- 2021-07-09 发布 |
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文档介绍
2019届一轮复习江苏专版分子结构与性质学案
第二单元 分子结构与性质 [教材基础—自热身] 1．本质与特征 (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。 2．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 [注意] (1)只有两原子的电负性相差不大时，才能形成共用电子对，形成共价键，当两原子的电负性相差很大(大于1.7)时，不会形成共用电子对，而形成离子键。 (2)同种元素原子间形成的共价键为非极性键，不同种元素原子间形成的共价键为极性键。 3．键参数 (1)概念 (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。 4．等电子原理 原子总数相同、价电子总数相同的分子(即等电子体)具有相似的化学键特征，它们的许多性质相似，如CO和 N2。 等电子体结构相同，物理性质相近，但化学性质不同。 [知能深化—扫盲点] 1．σ键与π键的判断 (1)由轨道重叠方式判断。“头碰头”重叠为σ键，“肩并肩”重叠为π键。 (2)由物质的结构式判断。通过物质的结构式可以快速有效地判断共价键的种类及数目。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。 (3)由成键轨道类型判断。s轨道形成的共价键全部是σ键；杂化轨道形成的共价键全部为σ键。 2．极性键与非极性键的判断 看形成共价键的两原子，不同种元素的原子之间形成的是极性共价键，同种元素的原子之间形成的是非极性共价键。 [对点练] 1．氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，性质与卤素相似。下列叙述正确的是( ) A．分子中既有极性键，又有非极性键 B．分子中N≡C键的键长大于C—C键的键长 C．分子中含有2个σ键和4个π键 D．不和氢氧化钠溶液发生反应 解析：选A 分子中N≡C键是极性键，C—C键是非极性键，A正确；成键原子半径越小，键长越短，N原子半径小于C原子半径，故N≡C键比C—C键的键长短，B错误；(CN)2分子中含有3个σ键和4个π键，C错误；由于与卤素性质相似，故可以和氢氧化钠溶液反应，D错误。 键长、键能决定了共价键的稳定性，键长、键角决定了分子的空间构型。一般来说，知道了多原子分子中的键角和键长等数据，就可确定该分子的空间构型。 [对点练] 2．(1)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”)。 (2)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 C===O CO 键能/(kJ·mol－1) 357.7 798.9 1 071.9 N2 N—N N===N N≡N 键能/(kJ·mol－1) 154.8 418.4 941.7 答案：(1)376.5 kJ·mol－1 π σ (2)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的能量(523.3 kJ·mol－1)小 1．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 2.根据已知的一些分子的结构推测另一些与它等电子的微粒的立体构型，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，都形成正四面体形。 [对点练] 3．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，请分别写出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：直线形 平面正三角形 三角锥形 [题点全练—过高考] 题点一 用分类思想突破化学键的类型 1．σ键可由两个原子的s轨道、一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以及一个原子的p轨道和另一个原子的p轨道“头碰头”方式重叠构建而成。则下列分子中的σ键是由两个原子的s、p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是( ) A．H2 B．Cl2 C．NaH D．HF 解析：选D H2中的σ键由两个原子的1s轨道以“头碰头”方式重叠构建而成，A错误； Cl2中的σ键由两个原子的3p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成，B错误；NaH为离子化合物，不存在共价键，C错误；HF中的σ键由氢原子的1s轨道和氟原子的2p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成，D正确。 2.(2018·潍坊模拟)碳酸亚乙酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图所示。下列有关该物质的说法正确的是( ) A．分子式为C3H2O3 B．分子中含6个σ键 C．分子中只有极性键 D．8.6 g该物质完全燃烧得到6.72 L CO2 解析：选A A项，观察图形根据碳形成四个键可知分子式正确；B项，根据图示可知分子中含8个σ键；C项，观察图形可知分子中含有碳碳双键属于非极性键；D项，没有指明条件，无法进行气体体积计算。 题点二 键参数的应用 3．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° 解析：选C A项，NH3为极性分子不能说明NH3一定为三角锥形；B项，三个N—H键键能与键长分别相同，键角相等仍有可能为正三角形；D项与事实不符。 4．下表所列的是不同物质中氧氧键的键长和键能的数据，其中a和b 未测出，根据一个原则可估计键能大小顺序为d>c>b>a，该原则是( ) O O O2 O 键长/nm 149 128 121 112 键能/(kJ·mol－1) a b c＝494 d＝628 A.成键电子数越多，键能越大 B．成键电子数越少，键能越大 C．键长越短的键，键能越大 D．以上都不是 解析：选C 可以根据键长判断键能的大小。 5．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。 题点三 等电子原理的应用 6．(2018·黄冈模拟)等电子体之间结构相似、物理性质也相近。根据等电子原理，由短周期元素组成的粒子，只要其原子总数和原子最外层电子总数相同，均可互称为等电子体。下列各组粒子不能互称为等电子体的是( ) A．CO和NO B．O3和SO2 C．CO2和NO D．SCN－和N 解析：选C C选项中，CO2与NO具有相同的原子总数，但最外层电子总数不同，CO2为16，而NO为18，故二者不能互称为等电子体。 7．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均为三原子，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 [教材基础—自热身] 1．价层电子对互斥理论 (1)理论要点 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。 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。 (2)价层电子对互斥理论与分子立体构型 电子对数 成键数 孤电子对数 价层电子对立体构型 分子立体构型 实例 2 2 0 直线形 直线形 CO2 3 3 0 平面三角形 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 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．配位键和配合物 (1)配位键 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。 (2)配位化合物 ①概念：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： a．配位体有孤电子对，中性分子如H2O、NH3和CO等；离子如F－、Cl－、CN－等 b．中心原子有空轨道，如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等 ③组成： [知能深化—扫盲点] 提能点 用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论推测分子或离子的空间构型 1．用价层电子对互斥理论推测分子或离子立体构型“三步曲” 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。 2．“四方法”判断分子中心原子的杂化类型 (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°28′，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推断，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)根据中心原子的价电子对数＝参与杂化的轨道数目判断，如中心原子的价电子对数为4，是sp3杂化，为3是sp2杂化，为2是sp杂化。 3．填写下表 化学式 孤电子 对数 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 ①H2S 2 2 4 四面 体形 V形 sp3 ②SO2 1 2 3 平面 三角形 V形 sp2 ③SO3 0 3 3 平面 三角形 平面 三角形 sp2 ④CH4 0 4 4 正四 面体形 正四 面体形 sp3 ⑤NCl3 1 3 4 四面 体形 三角 锥形 sp3 ⑥HCN 0 2 2 直线形 直线形 sp ⑦HCHO 0 3 3 平面 三角形 平面 三角形 sp2 ⑧NO 0 3 3 平面 三角形 平面 三角形 sp2 ⑨ClO－ 3 1 4 四面体形 直线形 sp3 ⑩H3O＋ 1 3 4 四面体形 三角锥形 sp3 ⑪ClO 1 3 4 四面体形 三角锥形 sp3 ⑫PO 0 4 4 正四面体形 正四面体形 sp3 ⑬CH≡CH — — — — 直线形 sp ⑭CH2== — — — — 平面形 sp2 =CH2 ⑮C6H6 — — — — 平面 六边形 sp2 ⑯CH3COOH — — — — — sp3、sp2 [题点全练—过高考] 题点一 价层电子对互斥理论、杂化轨道理论的综合应用 1．(2018·衡水模拟)用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是( ) A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子 B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120° C．CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子 D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子 解析：选C A．SO2是V形分子，CS2、HI是直线形的分子，错误；B.BF3键角为120°，是平面三角形结构，而Sn原子价电子数是4，在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键，还有一对孤对电子，对成键电子有排斥作用，使键角小于120°，错误；D.PCl3、NH3都是三角锥形的分子，而PCl5是三角双锥形结构，错误。 2．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：选B A项，CO2中C为sp杂化，SO2中S为sp2杂化，错误；B项，均为sp3杂化，正确；C项，BeCl2中Be为sp杂化，BF3中B为sp2杂化，错误；D项，C2H2中C为sp杂化，C2H4中C为sp2杂化，错误。 题点二 配位键、配合物理论 3．某物质的实验式为PtCl4·2NH3，其水溶液不导电，加入AgNO3溶液也不产生沉淀，以强碱处理并没有NH3放出，则关于此化合物的说法正确的是( ) A．配合物中中心原子的电荷数和配位数均为6 B．该配合物可能是平面正方形结构 C．Cl－和NH3分子均与Pt4＋配位 D．配合物中Cl－与Pt4＋配位，而NH3分子不配位 解析：选C 在PtCl4·2NH3水溶液中加入AgNO3溶液无沉淀生成，经强碱处理无NH3放出，说明Cl－、NH3均处于内界，故该配合物中中心原子的配位数为6，电荷数为4，Cl－和NH3分子均与Pt4＋ 配位，A、D错误，C正确；因为配体在中心原子周围配位时采取对称分布以达到能量上的稳定状态，Pt配位数为6，则其空间构型为八面体形，B错误。 4．用结构式标出银氨络离子、四氨合铜离子中的配位键________、________。 答案：[H3N→Ag←NH3]＋ 5．(1)指出配合物K2[Cu(CN)4]的配离子、中心离子、配体、配位数：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)在[Fe(CN)6]3－中，中心原子的配位数为________，配体的立体构型是________。 (3)配合物[Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O中，中心原子的化合价为________，内界的电荷数为________。 答案：(1)配离子为[Cu(CN)4]2－，中心离子为Cu2＋，配体为CN－，配位数为4 (2)6 直线形 (3)＋3 1＋ 6．(2018·日照模拟)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：K3FeF6属于离子化合物，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：离子键、配位键 [FeF6]3－ F－ [教材基础—自热身] 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 A、B是电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素； A、B可以相同，也可以不同。 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 ①非极性分子与极性分子的判断 ②键的极性、分子空间构型与分子极性的关系 类型 实例 键的极性 空间构型 分子极性 X2 H2、N2 非极性键 直线形 非极性分子 XY HCl、NO 极性键 直线形 极性分子 XY2 (X2Y) CO2、CS2 极性键 直线形 非极性分子 SO2 极性键 V形 极性分子 H2O、H2S 极性键 V形 极性分子 XY3 BF3 极性键 平面正三角形 非极性分子 NH3 极性键 三角锥形 极性分子 XY4 CH4、CCl4 极性键 正四面体形 非极性分子 (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个数的增大，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， (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