2019届一轮复习全国通用版选修3分子结构与性质学案

2019届一轮复习全国通用版选修3分子结构与性质学案

第二节　分子结构与性质 考纲定位　1.了解共价键的形成、极性、类型(σ键、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简单的杂化轨道类型(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，能列举含氢键的物质，并能解释氢键对物质性质的影响。‎ 考点1| 共价键及其键参数 ‎(对应学生用书第237页)‎ ‎ [考纲知识整合]‎ ‎1．共价键 ‎(1)共价键的本质与特征 ‎①本质：在原子之间形成共用电子对。‎ ‎②特征：具有方向性和饱和性。如O与H形成2个O—H 共价键且共价键夹角为105°。‎ ‎(2)共价键的常见分类 分类依据 类型及特点 形成共价键的原 子轨道重叠方式 σ键 原子轨道“头碰头”重叠 π键 原子轨道“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 ‎(3)大π键简介与示例 ‎①简介：大π键一般是三个或更多个原子间形成的，是未杂化轨道中原子轨道“肩并肩”重叠形成的π键。‎ ‎②表达式：Π 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。‎ ‎③示例：：Π，CH2===CH—CH===CH2：Π，NO：Π，SO2：Π，O3：Π。‎ ‎2．共价键的键参数 ‎(1)定义 ‎①键能：气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。‎ ‎②键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。‎ ‎③键角：两个共价键之间的夹角。‎ ‎(2)键参数对分子性质的影响 键能越大，键长越短，分子越稳定。‎ ‎[高考命题点突破]‎ 命题点1　共价键及其分类 ‎1．有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥CH4，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(HCN)，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．已知N—N、N==N和NN键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C==C、CC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 C　[NN，N==N中π键比σ键稳定，难发生加成，C==C、CC中π键比σ键弱，较易发生加成。]‎ ‎3．(2017·全国Ⅱ卷，节选)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图(b)所示。‎ 图(b)　　　‎ ‎(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(b)中虚线代表氢键，其表示式为(NH)N—H…Cl、_________________、__________________。‎ ‎【解析】　(1)R中两种阳离子分别为H3O＋和NH。A选项，两种阳离子中心原子的杂化轨道类型均为sp3，所以两者相同；B选项，H3O＋中心原子的价层电子对数为(6＋3－1)/2＝4，NH中心原子的价层电子对数为(5＋4－1)/2＝4，所以两者相同；C选项，H3O＋和NH的立体结构分别为三角锥形和正四面体形，所以两者不同；D选项，H3O＋和NH均含有极性共价键和配位键，所以两者相同。‎ ‎(2)由题给图示可知，N与N之间形成5个N—N键，因此有5个σ键。N中有5个氮原子参与形成大π键，每个N原子与其他2个N原子形成共价键，每个N原子还可以提供1个电子参与大π键的形成，加上得到的1个电子，共有6个电子参与形成大π键，因此N中的大π键可表示为Π。‎ ‎(3)根据题给表示式可知，除表示出形成氢键的原子外，还要表示出形成氢键的原子所在的原子团和该原子在原子团中的成键情况，因此氢键的表示式为(NH)N—H…Cl、(H3O＋)O—H…N(N)、(NH)N—H…N(N)。‎ ‎【答案】　(1)ABD　C　(2)5　Π ‎(3)(H3O＋)O—H…N(N)‎ ‎(NH)N—H…N(N)‎ ‎4．(1)(2016·全国Ⅰ卷，节选)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)分子中含有π键________个，σ键________个。‎ ‎(3)(2017·全国Ⅲ卷，节选)Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在_______‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎【解析】　(1)锗虽然与碳为同族元素，但比碳多了两个电子层，因此锗的原子半径大，原子间形成的σ单键较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键。‎ ‎(2)双键中含一个σ键和π键。‎ ‎(3)NO与Mn2＋之间存在离子键，NO中还存在π键。‎ ‎【答案】　(1)Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键 ‎(2)2　8　(3)离子键和π键 (1)σ、π键的计算方法：单键只有一个σ键；双键是一个σ键一个π键；三键是一个σ键两个π键。‎ (2)当成键原子半径越大，π键越难形成。‎ (3)碳碳三键和碳碳双键的键能不是碳碳单键的键能的3倍和2倍，原因是这些键的类型不完全相同。‎ (4)σ键与π键由于原子轨道的重叠程度不同从而导致了两者的稳定性不同，一般σ键比π键稳定。‎ (5)并不是所有的共价键都有方向性，如ss σ键无论s轨道从哪个方向重叠都相同，因此这种共价键没有方向性。‎ 命题点2　键参数及其应用 ‎5．(2018·安顺模拟)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°‎ C　[A、B项事实不充分；D项说明NH3为平面三角形。]‎ ‎6． 已知：P4(g)＋6Cl2(g)===4PCl3(g)　ΔH＝a kJ·mol－1，P4(g)＋10Cl2(g)===4PCl5(g)　ΔH＝b kJ·mol－1，P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为c kJ·mol－1，PCl3中P—Cl键的键能为‎1.2c kJ·mol－1。下列叙述正确的是(　　) ‎ ‎【导学号：97500217】‎ 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)/4 kJ·mol－1‎ D．P—P键的键能为(‎5a－3b＋‎12c)/8 kJ·mol－1‎ C　[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)/4 kJ·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＝a kJ·mol－1，可知：a＝6y(P—P键的键能)＋6×－12×‎1.2c，得y＝，D错误。]‎ 考点2| 分子的立体构型 ‎(对应学生用书第238页)‎ ‎ [考纲知识整合]‎ ‎1．用价层电子对互斥理论推测分子或离子的立体构型 ‎(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。‎ a为中心原子的价电子数，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。但对于离子的a为中心原子的价电子数加或减电荷数，如CO的a＝4＋2，NH的a＝5－1。‎ ‎ (2)示例分析 价层电 子对数 σ键电子 对数 孤电子 对数 电子对 立体构型 立体 构型 实例 ‎2‎ ‎2‎ ‎0‎ 直线形 直线形 CO2‎ ‎3‎ ‎3‎ ‎0‎ 三角形 平面三角形 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 ‎3‎ ‎3‎ ‎0‎ 三角形 平面三角形 CO ‎4‎ ‎4‎ ‎0‎ 四面体形 正四面体形 NH 提醒：(1)价层电子对在空间上彼此相距越远时，排斥力越小，体系的能量越低。如CO2为直线形。　(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。如键角H2O　>　(3)>　>‎ ‎5．(2014·山东高考，节选)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。‎ ‎(1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。‎ ‎(2)图乙中，1号C的杂化方式是________，该C与相邻C形成的键角________(填“>”“<”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。‎ ‎【解析】　(1)石墨烯是层状结构，每一层上每个碳原子都是以3个共价键与其他碳原子形成共价键的。‎ ‎(2)图乙中1号碳原子形成了4个共价键，故其杂化方式为sp3；图甲中的键角为120°，而图乙中1号碳原子与甲烷中的碳原子类似，其键角接近109.5°。‎ ‎【答案】　(1)3　(2)sp3　＜‎ ‎(1)杂化类型不同→sp>sp2>sp3‎ ‎(2)‎ 命题点3　等电子原理及其应用 ‎6．(1)(2015·全国Ⅰ卷，节选)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________。‎ ‎(2)根据等电子原理，仅由第二周期元素形成的共价分子中，互为等电子体的是________和________；________和________。‎ ‎(3)在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有________、________。‎ ‎(4)(2015·江苏高考，改编)与H2O互为等电子体的一种阳离子为________(填化学式)，阴离子为________。‎ ‎(5)(2014·江苏高考，节选)与OH－互为等电子体的一种分子为________(填化学式)。‎ ‎(6)与SO3互为等电子体的阴离子为________。‎ ‎(7)与N2互为等电子体的分子是________，阴离子是________，阳离子是________。‎ ‎【答案】　(1)CO2、SCN－(或COS等)　(2)N2　CO　N2O　CO2　(3)SO2　O3　(4)H2F＋　NH　(5)HF　(6)CO或NO　(7)CO　CN－或C　NO＋‎ 微粒 通式 价电子总数 立体构型 CO2、CNS－、NO、N AX2‎ ‎16‎ 直线形 CO、NO、SO3‎ AX3‎ ‎24‎ 平面三角形 SO2、O3、NO AX2‎ ‎18‎ V形 CCl4、SO、PO、ClO AX4‎ ‎32‎ 正四面体形 PO、SO、ClO AX3‎ ‎26‎ 三角锥形 C、CO、N2、CN－‎ AX ‎10‎ 直线形 CH4、NH、SiH4‎ AX4‎ ‎8‎ 正四面体形 NH3、PH3、H3O＋‎ AX3‎ ‎8‎ 三角锥形 考点3| 粒子间作用力和分子的性质 ‎(对应学生用书第240页)‎ ‎ [考纲知识整合]‎ ‎1．配位键与配位化合物 ‎(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——电子对给予接受键 ‎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)配合物的组成 如[Cu(NH3)4]SO4‎ ‎①配体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F－、Cl－、CN－等。‎ ‎②中心原子有空轨道，如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。‎ 示例 对于K3[Fe(CN)6]配合物中含有的化学键有离子键、配位键、共价键，其中配离子的结构简式为[Fe(CN)6]3－，配体的电子式为，配位数是6。1 mol [Fe(CN)6]3－中含有σ键的数目为12NA。配体中提供孤电子对的原子是C。‎ ‎2．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：具有一定的饱和性和方向性。如在冰中每个H2O分子周围四面体的4个方向形成4个氢键。‎ ‎④分类：氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。其中分子间氢键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。‎ ‎⑤影响：A—H…B中A、B的电负性越强，氢键越强。如F—H…F>O—H…O>N—H…N。‎ 示例 写出HF的水溶液中存在的氢键有F—H…O，F—H…F，O—H…F，O—H…O。‎ ‎3．分子的性质 ‎(1)分子的极性 ‎　　　　　‎ ‎(2)分子溶解性 ‎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 ‎。若能形成氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。‎ ‎②“相似相溶”还适用于分子结构的相似性，如乙醇和水互溶(C2H5OH和H2O中的羟基相近)，而戊醇在水中的溶解度明显减小。‎ ‎③分子与H2O反应，也能促进分子在水中的溶解度，如SO2、NO2。‎ ‎(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：具有手性碳原子的分子。‎ ‎③手性碳原子：在有机物分子中，连有四个不同基团的碳原子。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：HClON>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＋存在空轨道，而NH3中N有孤电子对，故N与Cu2＋之间以配位键结合。‎ ‎(3)①Cu2＋和SO之间存在离子键，S与O之间存在共价键，Cu与O之间存在配位键，O与H之间存在氢键。　②1 mol CuSO4·5H2O中σ键数目为：(4＋8＋2)NA＝14NA。‎ ‎【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)有蓝色沉淀生成，然后蓝色沉淀逐渐溶解，最终形成深蓝色溶液　Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH，Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O ‎(3)①离子键、共价键、配位键、氢键 ‎②14NA ‎2．(1)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________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎(2)(2016·全国Ⅱ卷)①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________。‎ ‎【答案】　(1)①[Fe(SCN)]2＋‎ ‎②FeCl3＋5KSCN===K2[Fe(SCN)5]＋3KCl ‎(2)配位键　N 命题点2　分子间作用力(氢键与范德华力)的判断及应用 ‎3．下列说法中正确的是(　　) 【导学号：97500218】‎ A．卤化氢中，以HF沸点最高，是由于HF分子间存在氢键 B．邻羟基苯甲醛的熔、沸点比对羟基苯甲醛的熔、沸点高 C．H2O的沸点比HF的沸点高，是由于水中氢键键能大 D．氢键X—H…Y的三个原子总在一条直线上 A　[B项，分子内氢键使熔、沸点降低，分子间氢键使熔、沸点升高；C项，水中氢键键能比HF中氢键键能小；D项，X—H…Y的三原子不一定在一条直线上。]‎ ‎4．(1)(2017·全国Ⅲ卷，节选)已知CO2低压合成甲醇的反应为CO2＋3H2===CH3OH＋H2O，此反应涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为________________，原因是________________________________________。‎ ‎(2)(2016·全国Ⅱ卷，节选)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”)。‎ ‎(3)(2014·全国Ⅰ卷，节选)乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是________________________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎【解析】‎ ‎　(1)由于水和甲醇均为极性分子，二氧化碳和氢气均为非极性分子，所以水和甲醇的沸点高于二氧化碳和氢气的沸点；由于水分子中两个氢原子都可以参与形成分子间氢键，而甲醇分子中只有一个羟基上的氢原子可用于形成分子间氢键，所以水的沸点高于甲醇的沸点；由于二氧化碳的相对分子质量比氢气大，所以二氧化碳分子间作用力较大、沸点较高。(2)由于NH3分子间可形成氢键，故NH3的沸点高于PH3。NH3分子中，N原子形成3个σ键，且有1个孤电子对，N原子的轨道杂化类型为sp3，立体构型为三角锥形。由于空间结构不对称，NH3属于极性分子。(3)乙酸分子之间能形成氢键，乙醛分子之间不能形成氢键，导致乙酸的沸点高于乙醛。‎ ‎【答案】　(1)H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大　(2)高于　NH3分子间可形成氢键　极性　(3)CH3COOH存在分子间氢键 ‎5．H2S和H2O2的主要物理性质如表所示：‎ 熔点/K 沸点/K 水中的溶解度(标准状况)‎ H2S ‎187‎ ‎202‎ ‎2.6‎ H2O2‎ ‎272‎ ‎423‎ 以任意比互溶 H2S和H2O2的相对分子质量基本相同，造成上述物理性质差异的主要原因是________________________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎【答案】　H2O2分子间易形成氢键又能与H2O分子间形成氢键，故H2O2沸点较高，易溶于水 (1)氢键属于一种较强的分子间作用力，不是化学键。‎ (2)有氢键的物质，分子间也有范德华力，但有范德华力的物质分子间不一定有氢键。‎ (3)一个氢原子只能形成一个氢键，这是氢键的饱和性。‎ (4)氢键分为分子内氢键和分子间氢键，形成分子间氢键的物质的熔、沸点反常的高。‎ 命题点3　分子的某些性质(极性、溶解性、酸性、手性等)‎ ‎6．下列说法不正确的是(　　)‎ A．HClO、H2CO3、HNO3、HClO4的酸性依次增强 B．苹果酸含有1个手性碳原子 C．HCl、NH3、C2H5OH均易溶于水的原因之一是与H2O分子均形成氢键 D．以极性键结合的分子不一定是极性分子 C　[HCl与H2O不能形成氢键。]‎ ‎7．(2018·开封模拟) (1)如图所示是H2O2的空间构型，H2O2分子中每个氧原子都是________杂化，H2O2为________(填“极性”或“非极性”)分子。‎ ‎(2)已知高碘酸有两种形式，化学式分别为H5IO6()和HIO4，前者为五元酸，后者为一元酸。请比较二者酸性强弱：H5IO6________(填“>”“<”或“＝”)HIO4。依据是____________________________________________。‎ ‎【答案】　(1)sp3　极性　(2)<　HIO4中非羟基氧较多 ‎(1)共价键的极性与分子极性的关系 ‎(2)判断ABn型分子极性的经验规律 若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子。如SO2为极性分子，SO3为非极性分子。‎