高考化学一轮复习 专题二十七 物质的结构与性质 考点二 分子结构与性质教学案

1共价健(1)共价键的定义原子间通过共用电子对(电子云的重叠)所形成的相互作用。(2)本质：高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用，包括引力和斥力，当引力和斥力达到平衡时即形成了稳定的共价键。(3)特征饱和性：一个原子有几个未成对电子，就会和几个自旋方向相反的未成对电子成键，这就是共价键的饱和性。共价键的饱和性决定了分子内部原子间的数量关系。方向性：共价键形成时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，这样原子轨道重叠越多，形成的键就越牢固，这就是共价键的方向性。共价键的方向性决定了分子的立体构型。(4)共价键的分类依据类别特点成键原子轨道的重叠方式键原子轨道“头碰头”重叠键原子轨道“肩并肩”重叠成键电子对是否偏移极性键共用电子对偏移非极性键共用电子对不偏移原子间共用电子对的数目单键原子间有1个共用电子对双键原子间有两个共用电子对三键原子间有3个共用电子对学霸巧学卡键、键的区别共价键键键电子云重叠方式头碰头肩并肩类型ss 键、sp 键、pp 键pp 键电子云对称特征轴对称镜像对称存在规律共价单键是键；共价双键中有一个是键，另一个是键；共价三键由一个键和两个键组成要注意以下问题：(1)s轨道与s轨道重叠形成键时，电子不是只在两核间运动，而是在两核间出现的概率较大。(2)因s轨道是球形的，故s轨道和s轨道形成键时，无方向性。两个s轨道只能形成键，不能形成键。(3)两个原子间可以只形成键，但不能只形成键。(5)键参数键能：气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量，键能越大，化学键越稳定。键长：形成共价键的两个原子之间的核间距，键长越短，共价键越稳定。键角：在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角。(6)配位键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。配位键a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。b配位键的表示方法如AB，其中A表示提供孤电子对的原子，B表示提供空轨道的原子。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。配位化合物a组成：以Cu(NH3)4SO4为例b形成条件中心原子有空轨道，如Fe3、Cu2、Zn2、Ag等。配位体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F、Cl、CN等。c配位数直接同中心离子(或原子)配位的分子(或离子)数目叫中心离子(或原子)的配位数，如Cu(NH3)4SO4中Cu2的配位数为4。2分子的立体结构(1)杂化轨道理论含义当原子成键时，原子内部能量相近的原子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化过程学霸巧学卡(1)在形成分子时，只有能级相近的原子轨道才能形成杂化轨道。(2)杂化过程中，原子轨道总数不变，即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等，但原子轨道的形状发生变化。(3)同种杂化轨道的形状相同，能量相等。杂化轨道之间要满足最小排斥原理。(4)杂化轨道只用于形成键或容纳未参与成键的孤电子对。(5)杂化轨道数目不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间形状不同。如CH4分子成键的四个轨道是由一个s轨道和三个p轨道杂化形成的，称为sp3杂化，呈正四面体形。(2)用杂化轨道理论推测分子的立体构型杂化类型杂化轨道数目杂化轨道间夹角空间构型实例sp2180直线形BeCl2sp23120三角形BF3sp3410928正四面体形CH4(3)价层电子对互斥理论理论要点a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。b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。价层电子对数的确定方法价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括键电子对和中心原子上的孤电子对。a键电子对数的确定由分子式确定键电子对数。例如，H2O中的中心原子为O，O有2对键电子对；NH3中的中心原子为N，N有3对键电子对。b中心原子上的孤电子对数的确定中心原子上的孤电子对数(axb)。.分子：a为中心原子的价电子数，对于主族元素来说，价电子数等于原子的最外层电子数；阳离子：a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数；阴离子：a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数(绝对值)。.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，氢为1，其他原子等于“8该原子的价电子数”。价层电子对互斥模型与分子立体构型的关系电子对数成键对数孤电子对数电子对空间构型分子空间构型实例220直线形直线形BeCl2330三角形三角形BF321V形SnBr2440四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O学霸巧学卡价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。(1)当中心原子上无孤电子对时，二者的构型一致；(2)当中心原子上有孤电子对时，二者的构型不一致。如中心原子采取sp3杂化的，其价层电子对模型为四面体形，其分子构型可以为四面体形(如CH4)，也可以为三角锥形(如NH3)，也可以为V形(如H2O)。(4)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，它们的许多性质相似，如CO和N2。等电子体的微粒有着相同的分子构型，中心原子也有相同的杂化方式。如：CO2是直线形分子，CNS、NO、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。3分子间的作用力和分子的性质(1)分子间作用力概念：物质分子之间普遍存在的相互作用力，称为分子间作用力。分类：分子间作用力最常见的是范德华力和氢键。强弱：范德华力氢键化学键。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，分子的极性越大，范德华力也越大。学霸巧学卡范德华力很弱，约比化学键的键能小12个数量级，分子间作用力的实质是电性引力，其主要特征有以下几个方面：(1)广泛存在于分子之间；(2)只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力，如固体和液体物质中；(3)范德华力主要影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质。氢键a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。b表示方法：AHB说明：a.A、B为电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素的原子。bA、B可以相同，也可以不同。c特征：具有一定的方向性和饱和性。d分类：氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。e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)分子的性质分子的极性a非极性分子与极性分子的判断非极性分子单质正负电荷中心重合结构对称 双原子分子多原子分子 化合物正负电荷中心不重合结构不对称极性分子b键的极性与分子极性的关系分子的极性是分子中化学键的极性的向量和。只含有非极性键的分子一定是非极性分子；含极性键的分子，如果分子的空间结构是对称的，则键的极性相互抵消，各个键的极性的向量和为零，分子就是非极性分子，反之，则是极性分子。其关系可总结如下：溶解性a“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。若存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。b“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。手性具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样，镜面对称，却在三维空间里不能重叠，互称手性异构体，具有手性异构体的分子叫手性分子。无机含氧酸分子的酸性无机含氧酸可写成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，酸性越强，如HClOHClO2HClO3”“”或“”)图(a)中1号C与相邻C形成的键角。(2)乙醛中碳原子的杂化轨道类型为_。(3)NH3分子中心原子的杂化方式为_。解析(1)图(b)中1号C与3个碳原子、1个氧原子共形成4个键，其价层电子对数为4，C的杂化方式为sp3；该C与相邻C的键角约为10928，图(a)中1号C采取sp2杂化，碳原子间夹角为120。(2)乙醛的结构式为，甲基碳原子形成4个键，C的杂化方式为sp3；中碳原子形成3个键，C的杂化方式为sp2。答案(1)sp3HClO3HClO2HClO。答案(1)(2)H2O分子间可形成氢键(3)C6H6H2O大于(4)HClO4HClO3HClO2HClO【解题法】分子极性的判断方法(1)根据组成和结构判断双原子分子A2型分子(以非极性键结合形成的单质分子)一般是非极性分子；AB型分子一定是极性分子。ABn型分子a位置对称法分子有无极性主要看分子中正、负电荷的分布是否对称，而电荷分布情况又跟分子的形状有密切的关系，因此可根据分子的形状先分析分子的对称性。若分子高度对称，则为非极性分子，反之为极性分子。如分子的立体构型为直线形、平面三角形、正四面体形、三角双锥形、正八面体形等空间对称的结构，致使正电中心与负电中心重合，这样的分子就是非极性分子。若为V形、三角锥形、四面体形(非正四面体形)等非对称结构，则为极性分子。b价、位关系法所谓“价、位关系”是指元素的化合价和该元素在周期表中的位置(主族序数)之间的关系。对于ABn型的分子来说，若A的化合价的绝对值和A在周期表中的主族序数相等，则该分子是非极性分子，若不相等，则是极性分子。c孤对电子数法对于ABn型的分子来说，中心原子无孤对电子非极性分子；中心原子有孤对电子极性分子。(2)根据实验现象判断将液体放入适宜的滴定管中，打开活塞让其缓慢流下，将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近液流，流动方向变化(发生偏移)的是极性分子，流动方向不变的是非极性分子。1短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、X原子的最外层电子数之比为43，Z原子比X原子的核外电子数多4。下列说法正确的是()AW、Y、Z的电负性大小顺序一定是ZYWBW、X、Y、Z的原子半径大小顺序可能是WXYZCY、Z形成的分子的空间构型可能是正四面体DWY2分子中键与键的数目之比是21答案C解析本题考查了元素推断、原子半径、分子空间结构、共价键类型等物质结构元素周期律知识。因为原子的最外层电子数不超过8个，故W、X的最外层电子数分别为4和3，结合Z的电子数比X多4可知，W为C元素，X为Al元素，Z为Cl元素。若Y为Si元素，则电负性ClCSi，A项错误；因为C元素在第二周期，其余三种元素在第三周期，故原子半径XYZW，B项错误；SiCl4的空间构型为正四面体形，C项正确；CS2结构式为S=C=S，分子中含有两个键和两个键，D项错误。2我国科学家研制出一种催化剂，能在室温下高效催化空气中甲醛的氧化，其反应如下：HCHOO2CO2H2O。下列有关说法正确的是()A该反应为吸热反应BCO2分子中的化学键为非极性键CHCHO分子中既含键又含键D每生成1.8 g H2O消耗2.24 L O2答案C解析甲醛的氧化反应为放热反应，A项错误；B项中CO2分子的结构式为O=C=O，只含有极性键，错误；C项中甲醛的结构简式为，含有碳氧双键，正确；D项中每生成1.8 g H2O，消耗标况下的氧气2.24 L，错误。3碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题： (1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用_形象化描述。在基态14C原子中，核外存在_对自旋相反的电子。(2)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是_。(3)CS2分子中，共价键的类型有_，C原子的杂化轨道类型是_，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_。(4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于_晶体。(5)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：在石墨烯晶体中，每个C原子连接_个六元环，每个六元环占有_个C原子。在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接_个六元环，六元环中最多有_个C原子在同一平面。答案(1)电子云2(2)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(3)键和键spCO2、SCN(或COS等)(4)分子(5)32124解析(1)处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用“电子云”形象化描述。根据碳的基态原子核外电子排布图可知，自旋相反的电子有2对。(2)碳原子有4个价电子，且碳原子半径小，很难通过得或失电子达到稳定电子结构，所以碳在形成化合物时，其键型以共价键为主。(3)CS2中C为中心原子，采用sp杂化，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子有CO2、SCN等。(4)Fe(CO)5的熔、沸点较低，符合分子晶体的特点，故其固体为分子晶体。(5)由石墨烯晶体结构图可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为62。观察金刚石晶体的空间构型，以1个C原子为标准计算，1个C原子和4个C原子相连，则它必然在4个六元环上，这4个C原子中每个C原子又和另外3个C原子相连，必然又在另外3个六元环上，3412，所以每个C原子连接12个六元环；六元环中最多有4个C原子在同一平面。4(1)新制备的Cu(OH)2可将乙醛(CH3CHO)氧化成乙酸，而自身还原为Cu2O。乙醛中碳原子的杂化轨道类型为_，1 mol乙醛分子中含有的键的数目为_，乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_。(2)周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子的杂化方式为_；分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是_(填化学式，写出两种)。这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是_；酸根呈三角锥结构的酸是_(填化学式)。(3)X、Y、Z、R为前四周期元素，且原子序数依次增大。XY2是红棕色气体；X与氢元素可形成XH3；Z基态原子的M层与K层电子数相等；R2离子的3d轨道中有9个电子。XY离子的立体构型是_；R2的水合离子中，提供孤电子对的原子是_。将R单质的粉末加入XH3的浓溶液中，通入Y2，充分反应后溶液呈深蓝色，该反应的离子方程式是_。(4)维生素B1可作为辅酶参与糖的代谢，并有保护神经系统的作用。该物质的结构式为：以下关于维生素B1的说法正确的是_。A只含键和键B既有共价键又有离子键C该物质的熔点可能高于NaClD该物质易溶于盐酸维生素B1晶体溶于水的过程中要克服的微粒间作用力有_。A离子键、共价键B离子键、氢键、共价键C氢键、范德华力 D离子键、氢键、范德华力答案(1)sp3、sp26NACH3COOH存在分子间氢键(2)sp3H2O2、N2H4HNO2、HNO3H2SO3(3)V形O2Cu8NH3H2OO2=2Cu(NH3)424OH6H2O(4)BDD解析(1)乙醛的结构式为，由此可知，CH3、CHO上的碳原子分别是sp3、sp2杂化。由于1个乙醛分子中含有4个CH键、1个CC键、1个C=O键，共6个键，故1 mol乙醛分子含有6NA个键。乙酸分子之间能形成氢键而乙醛分子之间不能形成氢键，故乙酸的沸点明显高于乙醛。(2)由题意推出元素a、b、c、d、e依次是H、N、O、S、Cu。氢与其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形的是NH3，NH3中N原子的杂化方式为sp3，分子中既含有极性共价键又含有非极性共价键的化合物是H2O2、N2H4。这些元素的含氧酸有HNO2、HNO3、H2SO3、H2SO4，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是HNO2、HNO3，酸根呈三角锥结构的酸是H2SO3。(3)根据提供信息，可以推断X为N，Y为O，Z为Mg，R为Cu。NO中N有一对孤电子对，NO的立体构型为V形。Cu2的水合离子中，H2O分子中O原子提供孤电子对。该反应生成了Cu(NH3)4(OH)2配合物。(4)根据维生素B1的结构式可知该物质含有离子键、共价键，故A错，B项正确；该物质中阳离子与阴离子之间的晶格能小于Cl与Na之间的晶格能，熔点应低于NaCl，故C项错误；该物质分子中含有NH2，易溶于盐酸，D项正确。维生素B1分子中有NH2、OH官能团，可形成氢键。5乙二胺四乙酸可由乙二胺(H2NCH2CH2NH2)、氰化钠(NaCN)和甲醛水溶液作用制得，能和Fe3形成稳定的水溶性配合物乙二胺四乙酸铁钠，原理如下：(1)Fe3基态核外电子排布式为_。(2)与CN互为等电子体的一种非极性分子为_(填化学式)。(3)乙二胺四乙酸中C原子的轨道杂化类型是_；C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是_。(4)乙二胺和三甲胺N(CH3)3均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多，原因是_。(5)请在乙二胺四乙酸铁钠结构图中用“箭头”表示出配位键。答案(1)Ar3d5(或1s22s22p63s23p63d5)(2)N2(3)sp2、sp3NOC(4)乙二胺分子间可以形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键(5)解析(1)Fe为26号元素，其原子核外电子排布式为Ar3d64s2，Fe3为Fe原子先失去4s上的2个电子，再失去3d上面的1个电子，则Fe3的核外电子排布式为Ar3d5。(2)等电子体的原子数相等，价电子总数相等，且为非极性分子，则为N2。(3)“CH2”中的碳原子为sp3杂化，“COOH”中的碳原子为sp2杂化。N的2p轨道中的电子为半满的稳定状态，所以第一电离能比相邻元素O和C均大。(4)乙二胺中的氨基可以形成分子间氢键，从而使得其沸点高。(5)与Fe相连的N和O上面均含有孤电子对，而Fe有空轨道，所以它们之间形成配位键。