高考化学总复习第十一章物质结构与性质课时2分子结构与性质练习新人教版.docx

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高考化学总复习第十一章物质结构与性质课时2分子结构与性质练习新人教版

课时2　分子结构与性质

[2018备考·最新考纲]

1．理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。

2.了解共价键的形成、极性、类型（σ键和π键），了解配位键的含义。

3.能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。

4.了解杂化轨道理论及简单的杂化轨道类型（sp、sp2、sp3）。

5.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。

6.了解范德华力的含义及对物质性质的影响。

7.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。

考点一　共价键

（考点层次A→自学、识记、辨析）

1．本质

共价键的本质是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。

3．类型

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“头碰头”重叠

π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

提醒：

①只有两原子的电负性相差不大时，才能通过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，这时形成离子键。

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

（2）键参数对分子性质的影响

①键能越大，键长越短，分子越稳定。

②

5．等电子原理

（1）等电子体：

原子总数相同、价电子总数相同的粒子互称为等电子体。

如：

N2和CO、O3与SO2是等电子体，但N2与C2H2不是等电子体。

（2）等电子原理：

等电子体具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近，此原理称为等电子原理，例如CO和N2的熔、沸点、溶解性等都非常相近。

（3）常见的等电子体：

N2与CO，CO2与N2O，O3、NO

与SO2，CO

、NO

与SO3，PO

、SO

与ClO

，

与B3N3H6（硼氮苯）等。

教材

高考

1．（RJ选修3·P344改编）已知N—N、

和N≡N键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、

C≡C键能之比为1.00∶1.77∶2.34。

下列说法正确的是（　　）

A．σ键一定比π键稳定

B．N2较易发生加成

C．乙烯、乙炔较易发生加成

D．乙烯、乙炔中的π键比σ键稳定

解析　N≡N，

中π键比σ键稳定，难发生加成，

C≡C中π键比σ键弱，较易发生加成。

答案　C

2．（溯源题）（2016·全国课标Ⅰ）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_____________________________。

答案　Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p-p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键

探源：

本考题源于教材RJ选修3P29“科学探究”，考查的是能否形成共价键是由电负性决定的；共价键成单键是σ键，双键其中有一个σ键，一个π键，共价三键有一个σ键和两个π键。

[诊断性题组]

1．有以下物质：

①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥CH4，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN（H—C≡N），只含有极性键的是________；只含有非极性键的是________；既有极性键，又有非极性键的是________；只有σ键的是________；既有σ键又有π键的是________。

含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是________。

答案　①③⑥⑨　②④⑦　⑤⑧　①②③⑥⑦⑧

④⑤⑨　⑦

2．NH3分子的立体构型是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，解释该事实的充分理由是（　　）

A．NH3分子是极性分子

B．分子内3个N—H键的键长相等，键角相等

C．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于107°

D．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于120°

解析　A项，NH3为极性分子不能说明NH3一定为三角锥形；B项，三条N—H键键能与键长分别相同，键角相等仍有可能为正三角形；D项与事实不符。

答案　C

3．已知：

P4（g）＋6Cl2（g）===4PCl3（g）　ΔH＝akJ·mol-1，P4（g）＋10Cl2（g）===4PCl5（g）　ΔH＝bkJ·mol-1，P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为ckJ·mol-1，PCl3中P—Cl键的键能为1.2ckJ·mol-1。

下列叙述正确的是（　　）

A．P—P键的键能大于P—Cl键的键能

B．可求Cl2（g）＋PCl3（g）===PCl5（s）的反应热ΔH

C．Cl—Cl键的键能为（b-a＋5.6c）/4kJ·mol-1

D．P—P键的键能为（5a-3b＋12c）/8kJ·mol-1

解析　根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。

A.根据Cl原子半径小于P原子半径，可判断P—P键键长大于P—Cl键键长，所以P—P键的键能小于P—Cl键的键能，故A错误。

B.根据盖斯定律可得Cl2（g）＋PCl3（g）===PCl5（g）　ΔH＝（b-a）/4kJ·mol-1，但不知PCl5（g）转化为PCl5（s）时的热效应，故B错误。

C.由B选项分析得出的热化学方程式可得：

（b-a）/4＝x（Cl-Cl键的键能）＋3×1.2c-5c，x＝（b-a）/4＋1.4c，故C正确。

D.由P4（g）＋6Cl2（g）===4PCl3（g）　ΔH＝akJ·mol-1，可知：

a＝6y（P—P键的键能）＋6×

-12×1.2c，得y＝

，D错误。

答案　C

4．1919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。

在短周期元素组成的物质中，与NO

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，即C、N、O、F组成的共价分子中，如：

N2与CO电子总数均为14个电子，N2O与CO2电子总数均为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，NO

为三原子，各原子最外层电子数之和为5＋6×2＋1＝18，SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和为6×3＝18。

答案　

（1）N2　CO　N2O　CO2　

（2）SO2　O3

【练后归纳】

1．成键类别

（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）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．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，就可确定该分子的立体构型。

3．记忆等电子体，推测等电子体的性质

（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

、N

AX2

16e-

直线形

、NO

、SO3

AX3

24e-

平面三角形

SO2、O3、NO

AX2

18e-

V形

、PO

AX4

32e-

正四面体形

、SO

、ClO

AX3

26e-

三角锥形

CO、N2

10e-

直线形

CH4、NH

AX4

8e-

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结构，并推测其物理性质。

①（BN）x与（C2）x，N2O与CO2等也是等电子体；②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；③白锡（β-Sn2）与锑化铟是等电子体，它们在低温下都可转变为超导体；④SiCl4、SiO

、SO

的原子数目和价电子总数都相等，它们互为等电子体，都形成正四面体形。

特别提醒　等电子体结构相同，物理性质相近，但化学性质不同。

考点二　分子的立体结构

（考点层次B→共研、理解、整合）

1．价层电子对互斥理论

（1）理论要点

①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。

②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σ键电子对和中心原子上的孤电子对。

①σ键电子对数的确定

由分子式确定σ键电子对数。

例如，H2O中的中心原子为O，O有2对σ键电子对；NH3中的中心原子为N，N有3对σ键电子对。

②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＝

（a-xb）。

ⅰ.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）。

ⅱ.x为与中心原子结合的原子数；

ⅲ.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”。

（3）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

立体构型

分子立

体构型

实例

键角

直线形

BeCl2

180°

三角形

平面正三角形

BF3

120°

V形

SnBr2

105°

正四面

体形

正四面体形

CH4

109°28′

三角锥形

NH3

107°

V形

H2O

105°

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。

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。

（2）杂化轨道的类型与分子立体构型

杂化

类型

杂化轨

道数目

杂化轨

道间夹角

立体构型

实例

180°

直线形

BeCl2

sp2

120°

平面三角形

BF3

sp3

109°28′

四面体形

CH4

（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σ键和容纳孤电子对，所以有公式：

杂化轨道数＝中心原子的孤电子数对＋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

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

（4）中心原子杂化类型和分子构型的相互判断：

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

实例

AB2

直线形

BeCl2

sp2

V形

SO2

sp3

V形

H2O

AB3

sp2

平面三角形

BF3

sp3

三角锥形

NH3

AB4

sp3

正四面体形

CH4

提醒：

价层电子对互斥理论能预测分子的立体构型，但不能解释分子的成键情况，杂化轨道理论能解释分子的成键情况，但不能预测分子的立体构型。

两者相结合，具有一定的互补性，可达到处理问题简便、迅速、全面的效果。

3．配位键

（1）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。

（2）配位键

①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。

②配位键的表示：

常用“―→”来表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子，如NH

可表示为

，在NH

中，虽然有一个N—H键形成过程与其他3个N—H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。

（3）配合物

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。

教材

高考

1．（RJ选修3·P576改编）填表

孤电子对数

杂化类型

分子构型

CCl4

NH3

H2O

答案　0　sp3　正四面体　1　sp3　三角锥形　2　sp3　角形或V形

2．（溯源题）

（1）[2016·全国卷Ⅲ，37（3）]AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________。

（2）[2016·全国卷Ⅰ，37（5）]Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是________。

（3）（2015·课标Ⅰ，37节选）CS2分子中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________。

（4）（2014·课标Ⅰ，37节选）新制备的Cu（OH）2可将乙醛（CH3CHO）氧化成乙酸，而自身还原成Cu2O。

乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________。

答案　

（1）三角锥形　sp3

（2）sp3　共价键

（3）sp　CO2、SCN-等　（4）sp3、sp2

探源：

本高考题组源于教材RJ选修3P41表2-6，是对价层电子对互斥理论和杂化轨道理论的考查。

[拓展性题组]

题组一　价层电子对互斥理论、杂化轨道理论及应用

1．（2016·衡水模拟）用价层电子对互斥理论（VSEPR）可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是（　　）

A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子

B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°

C．CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子

D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子

解析　A．SO2是V形分子；CS2、HI是直线形的分子，错误；B.BF3键角为120°，是平面三角形结构；而Sn原子价电子是4，在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键，还有一对孤对电子，对成键电子有排斥作用，使键角小于120°，错误；C.CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子，正确；D.PCl3、NH3都是三角锥形的分子，而PCl5是三角双锥形结构，错误。

答案　C

2．原子形成化合物时，电子云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）BF3分子的立体结构为________，NF3分子的立体结构为________。

（2）碳原子有4个价电子，在形成化合物时价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。

在乙烷、乙烯、乙炔和苯四种分子中，碳原子采取sp杂化的分子是________（写结构简式，下同），采取sp2杂化的分子是________，采用sp3杂化的分子是________。

试写出一种有机物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子：

__________________________。

（3）已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是CH4＞NH3＞H2O，请分析可能的原因是________。

（4）由于电荷的作用，阴、阳离子形成化合物时离子的电子云会发生变化，使离子键逐渐向共价键过渡。

阳离子电荷数越多，阴离子半径越大时，电子云变化越大，导致所形成的化合物在水中的溶解度越小。

由此可知，四种卤化银（AgF、AgCl、AgBr和AgI）在水中的溶解度由大到小的顺序为________________________。

解析　

（1）BF3分子中的B原子采取sp2杂化，所以某分子的立体结构为平面三角形；NF3分子中的N原子采取sp3杂化，其中一个杂化轨道中存在一对孤电子对，所以其分子的立体结构为三角锥形。

（2）乙烷分子中的碳原子采取sp3杂化，乙烯、苯分子中的碳原子均采取sp2杂化，乙炔分子中的碳原子采取sp杂化，同时含有三种不同杂化方式的碳原子的有机物分子中应该同时含有烷基（或环烷基）、碳碳双键（或苯环）和碳碳三键。

（3）H2O、NH3、CH4分子中的O、N、C均采取sp3杂化，而在O原子上有2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用最大，键角最小；N原子上有1对孤电子对，对成键电子对的排斥作用使键角缩小，但比水分子的要大；C原子上无孤电子对，键角最大。

答案　

（1）平面三角形　三角锥形

（2）CHCH　CH2===CH2、

　CH3CH3

（其他合理答案均可）

（3）CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1对孤电子对，H2O分子中O原子上有2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角减小

（4）AgF＞AgCl＞AgBr＞AgI

【思维建模】

1．“三种”方法判断分子中心原子的杂化类型

（1）根据杂化轨道的空间分布构型判断

①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。

②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。

③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。

（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°28′，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）根据等电子原理结构相似进行推断，如CO2是直线形分子，SCN-、NO

、N

和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。

2．用价层电子对互斥理论推测分子或离子的思维程序

用价层电子对互斥理论推测简单分子（ABn型）、离子（AB

型）空间构型的方法

解题思路——

（1）键的电子对数的确定

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。

（2）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＝

（a-xb）。

式中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；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”。

例如，SO2的中心原子为S，S的价电子数为6（即S的最外层电子数为6），则a＝6；与中心原子S结合的O的个数为2，则x＝2；与中心原子结合的O最多能接受的电子数为2，则b＝2。

所以，SO2中的中心原子S上的孤电子对数＝

×（6-2×2）＝1。

题组二　配合物理论及应用

3．Ⅰ.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）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________。

（2）胆矾CuSO4·5H2O可写[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

Ⅱ.经研究表明，Fe（SCN）3是配合物，Fe3＋与SCN-不仅能以1∶3的个数比配合，还可以其他个数比配合。

请按要求填空：

（1）若所得Fe3＋和SCN-的配合物中，主要是Fe3＋与SCN-以个数比1∶1配合所得离子显红色。

该离子的离子符号是________。

（2）若Fe3＋与SCN-以个数比1∶5配合，则FeCl3与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为_____________________________________

__________________________________________________。

解析　Ⅰ.

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

（2）A项，与S相连的氧原子没有杂化；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　Ⅰ.

（1）

（2）D

Ⅱ.

（1）[Fe（SCN）]2＋

（2）FeCl3＋5KSCN===K2[Fe（SCN）5]＋3KCl

考点三　分子间作用力、分子的性质

（考点层次A→自学、识记、辨析）

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

①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。

②表示方法：

A—H…B

提醒：

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。

③特征：

具有一定的方向性和饱和性。

④分类：

氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。

⑤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

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R—O—H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＜HC

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