2018届高考一轮复习人教版分子的性质学案(2)
学案64 分子结构与性质
[考纲要求] 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。
知识点一 共价键
1．本质
原子之间形成__________。
2．特征
具有________性和________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
4.键参数
(1)键能
①键能：气态基态原子形成______化学键释放的最低能量。
②单位：__________，用EA－B表示，如H—H键的键能为436.0 kJ·mol－1，N≡N键的键能为946 kJ·mol－1。
③应为气态基态原子：保证释放能量最低。
④键能为衡量共价键稳定性的参数：键能越大，即形成化学键时释放的能量越____，形成的化学键越________。
⑤结构相似的分子中，化学键键能越大，分子越稳定。
(2)键长
①键长：形成共价键的两个原子之间的________为键长。因成键时原子轨道发生重叠，键长小于成键原子的原子半径之和。
②键长是衡量共价键稳定性的另一个参数。
键长越短，键能越____，共价键越________。
(3)键角
①键角：在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角称为键角。
②键角决定了分子的__________。
③多原子分子中共价键间形成键角，表明共价键具有______性。
④常见分子中的键角：CO2分子中的键角为__________，为________形分子；H2O分子中键角为105°，为______形(或____形)分子；CH4分子中键角为109°28′，为______________形分子。
5．等电子原理
原子总数、价电子总数均相同的分子具有相似的化学键特征，具有许多相近的性质。这样的分子(或微粒)互称为________。
问题思考
1．怎样判断原子间所形成的化学键是离子键，还是共价键，是极性键还是非极性键？
2．所有的共价键都有方向性吗？
3．σ键和π键哪个活泼？
知识点二 分子的立体构型
1．价层电子对互斥模型的两种类型
价层电子对互斥模型说明的是________的空间构型，而分子的空间构型指的是____________的空间构型，不包括孤电子对。
(1)当中心原子无孤电子对时，两者的构型________；
(2)当中心原子有孤电子对时，两者的构型________。
2．杂化轨道理论
当原子成键时，原子的价轨道相互混杂，形成与原轨道数相等的能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同，轨道间的夹角不同，形成分子的立体构型不同。
3．价层电子对互斥模型、杂化轨道理论与分子立体构型的关系
(1)杂化轨道理论
杂化
类型
杂化轨
道数目
杂化轨道间夹角
立体构型
实例
sp
BeCl2
sp2
BF3
sp3
CH4
(2)价层电子对互斥模型
电子
对数
成键
对数
孤电子
对数
电子对
空间构型
分子立
体构型
实例
2
2
0
直线形
直线形
BeCl2
3
3
0
三角形
正三角形
BF3
2
1
V形
SnBr2
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
4.配位化合物
(1)配位键：成键原子一方提供孤对电子，另一方提供空轨道。
(2)配位化合物：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。
(3)组成：如对于[Ag(NH3)2]OH，中心离子为Ag＋，配体为NH3，配位数为2。
问题思考
4．CH4和H2O的杂化方式是否相同？怎样理解其分子立体结构的不同？
知识点三 分子的结构与性质
1．键的极性和分子极性
(1)极性键和非极性键
①极性键：____________________________________________的共价键。
②非极性键：_____________________________________________的共价键。
(2)极性分子和非极性分子
①极性分子：正电中心和负电中心________的分子。
②非极性分子：正电中心和负电中心________的分子。
2．范德华力及其对物质性质的影响
(1)概念
________与________之间存在着的一种把分子聚集在一起的作用力。
(2)特点
范德华力________，约比化学键的键能小1～2个数量级。
(3)影响因素
①______________越大，则范德华力越大。
②________越大，则范德华力越大。
(4)对物质性质的影响
范德华力主要影响物质的______性质，化学键主要影响物质的________性质。
3．氢键及其对物质性质的影响
(1)概念
氢键是一种____________________，它是由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中____________的原子之间的作用力。其表示方法为____________。
(2)特点
①大小：介于__________和________之间，约为化学键的____分之几，不属于化学键。
②存在：氢键不仅存在于__________，有时也存在于__________。
③氢键也和共价键一样具有________性和________性。
(3)对物质性质的影响
主要表现为使物质的熔、沸点________，对电离和溶解等产生影响。
4．溶解性
(1)“相似相溶”的规律：非极性溶质一般能溶于____________，极性溶质一般能溶于__________。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________。
(2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。如乙醇与水________，而戊醇在水中的溶解度明显________。
(3)如果溶质与水发生反应，将增加物质的溶解度，如____________等。
问题思考
5．由极性键形成的分子一定是极性分子吗？
6．氢键是化学键吗？怎样理解氢键的强、弱对分子熔、沸点的影响？
一、范德华力、氢键、共价键的比较
完成下列表格
范德华力
氢键
共价键
概念
物质分子之间普遍存在的一种相互作用力，又称分子间作用力
原子间通过共用电子对所形成的相互作用
分类
分子内氢键、分子间氢键
极性共价键、非极性共价键
存在范围
双原子或多原子的分子或共价化合物和某些离子化合物
特征(有、无方向性和饱和性)
强度比较
影响强度
的因素
对于A—H…B，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，键能越大
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。如熔、沸点F2
H2S，HF>HCl，NH3>PH3
典例导悟1 已知和碳元素同主族的X元素位于元素周期表中的第1个长周期，短周期元素Y原子的最外层电子数比内层电子总数少3，它们所形成化合物的分子式是XY4。试回答：
(1)若X、Y两元素电负性分别为2.1和2.85，则XY4中X与Y之间的化学键为________(填“共价键”或“离子键”)。
(2)该化合物的立体构型为________，中心原子的杂化类型为________，分子为__________(填“极性分子”或“非极性分子”)。
(3)该化合物在常温下为液体，该化合物中分子间作用力是________。
(4)该化合物的沸点与SiCl4 比较，________(填化学式)的高，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
二、等电子原理及应用
1．常见的等电子体汇总(完成下表)
微粒
通式
价电子总数
立体构型
CO2、CNS－、NO、N
AX2
CO、NO、SO3
AX3
SO2、O3、NO
AX2
V形
SO、PO
AX4
PO、SO、ClO
AX3
三角锥形
CO、N2
AX
直线形
CH4、NH
AX4
2.应用
根据已知的一些分子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(βSn2)与锑化铟是等电子体，它们在低温下都可转变为超导体；
(4)SiCl4、SiO、SO的原子数目和价电子总数都相等，它们互为等电子体，中心原子都是sp3杂化，都形成正四面体形立体构型。
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。
典例导悟2 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：________、________。
1．[2011·课标全国卷－37(3)(4)](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)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为________，层间作用力为__________。
2．[2011·福建理综，30(3)(4)](3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。
①NH3分子的空间构型是________；N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是__________。
②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＝－1 038.7 kJ·mol－1
若该反应中有4 mol N—H键断裂，则形成的π键有______mol。
③肼能与硫酸反应生成N2H6SO4。N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同，则N2H6SO4的晶体内不存在________(填标号)。
a．离子键 b．共价键
c．配位键 d．范德华力
(4)图1表示某种含氮有机化合物的结构，其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点(见图2)。分子内存在空腔，能嵌入某离子或分子并形成4个氢键予以识别。
下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是______(填标号)。
a．CF4 b．CH4 c．NH d．H2O
3．[2011·山东理综－32(2)(3)](2)H2O分子内的O—H键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为________________________________________________________________。
的沸点比高，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O原子采用____杂化。H3O＋中H—O—H键角比H2O
中H—O—H键角大，原因为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
4．[2010·山东理综，32(1)(3)]碳族元素包括C、Si、Ge、Sn、Pb。
(1)碳纳米管由单层或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过______杂化与周围碳原子成键，多层碳纳米管的层与层之间靠____________结合在一起。
(3)用价层电子对互斥理论推断SnBr2分子中Sn—Br键的键角____120°(填“>”、“<”或“＝”)。
姓名：________ 班级：________ 学号：________5.[2010·福建理综，30(1)]中国古代四大发明之一——黑火药，它的爆炸反应为：
2KNO3＋3C＋SA＋N2↑＋3CO2↑(已配平)
①除S外，上列元素的电负性从大到小依次为
________________________________________________________________________
______________。
②在生成物中，A的晶体类型为________________，含极性共价键的分子的中心原子轨道杂化类型为________。
③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________。
6．[2010·海南理综，19－Ⅰ，19－Ⅱ(5)]
Ⅰ.下列描述中正确的是( )
A．CS2为V形的极性分子
B．ClO的立体构型为平面三角形
C．SF6中有6对完全相同的成键电子对
D．SiF4和SO的中心原子均为sp3杂化
Ⅱ.(5)丁二酮肟常用于检验Ni2＋：在稀氨水介质中，丁二酮肟与Ni2＋反应可生成鲜红色沉淀，其结构如图所示。
①该结构中，碳碳之间的共价键类型是σ键，碳氮之间的共价键类型是__________，氮镍之间形成的化学键是
________________________________________________________________________；
②该结构中，氧氢之间除共价键外还可存在
________________________________________________________________________；
③该结构中，碳原子的杂化轨道类型有
________________________________________________________________________。
题组一 共价键
1．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．①③⑥ D．③⑤⑥
2．(2011·台州质检)下列有关σ键的说法错误的是( )
A．如果电子云图象是由两个s电子重叠形成的，即形成ss σ键
B．s电子与p电子形成sp σ键
C．p电子与p电子不能形成σ键
D．HCl分子里含一个sp σ键
3．(2011·青州调研)下列说法不正确的是( )
A．双键、三键中都有π键
B．成键原子间原子轨道重叠愈多，共价键愈牢固
C．因每个原子未成对电子数是一定的，故配对原子个数也一定
D．所有原子轨道在空间都具有自己的方向性
题组二 分子的立体构型
4．(2011·兰州调研)下列分子中，各原子均处于同一平面上的是( )
A．NH3 B．CCl4 C．H2O2 D．CH2O
5．下列推断正确的是( )
A．BF3是三角锥形分子
B．NH的电子式：，离子呈平面形结构
C．CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的p轨道形成的sp σ键
D．CH4分子中的碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C—H σ键
题组三 分子的性质
6．(2011·合肥模拟)下列各组分子中都属于含极性键的非极性分子的是( )
A．CO2、H2S B．C2H4、CH4
C．Cl2、C2H2 D．NH3、HCl
7．(2011·成都模拟)已知CO2、BF3、CH4、SO3都是非极性分子，NH3、H2S、H2O、SO2都是极性分子，由此可推知ABn型分子是非极性分子的经验规律是( )
A．分子中所有原子在同一平面内
B．分子中不含氢原子
C．在ABn分子中，A元素为最高正价
D．在ABn型分子中，A原子最外层电子不一定都成键
题号
1
2
3
4
5
6
7
答案
题组四 综合探究
8．均由两种短周期元素组成的A、B、C、D化合物分子，都含有18个电子，它们分子中所含原子的数目依次为2、3、4、6。A和C分子中的原子个数比为1∶1，B和D分子中的原子个数比为1∶2。D可作为火箭推进剂的燃料。
请回答下列问题：
(1)A、B、C、D分子中相对原子质量较大的四种元素第一电离能由大到小排列的顺序为______________(用元素符号回答)。
(2)A与HF相比，其熔、沸点较低，原因是
________________________________________________________________________。
(3)B分子的空间构型为____________形，该分子属于________分子(填“极性”或“非极性”)。由此可以预测B分子在水中的溶解度较______(“大”或“小”)。
(4)A、B两分子的中心原子的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱为__________(填化学式)，若设A的中心原子为X，B的中心原子为Y，比较下列物质的酸性强弱。
HXO____HXO3____HXO4；H2YO3____H2YO4
(5)D分子中心原子的杂化方式是__________，由该原子组成的单质分子中包含________个π键，与该单质分子互为等电子体的常见分子的分子式为__________。
学案64 分子结构与性质
【课前准备区】
知识点一
1．共用电子对
2．饱和 方向
4．(1)①1 mol ②kJ·mol－1 ④多 牢固
(2)①核间距 ②大 稳定
(3)②空间构型 ③方向 ④180° 直线 角 V 正四面体
5．等电子体
知识点二
1．价层电子对 成键电子对
(1)一致 (2)不一致
3．(1)2 180° 直线形 3 120° 平面三角形 4
109°28′ 四面体形
知识点三
1．(1)①电子对发生偏移 ②电子对不发生偏移
(2)①不重合 ②重合
2．(1)分子 分子 (2)很弱 (3)①相对分子质量 ②分子极性
(4)物理 化学
3．(1)除范德华力之外的另一种分子间作用力 电负性很强 A—H…B—
(2)①范德华力 化学键 十 ②分子间 分子内
③方向 饱和
(3)升高
4．(1)非极性溶剂 极性溶剂 越强
(2)互溶 减小
(3)SO2与H2O
问题思考
1．一般有两种方法：①经验判断，活泼金属与活泼的非金属，强碱，多数盐形成的是离子键，非金属原子间、酸、弱碱等分子中形成的是共价键，同种元素间形成的是非极性键，不同种元素间形成的是极性键。②电负性判断：当两原子间的电负性相差很大(大于1.7)时，形成的为离子键；当原子间的电负性相差不大时形成的是共价键，电负性相同的原子形成的为非极性键，其余为极性键。
2．H2分子中的s－sσ键无方向性。
3．π键比σ键活泼，易断开。
4．它们都是以sp3杂化的方式形成分子的，电子对空间构型都是四面体形，CH4分子中碳原子无孤对电子故其分子构型为正四面体，而H2O分子中氧原子有两对未成键电子，而分子的空间构型是指成键电子对的空间构型，故其分子构型为V形。
5．不一定，如CH4、CCl4等，分子中全是极性键，但正负电荷中心重合，不显极性。
6．氢键不是化学键，定位于一种较强的分子间作用力。
若分子间形成氢键，造成分子间作用力增大，分子间距离增大(如熔化、汽化)克服的能量较高，故熔、沸点升高。若仅分子内形成氢键，则分子间的作用力减弱，则熔、沸点降低。
【课堂活动区】
一、由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力 分子间 某些含强极性键氢化物的分子间(如HF、H2O、NH3)或含F、N、O及H的化合物中或其分子间 无方向性、无饱和性 有方向性、有饱和性 有方向性、有饱和性 共价键>氢键>范德华力 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，分子间作用力越大 成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定 ①影响分子的稳定性；②共价键键能越大，分子稳定性越强
二、1.16e－ 直线形 24e－ 平面三角形 18e－ 32e－ 正四面体形 26e－ 10e－ 8e－ 正四面体形
典例导悟
1．(1)共价键
(2)正四面体形 sp3杂化 非极性分子
(3)范德华力
(4)GeCl4 组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高
解析 推断出X为Ge，Y元素为Cl，与CCl4，SiCl4类比即可。
2．(1)N2 CO N2O CO2
(2)SO2 O3
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。
【课后练习区】
高考集训
1．(3)120° sp2 正四面体形 (4)共价键(或极性共价键) 分子间作用力
解析 (3)BF3的空间构型为平面正三角形，故F—B—F的键角为120°；B原子的杂化类型为sp2杂化；根据价电子对互斥理论可知，BF的立体构型为正四面体形。
(4)借助于石墨的结构可知，B与N原子之间的化学键为共价键，层与层之间依靠分子间作用力相结合。
2．(3)①三角锥形 sp3 ②3 ③d (4)c
解析 (3)①NH3的空间构型是三角锥形，N2H4分子可看作两个NH3分子脱去一个H2分子所得，氮原子采用sp3杂化方式结合。②1 mol N2中含有2 mol π键，4 mol N—H键断裂即有1 mol N2H4反应，生成1.5 mol N2，则形成3 mol π键。③硫酸铵晶体是离子晶体，则N2H6SO4晶体也是离子晶体，内部不含有范德华力。
(4)能被该有机物识别即能嵌入空腔形成4个氢键，则要求某分子或离子是正四面体结构且能形成氢键，只有c项符合题意。
3．(2)O—H键、氢键、范德华力 形成分子内氢键，而
形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大 (3)sp3 H2O中O原子上有2对孤电子对，H3O＋中O原子上只有1对孤电子对，排斥力较小
解析 (2)水分子内的O—H键为化学键，氢键为分子间作用力；
存在分子间氢键而存在分子内氢键，而分子间氢键主要影响物质的熔、沸点(升高)。
(3)H2O、H3O＋中的O原子均采取sp3杂化，孤电子对对成键电子对具有排斥作用，而孤电子对数多的H2O中排斥力大，键角小。
4．(1)sp2 分子间作用力 (3)<
解析 (1)石墨的每个碳原子采用sp2杂化与邻近的三个碳原子以共价键结合，形成六边形平面网状结构，这些平面网状结构再以分子间作用力结合形成层状结构。
(3)SnBr2分子中，Sn原子价电子对数目是＝3，配位原子数为2，故Sn原子含有孤对电子，SnBr2立体构型为V形，键角小于120°。
5．①O>N>C>K ②离子晶体 sp ③1∶1
解析 由原子守恒可知A为K2S，其晶体类型为离子晶体，含有极性共价键的分子为CO2，其中心原子轨道杂化为sp杂化，N2中含有1个σ键和2个π键，所以CN－中也含有1个σ键和2个π键，在HCN中又多了一个H—C σ键，所以在HCN中σ键和π键各为2个。
6．Ⅰ.CD
Ⅱ.(5)①σ键、π键 配位键 ②氢键 ③sp2杂化、sp3杂化
解析 Ⅱ.(5)碳氮之间是共价双键，一个是σ键，一个是π键；氮镍之间形成的是配位键，氮原子提供孤对电子，镍原子提供空轨道；分子中和氮原子形成双键的碳原子发生sp2杂化，甲基中的碳原子发生sp3杂化。
考点集训
1．D 2.C
3．D [对D选项可举反例。如：s轨道的形状是球形对称的，无方向性。]
4．D
5．D [BF3中B原子采用sp2杂化方式，故应为平面三角形；NH中N原子采用sp3杂化方式，且孤对电子与H＋形成配位键，故应为正四面体形；CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子sp3杂化后的4个杂化轨道形成的σ键。]
6．B [此题考查键的极性和分子的极性。A中CO2结构式为O===C===O，H2S为 ，所以都含极性键，但H2S是极性分子；B中C2H4为，CH4为，都含极性键，且都属于非极性分子；C中Cl2不含极性键，D中NH3、HCl为极性分子，都不符合题意。]
7．C [结合所给出的例子进行分析，可知当A元素最外层电子均已成键时，分子无极性，此时A的化合价也均是最高正价。]
8．(1)N>O>Cl>S (2)HF分子之间存在氢键
(3)V 极性 大
(4)HClO4>H2SO4 < < <
(5)sp3杂化 2 CO
解析 根据18电子化合物和分子中原子个数比可推知A、B、C、D四种化合物分别为HCl、H2S、H2O2、N2H4。
(1)四种化合物中相对原子质量较大的元素分别为：Cl、S、O、N。根据第一电离能的递变规律可知，四种元素的第一电离能为N>O>Cl>S。
(2)A为HCl，因为HF的分子之间存在氢键和范德华力，而HCl分子之间只存在范德华力，所以HF的熔、沸点高于HCl。
(3)B分子为H2S，其结构类似于H2O，因为H2O分子中O原子为sp3杂化，分子构型为V形，所以H2S分子也为V形，属于极性分子。
(4)A、B的中心原子为Cl和S，形成的酸为HClO4和H2SO4，因为非金属性Cl>S，所以酸性HClO4>H2SO4；X、Y的化合价越高，酸性越强，所以HClO
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