键原子的半径越大,键长越长,原子半径:P>N,键长:P—H>N—H,B错误;键能越大,含有该键的物质越稳定,越不易分解,C正确,D错误。2.参考下表中化学键的键能与键长数据,判断下列分子最稳定的是()化学键C—HN—HO—HH—F键能/(kJ·mol-1)413.4390.8462.8568键长/pm1091019692A.CH4 B.NH3 C.H2O D.HF解析:选D物质中的化学键键能越大,断裂时吸收的能量越多,则化学键越稳定,分子也越稳定,从题表中可知,H—F的键能最大,最难断裂,因此最稳定的分子为HF。3.氢分子形成过程中,体系能量变化如图,下列说法中,不正确的是()A.由①到④,电子在核间区域出现的概率增大B.由④到⑤,需要由外界提供能量C.有催化剂存在时,若键的键长增大,则键能也增大D.两个氢原子的核间距从无穷远到0.074nm的过程是成键过程,对外释放能量解析:选C共价键的本质就是高概率地出现在原子核间的电子与原子核间的电性作用,所以由①到④,电子在核间出现的概率增加,故A正确;由④稳定状态,通过吸收能量变为⑤,因此需要由外界提供能量,故B正确;催化剂不能改变键长和键能,故C错误;根据能量越低越稳定,氢气是稳定的状态,因此H—H的键长为0.074nm,则两个氢原子的核间距从无穷远到0.074nm的过程是成键过程,形成新键释放能量,故D正确。4.已知某些共价键的键能、键长数据如表所示:共价键Cl—ClBr—BrI—IH—FH—ClH—BrH—IO—H键能/(kJ·mol-1)242.7193.7152.7568431.8366298.7462.8键长/pm19822826796共价键C—CCCC≡CC—HN—HNOO—OOO键能/(kJ·mol-1)347.7615812413.4390.8607142497.3键长/pm154133120109101(1)下列推断正确的是(填字母)。

A.热稳定性:HF>HCl>HBr>HIB.氧化性:I2>Br2>Cl2C.沸点:H2O>NH3D.还原性:HI>HBr>HCl>HF(2)在HX(X=F、Cl、Br、I)分子中,键长最短的是,最长的是;O—O的键长(填“大于”“小于”或“等于”)OO的键长。

解析:(1)根据表中数据知,同主族元素从上至下气态氢化物的键能逐渐减小,热稳定性逐渐减弱,A项正确;从键能看,氯气、溴单质、碘单质的热稳定性逐渐减弱,由原子结构知,氧化性也逐渐减弱,B项错误;H2O在常温下为液态,NH3在常温下为气态,则H2O的沸点比NH3的高,C项正确;还原性与得失电子能力有关,还原性:HI>HBr>HCl>HF,D项正确。答案:(1)ACD(2)HFHI大于新知探究(三)——键角1.概念在多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角。2.数据获得键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得。CO2的键角为180°,是直线形分子;H2O的键角为105°,是V形(或称角形)分子。3.应用(1)键角是描述分子空间结构的重要参数,键角和键长决定分子的空间结构。(2)多原子分子的键角一定,表明共价键具有方向性。(3)分子的许多性质都与键角有关。应用化学1.如图白磷和甲烷均为正四面体结构:它们的键角是否相同,为什么?提示:不同,白磷分子的键角是指P—P之间的夹角,为60°;而甲烷分子的键角是指C—H之间的夹角,为109°28'。2.实验测得H2S为共价化合物,H—S—H的夹角为92.3°,键长相同,则H2S的空间结构是什么?提示:H2S分子是V形结构。[题点多维训练]1.反映共价键强弱的物理量是()A.键能 B.键能、键长C.键能、键长、键角 D.键长、键角解析:选B键能可看作是断开共价键所需的能量,键能越大,则断开共价键时所需的能量就越大,含该键的分子就越稳定;键长越长,键能反而越小,故反映共价键强弱的物理量是键能和键长。2.下列说法正确的是()A.分子的结构是由键角决定的B.共价键的键能越大,共价键越牢固,由该键形成的分子越稳定C.CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X的键长、键角均相等D.NH3分子中两个N—H的键角为120°解析:选B分子结构涉及原子在空间中的位置,与化学键种类有关,包括键长、键角以及相邻三个键之间的二面角,故A错误;共价键的键能越大,共价键越牢固,由该键形成的分子越稳定,故B正确;CF4、CCl4、CBr4、CI4中卤素原子的半径不同,所以C—X的键长不等,但键角均相等,故C错误;NH3分子中两个N—H的键角为107°,故D错误。3.NH3分子的空间结构是三角锥形而不是平面三角形,最充分的理由是()A.NH3分子内3个N—H的键长均相等B.NH3分子内3个N—H的键角和键长均相等C.NH3分子内3个N—H的键长相等,键角都等于107°D.NH3分子内3个N—H的键长相等,键角都等于120°解析:选CNH3分子内的键角和键长都相等,可能有两种情况,一是平面三角形,二是三角锥形。如果键角为107°,则为三角锥形。4.下列有关说法不正确的是()A.CH4、NH3、CO2分子中的键角依次增大B.HCl、HBr、HI分子中的键长依次增大C.H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小D.H2O、PH3、SiH4分子的稳定性依次减弱解析:选ACH4、NH3、CO2分子中的键角分别为109°28'、107°、180°,故A错误;原子半径越大,形成的共价键的键长越长,Cl、Br、I的原子半径依次增大,所以与H形成的共价键的键长依次增大,故B正确;元素的非金属性越强,形成的共价键越稳定,共价键的键能越大,则H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小,故C正确;非金属性:O>P>Si,则简单氢化物的稳定性:H2O>PH3>SiH4,故D正确。[课时跟踪检测]1.下列说法中,错误的是()A.键能是衡量化学键稳定性的参数之一,键能越大,则化学键就越牢固B.键长与共价键的稳定性没有关系C.键角是两个相邻共价键之间的夹角,说明共价键有方向性D.共价键是原子轨道重叠并通过共用电子对而形成的,所以共价键有饱和性解析:选B键能指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量,键能越大,意味着化学键越稳定,越不容易断裂,A正确;键长是形成共价键的两个原子之间的核间距,键长越短,往往键能越大,共价键越稳定,B错误;两个相邻共价键之间的夹角称为键角,多原子分子的键角一定,说明共价键具有方向性,C正确;元素的原子形成共价键时,当一个原子的所有未成对电子和另一些原子中自旋方向相反的未成对电子配对成键后,就不再跟其他原子的未成对电子配对成键,例如H2O分子中,O原子有两个未成对电子,它只能跟两个H原子的未成对电子配对,因此,共价键具有饱和性,D正确。2.(2024·长沙高二检测)下列关于键参数的说法错误的是()A.双键的键能比单键的键能大B.一般来说,原子半径越小的原子形成的共价键键长越短C.H—F的键长是H—X中最短的D.可以利用X射线衍射实验测定共价键的键长等参数解析:选A题干未告知成键元素的种类,无法比较双键和单键的键能相对大小,但成键原子相同的双键的键能比单键的键能要大,A错误。3.关于键长、键能和键角,下列说法不正确的是()A.键长越长,键能越大,共价化合物越稳定B.通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热的大小C.键角是确定多分子空间结构的重要参数D.同种原子间形成的共价键键长:三键<双键<单键解析:选A键长越长,键能越小,共价化合物越不稳定,键能越大,键长越短,共价化合物越稳定,故A错误;反应热=反应物的总键能-生成物的总键能,则通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热的大小,故B正确;键长和键角常被用来描述分子的空间结构,键角是描述分子空间结构的重要参数,故C正确;原子间键能越大,核间距越小,键长越短,同种原子间键能的一般关系为三键>双键>单键,则键长:三键<双键<单键,故D正确。4.根据下表中键能和键长数据,推断下列分子的稳定性顺序中,正确的是()物质N2Cl2Br2I2O2键能/(kJ·mol-1)946242.7193.7152.7497.3键长/nm0.1100.1980.2280.2670.121A.N2>Cl2>Br2>O2>I2B.O2>N2>I2>Br2>Cl2C.I2>Br2>Cl2>O2>N2D.N2>O2>Cl2>Br2>I2解析:选D一般来说,共价键的键能越大、键长越短,分子的稳定性越强,分析题表中五种分子的键能、键长数据可知,分子的稳定性顺序为N2>O2>Cl2>Br2>I2。5.下列有关共价键和键参数的说法不正确的是()A.1个乙烯(C2H4)分子中含有5个σ键和1个π键B.C—H比Si—H的键长更短,故CH4比SiH4更稳定C.H2O、CH4、CO2三种分子的键角依次增大D.碳碳双键比碳碳单键的键能更大,故碳碳双键更稳定解析:选D1个乙烯分子中含有4个C—H和1个碳碳双键,单键是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,则分子中含有5个σ键和1个π键,故A正确;非金属原子间形成共价键的键长越短,共价键越强,分子越稳定,C—H比Si—H的键长短,则C—H比Si—H的键能大,故CH4比SiH4更稳定,故B正确;H2O是V形结构,键角为105°,CH4是正四面体形结构,键角为109°28',CO2是直线形结构,键角为180°,三种分子的键角依次增大,故C正确;碳碳双键比碳碳单键的键能大,但碳碳双键中含有1个σ键和1个π键,碳碳单键只含有1个σ键,碳碳双键中的π键易断裂,所以碳碳单键更稳定,故D错误。6.下列说法中正确的是()A.双原子分子中化学键键能越大,分子越稳定B.双原子分子中化学键键长越长,分子越稳定C.双原子分子中化学键键角越大,分子越稳定D.在双键中,σ键的键能要小于π键的键能解析:选A键能越大,分子越稳定,A正确;双原子分子中化学键键长越短,分子越稳定,B不正确;分子的稳定性和键角关系不大,C不正确;在双键中,σ键的键能不一定小于π键的键能,D不正确。7.下列说法正确的是()A.已知N—N的键能为193kJ·mol-1,故N≡N的键能为193×3kJ·mol-1B.H—H的键能为436.0kJ·mol-1,F—F的键能为157kJ·mol-1,故H2比F2稳定C.某元素原子最外层有1个电子,它跟卤素相结合时,所形成的化学键为离子键D.N—H的键能为390.8kJ·mol-1,其含义为断裂1molN—H所放出的能量为390.8kJ解析:选B氮氮三键中含有1个σ键和2个π键,σ键与π键的键能不同,并且形成氮氮三键更稳定,释放的能量更多,所以N≡N的键能远大于193×3kJ·mol-1,A项错误;分子中共价键的键能越大,分子越稳定,B项正确;该元素可能为氢元素或碱金属元素,故与卤素相结合可形成共价键或离子键,C项错误;键能是指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量,D项错误。8.已知H—H的键能为436.0kJ·mol-1,OO的键能为497.3kJ·mol-1,Cl—Cl的键能为242.7kJ·mol-1,N≡N的键能为946kJ·mol-1,则下列叙述中正确的是()A.N—N的键能为13×946kJ·mol-1≈315.3kJ·molB.氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的短C.氧气分子中氧原子是以共价单键结合的D.氮气分子比氯气分子稳定解析:选DN—N的键能不是N≡N的键能的13,故A错误;氢原子半径在所有原子中是最小的,所以氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的长,故B错误;氧气分子中氧原子是以共价双键结合的,故C错误;氮气分子中的N≡N很牢固,所以氮气分子比氯气分子稳定,故D9.科学家获得了极具理论研究意义的气态N4分子,其分子结构如图所示。已知断裂1molN—N吸收167kJ热量,形成1molN≡N放出942kJ热量,根据以上信息判断,下列说法正确的是()A.1molN4转变成N2将放出882kJ热量B.N—N比N≡N稳定C.1molN4比2molN2的总能量低D.N4是由极性键组成的分子解析:选A1molN4转变成N2时断裂6molN—N,吸收热量6×167kJ=1002kJ,形成2molN≡N,放出热量2×942kJ=1884kJ,故反应过程中放出的热量为1884kJ-1002kJ=882kJ,A正确;由题给信息可知,N—N的键能为167kJ·mol-1,N≡N的键能为942kJ·mol-1,键能越大,共价键越稳定,B错误;1molN4反应转化为2molN2时放出882kJ的热量,说明1molN4比2molN2的总能量高,C错误;N4中的N—N是同一元素的原子形成的共价键,属于非极性键,D错误。10.用“>”或“<”填空。(1)比较键长大小:①C—HN—HO—H;

②N2H4分子中N—NN2分子中N≡N。

(2)比较键能大小:C—HN—HO—H。

(3)比较键角大小:①CO2NH3;②H2ONH3。

解析:(1)①由于C、N、O的原子半径依次减小,所以C—H、N—H、O—H的键长依次减小;②N2H4分子中N—N大于N2分子中N≡N。(2)由于C—H、N—H、O—H的键长依次减小,因此键能依次增大。(3)CO2为直线形分子,NH3为三角锥形分子,故键角CO2大于NH3。H2O为V形分子,键角是105°,NH3分子键角是107°,H2O分子键角小于NH3分子。答案:(1)①>>②>(2)<<(3)①>②<11.碳、氮、氧、氢是地球上极为丰富的元素。(1)氢气分子的形成过程示意图如图,请据图回答相关问题。H—H的键长为,①~⑤中,体系能量由高到低的顺序是。

(2)CO和N2分子中根据电子云重叠的方式不同,都包含的共价键类型有,CO、N2的结构可表示为C≡O、N≡N,相关化学键的键能如表:(单位kJ·mol-1)

物质化学键单键双键三键CO3517451071.9N2193418946结合数据说明CO比N2活泼的原因。

(3)某有机物的结构式如图所示,则分子中有个σ键,个π键。

解析:(1)可以直接从题图中的有关数据读出H—H的键长为0.074nm;由题图可以看出体系能量由高到低的顺序是①>⑤>②>③>④。(2)CO与N2的结构相似,所以N2与CO的分子中都包含的共价键有σ键和π键。每摩尔CO中断裂第一个π键消耗的能量为1071.9kJ-745kJ=326.9kJ;而每摩尔N2中断裂第一个π键消耗的能量为946kJ-418kJ=528kJ,可见CO的一个π键容易断裂,因此CO比N2活泼。(3)分子中5个共价单键是σ键,双键中有1个σ键和1个π键,三键中有1个σ键和2个π键,故σ键总数是7,π键总数是3。答案:(1)0.074nm①>⑤>②>③>④(2)σ键和π键每摩尔CO中断裂第一个π键消耗的能量为1071.9kJ-745kJ=326.9kJ;而每摩尔N2中断裂第一个π键消耗的能量为946kJ-418kJ=528kJ,可见CO的一个π键容易断裂,因此CO比N2活泼(3)7312.已知下列化学键的键能:化学键C—CN—NO—OOOO—HS—HSe—HN—HAs—H键能/(kJ·mol-1)347.7193142497.3462.8363.5276390.8247回答下列问题:(1)过氧化氢不稳定,易发生分解反应2H2O2(g)2H2O(g)+O2(g),利用键能数据计算该反应的反应热为。

(2)O—H、S—H、Se—H的键能逐渐减小,原因是,据此可推测P—H的键能范围为<P—H的键能<。

(3)有机物是以碳骨架为基础的化合物,即碳原子间易形成C—C长链,而氮原子与氮原子间,氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链,原因是。

解析:(1)ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能,ΔH=(462.8kJ·mol-1×2+142kJ·mol-1)×2-(497.3kJ·mol-1+462.8kJ·mol-1×4)=-213.3kJ·mol-1。(2)键长越小键能越大,O—H、S—H、Se—H的键长依次增大,因而键能依次减小;N—H、P—H、As—H的键长依次增大,因而键能依次减小,P—H的键能介于N—H和As—H的键能之间,即247kJ·mol-1<P—H的键能<390.8kJ·mol-1,又键长:P—H>S—H,所以P—H的键能小于363.5kJ·mol-1。(3)C—C的键能较大,较稳定,因而易形成C—C长链,而N—N、O—O的键能小,不稳定易断裂,因此难以形成N—N、O—O长链。答案:(1)-213.3kJ·mol-1(2)O—H、S—H、Se—H的键长依次增大,因而键能依次减小247kJ·mol-1363.5kJ·mol-1(3)C—C的键能较大,较稳定,因而易形成C—C长链,而N—N、O—O的键能小,不稳定易断裂,因此难以形成N—N、O—O长链高阶思维训练13.下表中所列数据是在相同条件下,不同物质中氧氧键的键长和键能的实测数据。下列有关说法正确的是()微粒OOO2O键长/pm149128121112键能/(kJ·mol-1)ab497.3628A.a<bB.O—O的键能为497.3kJ·mol-1C.O22-中存在D.键长越长,键能越大解析:选AO2和O2+电子数分别为16、15,但键能分别为497.3kJ·mol-1、628kJ·mol-1,电子数越多键能越小,a<b,故A项正确;O2中的化学键是OO,B项错误;O22-中,两个氧原子之间形成的是单键,不存在π键,C项错误;键长越短,键能越大,微粒越稳定,14.下表是一些键能数据(单位:kJ·mol-1)。键键能键键能H—H436.0Cl—Cl242.7SS255H—S339C—Cl330C—I218H—Cl431.8O—H462.8C—F427C—O351H—F568——回答下列问题。(1)由表中数据能否得出这样的结论:①半径越小的原子形成的共价键越牢固(即键能越大),(填“能”或“不能”,下同);

②非金属性越强的原子形成的共价键越牢固,。

(2)从数据中找出一些规律,请写出一条:。

试预测C—Br的键能范围:<C—Br的键能<。

(3)由热化学方程式H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)ΔH=-185kJ·mol-1,并结合上表数据可推知一个化学反应的反应热(设反应物和生成物均为气态)与反应物和生成物的键能之间的关系是;由热化学方程式2H2(g)+S2(s)2H2S(g)ΔH=-224.5kJ·mol-1和表中数据可计算出1molS2(s)变为1molS2(g)时将(填“吸收”或“放出”)kJ的热量。

解析:(1)共价键的键能与原子的半径和原子对共用电子对的吸引力(非金属性)有关,同类型的共价键的键能可以进行比较,不同类型的不能进行比较。(2)由于C—F、C—Cl、C—Br和C—I的类型相似,可以通过原子半径和非金属性进行比较,F、Cl、Br、I的半径依次增大,非金属性逐渐减弱,所以它们对共用电子对的引力作用依次减小,键能依次减小。(3)化学反应的实质是旧键的断裂与新键的形成过程。化学键的断裂要吸收热量,形成新键要放出热量,从而可以得出它们之间的关系。根据键能可以计算S2(g)+2H2(g)2H2S(g)的反应热:ΔH=2×436.0kJ·mol-1+255kJ·mol-1-4×339kJ·mol-1=-229kJ·mol-1。结合已知热化学方程式知,1molS2(s)转化为1molS2(g)需要吸收4.5kJ热量。答案:(1)①不能②不能(2)同主族元素原子与相同原子结合形成共价键时,该主族元素原子半径越小,共价键越牢固218kJ·mol-1330kJ·mol-1(3)化学反应的反应热等于反应物的键能之和与生成物的键能之和的差吸收4.5第二节分子的空间结构学习目标重点难点1.知道分子的结构是可以测定的,红外光谱技术是测定物质结构基本方法;能说明红外光谱等实验手段在物质结构研究中的应用。2.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,体会共价分子的多样性和复杂性。能借助实物模型等建立对分子的空间结构的直观认识。3.能运用价层电子对互斥模型预测简单分子的空间结构,发展学生的模型认知能力。4.结合实例了解杂化轨道理论的要点和类型(sp、sp2、sp3),能运用杂化轨道理论解释简单共价分子和离子的空间结构。重点从原子轨道重叠的视角应用价层电子对互斥模型预测简单分子或离子的空间结构;应用杂化轨道理论解释分子的空间结构。难点中心原子上的孤电子对数的计算;用杂化轨道理论解释含有孤电子对的分子的空间结构。第1课时分子结构的测定和多样的分子空间结构新知探究(一)——分子结构的测定1.测定分子结构的仪器和方法早年的科学家主要靠对物质的化学性质进行系统总结得出规律后进行推测。现代科学家应用了现代仪器和方法,如红外光谱、质谱法(测定分子的相对分子质量)、晶体X射线衍射等。2.红外光谱(1)原理:当一束红外线透过分子时,分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线,再记录到图谱上呈现吸收峰。红外光谱仪原理示意图如图。(2)应用:将测定的红外图谱和已有谱图库比对,或通过量子化学计算,可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。红外光谱如图:该有机物分子中有3种不同的化学键,分别是C—H、O—H、C—O。3.质谱法(1)原理:在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。各粒子相对质量不同,在高压电场加速后,通过狭缝进入磁场得以分离,在记录仪上呈现一系列峰。质谱仪原理示意图如图。(2)应用:质谱中质荷比最大的峰是分子离子峰,由此可得知样品分子的相对分子质量。甲苯分子的质谱图如图:甲苯的相对分子质量为92。[微点拨]一种元素可以有多种核素,化合物分子在质谱中失去1个电子形成的离子会有多种质荷比,将其中质荷比大于分子中离子峰的离子称为同位素离子,该峰称为同位素峰。[题点多维训练]1.可以准确判断有机物分子中含有哪些官能团的分析方法是()A.原子光谱 B.质谱法C.红外光谱 D.焰色试验解析:选C利用原子光谱鉴定元素,A错误;质谱法分析相对分子质量,B错误;红外光谱判断有机物分子中官能团的种类,C正确;焰色试验判断的是何种金属元素,D错误。2.现代化学常用的测定分子的相对分子质量的方法是()A.质谱法 B.晶体X射线衍射法C.核磁共振氢谱法 D.红外光谱法解析:选A现代化学常用质谱法测定分子的相对分子质量,A项正确。3.现代化学测定有机物组成及结构的分析方法较多。下列有关说法正确的是()A.元素分析仪不仅可以测出试样常见的组成元素及含量,还可以测定其分子的空间结构B.质谱仪可用于有机物分子结构的测定C.通过红外光谱分析可以区分乙醇和乙酸乙酯D.质谱法和红外光谱法不属于测定有机物组成和结构的现代分析方法解析:选C元素分析仪可对物质中的元素及含量进行定量分析,但无法确定有机化合物的空间结构,A错误;质谱仪最重要的应用是分离同位素并测定它们的相对原子质量及相对丰度,也可用于有机物相对分子质量的测定,B错误;红外光谱可确定物质中的基团,乙醇和乙酸乙酯中的基团不同,则通过红外光谱分析可以区分乙醇和乙酸乙酯,C正确;质谱法可以测定有机物的相对分子质量,红外光谱法可以测定分子中的基团,属于测定有机物组成和结构的现代分析法,D错误。4.已知某分子的质谱图如图所示,且分子的红外光谱信息中含有C—O、C—H、O—H的吸收峰。下列关于其分子结构的叙述中正确的是()A.该分子的结构为CH3CH2OHB.该分子的相对分子质量可能为27、31、45或46C.该分子的结构为CH3—O—CH3D.该分子的红外光谱和质谱都可以全面反映分子结构的信息解析:选A题中分子的相对分子质量为46,其他数据为分子碎片的相对分子质量,B错误;从该分子的红外光谱信息可知,分子中有羟基,A正确,C错误;质谱能反映相对分子质量信息,但不能全面反映分子的结构信息,D错误。5.用红外光谱仪测得乙偶姻分子的红外光谱图如下:则由红外光谱图得乙偶姻分子中含有的化学键是,推测其含有的官能团是:(填结构简式)。

答案:O—H、C—H和CO—OH、新知探究(二)——多样的分子空间结构1.单中心分子的空间结构(ABn型,A为中心,B与A单独成键)分子中原子数目化学式空间结构结构式键角分子的空间结构模型空间填充模型球棍模型三原子CO2直线形OCO180°H2OV形105°四原子CH2O平面三角形120°NH3三角锥形107°五原子CH4正四面体形109°28'2.多样的其他分子的空间结构(1)白磷(P4)、六氧化四磷(P4O6)、十氧化四磷(P4O10)P4是正四面体形分子,6个P—P,键角60°,若P4的每个P—P打开嵌入—O—,即得到P4O6,每个P都再继续与O原子形成PO结构,即得到P4O10。(2)环己烷椅式C6H12比船式C6H12稳定。(3)S8分子和SF6分子S8像顶皇冠,8个S不在一个平面上,键角约108°;SF6分子为正八面体形结构。[题点多维训练]1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)组成分子的原子个数相同时,空间结构、键角都相同(×)(2)正四面体形的键角均为109°28'(×)(3)在①P4、②NH3、③CH4、④BF3中,分子结构为正四面体形的有①③(√)(4)H2O、H2O2分子的空间结构相同(×)(5)船式C6H12比椅式C6H12稳定(×)2.BF3分子的空间结构与甲醛(HCHO)的相似,则BF3分子的空间结构为()A.直线形 B.三角锥形C.四面体形 D.平面三角形解析:选D甲醛(HCHO)分子的空间结构为平面三角形,D项符合题意。3.下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是()A.键角为180°的分子,空间结构是直线形B.键角为120°的分子,空间结构是平面三角形C.键角为60°的分子,空间结构可能是正四面体形D.键角为90°~109°28'之间的分子,空间结构可能是V形解析:选B键角为180°的分子,空间结构是直线形,例如CO2分子是直线形分子,A正确;苯分子的键角为120°,但其空间结构是平面正六边形,B错误;白磷分子的键角为60°,空间结构为正四面体形,C正确;水分子的键角为105°,空间结构为V形,D正确。4.硫化氢(H2S)分子中,两个H—S的夹角接近90°,说明H2S分子的空间结构为。

二硫化碳(CS2)分子中,两个CS的夹角是180°,说明CS2分子的空间结构为。

答案:V形直线形|归纳拓展|分子组成、键角与空间结构的关系分子组成AB2AB3AB4键角180°<180°120°<120°109°28'空间结构直线形V形平面三角形三角锥形正四面体形[课时跟踪检测]1.TBC的一种标准谱图如图所示,它是()A.核磁共振氢谱 B.质谱C.红外光谱 D.紫外光谱解析:选C核磁共振氢谱用于测定H原子的种类和数目;质谱用于测定有机物的相对分子质量;红外光谱横坐标为波数,紫外光谱横坐标为波长。2.设H+的质荷比为β,其有机物样品的质荷比如图所示(假设离子均带一个单位正电荷,信号强度与该离子的多少有关),则该有机物可能是()A.甲醇(CH3OH)B.甲烷C.丙烷D.乙烯解析:选B从题图中可看出其右边最高峰质荷比为16,是H+质荷比的16倍,即该有机物的相对分子质量为16,为甲烷。3.科学技术在物质结构的研究中具有非常重要的作用。下列说法错误的是()A.质谱仪可以测定分子的相对分子质量B.可通过红外光谱分析测得共价键的键长和键角C.可通过红外光谱分析物质中含有何种化学键D.利用红外光谱法可以区分丁烷和丁烯解析:选B一般用质谱法测定物质分子的相对分子质量,A正确;用红外光谱得到分子中含有的化学键或官能团信息,不能测定共价键的键长和键角,B错误;红外光谱分析分子中不同的官能团,丁烷、丁烯的官能团不同,可以利用红外光谱法区分丁烷和丁烯,D正确。4.某有机化合物由碳、氢、氧三种元素组成,其红外光谱图只有C—H、O—H、C—O的振动吸收峰,该有机物的相对分子质量是60,则该有机物的结构简式是()A.CH3CH2OCH3 B.CH3CH(OH)CH3C.CH3CH2OH D.CH3COOH解析:选BA中不存在O—H;C中有机物相对分子质量不是60;D中还存在CO。5.下列分子的空间结构模型正确的是()A.CO2的空间结构模型:B.H2O的空间结构模型:C.NH3的空间结构模型:D.CH4的空间结构模型:解析:选DCO2的空间结构为直线形,A不正确;H2O的空间结构为V形,B不正确;NH3的空间结构为三角锥形,C不正确;CH4的空间结构为正四面体形,D正确。6.下列分子结构与分子中共价键键角对应正确的是()A.直线形分子:180° B.平面正三角形:120°C.三角锥形:109°28' D.正四面体形:109°28'解析:选BHCl是直线形分子,因只有一个共价键,故不存在键角,A项错误;氨分子呈三角锥形,键角为107°,C项错误;甲烷、白磷分子均是正四面体形分子,但键角分别为109°28'、60°,D项错误。7.在白磷(P4)分子中,4个P原子分别处在正四面体的四个顶点,结合有关P原子的成键特点,下列有关白磷的说法正确的是()A.白磷分子的键角为109°28'B.分子中共有4对共用电子对C.白磷分子的键角为60°D.分子中有6对未成键电子对解析:选C根据共价键的方向性和饱和性,每个磷原子都以3个共价键与其他3个磷原子结合形成共价键,从而形成正四面体结构,所以键角为60°。分子中有6个共价单键,4对未成键电子对。8.下列叙述中正确的是()A.P4、P4O6、P4O10中磷原子间的空间几何关系相差很大B.己烷的船式和椅式结构不同,互为同素异形体C.C60和金刚石互为同素异形体D.CH2O分子中键角小于NH3分子中的键角解析:选CP4、P4O6、P4O10的空间结构中去掉O原子后,P原子间的空间结构均为四面体形,故A不正确;同素异形体是由同种元素形成的不同单质,己烷不是单质,己烷的船式和椅式结构互为同分异构体,故B不正确;CH2O分子中的键角约为120°,NH3分子中的键角为107°,故D不正确。9.H2O2的结构式为H—O—O—H,下列有关H2O2的说法正确的是()A.分子呈直线形 B.分子呈三角锥形C.分子呈V形 D.分子中只有σ键,没有π键解析:选DH2O2的结构式为H—O—O—H,两个H—O、一个O—O均为σ键,没有π键,故D正确;以氧原子为中心的三个原子呈V形结构,H2O2中相当于有两个V形结构,呈半开的“书页形”,故不可能呈直线形、三角锥形或V形。10.下列叙述正确的是()A.NH3分子中N处于3个H所组成的三角锥形的中心B.CCl4分子中C处于4个Cl所组成的正方形的中心C.H2O分子中O不处于2个H所连成的线段的中心D.CO2分子中C不处于2个O所连成的线段的中心解析:选CNH3分子呈三角锥形,分子中的氮原子处于3个氢原子所组成的三角锥形的顶点,A项错误;CCl4分子呈正四面体形,分子中的碳原子处于4个氯原子所组成的正四面体的中心,B项错误;H2O分子呈V形,分子中的氧原子不处于2个氢原子所连成的线段的中心,而在V字的折点上,C项正确;CO2分子呈直线形,分子中的碳原子处于2个氧原子所连成的线段的中心,D项错误。11.根据所学知识填空:(1)三原子分子常见的空间结构有形(如CO2)和形(如H2O)。

(2)四原子分子常见的空间结构有形和形,如甲醛(HCHO)分子呈形,键角约为;氨分子呈形,键角为;需要注意的是白磷分子呈形,键角为。

(3)五原子分子最常见的空间结构为形,如常见的CH4的键角是。

解析:(1)CO2的空间结构是直线形,H2O的空间结构是V形。(2)甲醛(HCHO)分子呈平面三角形,氨分子呈三角锥形,白磷分子呈正四面体形。(3)CH4分子呈正四面体形。答案:(1)直线V(2)平面三角三角锥平面三角120°三角锥107°正四面体60°(3)四面体109°28'12.(1)按要求写出由第二周期非金属元素的原子构成的分子的化学式,任写一种。①平面三角形分子:;

②三角锥形分子:;

③正四面体形分子:;

④直线形化合物分子:。

(2)能说明CH4分子不呈平面四边形,而呈正四面体的是(填字母)。

a.任意两个键之间的夹角为109°28'b.C—H为极性共价键c.4个C—H的键能、键长都相等d.二氯甲烷(CH2Cl2)只有一种(不存在同分异构体)解析:(1)由第二周期非金属元素的原子构成的分子中,呈平面三角形的是BF3;呈三角锥形的是NF3;呈正四面体形的是CF4;呈直线形的化合物分子是CO2或N2O。(2)五原子分子CH4可能有平面四边形和正四面体两种空间结构,不管为哪种,b、c两项都成立;若为前者,则键角为90°,CH2Cl2有两种结构:和;若为后者,则键角为109°28',CH2Cl2只有一种结构。答案:(1)①BF3②NF3③CF4④CO2或N2O(2)ad13.D、E、X、Y、Z是周期表中的前20号元素,且原子序数逐渐增大。它们的最简单氢化物分子的空间结构依次是正四面体形、三角锥形、正四面体形、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。

(3)D和Y形成的化合物,其分子的空间结构为。

(4)D和X形成的化合物,其化学键类型属于。

(5)金属镁和E的单质在高温下反应得到的产物是。

解析:元素周期表前20号元素中,最简单氢化物分子的空间结构为正四面体的是CH4和SiH4,故D为C、X为Si,由此推知E为N、Y为S、Z为Cl。(3)C和S形成的化合物为CS2,CS2分子的空间结构为直线形。(4)C和Si形成共价键,化学式为SiC。(5)金属镁和N2在高温下反应生成Mg3N2。答案:(1)SO3(2)Cl或氯(3)直线形(4)共价键(5)Mg3N2高阶思维训练14.按要求回答下列问题。(1)有机物X的分子式为C4H8O2,其红外光谱如图所示:则该有机物可能的结构为(填字母)。

A.CH3COOCH2CH3B.CH3CH2COOCH3C.HCOOCH2CH2CH3D.(CH3)2CHCOOH(2)有机物Y的结构可能有和两种,要对其结构进行物理方法鉴定,可用。

①有机物Y若为,则红外光谱中应该有个振动吸收峰。

②有机物Y若为,则红外光谱中应该有个振动吸收峰。

解析:(1)A、B项都有两个—CH3,且不对称,都含有CO、C—O—C,所以A、B项符合图示;C项只有一个—CH3,不会出现不对称的现象;D项中没有C—O—C,且—CH3为对称结构。(2)①中,化学键有CO、C—O、O—H、C—C、C—H,所以共有5个振动吸收峰。②中,化学键有CO、C—O—C、C—H,所以共有3个振动吸收峰。答案:(1)AB(2)红外光谱法①5②32课时价层电子对互