（通用版）2022年高考化学一轮复习 第十二章 第二节 分子结构与性质学案（含解析）

（通用版）2022年高考化学一轮复习 第十二章 第二节 分子结构与性质学案（含解析）第二节分子结构与性质1.了解共价键的形成、极性、类型(键和键)。了解配位键的含义。2.能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。3.了解杂化轨道理论及简单的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)。4.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。5.了解范德华力的含义及对物质性质的影响。6.了解氢键的含义，能列举存在氢键的物质，并能解释氢键对物质性质的影响。(1)本质：在原子之间形成共用电子对(电子云的重叠)。(2)特征：具有饱和性和方向性。2分类分类依据类型形成共价键的原子轨道重叠方式键电子云“头碰头”重叠键电子云“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原子间共用电子对的数目单键原子间有一对共用电子对双键原子间有两对共用电子对三键原子间有三对共用电子对注意只有两原子的电负性相差不大时，才能形成共用电子对，形成共价键，当两原子的电负性相差很大(大于1.7)时，不会形成共用电子对，而形成离子键。同种元素原子间形成的共价键为非极性键，不同种元素原子间形成的共价键为极性键。3键参数(1)概念(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。 4等电子原理原子总数相同、价电子总数相同的分子(即等电子体)具有相似的化学键特征，它们的许多性质相似，如CO和 N2。等电子体结构相同，物理性质相近，但化学性质不同。题点练通共价键类型的判断及成键原因1碳酸亚乙酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图所示。下列有关该物质的说法正确的是()A分子式为C3H2O3B分子中含6个键C分子中只有极性键D8.6 g该物质完全燃烧得到6.72 L CO2解析：选AA项，观察图形根据碳形成四个键可知分子式正确；B项，根据图示可知分子中含8个键；C项，观察图形可知分子中含有碳碳双键属于非极性键；D项，没有指明条件，无法进行气体体积计算。2PH3的分子构型与NH3的分子构型相似。下列关于PH3和NH3的说法正确的是()APH3和NH3分子中都含有键和键BPH3和NH3中化学键形成时，先形成键后形成键CPH3的分子构型与NH3的分子构型相似，则PH3和NH3互为等电子体DPH3中PH键的键能大于NH键的键能解析：选CPH3分子中只存在PH键，NH3分子中只存在NH键，故这两个分子只含键，不存在键，A、B错误；PH3和NH3都含有4个原子，价电子总数均为8个，具有相似的分子构型，故二者互为等电子体，C正确；P原子半径大于N原子半径，则PH键的键长大于NH键的键长，故PH键的键能小于NH键的键能，D错误。3(1)(2018全国卷)LiAlH4中存在_(填标号)。A离子键B键C键 D氢键(2)(2018全国卷)气态三氧化硫分子中存在的共价键类型有_种。(3)(2018江苏高考)N2分子中键与键的数目比n()n()_。(4)(2017江苏高考)1 mol丙酮分子中含有键的数目为_。(5)(2016全国卷)Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键。从原子结构角度分析，原因是_。(6)(2016江苏高考)1 mol HCHO分子中含有键的数目为_mol。(7)(2015全国卷)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是_。CS2分子中，共价键的类型有_。答案：(1)AB(2)2(3)12(4)9NA(5)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(6)3(7)C有4个价电子且半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构键和键方法规律共价键类型的判断方法(1)在分子中，有的只存在极性键，如HCl、NH3等，有的只存在非极性键，如N2、H2等，有的既存在极性键又存在非极性键，如H2O2、C2H4等；有的不存在化学键，如稀有气体分子。(2)在离子化合物中，一定存在离子键，有的存在极性共价键，如NaOH、Na2SO4等；有的存在非极性键，如Na2O2、CaC2等。(3)键与键的判断由轨道重叠方式判断“头碰头”重叠为键，“肩并肩”重叠为键由物质的结构式判断通过物质的结构式可以快速有效地判断共价键的种类及数目。共价单键全为键，双键中有一个键和一个键，三键中有一个键和两个键由成键轨道类型判断s轨道形成的共价键全部是键；杂化轨道形成的共价键全部为键键参数的应用4从实验测得不同微粒中的O与O之间的键长和键能的数据如表所示：OO键数据OOO2O键长/(1012m)149128121112键能/(kJmol1)xy494628其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为494yx，该规律性是()A成键的电子数越多，键能越大B键长越长，键能越小C成键所用的电子数越少，键能越大D成键时电子对越偏移，键能越大解析：选B观察表中数据发现，给出的4种不同微粒中的化学键都是OO键，因此不存在成键的电子数问题，也不存在电子对偏移问题，故A、C、D项错误；观察数据发现，O2与O中，键能大者键长短，键长由短到长的顺序为OO2Oyx，故B正确。5(1)(2018全国卷)由O2(g)O(g)O2(g)可知O=O键键能为_kJmol1。(2)(2016全国卷)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_。若合金的密度为d gcm3，晶胞参数a_nm。(3)NN键的键能为946 kJmol1，NN键的键能为193 kJmol1，则一个键的平均键能为_，说明N2中_键比_键稳定(填“”或“”)。(4)结合事实判断CO和N2相对更活泼的是_，试用下表中的键能数据解释其相对更活泼的原因：_。COCOC=OCO键能/(kJmol1)357.7798.91 071.9N2NNN=NNN键能/(kJmol1)154.8418.4941.7答案：(1)498(2)31 107(3)376.5 kJmol1(4)CO断开CO分子的第一个化学键所需要的能量(273.0 kJmol1)比断开N2分子的第一个化学键所需的能量(523.3 kJmol1)小键参数的理解与应用(1)键长、键能决定了共价键的稳定性如热稳定性：HFHClHBrHI，说明键能：HFHClHBrHI，键长：HFHClHBrNC2NACO或N2(2)A三角锥形NH3归纳拓展1常见的等电子体汇总微粒通式价电子总数立体构型CO2、CNS、NO、NAX216e直线形CO、NO、SO3AX324e平面三角形SO2、O3、NOAX218eV形SO、POAX432e正四面体形PO、SO、ClOAX326e三角锥形CO、N2AX10e直线形CH4、NHAX48e正四面体形2根据已知的一些分子的结构推测另一些与它等电子的微粒的立体构型，并推测其物理性质(BN)x与(C2)x、N2O与CO2等也是等电子体。硅和锗是良好的半导体材料，他们的等电子体磷化铝(AlP)和砷化镓(GaAs)也是很好的半导体材料。SiCl4、SiO、SO的原子数目和价电子总数都相等，它们互为等电子体，都是正四面体形。考点(二)分子的立体构型 【精讲精练快冲关】知能学通1价层电子对互斥理论(1)理论要点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。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)价层电子对互斥理论与分子立体构型电子对数成键数孤电子对数价层电子对立体构型分子立体构型实例220直线形直线形CO2330平面三角形平面三角形BF321V形SO2440四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O(3)用价层电子对互斥理论推测分子或离子立体构型第一步：价层电子对数的计算中心原子的价层电子对数键电子对数孤电子对数键数目(axb)。其中a为中心原子的价电子数，x、b分别为与中心原子结合的原子数及与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(H为1，其他原子为“8该原子的价电子数”)。微粒为阳离子时，中心原子的价电子数要减去离子所带电荷数；微粒为阴离子时，中心原子的价电子数要加上离子所带电荷数。如SO2中S原子的孤电子对数为1；H3O中O原子的孤电子对数为1，CO中C原子的孤电子对数为0。在计算孤电子对数时，出现0.5、1.5，则把小数进位为整数，即1、2。如NO2的中心原子N的孤电子对数为0.51。第二步：根据价层电子对数判断微粒空间构型2杂化轨道理论(1)理论要点当原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。(2)杂化轨道与分子立体构型的关系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BeCl2sp23120平面三角形BF3sp3410928正四面体形CH4(3)“四方法”判断分子中心原子的杂化类型根据杂化轨道的空间分布构型判断a若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，则分子的中心原子发生sp3杂化。b若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生sp2杂化。c若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生sp杂化。根据杂化轨道之间的夹角判断若杂化轨道之间的夹角为10928，则分子的中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120，则分子的中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180，则分子的中心原子发生sp杂化。根据等电子原理进行推断，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。根据中心原子的价电子对数参与杂化的轨道数目判断，如中心原子的价电子对数为4，是sp3杂化，为3是sp2杂化，为2是sp杂化。(4)填写下表化学式孤电子对数键电子对数价层电子对数VSEPR模型名称分子或离子的立体模型名称中心原子杂化类型H2S224四面体形V形sp3SO2123平面三角形V形sp2SO3033平面三角形平面三角形sp2CH4044正四面体形正四面体形sp3NCl3134四面体形三角锥形sp3HCN022直线形直线形spHCHO033平面三角形平面三角形sp2NO033平面三角形平面三角形sp2ClO314四面体形直线形sp3H3O134四面体形三角锥形sp3ClO134四面体形三角锥形sp3PO044正四面体形正四面体形sp33配位键和配合物(1)配位键配位键的形成：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。配位键的表示方法：如AB：A表示提供孤对电子的原子，B表示接受孤对电子的原子。(2)配位化合物概念：金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物。形成条件：a配位体有孤电子对，中性分子如H2O、NH3和CO等；离子如F、Cl、CN等；b中心原子有空轨道，如Fe3、Cu2、Zn2、Ag等。组成：题点练通原子轨道杂化类型1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)NH3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化()(2)只要分子构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化()(3)分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子一定为正四面体结构()(4)中心原子是sp杂化的，其分子构型不一定为直线形()(5)杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对()(6)价层电子对互斥理论中，键电子对数不计入中心原子的价层电子对数()(7)N2分子中N原子没有杂化，分子中有1个键、2个键()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是()ACO2与SO2BCH4与NH3CBeCl2与BF3 DC2H2与C2H4解析：选BA项，CO2中C为sp杂化，SO2中S为sp2杂化，错误；B项，均为sp3杂化，正确；C项，BeCl2中Be为sp杂化，BF3中B为sp2杂化，错误；D项，C2H2中C为sp杂化，C2H4中C为sp2杂化，错误。3氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成，已知其阴离子构型为平面三角形，则其阳离子的构型和阳离子中氮的杂化方式为()A直线形sp杂化 BV形sp2杂化C三角锥形sp3杂化 D平面三角形sp2杂化解析：选A氮的最高价氧化物为N2O5，根据N元素的化合价为5价和原子组成可知，阴离子为NO、阳离子为NO，NO中N原子形成了2个键，孤电子对数目为(5221)0，则该N原子的杂化类型为sp，阳离子的构型为直线形，故A正确。4(1)(2018全国卷)LiAlH4中心原子的杂化形式为_。(2)(2018全国卷)固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为_。(3)(2018全国卷)ZnCO3中C原子的杂化形式为_。(4)(2018江苏高考)SO中心原子轨道的杂化类型为_。(5)(2017全国卷)I离子的几何构型为_，中心原子的杂化形式为_。(6)(2017全国卷)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化类形式分别为_和_。(7)(2017江苏高考)丙酮(H3CCOCH3)分子中碳原子轨道的杂化类型是_。(8)(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_。(9)(2015全国卷)CS2分子中C原子的杂化轨道类型是_。答案：(1)sp3(2)sp3(3)sp2(4)sp3(5)V形sp3(6)spsp3(7)sp2和sp3(8)sp3(9)sp微粒空间构型的判断5用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中正确的是()ACS2为V形 BHCN为V形CNH为正四面体形 DPCl3为平面三角形解析：选CA项，CS2中C原子的价层电子对数2(422)2，不含孤电子对，所以为直线形结构，错误；B项，HCN的结构为HCN，C原子的价层电子对数为2，不含孤电子对，为直线形，错误；C项，NH中N原子的价层电子对数4(5141)4，不含孤电子对，所以其空间构型为正四面体形，正确；D项，PCl3分子中P原子的价层电子对数3(531)4，孤电子对数为1，其空间构型为三角锥形，错误。6(2019黄冈质检)在气相中，关于BeF2和SF2的说法错误的是()ABeF2分子中，中心原子Be的价层电子对数等于2，其空间构型为直线形，成键电子对数也等于2BBeF2分子的立体结构为直线形CSF2分子中，中心原子S的价层电子对数等于4，其空间构型为四面体形，成键电子对数等于2，没有孤电子对D在气相中，BeF2是直线而SF2是V形解析：选CBeF2分子的中心原子Be的价层电子对数是2，成键电子对数等于2，无孤电子对，因此BeF2分子的立体结构为直线形，A、B正确；SF2分子中，中心原子S的价层电子对数等于4，成键电子对数等于2，另有2对孤电子对，因此SF2分子的立体结构为V形，C错误、D正确。7某物质的实验式为PtCl42NH3，其水溶液不导电，加入AgNO3溶液也不产生沉淀，以强碱处理并没有NH3放出，则下列关于此化合物的说法中正确的是()A该配合物中，中心原子的电荷数和配位数均为6B该配合物可能是平面正方形结构CCl和NH3分子均与Pt4配位D配合物中Cl和Pt4配位，而NH3分子不配位解析：选C在PtCl42NH3水溶液中加入AgNO3溶液无沉淀生成，经强碱处理无NH3放出，说明Cl、NH3均处于内界，故该配合物中心原子的配位数为6，电荷数为4，Cl和NH3分子均与Pt4配位，A、D错误，C正确；因为配体在中心原子周围配位时采取对称分布以达到能量上的稳定状态，Pt的配位数为6，则其空间构型为八面体形，B错误。8(1)(2018全国卷)LiAlH4中阴离子的空间构型是_。(2)(2018全国卷)气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为_形。(3)(2018全国卷)ZnCO3中，阴离子空间构型为_。(4)(2018江苏高考)NO的空间构型为_。(5)(2016全国卷)Ni(NH3)6SO4中阴离子的立体构型是_。(6)(2016全国卷)AsCl3分子的立体构型为_，其中As的杂化轨道类型为_。(7)(2015全国卷)化合物Cl2O的立体构型为_，中心原子的价层电子对数为_。答案：(1)正四面体(2)平面三角(3)平面三角形(4)平面(正)三角形(5)正四面体(6)三角锥形sp3(7)V形49(2017全国卷节选)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。(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)图中虚线代表氢键，其表示式为(NH)NHCl、_、_。解析：(1)结合题图可知：晶体R中两种阳离子为NH和H3O，其中心原子均采取sp3杂化；NH中成键电子对数为4，H3O中含1个孤电子对和3个成键电子对，即中心原子的价层电子对数均为4；两种阳离子中均存在极性键，不存在非极性键。NH和H3O分别为正四面体结构和三角锥形结构，即立体结构不同。(2)从图中可以看出：阴离子N呈五元环状结构，其含有的键总数为5个；N中参与形成大键的电子数为6，故可将其中的大键表示为。(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，因此氢键的表示式还有(H3O)OHN(N)、(NH)NHN(N)。答案：(1)ABDC(2)5(3)(H3O)OHN(N)(NH)NHN(N)考点(三)分子间作用力与分子性质 【精讲精练快冲关】知能学通1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：范德华力氢键化学键。(4)范德华力：范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质。范德华力越强，物质的熔点、沸点越高，硬度越大。一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增大。(5)氢键形成：已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子(该氢原子几乎为裸露的质子)与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，称为氢键。表示方法：AHBA、B是电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素； A、B可以相同，也可以不同。特征：具有一定的方向性和饱和性。分类：氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。分子间氢键对物质性质的影响：主要表现为使物质的熔、沸点升高，对电离和溶解度等产生影响。2分子的性质(1)分子的极性非极性分子与极性分子的判断键的极性、分子空间构型与分子极性的关系类型实例键的极性空间构型分子极性X2H2、N2非极性键直线形非极性分子XYHCl、NO极性键直线形极性分子XY2(X2Y)CO2、CS2极性键直线形非极性分子SO2极性键V形极性分子H2O、H2S极性键V形极性分子XY3BF3极性键平面正三角形非极性分子NH3极性键三角锥形极性分子XY4CH4、CCl4极性键正四面体形非极性分子(2)分子的溶解性“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。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。随着溶质分子中憎水基个数的增大，溶质在水中的溶解度减小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。(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：具有手性异构体的分子。手性碳原子：在有机物分子中，连有四个不同基团或原子的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子，(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：HClOHClO2HClO3HClO4。题点练通分子间作用力的判断及对物质性质的影响1下列事实不能用分子间作用力或氢键解释的是()AHF、H2O的沸点分别比HCl、H2S的沸点高很多B正戊烷的沸点比新戊烷的沸点高DNa2O的熔点比MgO的熔点低解析：选DHF、H2O分子间可形成氢键，而HCl、H2S分子之间只存在分子间作用力，故HF、H2O的沸点比HCl、H2S的沸点高，A不符合题意；正戊烷为直链结构，新戊烷带有支链，则正戊烷分子之间的距离较近，分子间作用力比新戊烷大，故正戊烷的沸点高，B不符合题意；存在分子内氢键，导致沸点降低，而存在分子间氢键，导致沸点升高，前者比后者沸点低，C不符合题意；Na2O和MgO均为离子晶体，前者的晶格能小于后者，故前者的熔点低于后者，与分子间作用力和氢键无关，D符合题意。2硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子之间通过氢键相连(层状结构如图所示，图中“虚线”表示氢键)。下列有关说法正确的是()AH3BO3分子的稳定性与氢键有关B含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键C分子中B、O最外层均为8e稳定结构DB原子杂化轨道的类型为sp2，同层分子间的主要作用力是范德华力解析：选B稳定性是化学性质，取决于化学键的强弱，氢键属于分子间作用，与分子的稳定性无关，故A错误；由图可知，一个H3BO3分子对应着6个氢键，一个氢键对应着2个H3BO3分子，因此含有1 mol H3BO3分子的晶体中有3 mol氢键，故B正确；硼原子最外层只有3个电子，与氧原子形成3对共用电子对，因此B原子不是8e稳定结构，故C错误；层内的H3BO3分子之间主要通过氢键相连，故D错误。3(1)(2018全国卷)S8()熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为_。(2)化合物NH3的沸点比化合物CH4的高，主要原因是_。(3)H2O分子内的OH键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为_。(4) 的沸点比高，原因是_。答案：(1)S8相对分子质量大，分子间范德华力强(2)NH3分子间能形成氢键(3)OH键、氢键、范德华力分子的性质4下列化合物中，化学键类型和分子的极性(或非极性)皆相同的是()ACO2和SO2BCH4和SiO2CBF3和NH3 DHCl和HI解析：选DCO2为极性键构成的非极性分子，为直线形结构，SO2为V形结构，是极性分子，A错误；CH4为极性键构成的非极性分子，是正四面体结构，SiO2为原子晶体，不是由分子构成的，B错误；BF3为极性键构成的非极性分子，是平面三角形结构，NH3为极性键构成的极性分子，是三角锥形结构，C错误；HCl和HI都是极性键构成的直线形分子，二者都是极性分子，D正确。5下列化合物中含有手性碳原子的是()解析：选D分子中连接4个不同的原子或原子团的碳原子称为手性碳原子，中的C*原子连接CH3、H、OH、COOH四个不同的原子或原子团，故该碳原子为手性碳原子。6(1)以下事实中不能用相似相溶原理说明的是_。AHCl易溶于水 BI2易溶于CCl4中CCl2可溶于水 DNH3难溶于苯中(2)(2018全国卷)ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是_。解析：(1)HCl是极性分子，H2O是极性分子，据“相似相溶原理”推知，HCl易溶于水，A不符合题意；I2是非极性分子，CCl4是非极性分子，据“相似相溶原理”推知，I2易溶于CCl4中，B不符合题意；Cl2是非极性分子，H2O是极性分子，二者的分子极性不同，但Cl2可溶于水，不能用“相似相溶原理”推知，C符合题意；NH3是极性分子，苯是非极性分子，据“相似相溶原理”推知，NH3难溶于苯中，D不符合题意。答案：(1)C(2)ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主，极性较小