1、第2讲 分子结构与性质【最新考纲】1.了解共价键的形成，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。2.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)。3.能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的立体构型。4.了解化学键和分子间作用力的区别。5.了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含有氢键的物质。考点一 共价键和配位键(1)共价键的本质与特征。共价键的本质是原子之间形成共用电子对；共价键具有方向性和饱和性的基本特征。(2)共价键种类。根据形成共价键的原子轨道重叠方式可分为键和键。键强度比键强度大。(3)键参数。键参数对分子性质的影响。键参数与分子稳定性
2、的关系。键能越大，键长越短，分子越稳定。2配位键及配合物(1)配位键。由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成的共价键。(2)配位键的表示方法。如AB：A表示提供孤电子对的原子，B表示接受共用电子对的原子。(3)配位化合物。组成。形成条件。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。中心原子有空轨道：如Fe3、Cu2、Zn2、Ag等。【典例1】(高考组合题)(1)(2015新课标卷)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_。(2)(2014新课标卷)1 mol乙醛分子中含有的键的数目为
3、_。(3)(2014新课标卷)O、N、C的氢化物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)。解析：(1)C有4个价电子且半径较小，难以通过得或失电子达到稳定结构；C原子与硫原子间为极性共价键，既有键又有键；(2)CH3CHO中单键为键，双键中含有1个键和1个键，即1 mol CH3CHO中含6 mol 键。(3)O、N、C的氢化物分子中含有非极性共价键的化合物有H2O2、N2H4、C2H6、C6H6等。答案：(1)见解析 键和键(2)6NA(3)H2O2、N2H4题组一 键、键的概念及判断1(2015广东佛山高三月考)下列关于共价键的说法正确的是()A一般来说
4、键键能小于键键能B原子形成双键的数目等于基态原子的未成对电子数C相同原子间的双键键能是单键键能的两倍D所有不同元素的原子间的化学键至少具有弱极性解析：键是原子轨道以“头碰头”的方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键，键是原子轨道以“肩并肩”的方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键，原子轨道以“头碰头”的方式比“肩并肩”的方式重叠的程度大，电子在核间出现的概率大，形成的共价键强，因此键的键能大于键的键能，A项错误；原子形成共价键时，共价键的数目是成键的电子对数目，不等于基态原子的未成对电子数，因为部分成对电子受激发而成为单电子，B项错误；因为单键都是键，双键中有一
5、个键和一个键，键的键能大于键的键能，故双键键能小于单键键能的两倍，C项错误；因为不同元素的电负性是不同的，所以不同元素原子间的化学键至少有弱极性，D项正确。答案：D2(1)Zn 的氯化物与氨水反应可形成配合物Zn(NH3)4Cl2，1 mol 该配合物中含有 键的数目为_。(2)CaC2 中 C22 与 O22 互为等电子体，O22 的电子式可表示为_；1 mol O2 2 中含有的 键数目为_。(3)下列物质中，只含有极性键的分子是_，(填字母，下同)既含离子键又含共价键的化合物是_；只存在 键的分子是_，同时存在 键和 键的分子是_。AN2BCO2CCH2Cl2 DC2H4EC2H6FCa
6、Cl2 GNH4Cl解析：(1)Zn(NH3)42中 Zn2与 NH3 之间以配位键相连，共 4 个 键，加上 4 个 NH3 的 12 个 键，共 16 个 键。(2)等电子体结构相似，则 O22 的电子式与 C22 相似，为O,O2；1 mol O22 中含有 2 mol 键，即 2NA个 键。(3)C2H4、C2H6 中含有 CH 为极性键，CC 键为非极性键。答案：(1)16NA(2)O,O2 2NA(3)BC G CE ABD【归纳提升】快速判断键和键的方法(1)通过物质的结构式，可以快速有效地判断键的种类及数目；判断成键方式时，需掌握：共价单键全为键，双键中有一个键和一个键，三键中
7、有一个键和两个键。(2)键比键稳定。题组二 键参数的应用3(教材改编)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A族(除H外)和A族元素的原子间不能形成共价键C水分子可表示为HOH，分子的键角为180DHO键键能为462.8 kJmol1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2462.8 kJ解析：键长越长，键能越小，分子越不稳定，A项错误；共价键一般是形成于非金属元素之间，而A族是活泼金属元素，A族是活泼非金属元素，二者形成离子键，B项正确；水分子中键的夹角为105，C项错误；断裂2 mol HO键吸收2462.8kJ能量，而不是分解成H2和O2
8、时消耗的能量，D项错误。答案：B4氮是地球上极为丰富的元素。(1)Li3N 中氮以 N3 存在，基态 N3 的电子排布式为_。(2)NN 键的键能为 946 kJmol1，NN 键的键能为 193 kJmol1，说明 N2 中的_键比_键稳定(填“”或“”)。(3)(CH3)3NH和 AlCl4 可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成，熔点低于 100，其挥发性一般比有机溶剂大。两种离子中均存在_键。(4)X中所有电子正好充满 K、L、M 三个电子层，则 X的元素符号是_，电子排布式为_。解析：(1)基态N3的核外电子数是10，根据核外电子排布规律可知其电子排布式为1s22s22p6。(2)
9、根据题意可知，NN键即键的键能为193 kJmol1，NN键的键能为946 kJmol1，其中包含一个键和两个键，则键的键能是(946193)kJmol12376.5 kJmol1，键能越大，化学键越稳定，由数据可以判断N2中的键比键稳定。(3)阴、阳离子均为原子团，是由原子通过共价键形成的。(4)已知X中所有电子正好充满K(2个)、L(8个)、M(18个)三个电子层，则其电子总数为28，故X原子的核外电子数是29，所以X的核电荷数是29，为铜元素。答案：(1)1s22s22p6(2)(3)共价(4)Cu 1s22s22p63s23p63d104s1考点二 分子的立体构型1价层电子对互斥理论(
10、1)理论要点。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。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)价层电子对互斥模型与分子立体构型的关系。2.杂化轨道理论(1)杂化轨道概念：在外界条件的影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合的过程叫原子轨道的杂化，组合后形成的一组新的原子轨道，叫杂化原子轨道，简称杂化轨道。杂化类型 杂化轨道数目 杂化轨道间夹角 分子立体构型实例sp2180直线形BeCl2sp23120平面三角形BF3sp3410928四面体形CH4(2)杂化轨道的类型与分子立体构型的关系。(3)由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型。杂化轨道用来形成
11、键和容纳孤电子对，所以有公式：Z 代表物 杂化轨道数 中心原子杂化轨道类型CO2022spCH2O033sp2CH4044sp3SO2123sp2NH3134sp3H2O224sp3杂化轨道数中心原子的孤电子对数中心原子的键个数。分子组成(A为中心原子)中心原子的孤电子对数中心原子的杂化方式分子立体构型示例0sp直线形BeCl21sp2V形SO2AB22sp3V形H2O0sp2平面三角形BF3AB31sp3三角锥形NH3 AB40sp3正四面体形CH4(4)中心原子杂化类型和分子构型的相互判断。3.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N
12、2。【典例2】(高考组合题)(1)(2015新课标卷CS2中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_。(2)(2014新课标卷)乙醛中碳原子的杂化轨道类型为_。(3)(2014新课标卷，改编)NH3分子中心原子的杂化方式为_，分子的空间构型为_。(4)(2013新课标卷)在硅酸盐中，SiO44 四面体(如下图a)通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为_。解析：(1)C 原子杂化方式为 sp，CS2 结构式为 SCS，CS2 与 CO2、SCN、N3 等互为等电子体，
13、相同空间构型和键合形式相同。(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；醛基碳原子形成 3 个 键，C 的杂化方式为 sp2。(3)NH3 分子 N 原子有 4 对价层电子对，其中一对为孤电子对，故 N 为 sp3 杂化，分子空间构型为三角锥形。(4)在硅酸盐中，Si与4个O形成4个键，Si无孤电子对；SiO44 为正四面体结构，所以硅原子的杂化形式为sp3。答案：(1)sp CO2、SCN或N3(2)sp3、sp2(3)sp3 三角锥形(4)sp3题组一 分子构型的判断及中心原子杂化类型1(1)甲醇分子内C原子的杂化方式为_，甲醇分子内的OCH键角_(填“大于”
14、“等于”或“小于”)甲醛分子内的OCH键角。(2)丙烯腈分子(H2C=CHCN)中碳原子轨道杂化类型是_；分子中处于同一直线上的原子数目最多为_。(3)在 BF3 分子中，FBF 的键角是_，B 原子的杂化轨道类型为_，BF3 和过量 NaF 作用可生成NaBF4，BF4 的立体构型为_。(4)SO24 的立体构型是_，其中 S 原子的杂化轨道类型是_。(2)C=C 中的碳为 sp2 杂化，CN 中的碳为 sp 杂化。丙烯腈结构为，CCN 中的三个原子共直线。(3)BF3 分子中 B 原子形成 键数为 3，孤电子对数为 0，故杂化轨道数为 3，应为 sp2 杂化，BF3 分子的几何构型为平面三
15、角形，FBF 的键角是 120；BF4 中 B原子形成 键数为 4，孤电子对数为 0，故 BF4 为 sp3杂化，为正四面体形。(4)SO24 中成键电子对数为 4，中心 S 原子的杂化轨道类型是 sp3，空间构型为正四面体形。答案：(1)sp3 小于(2)sp 杂化和 sp2 杂化 3(3)120 sp2 正四面体(4)正四面体 sp32(2015济南模拟)一项科学研究成果表明，铜锰氧化物(CuMn2O4)能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛(HCHO)。(1)向一定物质的量浓度的Cu(NO3)2和Mn(NO3)2溶液中加入Na2CO3溶液，所得沉淀经高温灼烧，可制得CuMn2O4。Mn
16、2基态的电子排布式可表示为_。NO3 的空间构型是_(用文字描述)。(2)在铜锰氧化物的催化下，CO 被氧化为 CO2，HCHO被氧化为 CO2 和 H2O。根据等电子体原理，CO 分子的结构式为_。H2O 分子中 O 原子轨道的杂化类型为_。1 mol CO2 中含有的 键数目为_。(2)CO与N2互为等电子体，根据氮气分子的结构式可以写出CO的结构式为CO。H2O分子中O原子存在两对孤电子对，配位原子个数为2，价电子对数目为4，所以O原子采用sp3杂化。二氧化碳分子内含有两解析：(1)Mn 的原子序数为 25，价电子排布式为 3d54s2，失去 4s2 轨道上的两个电子，即得 Mn2。根据
17、价电子对互斥理论，NO3 中 N 原子采用 sp2 杂化，所以 NO3 的空间构型为平面三角形。个碳氧双键，一个双键中含有一个键，一个键，则1 mol CO2中含有2 mol 键。答案：(1)1s22s22p63s23p63d5(或Ar3d5)平面三角形(2)CO sp3 26.021023个(或2NA)题组二 等电子原理的应用及配合物理论的考查3(教材改编)已知 CO2 为直线形结构，SO3 为平面正三角形结构，NF3 为三角锥形结构，请推测 COS、CO23、PCl3 的空间结构。解析：COS 与 CO2 互为等电子体，其结构与 CO2 相似，所以其为直线形结构。CO23 与 SO3 互为
18、等电子体，结构相似，所以 CO23 为平面正三角形结构。PCl3 与 NF3互为等电子体，结构相似，所以 PCl3 为三角锥形结构。答案：COS 为直线形结构；CO23 为平面正三角形结构；PCl3 为三角锥形结构。41919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、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，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组
19、成的物质中，与互为等电子体的分子有_、_。解析：(1)仅由第二周期元素组成的共价分子中，即C、N、O、F组成的共价分子，如N2与CO均为14个电子，N2O与CO2均为22个电子。(2)依题意，只要原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，即可互称为等电子体，为三原子，各原子最外层电子数之和为562118，SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和也为6318，三者互为等电子体。答案：(1)N2 CO N2O CO2(2)SO2 O3【归纳提升】(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、NO2、N3AX216e直线形CO23、NO3、SO3AX324e平面三角形SO
20、2、O3、NO2AX218eV 形SO24、PO34AX432e正四面体形PO33、SO23、ClO3AX3 26e三角锥形CO、N2AX10e直线形CH4、NH4AX48e正四面体形(2)根据已知的一些分子结构推测另一些与它等电子的微粒的立体结构，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，它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；白锡(Sn2)与锑化铟是等电子体，它们在低温下都可转变为超导体；SiCl4、SiO44、SO24 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
21、四面体形空间构型。(3)等电子体结构相同，物理性质相近，但化学性质不同。考点三 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，分子的极性越大，范德华力也越大。(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
22、为氢键。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。b.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。类型非极性分子极性分子形成原因正电中心和负电中心重合的分子正电中心和负电中心不重合的分子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对称不对称(2)分子的溶解性。相似相溶原理：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。如果存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢
23、键作用力越大，溶解性越好。(3)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。【典例3】(高考组合题)(1)(2015新课标卷)O元素的单质有两种同素异形体，其中沸点高的是_(填分子式)，原因是_；(2)(2014新课标卷)乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是_。解析：(1)氧元素有氧气和臭氧两种同素异形体，两个都是分子晶体，O3的相对分子质量大，范德华力大，沸点高。(2)CH3COOH分子间存在氢键，而CH3CHO
24、分子间无氢键，故沸点CH3COOHCH3CHO。答案：(1)O3 O3的相对分子质量大，范德华力大，沸点高(2)CH3COOH存在分子间氢键共价键、氢键及分子间作用力的对比题组一 分子间作用力1(教材改编)下列推论正确的是()ASiH4 的沸点高于 CH4，可推测 PH3 的沸点高于 NH3BNH4 为正四面体结构，可推测 PH4 也为正四面体结构CCO2 晶体是分子晶体，可推测 SiO2 晶体也是分子晶体DC2H6 是碳链为直线形的非极性分子，可推测 C3H8 也是碳链为直线形的非极性分子解析：本题考查物质结构的相关知识，通过演绎推理考查学生思维的严密性。选项 A，由于 NH3 分子间存在氢
25、键，其沸点高于 PH3。选项 B，PH4 的结构与 NH4 相似，为正四面体结构。选项 C，SiO2 是原子晶体。选项 D，C3H8中 3 个 C 原子不在一条直线上，且 C3H8 为极性分子。答案：B2(1)H2O在乙醇中的溶解度大于H2S，其原因是_。(2)关于化合物，下列叙述正确的有_(填字母)。A分子间可形成氢键B分子中既有极性键又有非极性键C分子中有7个键和1个键D该分子在水中的溶解度大于2丁烯(3)已知苯酚具有弱酸性，其Ka1.11010；水杨酸第一级电离形成的离子能形成分子内氢键，据此判断，相同温度下电离平衡 常 数 Ka2(水 杨 酸)_(填“”或“”)Ka(苯酚)，其原因是_
26、。(4)化合物NH3的沸点比化合物CH4的高，其主要原因是_。(5)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_。的沸点比高，原因是_。解析：(2)没有与活泼非金属元素氧原子相连的H，不能形成分子间氢键，A错误。是非极性共价键，CH、C=O是极性键，B正确，该有机物的结构式为键数为9，键数为3，C错误，该有机物与H2O能形成分子间氢键，D正确。(4)分子间氢键能使分子间作用力增大，使物质的熔、沸点升高。(5)氢键弱于共价键而强于范德华力。前者形成分子间氢键，后者形成分子内氢键。答案：(1)水分子与乙醇分子之间能形成氢键(2)BD(3)”“OClS。(2)A为HCl，因为HF的分
27、子之间存在氢键和范德华力，而HCl分子之间只存在范德华力，所以HF的熔、沸点高于HCl。(3)B分子为H2S，其结构类似于H2O，因为H2O分子中O原子以sp3杂化，分子构型为V形，所以H2S分子也为V形，属于极性分子。(4)A、B的中心原子为Cl和S，形成的酸分别为HClO4和H2SO4，因为非金属性ClS，所以酸性HClO4H2SO4；X、Y的化合价越高对应的含氧酸的 酸 性 越 强，所 以 HClOHClO3HClO4；H2SO3OClS(2)HF分子之间存在氢键(3)V 极性 大 (4)HClO4H2SO4 (5)sp3 2 CO【归纳提升】分子的极性判断规律(1)分子的极性由共价键的极性和分子的立体构型两方面共同决定：极性键空间不对称极性分子 双原子分子，如HCl、NO、IBr等V形分子，如H2O、H2S、SO2等三角锥形分子，如NH3、PH3等非正四面体形分子，如CHCl3、CH2Cl2、CH3Cl等(2)判断ABn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，若不等则为极性分子。极性键或非极性键 空间对称非极性分子 单质分子，如Cl2、N2、P4、I2等直线形分子，如CO2、CS2、C2H2等正四面体形分子，如CH4、CCl4、CF4等
