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文档介绍
2018届高考一轮复习人教版第44讲分子结构与性质学案57
第44讲 分子结构与性质 【考纲要求】 1.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。能用键长、键能、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)，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。3.了解范德华力的含义及对物质性质的影响。4.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(基础送分型——自主学习) 授课提示：对应学生用书第221页 [巩固教材知识] 1．本质：在原子之间形成共用电子对。 2．特征：具有饱和性和方向性。 3．分类 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 4.键参数 (1)概念 (2)键参数对分子性质的影响： (3)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。 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。 6．正误判断，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)在任何情况下，都是σ键比π键强度大。( ) (3)在所有分子中都存在化学键。( ) (4)H2分子中的共价键不具有方向性。( ) (5)分子的稳定性与分子间作用力的大小无关。( ) (6)σ键比π键的电子云重叠程度大，形成的共价键强。( ) (7)ss σ键与sp σ键的电子云形状对称性相同。( ) (8)碳碳双键的键能是碳碳单键键能的2倍。( ) (9)σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成。( ) (10)σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转。( ) 答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)√ (7)√ (8)× (9)√ (10)√ [练透基础小题] 题点一 判断共价键的类别 1．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 题点二 键参数 2．NH3分子的空间构型是三角锥形，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° 答案：C 3．N≡N键的键能为946 kJ·mol－1，N—N键的键能为193 kJ·mol－1，则一个π键的平均键能为________，说明N2中________键比________键稳定(填“σ”或“π”)。 解析：π键的平均键能为＝ 376．5 kJ·mol－1，所以N2中π键比σ键稳定。 答案：376.5 kJ·mol－1 π σ 4．结合事实判断CO和N2相对更活泼的是________，试用下表中的键能数据解释其相对更活泼的原因：__________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 CO C—O CO CO 键能(kJ·mol－1) 357.7 798.9 1 071.9 N2 N—N NN NN 键能(kJ·mol－1) 154.8 418.4 941.7 解析：由断开CO分子的第一个化学键所需要的能量[1 071.9－798.9＝273.0(kJ·mol－1)]比断开N2分子的第一个化学键所需要的能量[941.7－418.4＝523.3(kJ·mol－1)]小，可知CO相对更活泼。 答案：CO 断开CO分子的第一个化学键所需要的能量(273.0 kJ·mol－1)比断开N2分子的第一个化学键所需要的能量(523.3 kJ·mol－1)小 题点三 等电子体的应用 5．下列粒子属于等电子体的是( ) A．CO和SO3 B．NO和O2 C．NO2和O3 D．HCl和H2O 解析：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。 答案：A 6．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。 [备考提醒] 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 CO、NO、SO3 AX3 24e－ 平面三角形 SO2、O3、NO AX2 18e－ V形 SO、PO AX4 32e－ 正四面体形 PO、SO、ClO AX3 26e－ 三角锥形 CO、N2 AX 10e－ 直线形 CH4、NH AX4 8e－ 正四面体形 考点二|分子的立体结构(重点保分型——师生共研) 授课提示：对应学生用书第222页 [核心知识大通关] 1．价层电子对互斥理论 (1)价层电子对在球面上彼此相距最远时，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。 (3)填写下表： 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 2.杂化轨道理论 当原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的空间结构不同。 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定义：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：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。 小题热身 正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)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。( ) (2)分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体结构。( ) (3)NH3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化。( ) (4)只要分子构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化。( ) (5)中心原子是sp杂化的，其分子构型不一定为直线形。( ) 答案：(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× [考向精练提考能] 考向一 利用价层电子对互斥理论确定分子立体构型 第一步：确定中心原子上的价层电子对数 a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数，b为电荷数，x为非中心原子的原子个数。 如NH的中心原子为N，a＝5－1，b＝1，x＝4，所以中心原子孤电子对数＝(a－xb)＝×(4－4×1)＝0。 第二步：确定价层电子对的立体构型 由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离，这样已知价层电子对的数目，就可以确定它们的立体构型。 第三步：分子立体构型的确定 价层电子对有成键电子对和孤电子对之分，价层电子对的总数减去成键电子对数，得孤电子对数。根据成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子立体构型。 1．填写下表 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 分子或离子的立体构型名称 H2O SO2 SO3 NO HCHO NCl3 H3O＋ ClO SO PO 答案：2 2 4 四面体形 V形 1 2 3 平面三角形 V形 0 3 3 平面三角形 平面三角形 0 3 3 平面三角形 平面三角形 0 3 3 平面三角形 平面三角形 1 3 4 四面体形 三角锥形 1 3 4 四面体形 三角锥形 1 3 4 四面体形 三角锥形 0 4 4 四面体形 正四面体形 0 4 4 四面体形 正四面体形 2．(2016·全国高考卷Ⅲ)AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________。 答案：三角锥形 sp3 考向二 判断杂化轨道的类型 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109.5°，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．根据等电子原理进行判断 如CO2是直线形分子，CNS－、N与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。 4．根据中心原子的电子对数判断 如中心原子的电子对数为4，是sp3杂化，为3是sp2杂化，为2是sp杂化。 5．根据分子或离子中有无π键及π键数目判断 如没有π键为sp3杂化，含一个π键为sp2杂化，含二个π键为sp杂化。 3．下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( ) A．CO2与SO2 B．CH4与NH3 C．BeCl2与BF3 D．C2H2与C2H4 解析：A项中CO2为sp杂化，SO2为sp2杂化，A项错；B项中均为sp3杂化，B项正确；C项中BeCl2为sp杂化，BF3为sp2杂化，C项错；D项中C2H2为sp杂化，C2H4为sp2杂化，D项错。 答案：B 4．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：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。 答案：C 5．(2015·全国高考课标卷Ⅱ节选)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子构型；C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题： (1)单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是______________(填分子式)，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E，E的立体构型为__________，中心原子的杂化轨道类型为________。 答案：(1)O3 O3相对分子质量较大，范德华力大 (2)三角锥形 sp3 考向三 配位键和配合物 6．(1)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，则该配合物提供孤对电子的原子是________。 (2)F－、K＋和Fe3＋三种离子组成的化合物K3FeF6，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________。 解析：(1)B原子与X原子形成配位键，因为B为缺电子原子，只能做中心原子，故形成配位键时提供孤对电子的原子是X。 (2)由化合物K3FeF6，知它是一种离子化合物，其中的化学键有离子键和配位键，复杂离子为[FeF6]3－，配位体是F－。 答案：(1)X (2)离子键、配位键 [FeF6]3－ F－ 7．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可写作[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，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：(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，使得氮原子上的孤电子对难与Cu2＋形成配位键 (2) (3)d 8．(2016·全国高考卷Ⅱ)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 考点三|分子间作用力与分子的性质(基础送分型——自主学习) 授课提示：对应学生用书第224页 [巩固教材知识] 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。 (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 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 非极性键和极性键 分子内原子排列 对称 不对称 (2)分子的溶解性： ①“相似相溶”的规律：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。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。 ②随着溶质分子中憎水基的增大，溶质在水中的溶解度减小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。 (3)分子的手性： ①手性异构：具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手和右手一样互为 镜像，在三维空间里不能重叠的现象。 ②手性分子：具有手性异构体的分子。 ③手性碳原子：在有机物分子中，连有四个不同基团或原子的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子，如 。 (4)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查看更多