高考化学主题2 分子结构与性质

物质结构与性质
高考第一轮复习
主题2 分子结构与性质
考点一　共价键
1.本质
在原子之间形成共用电子对。

2.特征
具有饱和性和方向性。

3.分类
分类依据类型
形成共价键的原子轨道重叠方式 σ键电子云“ ”重叠 π键电子云“ ”重叠
形成共价键的电子对
是否偏移
极性键共用电子对 非极性键共用电子对
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
头碰头
肩并肩
发生偏移
不发生偏移
　注意:(1)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,而会形成离子键。

(2)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。

4.键参数
(1)概念
键参数—键能键长
(2)键参数对分子性质的影响
(3)键参数与分子稳定性的关系
键能越 ,键长越 ,分子越稳定。

5.等电子原理
相同, 相同的分子具有相似的化学键特征,它们的许多性质
,如CO和 。

稳 定性短原子总数价电子数相似N 2大空间构型
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)共价键的成键原子只能是非金属原子。

( )(2)在任何情况下,都是σ键比π键强度大。

( )(3)所有分子中都存在化学键。

( )(4)分子的稳定性与分子间作用力的大小无关。

( )×××
√
(5)s-s σ键与s-p σ键的电子云形状对称性相同。

( )(6)σ键能单独存在,而π键一定不能单独存在。

( )(7)σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转。

( )(8)碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键键能的3倍和2倍。

( )(9)键长等于成键两原子的半径之和。

( )
(10)所有的共价键都有方向性。

( )√√√
×
××
2.下列说法中正确的是( )。

A.分子的键长越长,键能越高,分子越稳定
B.元素周期表中的第ⅠA族(除H外)和第ⅦA族元素的原子间不能形成共价键
C.水分子可表示为H—O—H,分子的键角为180°
D.H—O键键能为462.8 kJ·mol-1,即18 g H2O分解成H2和O
2
时,消耗能量为
2×462.8 kJ
【解析】键长越长,键能越小,分子越不稳定,A项错误;共价键一般形成于非金属元素之间,而第ⅠA族元素(H除外)均是活泼金属元素,第ⅦA族元素均是活泼非金属元素,二者易形成离子键,B项正确;水分子的立体构型为V形,两个H—O 键的键角为105°,C项错误;断裂2 mol H—O键吸收 2×462.8 kJ能量,但生成H2、O2还会放出能量,D项错误。

B
3.Ⅰ.现有以下物质:①HF;②Cl 2;③H 2O;④N 2;⑤C 2H 4。

其中:
(1)只含有极性键的是 (填序号,下同)。

(2)只含有非极性键的是 。

(3)既有极性键又有非极性键的是 。

(4)只含有σ键的是 。

(5)既有σ键又有π键的是 。

①③②④⑤①②③④⑤
Ⅱ.COCl 2分子的结构式为 ,1个该分子中含有__________(填字母)。

A.4个σ键
B.2个σ键、2个π键
C.2个σ键、1个π键
D.3个σ键、1个π键
D
4.原子数相同、电子总数相同的分子,互为等电子体。

等电子体结构相似,物理性质相近。

(1)根据上述原理,仅由第二周期元素组成的共价分子中,互为等电子体的
是 和 、 和 。

(2)此后,等电子原理又有所发展。

例如,由短周期元素组成的微粒,只要其原子数相同,各原子最外层电子数之和相同,也可互为等电子体,它们也具有相似的结构特征。

在短周期元素组成的物质中,与NO 2-互为等电子体的分子
有 、 。

N 2CO N 2O CO 2SO 2O 3
【解析】(1)仅由第二周期元素组成的共价分子,即C、N、O、F组成的共价分子中,如N2与CO均为14个电子,N2O与CO2均为22个电子。

(2)由题意可知,只要原子数相同,各原子最外层电子数之和相同,即互为等电子体,NO2-为三原子离子,各原子最外层电子数之和为5+6×2+1=18,SO2、O3均为三原子分子,各原子最外层电子数之和为6×3=18。

1.判断共价键类型的方法
(1)σ键与π键的判断
①由轨道重叠方式判断。

“头碰头”重叠为σ键,“肩并肩”重叠为π键。

②由物质的结构式判断。

共价单键全为σ键,双键中有一个σ键和一个π键,三键中有一个σ键和两个π键。

③由成键轨道类型判断。

s轨道形成的共价键全部是σ键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键。

(2)极性键与非极性键的判断
看形成共价键的两原子,不同种元素的原子之间形成的是极性共价键,同种元素的原子之间形成的是非极性共价键。

2.等电子体原理
(1)等电子体的判断方法
①同主族变换,如CO2与CS2、CF4与CCl4是等电子体。

②左右移位,如N2与CO,CO32-、NO3-与SO3是等电子体。

如果是阴离子,判断价电子总数时应用各原子价电子数之和加上阴离子所带的电荷数;如果是阳离子,判断价电子总数时应用各原子价电子数之和减去阳离子所带的电荷数。

如NH4+价电子总数为8,CO32-价电子总数为24。

(2)等电子原理的应用
①利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。

如SiCl4、SiO44-、SO42-的原子数目和价电子总数都相等,它们互为等电子体,中心原子都是sp3杂化,都形成正四面体结构。

②常见的等电子体
微粒通式价电子总数立体构型
CO2、NO2+、N3-AX216直线形
CO32-、NO3-、SO3AX324平面三角形
SO2、O3、NO2-AX218V形
SO42-、PO43-AX432正四面体形
P033-、SO32-、ClO3-AX326三角锥形
CO、N2AX10直线形
CH4、NH4+AX48正四面体形
考点二　分子的立体结构
1.价层电子对互斥理论
(1)价层电子对在球面上彼此相距最远时,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______填写下表空白内容。

电子对数成键对数孤电子
对数电子对立体构型
分子立体构型实例键角220直线形 330三角形平面正三角形 2
1V形SnBr 2105°4
40正四面体形
31 2
2
-越小直线形BeCl 2
180
°BF 3120°正四面体形CH 4109°28
三角锥形NH 3107
°V形
H 2
O 105°
2.杂化轨道理论
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,则轨道间的夹角不同,形成分子的空间结构也不同。

180°
直线
120°
平面三角HCHO
109°28'
正四面体CH4
【特别提醒】
价层电子对互斥理论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当中心原子无孤电子对时,两者的构型一致;②当中心原子有孤电子对时,两者的构型不一致。

3.配位键和配合物(1)配位键
由一个提供一对电子的原子与另一个接受电子的原子形成的 。

(2)配位键的表示方法
如A→B,A表示 孤电子对的原子,B表示 共用电子对的原子。

共价键提供接受
(3)配位化合物
①定义: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。

②组成:如[Cu(NH3)4]SO4
配位体有孤电子对,如H2O、NH3、
CO、F-、Cl-、CN-等。

中心原子有空轨道,如Fe3+、Cu2+、
Zn2+、Ag+等。

根据杂化轨道理论,完成下列各小题。

(1)NH 4+的中心原子的杂化类型为_________;SO 42-中S原子的杂化类型为_______;HCO 3
-中C原子的杂化方式为________;环戊二烯分子( )中碳原子的杂化方式为________。

(2)航母甲板涂有一层耐高温的材料聚硅氧烷,结构如图所示,其中C原子的杂化方式
为 。

sp 3sp 3sp 2sp 2、sp 3sp 3
(3)实验室常用镍试剂检验Ni 2+,可观察到鲜红色沉淀,该沉淀的结构如图所示。

在
该沉淀中碳原子的杂化方式为 。

(4)经测定发现,N 2O 5固体由NO
2
+和NO 3-两种离子组成,该固体中N原子杂化类型
有______________。

sp 3、sp 2sp、sp 2
2.价层电子对互斥理论能预测离子的立体构型,完成下列各小题。

(1)根据价层电子对互斥理论,预测ClO 3
-的空间构型为____________。

(2)叠氮化钾(KN 3)晶体中,含有的共价键类型有___________,N
3-的空间构型为___________。

(3)PO 43-中心原子的杂化方式为___________,该离子的空间构型为___________,键角为___________。

(4)Na 3AsO 3中所含阴离子的立体构型为___________。

三角锥形 σ键和π键直线形sp 3正四面体形
109°28三角锥形
3.配合物的种类繁多,是一个庞大的化合物家族。

根据配合物理论完成下列各小题。

(1)[Ag(NH 3)2]+中银离子的配位数为 。

(2)氨硼烷(NH 3BH 3)被认为是最具潜力的新型储氢材料之一,分子中存在配位键,
提供孤电子对的成键原子是 。

(3)K 3[Fe(CN)6]晶体中Fe 3+与CN -之间的化学键类型为 ,该化学键能够形
成的原因是 。

2N 配位键Fe 3+有空轨道,能接受孤对电子,CN -能提供孤对电子,所以能形成配位键
(4)如图是SCN-与Fe3+形成的一种配离子,画出该配离子中的配位键(以箭头表示)。

(5)Co(NH3)5Cl3是钴的一种配合物,向100 mL 0.2 mol·L-1该配合物的溶液中加入足量AgNO3溶液,生成5.74 g白色沉淀,则该配合物的化学式应写[Co(NH3)5Cl]Cl26
为 ,中心离子的配位数为 。

【解析】(5)配合物的物质的量为0.2 mol·L-1×100×10-3 L=0.02 mol,氯化银的物质的量为 =0.04 mol,配合物中配位离子Cl-不与Ag+反应,1 mol该配合物生成2 mol AgCl沉淀,所以1 mol该配合物中含2 mol外界离子Cl-,即配离子中含有1个Cl-,该配合物的化学式可写为[Co(NH3)5Cl]Cl2,中心离子配位数为6。

4.原子形成化合物时,电子对间的相互作用对物质的结构和性质会产生影响。

请回答下列问题:
(1)BF 3分子的立体构型为 ,NF 3分子的立体构型为 。

(2)已知H 2O、NH 3、CH 4三种分子中,键角由大到小的顺序是CH 4>NH 3>H 2O,请分析可能的原因:_______________________________________________________。

(3)NH 3分子在独立存在时H—N—H的键角为107°。

如图是[Zn(NH 3)6]2+的部分结构以及H—N—H键角的测量值。

解释NH 3形成如图配合物后H—N—H键角变大的原因: 。

平面三角形三角锥形CH 4分子中的C原子没有孤电子对,NH 3分子中N原子上有1对孤电子对,H 2O分子中O原子上有2对孤电子对,它们对成键电子对的排斥作用依次增大,故键角依次减小
NH 3分子中N原子的孤电子对进入Zn 2+的空轨道形成配位键后,原孤电子对与成键电子对间的排斥作用变为成键电子对间的排斥,排斥作用减弱
一、判断分子或离子立体构型“三步曲”第一步:确定中心原子上的价层电子对数
(1)分子:a为中心原子的价电子数,对于主族元素,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)。

(2)x为与中心原子结合的原子数。

(3)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”。

如NH3的中心原子为N,a=5,b=1,x=3,所以中心原子孤电子对数= (a-xb)= ×(5-3×1)=1。

第二步:确定价层电子对的立体构型
由于价层电子对之间的相互排斥作用,它们趋向于相互远离,这样已知价层电子对的数目,就可以确定它们的立体构型。

第三步:分子立体构型的确定
价层电子对有成键电子对和孤电子对之分,价层电子对的总数减去成键电子对数,得孤电子对数。

根据成键电子对数和孤电子对数,可以确定相应的较稳定的分子立体构型。

二、“五种方法”判断分子中心原子的杂化类型
1.根据分子的构型判断
多原子(3个或3个以上)分子的立体结构与中心原子杂化方式的对照:分子的立
体结构正四面体形三角锥形V形平面三角形V形直线形
杂化类型sp3sp2sp (1)只要分子构型为直线形的,中心原子一定为sp杂化,同理,只要中心原子是sp杂化的,分子构型一定为直线形。

(2)只要分子构型为平面三角形的,其中心原子一定为sp2杂化。

(3)只要分子中的原子不在同一平面内的,中心原子一定是sp3杂化。

(4)V形分子的判断需要借助孤电子对数,孤电子对数是1的中心原子是sp2杂化,孤电子对数是2的中心原子是sp3杂化。

2.根据杂化轨道之间的夹角判断
若杂化轨道之间的夹角为109.5°,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。

3.根据等电子原理进行判断
如CO2是直线形分子,CNS-、N3-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。

4.根据中心原子的电子对数判断
如中心原子的电子对数为4,是sp3杂化;为3,是sp2杂化;为2,是sp杂化。

5.根据分子或离子中有无π键及π键数目判断
如没有π键的为sp3杂化,含1个π键的为sp2杂化,含2个π键的为sp杂化。

考点三　分子间作用力与分子的性质
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 和 。

(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 的增大,范德华力逐渐 。

范德华力氢键<<相对分子质量增大
(5)氢键
a.形成:已经与 的原子形成共价键的 (该氢原子几乎为裸露
的质子)与另一个分子中 的原子之间的作用力,称为氢键。

b.表示方法:A—H…B
c.特征:具有一定的方向性和饱和性。

d.分类:氢键包括 氢键和 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 ,对电离和溶解度等产生影响。

电负性很强氢原子电负性很强分子内分子间升高
2.分子的性质(1)分子的极性
类型
非极性分子极性分子形成原因
正电中心和负电中心 的分子 正电中心和负电中心 的分子 可能存在的共价键
非极性键或极性键非极性键或极性键分子内原子排列 重合不重合对称不对称
(2)分子的溶解性
a.“相似相溶”的规律:非极性溶质一般能溶于 溶剂,极性溶质一般能
溶于 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 。

b.随着溶质分子中憎水基的增多,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。

非极性极性增大
(3)分子的手性
a.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。

b.手性分子:具有手性异构体的分子。

四个不同原子或基团
c.手性碳原子:在有机物分子中,连有 的碳原子。

含有手性碳原子的分子是手性分子,如 (带*的碳原子为手性碳原子)。

(4)无机含氧酸分子的酸性
无机含氧酸的通式可写成(HO)m RO n,如果成酸元素R相同,则n值越大,R的正电性越高,使 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HClO<HClO2<HClO3<HClO4。

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)可燃冰(CH 4·8H 2O)中甲烷分子与水分子间形成了氢键。

( )(2)乙醇分子和水分子间只存在范德华力。

( )(3)氢键具有方向性和饱和性。

( )(4)H 2O 2分子间存在氢键。

( )(5)卤素单质、卤素氢化物、卤素碳化物(CX 4
)的熔、沸点均随着相对分子质量的
增大而增大。

( )(6)氢键的存在一定能使物质的熔、沸点显著升高。

( )
(7)H 2O比H 2S稳定是因为水分子间存在氢键。

( )×
×
√
√
×
××
【解析】(1)可燃冰中水分子间存在氢键,但CH4与H2O之间不存在氢键。

(2)乙醇分子、水分子中都含有—OH,符合形成氢键的条件。

(4)H2O2分子中的H几乎成为“裸露”的质子,与水分子一样,H2O2分子间也存在氢键。

(5)卤素氢化物中,HF分子间能形成氢键,其熔、沸点最高。

(6)分子内氢键对物质的熔、沸点影响很小。

(7)H2O比H2S稳定是因为O—H键键能大于S—H键键能,与氢键无关。

2.下列物质:①BeCl 2 ②SiC ③白磷 ④BF 3 ⑤NH 3 ⑥过氧化氢,其中含极性
键的非极性分子是( )。

A.①④⑥
B.②③⑥
C.①④
D.①③④⑤
C
3.按要求回答下列问题:(1)HCHO分子的立体构型为 形,它与H 2加成后,加成产物的熔、沸点比
CH 4的熔、沸点高,其主要原因是 (须指明加成产物是何物质)。

(2)S位于周期表中第 族,H 2Te比H 2S沸点高的
原因是__________________ ___________　,
H 2O比H 2Te沸点高的原因是________________________。

(3)有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷。

硅烷的
沸点与相对分子质量的关系如图所示,呈现这种变化的原因是 。

平面三角加成产物CH 3OH分子之间能形成氢键ⅥA 两者均为分子晶体且结构相似,H 2Te 的相对分子质量
比H 2S 大,分子间作用力更强
　两者均为分子晶体,H 2O 分子间存在氢键硅烷为分子晶体,随相对分子质量增大,分子间作用力增强,熔沸点升高
(4)氨是一种易液化的气体,请简述其易液化的原因:__________________________。

(5)H 2S在乙醇中的溶解度小于H 2O在乙醇中的溶解度的原因是_____________。

(6)碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠,是由于HCO 3-能够形成双聚或多聚链状离子,HCO 3-能够形成双聚或多聚的原因是______________________________。

(7)H 2O与H 2S为同族元素的氢化物,H 2O可以形成H 3O +或H 9O 4+等,而H 2
S几乎不能形成类似的H
3S +或H 9S 4+,其原因是______________________________。

(8)纳米TiO 2是一种应用广泛的催化剂,其催化的一个实例如图所示。

化合物乙的
沸点明显高于化合物甲,主要原因是________________________________________。

化合物甲化合物乙
用力大,因而易液化
H 2O与乙醇分子间能形成氢键HCO 3-间能够通过氢键相互聚合
氧的电负性大且原子半径小,H 2O分子间及与H +可形成氢键,而硫的电负性较小且原子半径大,几乎不能形成氢键
化合物乙分子间存在氢键
一、分子间作用力、共价键与氢键
分子间作用力氢键共价键
分类范德华力分子内氢键、分子间氢键极性共价键、非极性
共价键
特征无方向性、无饱和性有方向性、有饱和性有方向性、有饱和性强度比较共价键>氢键>范德华力
影响其强度的因素随着分子极性和相对分子质量的增大而
增大
对于A—H…B,A、B的电负
性越大,B原子的半径越小,
作用力越大
成键原子半径越小,键
长越短,键能越大,共
价键越稳定
对物质性质的影响①影响物质的熔沸点、溶解度等物理性
质;②组成和结构相似的物质,随相对分
子质量的增大,物质的熔、沸点升高,如
熔、沸点:F2<Cl2<Br2<I2
分子间氢键的存在,使物质
的熔、沸点升高,在水中的
溶解度增大,如熔、沸点
:H2O>H2S,HF>HCl,NH3>
PH3
①影响分子的稳定
性;②共价键键能越大,
分子稳定性越强
二、分子极性、非极性的判断
1.思维程序
2.思维模型
(1)根据键的类型及分子的空间构型判断
共价键的极性与分子极性的关系可总结如下:
(2)根据中心原子最外层电子是否全部成键判断
若分子的中心原子最外层电子全部成键,则此分子一般为非极性分子;若分子的中心原子最外层电子未全部成键,则此分子一般为极性分子。

CH4、BF3、CO2等分子的中心原子的最外层电子均全部成键,它们都是非极性分子。

而H2O、NH3、NF3等分子的中心原子的最外层电子均未全部成键,它们都是极性分子。

(3)判断AB n型分子极性的经验规律
若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数,则为非极性分子,若不相等,则为极性分子。