4.范德华力、氢键、共价键的比较
范德华力
氢键
共价键
概念
分子间普遍存在的一种相互作用力，但不是化学键
已经与电负性很大的原子（N、O、F）形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子（N、O、F）之间的作用力
原子间通过共用电子对形成的化学键
存在范围
分子或原子（稀有气体）之间
氢原子与氟、氮、氧原子（分子内、分子间）
相邻原子间
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
影响强度的因素
①随着分子极性和相对分子质量的增大而增大
②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大
对于A—H…B—，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，氢键键能越大
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
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
①影响分子的稳定性，共价键键能越大，分子稳定性越强
②影响原子晶体的熔沸点、硬度
角度一 “两大理论”与微粒构型
1.
（1）[2019·课标全国Ⅰ，35
（2）]乙二胺（H2NCH2CH2NH2）是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是________、________。
乙二胺能与Mg2＋、Cu2＋等金属离子形成稳定环状离子，其原因是____________________________
______________________________________________________，
其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是________（填“Mg2＋”或“Cu2＋”）。
（2）[2019·课标全国Ⅱ，35
（1）]元素As与N同族。
预测As的氢化物分子的立体结构为________，其沸点比NH3的________（填“高”或“低”），其判断理由是______________________________________________________
______________________________________________________。
答案
（1）sp3 sp3 乙二胺的两个N提供孤对电子给金属离子形成配位键 Cu2＋
（2）三角锥形 低 NH3分子间存在氢键
2.[2018·全国Ⅰ，35（3）]LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是________、中心原子的杂化形式为________。
LiAlH4中存在________（填标号）。
A.离子键B.σ键
C.π键D.氢键
答案 正四面体 sp3 AB
3.[2018·全国Ⅱ，35
（2）（4）]
（1）根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________________。
（2）气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为________形，其中共价键的类型有________种；固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。
解析
（1）价层电子对数包括成键电子对数和孤电子对数，H2S中S的成键电子对数为2，孤电子对数为
＝2，故价层电子对数为4（或价层电子对数为
＝4），同理，SO2中S的价层电子对数为
＝3，SO3中S的价层电子对数为
＝3，H2S中S的价层电子对数不同于SO2、SO3。
（2）气态SO3为单分子，分子中S无孤电子对，其分子的立体构型为平面三角形，S和O之间形成双键，故共价键有σ键和π键两种。
固态SO3为三聚分子，分子中每个S与4个O成键，S无孤电子对，故原子的杂化轨道类型为sp3。
答案
（1）H2S
（2）平面三角 2 sp3杂化
4.[2018·全国Ⅲ，35（4）]《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石（ZnCO3）入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。
ZnCO3中，阴离子空间构型为________，C原子的杂化形式为________。
解析 CO
中碳原子的价层电子对数为3，中心碳原子采取sp2杂化，故CO
的空间构型为平面三角形。
答案 平面三角形 sp2杂化
5.[2018·江苏化学，21
（1）（3）（4）]
（1）SO
中心原子轨道的杂化类型为________；NO
的空间构型为________（用文字描述）。
（2）与O3分子互为等电子体的一种阴离子为________（填化学式）。
（3）N2分子中σ键与π键的数目比n（σ）∶n（π）＝________。
解析
（1）SO
中S原子的价层电子对数为4，所以采取sp3杂化。
NO
中氮原子上无孤对电子，成键电子对数为3，即N采取sp2杂化，NO
的空间构型为平面正三角形。
（2）等电子体是指价电子总数和原子数均相同的分子、离子或原子团，O3与NO
均为3原子18价电子的粒子，故二者互为等电子体。
（3）N2分子中含有1个σ键和2个π键。
答案
（1）sp3 平面（正）三角形
（2）NO
（3）1∶2
6.
（1）[2017·课标全国Ⅰ，35（3）]X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I
离子。
I
离子的几何构型为________，中心原子的杂化形式为________。
（2）[2017·课标全国Ⅲ，35
（2）]CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为________和________。
（3）[2016·全国卷Ⅰ，37（5）节选]Ge单晶具有金刚石结构，其中Ge原子的杂化方式为________。
（4）[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________。
答案
（1）V形 sp3
（2）sp sp3 （3）sp3 （4）三角锥形 sp3
角度二 微粒作用与分子性质
7.
（1）[2019·课标全国Ⅲ，35
（2）（3）]①FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为________，其中Fe的配位数为________。
②苯胺（
）的晶体类型是________。
苯胺与甲苯（
）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（－5.9℃）、沸点（184.4℃）分别高于甲苯的熔点（－95.0℃）、沸点（110.6℃），原因是_______________________________
______________________________________________________。
（2）[2018·课标全国Ⅱ，35（3）]如图为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为________________________________
______________________________________________________。
（3）[2018·全国卷Ⅲ，35（3）]ZnF2具有较高的熔点（872℃），其化学键类型是________；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是______________________________________________________。
（4）[Fe（H2O）6]2＋与NO反应生成的[Fe（NO）（H2O）5]2＋中，NO以N原子与Fe2＋形成配位键。
请在[Fe（NO）（H2O）5]2＋结构示意图的相应位置补填缺少的配体。
[Fe（NO）（H2O）5]2＋结构示意图
（5）[2017·课标全国Ⅲ，35（4）]硝酸锰是制备CO2＋3H2===CH3OH＋H2O反应催化剂的原料，Mn（NO3）2中的化学键除了σ键外，还存在________。
（6）[2017·课标全国Ⅲ，35（3）]研究发现，在CO2低压合成甲醇反应（CO2＋3H2―→CH3OH＋H2O）所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为______________________________________________________，
原因是______________________________________________________。
答案
（1）①
4 ②分子晶体 苯胺分子之间存在氢键
（2）S8相对分子质量大，分子间作用力强
（3）离子键 ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小
（4）
（5）离子键、π键
（6）H2O>CH3OH>CO2>H2 水含氢键比甲醇中多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力大
8.[2017·课标全国Ⅱ，35（3）]经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。
（1）从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为________，不同之处为________。
（填标号）
A.中心原子的杂化轨道类型
B.中心原子的价层电子对数
C.立体结构
D.共价键类型
（2）R中阴离子N
中的σ键总数为________个。
分子中的大π键可用符号Π
表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为Π
），则N
中的大π键应表示为____________。
（3）图中虚线代表氢键，其表示式为（NH
）N—H…Cl、________、________。
答案
（1）ABD C
（2）5 Π
（3）（H3O＋）O—H…N（N
） （NH
）N—H…N（N
）
9.[2016·课标全国Ⅰ，37
（2）（3）]锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。
回答下列问题：
（1）Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间难以形成双键或三键。
从原子结构角度分析，原因是____________________。
（2）比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因______________________________________________________。
GeCl4
GeBr4
GeI4
熔点/℃
－49.5
26
146
沸点/℃
83.1
186
约400
答案
（1）锗的原子半径大，原子之间形成的σ单键较长，p－p轨道肩并肩重叠的程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键
（2）GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。
原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间作用力逐渐增强
10.[2016·课标全国Ⅱ，37
（2）]硫酸镍溶于氨水形成[Ni（NH3）6]SO4蓝色溶液。
①[Ni（NH3）6]SO4中阴离子的立体构型是________。
②在[Ni（NH3）6]2＋中Ni2＋与NH3之间形成的化学键称为________，提供孤电子对的成键原子是________。
③氨的沸点________（填“高于”或“低于”）膦（PH3），原因是________；氨是________分子（填“极性”或“非极性”），中心原子的轨道杂化类型为________。
答案 ①正四面体 ②配位键 N
③高于 NH3分子间可形成氢键 极性 sp3
1.
（1）“分子机器设计和合成”的研究对象之一为“分子开关”，“分子开关”与大环主体分子苯芳烃、杯芳烃等有关。
①上图为对叔丁基杯[4]芳烃，由4个羟基构成杯底，羟基间的相互作用力是________。
对叔丁基杯[4]芳烃中碳原子的杂化方式有________。
②杯芳烃可用于某些ⅢB族元素金属离子如57La3＋及21Sc2＋的萃取，基态Sc2＋核外电子排布式为________。
（2）SO2与SO3的键角相比，键角更大的是________，将纯液态SO3冷却到289.8K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图，此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是________。
该结构中S—O键键长有两类，一类键长约140pm，另一类键长约为160pm，较短的键为________（填图中字母）。
解析
（1）①O的非金属性很强，在羟基之间存在氢键；对叔丁基杯[4]芳烃中含有苯环和饱和烃基，故碳原子的杂化方式有sp2和sp3；②Sc是21号元素，Sc原子核外有21个电子，失去2个电子变成Sc2＋，根据构造原理可知Sc2＋核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1。
（2）SO2中S原子采取sp2杂化，含有一对孤对电子，分子构型为V形，SO3中S原子采取sp2杂化，无孤对电子，分子构型为平面三角形，孤对电子与成键电子对间的排斥作用大于成键电子对间的排斥作用，故SO3的键角大于SO2；由图可知，该固态SO3中S原子形成4个σ键，无孤对电子，采取sp3杂化，a为氧硫双键，键能较大，键长较短，另一类为配位键，为单键，键能较小，键长较长，即较短的键为a
答案
（1）①氢键 sp2、sp3
②1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1
（2）SO3 sp3 a
2.
（1）BF3与一定量的水形成晶体Q[（H2O）2·BF3]，Q在一定条件下可转化为R：
晶体Q中各种微粒间的作用力不涉及________（填序号）。
a.离子键b.共价键
c.配位键d.金属键
e.氢键f.范德华力
（2）已知苯酚（
）具有弱酸性，其Ka＝1.1×10－10；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）_____________________________________Ka（苯酚）（填“>”或“<”），其原因是__________________________________________________。
答案
（1）ad
（2）＜
中形成分子内氢键，使其更难电离出H＋
3.碳、硫和钒的相关化合物，在药物化学及催化化学等领域应用广泛。
回答下列问题：
（1）基态钒原子原子的结构示意图为______________________________。
（2）VO
中V原子的孤电子对数为________，一个VO
中含有________个σ键。
（3）2－巯基烟酸氧钒配合物（图1）是副作用很小的有效调节血糖的新型药物：
①该药物中N原子的杂化方式是________。
②X、Y、W三种物质在水中的溶解性由大到小的顺序为________，原因是______________________________________________________
______________________________________________________。
已知：
多原子分子中，若原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道，则p电子可在多个原子间运动，形成“离域π键”（或大π键）。
大π键可用Π
表示，其中m、n分别代表参与形成大π键的原子个数和电子数，如苯分子中大π键表示为Π
。
③下列微粒中存在“离域π键”的是________。
A.O3B.SO
C.H2SD.NO
④CS2分子中大π键可以表示为________。
（4）偏钒酸铵加热分解生成五氧化二钒、氨气、水。
偏钒酸铵的阴离子呈图所示的无限链状结构，则偏钒酸铵的化学式为________。
解析
（1）钒为23号元素，钒的原子结构示意图为
。
（2）VO
中V原子的孤电子对数＝
＝0，一个VO
中含有4个σ键。
（3）①该药物中N原子形成2个σ键，1个π键，N原子的价层电子对数＝孤电子对数＋σ键电子对数＝1＋2＝3，所以N原子采取sp2杂化。
③从题目表述来看，形成离域π键的条件是：
原子都在同一平面上且这些原子有相互平行的p轨道。
根据价层电子对互斥理论，O3为平面三角形，SO
为正四面体，H2S为V形，NO
为平面三角形，因此SO
中一定不存在离域π键；H2S中H原子没有p轨道，也不存在离域π键；O3和NO
中原子均在同一平面且都有p轨道，可以形成离域π键。
④CS2中原子均在同一平面且都有p轨道，因此可以形成三中心四电子的离域π键Π
。
（4）由链状结构可知偏钒酸铵阴离子中V与O的原子个数比为1∶3，且V元素的化合价为＋5，O元素化合价为－2，则阴离子为VO
，故偏钒酸铵的化学式为NH4VO3。
答案
（1）
（2）0 4 （3）①sp2 ②X>W>Y X中含有羧基，可以与水分子形成氢键，增强水溶性；Y中含有酯基和苯环，W中含有酯基，都不利于在水中的溶解 ③AD ④Π
（4）NH4VO3
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