选修3第二讲分子结构与性质.docx

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选修3第二讲分子结构与性质

第二讲　分子结构与性质

[2017高考导航]

考纲要求

真题统计

命题趋势

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空间结构。

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。

2015，卷Ⅰ37T

（2）（3）；

2015，卷Ⅱ37T

（2）（3）（4）；

2014，卷Ⅰ37T（3）；

2014，卷Ⅱ37T

（2）（3）（5）；

2013，卷Ⅰ37T（3）（5）（6）；

2013，卷Ⅱ37T（4）

　　高考对本部分的考查主要以三方面为主：

（1）化学键的类型、特征、判断。

（2）常见分子的立体构型及中心原子的杂化类型。

（3）范德华力、氢键、配位键的特点及对物质性质的影响。

预计2017年高考将会对上述考查内容进行重点考查。

注意杂化轨道理论及价层电子对互斥理论的复习。

考点一　共价键[学生用书P266]

1．共价键的本质和特征

共价键的本质是在原子之间形成共用电子对，其特征是具有饱和性和方向性。

2．共价键的分类

分类依据

类型

形成共价键的原子轨道重叠方式

σ键

原子轨道“头碰头”重叠

π键

原子轨道“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

形成共价键的电子对是否偏移

非极

性键

共用电子对不发生偏移

3.共价键类型的判断

（1）σ键与π键

①依据强度判断：

σ键的强度较大，较稳定；π键活泼，比较容易断裂。

②共价单键都是σ键，共价双键中含有一个σ键、一个π键，共价三键中含有一个σ键、两个π键。

（2）极性键与非极性键

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。

4．键参数

（1）键参数对分子性质的影响

（2）键参数与分子稳定性的关系：

键能越大，键长越短，分子越稳定。

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）在所有分子中都存在化学键。

（　　）

（3）H2分子中的共价键不具有方向性。

（　　）

（4）分子的稳定性与分子间作用力的大小无关。

（　　）

（5）σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）√　（5）√

2．在下列物质中：

①HCl、②N2、③NH3、④Na2O2、⑤H2O2、⑥NH4Cl、⑦NaOH、⑧Ar、⑨CO2、⑩C2H4。

（1）只存在非极性键的分子是__________；既存在非极性键又存在极性键的分子是__________；只存在极性键的分子是__________。

（2）只存在单键的分子是__________，存在三键的分子是__________，只存在双键的分子是__________，既存在单键又存在双键的分子是__________。

（3）只存在σ键的分子是__________，既存在σ键又存在π键的分子是__________。

（4）不存在化学键的是__________。

（5）既存在离子键又存在极性键的是__________；既存在离子键又存在非极性键的是__________。

答案：

（1）②　⑤⑩　①③⑨　

（2）①③⑤　②　⑨　⑩　（3）①③⑤　②⑨⑩　（4）⑧　（5）⑥⑦　④

名师点拨

（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。

（1）Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物[Zn（NH3）4]Cl2,1mol该配合物中含有σ键的数目为________。

（2）CaC2中C

与O

互为等电子体，O

的电子式可表示为________；1molO

中含有的π键数目为________。

（3）下列物质中：

A．N2　　　B．CO2　　　C．CH2Cl2　　　D．C2H4

E．C2H6F．CaCl2G．NH4Cl

①只含有极性键的分子是__________；

②既含离子键又含共价键的化合物是________；

③只存在σ键的分子是________；

④同时存在σ键和π键的分子是________。

[解析]　

（1）[Zn（NH3）4]2＋中Zn2＋与NH3之间以配位键相连，共4个σ键，加上4个NH3的12个σ键，共16个σ键。

（2）等电子体结构相似，则O

的电子式与C

相似，为[

O⋮⋮O

]2＋；1molO

中含有2molπ键，即2NA个π键。

（3）C2H4、C2H6中含有C—H键为极性键，C—C键为非极性键。

[答案]　

（1）16NA　

（2）[

O⋮⋮O

]2＋　2NA

（3）①BC　②G　③CE　④ABD

根据价键理论分析氮气分子中的成键情况。

答案：

氮原子各自用三个p轨道分别跟另一个氮原子形成一个σ键和两个π键。

σ键和π键的判断方法

（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；判断键的数目时，需掌握：

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。

（2）σ键比π键稳定。

题组　共价键的综合考查

1．（2016·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σ键键能小于π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：

选D。

σ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，π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σ键的键能大于π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σ键，双键中有一个σ键和一个π键，σ键的键能大于π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。

2．（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ⅠA族（除H外）和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462.8kJ·mol－1，即18gH2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×462.8kJ

解析：

选B。

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ⅠA族（除H外）是活泼金属元素，ⅦA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2molH—O键吸收2×462.8kJ能量，而不是分解成H2和O2时消耗的能量，D项错误。

分子的空间构型与键参数

键长、键能决定了共价键的稳定性，键长、键角决定了分子的空间构型，一般来说，知道了多原子分子中的键角和键长等数据，就可确定该分子的空间几何构型。

如下：

考点二　分子的立体构型

一、用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型

1．用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型的关键是判断分子中的中心原子上的价层电子对数。

.其中：

a是中心原子的价电子数（阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数），b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，x是与中心原子结合的原子数。

2．价层电子对互斥理论与分子构型

电子

对数

成键数

孤电子

对数

电子对空

间构型

分子空

间构型

实例

2

2

0

直线形

直线形

CO2

3

3

0

三角形

三角形

BF3

2

1

V形

SO2

4

4

0

四面体形

正四面体形

CH4

3

1

三角锥形

NH3

2

2

V形

H2O

二、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

sp

2

180°

直线形

BeCl2

sp2

3

120°

三角形

BF3

sp3

4

109°28′

正四面体形

CH4

三、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，具有许多相近的性质，如CO和N2。

四、配位键和配合物

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用电子对。

2．配位键的表示方法

如A→B：

A表示提供孤电子对的原子，B表示接受孤电子对的原子。

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）形成条件

（3）组成

1．判断下列物质中中心原子的杂化轨道类型。

BF3______；PF3______；SO3______；SO2______；H2S______。

答案：

sp2　sp3　sp2　sp2　sp3

2．填写下列表格。

序号

化学式

孤电子对数

σ键电子对数

价层电子对数

VSEPR模型名称

分子或离子的立体构型名称

中心原子杂化类型

①

CO2

②

ClO－

③

HCN

④

H2O

⑤

SO3

⑥

CO

⑦

NO

答案：

①0　2　2　直线形　直线形　sp

②3　1　4　四面体形　直线形　sp3

③0　2　2　直线形　直线形　sp

④2　2　4　四面体形　V形　sp3

⑤0　3　3　平面三角形　平面三角形　sp2

⑥0　3　3　平面三角形　平面三角形　sp2

⑦0　3　3　平面三角形　平面三角形　sp2

名师点拨

（1）甲醇分子内C原子的杂化方式为________，甲醇分子内的O—C—H键角________（填“大于”“等于”或“小于”）甲醛分子内的O—C—H键角。

（2）丙烯腈分子（H2C===CH—C≡N）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，F—B—F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，BF

的立体构型为________。

（4）SO

的立体构型是________，其中S原子的杂化轨道类型是________。

[解析]　

（1）甲醇（

）分子内C原子有4对σ键电子对，无孤电子对，为sp3杂化，O—C—H键角约109°28′；甲醛（

）分子内C原子为sp2杂化，平面三角形，O—C—H键角约120°；故甲醇分子内O—C—H键角比甲醛分子内O—C—H键角小。

（2）

中的碳为sp2杂化，—C≡N中的碳为sp杂化。

丙烯腈结构式为

，C—C≡N中的三个原子共直线。

（3）BF3分子中B原子形成σ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角形，F—B—F的键角是120°；BF

中B原子形成σ键数为4，孤电子对数为0，故BF

为sp3杂化，为正四面体形。

（4）SO

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　sp3

根据碳元素的成键特点，请归纳判断有机物分子中碳原子杂化方式的规律。

答案：

碳元素成键时没有孤电子对，所以根据它形成的σ键数可以快速判断其杂化方式，某个碳原子周围有几个其他原子，就有几个σ键，从而确定其杂化方式，如H2C===CH—C≡N分子中，各碳原子的周围原子数分别是3、3、2，则它们的杂化方式分别为sp2、sp2、sp。

判断中心原子杂化类型与分子构型的方法

（1）中心原子杂化类型的判断

杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子，所以有公式：

杂化轨道数＝中心原子的孤电子的对数＋中心原子的σ键个数。

代表物

杂化轨道数

中心原子杂化轨道类型

CO2

0＋2＝2

sp

CH2O

0＋3＝3

sp2

CH4

0＋4＝4

sp3

SO2

1＋2＝3

sp2

NH3

1＋3＝4

sp3

H2O

2＋2＝4

sp3

（2）中心原子杂化类型和分子构型的相互判断

中心原子的杂化类型和分子构型有关，二者之间可以相互判断。

分子组成（A为中心原子）

中心原子的弧电子对数

中心原子的杂化方式

分子空间构型

示例

AB2

0

sp

直线形

BeCl2

1

sp2

V形

SO2

2

sp3

V形

H2O

AB3

0

sp2

平面三角形

BF3

1

sp3

三角锥形

NH3

AB4

0

sp3

正四面体形

CH4

题组一　分子构型及中心原子杂化类型的判断

1．在乙烯分子中有5个σ键和1个π键，它们分别是（　　）

A．sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键

B．sp2杂化轨道形成π键，未杂化的2p轨道形成σ键

C．C—H之间是sp2杂化轨道形成σ键，C—C之间是未杂化的2p轨道形成π键

D．C—C之间是sp2杂化轨道形成σ键，C—H之间是未杂化的2p轨道形成π键

解析：

选A。

在乙烯分子中，每个碳原子的2s轨道与2个2p轨道杂化形成3个sp2杂化轨道，其中2个sp2杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道形成C—Hσ键，另外1个sp2杂化轨道与另一个碳原子的sp2杂化轨道形成C—Cσ键；2个碳原子中未参与杂化的2p轨道形成1个π键。

2．在硼酸[B（OH）3]分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。

则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是（　　）

A．sp，范德华力　　　　　　B．sp2，范德华力

C．sp2，氢键D．sp3，氢键

解析：

选C。

由石墨的晶体结构知C原子为sp2杂化，故B原子也为sp2杂化，但由于B（OH）3中B原子与3个羟基相连，羟基间能形成氢键，故同层分子间的主要作用力为氢键。

题组二　配位键、配合物理论

3．下列物质中存在配位键的是（　　）

①H3O＋　②[B（OH）4]－　③CH3COO－　④NH3　⑤CH4

A．①②B．①③

C．④⑤D．②④

解析：

选A。

水分子中各原子已达到稳定结构，H3O＋是H＋和H2O中的O形成配位键，[B（OH）4]－是3个—OH与B原子形成3个共价键，还有1个OH－的O与B形成配位键，而其他项均不能形成配位键。

4．铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途，如金属铜用来制造电线电缆，五水硫酸铜可用作杀菌剂。

（1）往硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成[Cu（NH3）4]2＋配离子。

已知NF3与NH3的空间构型都是三角锥形，但NF3不易与Cu2＋形成配离子，其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu（OH）4]2－。

不考虑空间构型，[Cu（OH）4]2－的结构可用示意图表示为________________________________________________________________________。

（3）胆矾CuSO4·5H2O可写为[Cu（H2O）4]SO4·H2O，其结构示意图如下：

下列有关胆矾的说法正确的是________。

A．所有氧原子都采取sp3杂化

B．氧原子存在配位键和氢键两种化学键

C．Cu2＋的价电子排布式为3d84s1

D．胆矾中的水在不同温度下会分步失去

解析：

（1）N、F、H三种元素的电负性：

F>N>H，所以NH3中共用电子对偏向N原子，而在NF3中，共用电子对偏向F原子，偏离N原子。

（2）Cu2＋中存在空轨道，而OH－中O原子有孤对电子，故O与Cu之间以配位键结合。

（3）A项，SO

中与S相连的氧原子并不全是sp3杂化；B项，氢键不是化学键；C项，Cu2＋的价电子排布式为3d9；D项，由图可知，胆矾中有1个H2O与其他微粒靠氢键结合，易失去，有4个H2O与Cu2＋以配位键结合，较难失去。

答案：

（1）N、F、H三种元素的电负性：

F＞N＞H，在NF3中，共用电子对偏向F原子，偏离N原子，使得N原子上的孤电子对难与Cu2＋形成配位键

（2）

或

（3）D

价层电子对互斥理论推测分子或

离子的空间构型的思维程序

分子或离子的空间构型

考点三　分子间作用力与分子的性质[学生用书P269]

一、“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。

“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。

二、分子的极性

1．分子构型与分子极性的关系

2．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

X2

H2、N2

非极性键

直线形

非极性分子

XY

HCl、NO

极性键

直线形

极性分子

XY2

CO2、CS2

极性键

直线形

非极性分子

SO2

极性键

V形

极性分子

X2Y

H2O、H2S

极性键

V形

极性分子

XY3

BF3

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

XY4

CH4、CCl4

极性键

正四面体形

非极性分子

三、范德华力和氢键

1．范德华力

物质分子间普遍存在的一种相互作用力称为范德华力。

范德华力比化学键的键能约小1～2个数量级。

2．氢键

由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子（如水分子中的氢）与另一个电负性很大的原子（如水分子中的氧）之间的作用力。

四、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。

五、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HClO

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）氢键是氢元素与其他元素形成的化学键。

（　　）

（2）乙醇分子和水分子间只存在范德华力。

（　　）

（3）水分子间既存在范德华力，又存在氢键。

（　　）

（4）氢键具有方向性和饱和性。

（　　）

（5）卤素单质、卤素氢化物、卤素碳化物（即CX4）的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而增大。

（　　）

（6）极性分子中可能含有非极性键。

（　　）

解析：

（1）氢键与氢有关但不属于化学键。

（2）乙醇分子、水分子中都有—OH，符合形成氢键的条件。

（5）卤素氢化物中，HF的熔、沸点最高。

（6）在极性分子H2O2中存在非极性键。

答案：

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）√　（5）×　（6）√

2．某一化合物的分子式为AB2，A属ⅥA族元素，B属ⅦA族元素，A和B在同一周期，它们的电负性值分别为3.44和3.98，已知AB2分子的键角为103.3°。

下列推断不正确的是（　　）

A．AB2分子的空间构型为V形

B．A—B键为极性共价键，AB2分子为非极性分子

C．AB2与H2O相比，AB2的熔、沸点比H2O的低

D．AB2分子中无氢原子，分子间不能形成氢键，而H2O分子间能形成氢键

解析：

选B。

根据A、B的电负性值及所处位置关系，可判断A元素为O，B元素为F，该分子为OF2。

O—F键为极性共价键。

因为OF2分子的键角为103.3°，键的极性不能抵消，所以为极性分子。

名师点拨

共价键的极性与分子极性的关系可总结如下：

　已知H和O可以形成H2O和H2O2两种化合物，试根据有关信息完成下列问题：

（1）水是维持生命活动所必需的一种物质。

①1mol冰中有________mol氢键。

②用球棍模型表示的水分子结构是________。

（2）已知H2O2分子的结构如图所示。

H2O2分子不是直线形的，两个氢原子犹如在半展开的书的两面上，两个氧原子在书脊位置上，书页夹角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。

试回答：

①H2O2分子的电子式是________________，结构式是________。

②H2O2分子是含有________键和________键的______分子。

（填“极性”或“非极性”）

③H2O2难溶于CS2，简要说明理由：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

④H2O2中氧元素的化合价是________，简要说明原因：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

[解析]　

（1）在冰中，每个水分子与周围的4个水分子形成4个氢键，按“均摊法”计算，相当于每个水分子有2个氢键；水分子为V形结构。

（2）由H2O2的空间构型图可知，H2O2是极性分子，分子内既有极性键，又有非极性键；根据“相似相溶”规律可知H2O2难溶于CS2。

[答案]　

（1）①2　②B

（2）①

　H—O—O—H　②极性　非极性　极性　③因H2O2为极性分子，而CS2为非极性溶剂，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2　④－1价　因O—O键为非极性键，而O—H键为极性键，共用电子对偏向氧