化学键与分子间作用力.docx

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化学键与分子间作用力

第2讲　化学键与分子间作用力

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了解共价键的主要类型：

σ键和π键，能用键长、键能、键角等说明简单分子的某些性质。

了解简单配合物的成键情况。

了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型（sp，sp2，sp3），能用价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者离子的空间结构。

了解化学键与分子间作用力的区别。

了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含氢键的物质。

考点一　共价键

1．本质

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．分类

4．键参数

（1）概念：

键参数键能：

气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量。

（2）键参数对分子性质的影响：

键长越短，键能越大，分子越稳定。

5．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N2。

命题角度一　共价键类型的判断

1．（2014·菏泽检测）下列关于σ键和π键的理解不正确的是（　　）

A．σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成

B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转

C．双键中一定有一个σ键，一个π键；三键中一定有一个σ键，两个π键

D．气体单质中一定存在σ键，可能存在π键

解析：

选D　p电子云重叠时，首先头碰头最大重叠形成σ键，py、pz电子云垂直于px所在平面，只能“肩并肩”地重叠形成π键；双键中有一个σ键，一个π键；三键中有一个σ键，两个π键；π键不能单独形成，A、C正确。

σ键特征是轴对称，π键呈镜面对称，不能绕键轴旋转，B正确。

稀有气体为单原子分子，不存在化学键，D错误。

2．下列物质的分子中既有σ键，又有π键的是（　　）

①HCl　②H2O　③N2　④H2O2　⑤C2H4　⑥C2H2

A．①②③　　　　　　　　B．③④⑤⑥

C．①③⑥D．③⑤⑥

解析：

选D　单键均为σ键，双键和三键中各存在一个σ键，其余均为π键。

3．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）不存在化学键的是________。

（3）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）⑧　（3）⑥⑦　④

总结提升

快速判断σ键、π键的方法

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。

命题角度二　键参数及其应用

4．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462.8kJ/mol，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错误；共价键一般是形成于非金属元素之间，而第ⅠA族是活泼金属元素，第ⅦA族是活泼非金属元素，二者形成离子键，B正确；水分子立体结构为V形，两个H—O键的键角为105°，C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错误。

5．能说明BF3分子中的4个原子处于同一平面的理由是（　　）

A．3个B—F键的键能相同

B．3个B—F键的键长相同

C．3个B—F键的键角均为120°

D．3个B—F键均为σ键

解析：

选C　当F—B—F键角为120°时，BF3分子中的4个原子共面且构成平面三角形。

分子的空间构型由分子化学键的键角决定。

6．能够用键能的大小解释的是（　　）

A．常温常压下，氯气呈气态而溴单质呈液态

B．硝酸是挥发性酸，硫酸是难挥发性的酸

C．稀有气体一般难发生化学反应

D．氮气在常温下很稳定，化学性质不活泼

解析：

选D　共价分子构成物质的状态与分子内共价键的键能无关，A错误；物质的挥发性与分子内键能的大小无关，B错误；稀有气体是单原子分子，无化学键，C错误；氮气分子稳定是由于氮气分子中含有三键，键能很大的缘故，D正确。

7．氮是地球上极为丰富的元素。

N≡N的键能为942kJ/mol，N—N单键的键能为247kJ/mol，计算π键的键能为________，这说明N2中的________（填“σ”或“π”，下同）键比________键稳定。

解析：

解此类题的关键是掌握三键中有一个σ键（即单键）和两个π键，所以π键的键能等于（942kJ/mol－247kJ/mol）÷2＝347.5kJ/mol。

键能越大越稳定，所以N2中π键比σ键稳定。

答案：

347.5kJ/mol　π　σ

命题角度三　等电子原理的应用

8．下列粒子属于等电子体的是（　　）

A．CH4和NH

　　B．NO和O2C．NO2和O3D．HCl和H2O

解析：

选A　只要原子个数和最外层电子数相等的两种微粒，即为等电子体。

9．1919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，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

10．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、CO

、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；CO

与SO3互为等电子体，结构相似，所以CO

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；CO

为平面正三角形结构；PCl3为三角锥形结构。

1．（双选）（2013·海南高考）下列化合物中，含有非极性共价键的离子化合物是（　　）

A．CaC2B．N2H4C．Na2S2D．NH4NO3

解析：

选A、C　CaC2的电子式为

，Na2S2的电子式为

，二者属于含有非极性键的离子化合物。

N2H4为共价化合物；NH4NO3中没有非极性键。

2．（2013·安徽高考）我国科学家研制出一种催化剂，能在室温下高效催化空气中甲醛的氧化，其反应如下：

HCHO＋O2

CO2＋H2O。

下列有关说法正确的是（　　）

A．该反应为吸热反应

B．CO2分子中的化学键为非极性键

C．HCHO分子中既含σ键又含π键

D．每生成1.8gH2O消耗2.24LO2

解析：

选C　本题考查化学基本概念，意在考查考生对化学基本概念的理解能力。

该反应中甲醛被氧气氧化生成CO2和H2O，为放热反应，A错误；CO2中的CO键属于极性键，B错误；HCHO的结构式为COHH，分子中既含σ键又含π键，C正确；每生成1.8gH2O消耗标准状况下2.24LO2，题中为室温状态，D错误。

3．

（1）（2012·江苏高考节选）①根据等电子原理，CO分子的结构式为________。

②1molCO2中含有的σ键数目为________。

（2）（2012·山东高考节选）①CO分子内σ键与π键个数之比为________。

②甲醛（H2C===O）在Ni催化作用下加氢可得甲醇（CH3OH）。

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。

（3）（2011·福建高考节选）肼可用作火箭燃料，燃烧时发生的反应是：

N2O4（l）＋2N2H4（l）===3N2（g）＋4H2O（g）ΔH＝－1038.7kJ/mol

若该反应中有4molN—H键断裂，则形成的π键有________mol。

（4）（2010·福建高考节选）已知CN－与N2结构相似，推算HCN分子中σ键与π键数目之比为________。

解析：

（1）①CO与N2互为等电子体，根据氮气的结构式，可知CO的结构式为C≡O。

②二氧化碳分子内含有碳氧双键，一个双键含有一个σ键和一个π键，所以1molCO2中含有的σ键数目为2×6.02×1023个（或2mol）。

（2）①CO中C和O形成三键，含有1个σ键、2个π键。

②甲醇分子内C的成键电子对为4，无孤电子对，杂化类型为sp3，甲醛分子内C为sp2杂化，故甲醇分子内O—C—H键角比甲醛分子内O—C—H键角小。

（3）反应中有4molN—H键断裂，即有1molN2H4参加反应，生成1.5molN2，则形成的π键有3mol。

（4）HCN分子中CN－与N2结构相似，含有三键，一个σ键与二个π键，再加上一个C—Hσ键，所以HCN分子中σ键与π键数目之比为2∶2，即1∶1。

答案：

（1）①C≡O　②2×6.02×1023个（或2mol）

（2）①1∶2　②sp3　小于

（3）3　（4）1∶1

考点二　分子的立体结构

1．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。

价层电子对

＝

①σ键的电子对数的确定

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）。

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。

（2）价层电子对互斥理论与分子构型

　　2.用杂化轨道理论推测分子的立体构型

3.配位键和配合物

（1）配位键：

由一个原子提供孤电子对与另一个接受弧电子对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表示接受共用电子对的原子。

（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：

4．VSEPR模型与分子（离子）立体模型小结

化学式

孤电子

对数

（a－xb）/2

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

模型名称

中心原

子杂化

类型

CO2

直线形

ClO－

四面体形

直线形

sp3

HCN

直线形

CH≡CH

直线形

H2O

四面体形

V形

sp3

H2S

四面体形

V形

sp3

SO2

平面

三角形

V形

sp2

BF3

平面

三角形

平面

三角形

sp2

SO3

平面

三角形

平面

三角形

sp2

平面

三角形

平面

三角形

sp2

平面

三角形

平面

三角形

sp2

HCHO

平面

三角形

平面

三角形

sp2

NH3

四面

体形

三角

锥形

sp3

NCl3

四面

体形

三角

锥形

sp3

续表

化学式

孤电子

对数

（a－xb）/2

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

模型名称

中心原

子杂化

类型

H3O＋

四面

体形

三角

锥形

sp3

四面

体形

三角

锥形

sp3

ClO

四面

体形

三角

锥形

sp3

CH4

正四面

体形

正四面

体形

sp3

正四面

体形

正四面

体形

sp3

正四面

体形

正四面

体形

sp3

正四面

体形

正四面

体形

sp3

金刚石

立体网

状结构

sp3

石墨

层状

结构

sp2

CH2===CH2

平面形

sp2

C6H6

平面六

边形

sp2

CH3COOH

sp3，sp2

命题角度一　杂化类型及空间构型的判断

1．下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是（　　）

A．分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构

B．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对

C．H2SO4分子中三种原子均以杂化轨道成键

D．N2分子中N原子没有杂化，分子中有1个σ键、2个π键

解析：

选C　H2SO4分子中氢原子没有发生轨道杂化，C错误。

2．在乙烯分子中有5个σ键、一个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形成的σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键

D．C—C之间是sp2形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键

解析：

选A　杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。

3．次氯酸具有很强的氧化性，下列有关说法正确的是（　　）

A．该分子的电子式是H︰O︰Cl

B．O原子与H、Cl都形成π键

C．O原子发生sp杂化

D．该分子为V形分子

解析：

选D　中心原子O与H和Cl分别形成了2个σ键，另外还有两对孤电子对，所以O采用的是sp3杂化方式，由于孤电子对的影响，分子结构是V形。

4．对SO2与CO2说法正确的是（　　）

A．都是直线形结构

B．中心原子都采取sp杂化轨道

C．S原子和C原子上都没有孤电子对

D．SO2为V形结构，CO2为直线形结构

解析：

选D　SO2采用的是sp2杂化，中心原子有2个σ键和1对孤对电子，是V形结构；CO2是sp杂化，中心原子只有2个σ键，是直线形。

【总结提升】

确定杂化方式的简单方法

杂化轨道数＝1/2（中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数）。

说明：

（1）当上述公式中电荷数为正值时取“－”，电荷数为负数时取“＋”。

（2）当配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为零。

例如，SO2的杂化轨道数＝

×（6＋0）＝3，是sp2杂化。

命题角度二　配合物理论的考查

5．以下微粒含配位键的是（　　）

①N2H

　②CH4　③OH－　④NH

　⑤Fe（CO）3

⑥Fe（SCN）3　⑦H3O＋　⑧Ag（NH3）2OH

A．①②④⑦⑧　　　　　　B③④⑤⑥⑦

C．①④⑤⑥⑦⑧D．全部

解析：

选C　形成配位键的条件是一个原子（或离子）有孤电子对，另一个原子（或离子）有空轨道。

在②CH4、③OH－中中心原子碳和氧价电子已完全成键，没有孤电子对。

6．下列现象与形成配合物无关的是（　　）

A．向FeCl3中滴入KSCN，出现红色

B．向Cu与Cl2反应后的集气瓶中加少量H2O，呈绿色，再加水，呈蓝色

C．Cu与浓HNO3反应后，溶液呈绿色；Cu与稀HNO3反应后，溶液呈蓝色

D．向AlCl3中逐滴滴加NaOH至过量，先出现白色沉淀，继而消失

解析：

选D　Fe3＋与SCN－形成一系列配离子，都显红色；Cu2＋在水溶液中形成配离子[CuCl4]2－显绿色；[Cu（H2O）4]2＋显蓝色，故A、B、C项均与配合物有关；D项，Al3＋与OH－形成Al（OH）3，而Al（OH）3显两性，能与过量的OH－反应，生成AlO

，与配合物无关。

7．

（1）配位化学创始人维尔纳发现，取CoCl3·6NH3（黄色）、CoCl3·5NH3（紫红色）、CoCl3·4NH3（绿色）和CoCl3·4NH3（紫色）四种化合物各1mol，分别溶于水，加入足量硝酸银溶液，立即产生氯化银，沉淀的量分别为3mol、2mol、1mol和1mol。

①请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。

CoCl3·6NH3：

，

CoCl3·5NH3：

，

CoCl3·4NH3（绿色和紫色）：

。

②后两种物质组成相同而颜色不同的原因是。

③上述配合物中，中心离子的配位数都是________。

（2）向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液，溶液变成血红色。

该反应在有的教材中用方程式FeCl3＋3KSCN===Fe（SCN）3＋3KCl表示。

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：

①Fe3＋与SCN－反应时，Fe3＋提供________，SCN－提供________，二者通过配位键结合。

②所得Fe3＋与SCN－的配合物中，主要是Fe3＋与SCN－以个数比1∶1配合所得离子显血红色。

含该离子的配合物的化学式是________。

③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：

（1）由题意知，四种配合物中的自由Cl－分别为3、2、1、1，则它们的化学式分别为[Co（NH3）6]Cl3、[Co（NH3）5Cl]Cl2、[Co（NH3）4Cl2]Cl。

最后两种应互为同分异构体。

（2）Fe3＋和SCN－形成配合物时，Fe3＋提供空轨道，SCN－提供孤电子对，Fe3＋和SCN－以1∶1和1∶5形成配离子时写化学式要用Cl－和K＋分别平衡配离子的电荷，使配合物呈电中性。

答案：

（1）①[Co（NH3）6]Cl3　[Co（NH3）5Cl]Cl2

[Co（NH3）4Cl2]Cl　②它们互为同分异构体　③6

（2）①空轨道　孤电子对　②[Fe（SCN）]Cl2

③FeCl3＋5KSCN===K2[Fe（SCN）5]＋3KCl

1．（2013·四川高考）短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、X原子的最外电子层电子数之比为4∶3，Z原子比X原子的核外电子数多4。

下列说法正确的是（　　）

A．W、Y、Z的电负性大小顺序一定是Z＞Y＞W

B．W、X、Y、Z的原子半径大小顺序可能是W＞X＞Y＞Z

C．Y、Z形成的分子的空间构型可能是正四面体

D．WY2分子中σ键与π键的数目之比是2∶1

解析：

选C　根据题给信息，W、X、Y、Z为短周期主族元素，且W、X原子的最外层电子数之比为4∶3，W、X、Y、Z的原子序数依次增大，所以W为C，X为Al，再根据Z原子比X原子核外多4个电子，所以Z为Cl，则Y为Si、P、S中的一种，A错误；W、X、Y、Z中W的原子半径最小，B错误；如果Y是Si，则Y和Z可形成SiCl4，空间构型为正四面体，C正确；WY2为CS2，分子中含有两个σ键和两个π键，个数比为1∶1，D错误。

2．（2013·山东高考节选）卤族元素包括F、Cl、Br等。

（1）下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势，正确的是________。

（2）BCl3和NCl3中心原子的杂化方式分别为________和________。

（3）若BCl3与XYn通过B原子与X原子间的配位键结合形成配合物，则该配合物中提供孤对电子的原子是________。

解析：

（1）同主族元素从上到下元素的电负性逐渐减小，a正确；氟无正价，b错误；HF分子间存在氢键，所以熔沸点在同族元素气态氢化物中最高，c错误；卤族元素从上到下单质分子间范德华力依次增大，熔点依次升高，d错误。

（2）BCl3中价层电子对数为：

3＋

＝3，B原子为sp2杂化；NCl3中价层电子对数为：

3＋

＝4，N原子为sp3杂化。

（3）B原子最外层有3个电子，与Cl形成3个单键后，仍缺少2个电子达到8电子稳定结构，所以在B原子与X形成的配位键中，X提供孤电子对。

答案：

（1）a　

（2）sp2　sp3　（3）X

3．

（1）（2013·新课标全国卷Ⅱ节选）前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A－和B＋的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。

则

A－、B＋和C3＋三种离子组成的化合物B3CA6，其中化学键的类型有________________________________________________________________________；该化合物中存在一个复杂离子，该离子的化学式为________________________________________________________________________，

配位体是________。

（2）（2013·新课标全国卷Ⅰ节选）硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。

碳和硅的有关化学键键能如表所示，简要分析和解释下列有关事实：

化学键

C—C

C—H

C—O

Si—Si

Si—H

Si—O

键能

（kJ/mol）

356

413

336

226

318

452

①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是________________________________________________________________________。

②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是

________________________________________________________________________。

解析：

（1）由题目信息可以推出

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