第二单元分子的结构与性质.docx
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第二单元分子的结构与性质
第二单元 分子的结构与性质
[考纲展示]
1．了解共价键的形成：
σ键和π键，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。
2.了解简单配合物的成键情况。
3.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型（sp，sp2，sp3）。
4.能用价层电子对互斥理论或杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。
5.了解化学键和分子间作用力的区别。
6.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。
考点一 共价键[学生用书P216]
一、共价键的本质
共价键的本质是在原子之间形成共用电子对（电子云的重叠）。
二、共价键的特征
共价键具有饱和性和方向性。
三、共价键的类型
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
叁键
原子间有三对共用电子对
四、键参数
1．概念
2．键参数对分子性质的影响
（1）键能越大，键长越短，分子越稳定。
（2）
五、等电子原理
原子总数和价电子总数均相同的分子或离子具有相同的结构特征，它们的许多性质相似，如CO和N2。
名师点拨
（1）只有两原子的电负性相差不大时，才能形成共用电子对即形成共价键；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，这时形成离子键。
（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）共价键的成键原子可以都是非金属原子，也可以是金属原子与非金属原子，如Al与Cl，Be与Cl等。
（4）一般情况下σ键比π键强度大，但有特殊情况，必要时须先进行键能计算，然后才能判断。
（5）稀有气体分子中没有化学键。
（1）[2014·高考山东卷33－
（1）]石墨烯（
）中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。
（2）[2014·高考江苏卷21－（3）]1mol乙醛分子中含有的σ键的数目为________。
[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）CH3CHO中所有C—C、C—H键为σ键，C===O双键中含有1个σ键和1个π键，即1molCH3CHO中含6molσ键。
[答案]
（1）3
（2）6mol（或6×6.02×1023个）
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，叁键中有一个σ键和两个π键。
σ键比π键稳定。
1．下列说法中不正确的是（ ）
A．σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强
B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键
C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．一个N2分子中有1个σ键，2个π键
解析：
选C。
从原子轨道的重叠程度看，π键轨道重叠程度比σ键重叠程度小，故π键稳定性低于σ键，A项正确；根据电子云的形状和成键时的重叠原则，两个原子形成的共价键最多只有一个σ键，可能没有π键，也可能有1
个或2个π键，B项正确；稀有气体为单原子分子，不存在化学键，C项错误；D项正确。
2．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________（填序号，下同）；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________，存在叁键的分子是________，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
[反思归纳]
（1）在分子中，有的只存在极性键，如HCl、NH3等，有的只存在非极性键，如N2、H2等，有的既存在极性键又存在非极性键，如H2O2、C2H4等；有的不存在化学键，如稀有气体分子。
（2）在离子化合物中，一定存在离子键，有的存在极性共价键，如NaOH、Na2SO4等；有的存在非极性键，如Na2O2、CaC2等。
考点二 分子的空间构型[学生用书P217]
一、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。
2．价层电子对数的确定方法
价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对。
3．价层电子对互斥模型与分子立体构型的关系
电子
对数
成键电
子对数
孤电子
对数
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
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
二、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也不同。
三、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）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
（2）结构，如[Zn（NH3）4]SO4：
电离方程式：
[Zn（NH3）4]SO4===[Zn（NH3）4]2＋＋SO
____。
名师点拨
（1）价层电子对互斥理论说明的是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。
①当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致；
②当中心原子有孤电子对时，两者的构型不一致。
（2）价层电子对互斥理论能预测分子的几何构型，但不能解释分子的成键情况，杂化轨道理论能解释分子的成键情况，但不能预测分子的几何构型。
两者相结合，具有一定的互补性，可达到处理问题简便、迅速、全面的效果。
（3）杂化轨道只用于形成σ键（以sp3杂化形成的都是σ键）或用来容纳孤电子对，如乙烯和二氧化碳中碳原子分别采取sp2、sp杂化，则杂化过程中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键。
（1）[2014·高考山东卷33－
（2）改编]已知（a）石墨烯结构为
，（b）氧化石墨烯结构为
。
图（b）中，1号C的杂化方式是________，该C与相邻C形成的键角________（填“>”、“<”或“＝”）图（a）中1号C与相邻C形成的键角。
（2）[2014·高考新课标全国卷Ⅰ37－（3）]乙醛中碳原子的杂化轨道类型为______________。
（3）[2014·高考新课标全国卷Ⅱ37－
（2）改编]NH3分子中心原子的杂化方式为________。
[解析]
（1）图（b）中1号C与3个碳原子、1个氧原子共形成4个σ键，其价层电子对数为4，C的杂化方式为sp3；该C与相邻C的键角约为109.5°，图（a）中1号C采取sp2杂化，碳原子间夹角为120°。
（2）乙醛的结构式为HCHHCOH，前面的碳原子形成4个σ键，C的杂化方式为sp3；后面的碳原子形成3个σ键，C的杂化方式为sp2。
（3）NH3分子中N原子价层电子对数为4，故为sp3杂化。
[答案]
（1）sp3 <
（2）sp3、sp2 （3）sp3
利用中心原子的孤电子对数与相连的其他原子个数之和判断。
若之和为2，则中心原子为sp杂化；若之和为3，则中心原子为sp2杂化；若之和为4，则中心原子为sp3杂化。
例如：
NH3，N原子有1对孤电子对，另外与3个氢原子成键，所以之和为1＋3＝4，为sp3杂化，理论构型为正四面体形，由于N原子有1对孤电子对，实际构型为三角锥形。
再如CO2，C原子没有孤电子对，与2个氧原子成键，所以和为0＋2＝2，为sp杂化。
1．用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是（ ）
A．直线形；三角锥形
B．V形；三角锥形
C．直线形；平面三角形
D．V形；平面三角形
解析：
选D。
据价电子对互斥理论可知，H2S分子中S原子采用sp3杂化，除两对孤电子对外，另两个杂化轨道分别与一个H原子的各一个1s轨道重叠成键，呈V形结构；BF3分子中B原子采用sp2杂化，三个sp2杂化轨道分别与三个F原子的各一个2p轨道重叠成键，呈平面三角形结构。
2．下列物质中存在配位键的是（ ）
①H3O＋ ②[B（OH）4]－ ③CH3COO－ ④NH3 ⑤CH4
A．①② B．①③
C．④⑤D．②④
解析：
选A。
水分子中各原子已达到稳定结构，H3O＋是H＋和H2O中的O形成配位键；[B（OH）4]－是3个OH－与B原子形成3个共价键，还有1个OH－的O与B形成配位键；其他项均不存在配位键。
3．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[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＋的外围电子排布式为3d84s1
D．胆矾中的水在不同温度下会分步失去
解析：
（2）Cu2＋中存在空轨道，而OH－中O原子有孤电子对，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＋的外围电子排布式为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）
或
（3）D
[反思归纳]
用价层电子对互斥理论推测分子或离子的思维程序
考点三 分子的性质[学生用书P220]
一、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。
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、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
其中A、B为电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素的原子，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。
二、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
非极性键或极性键
分子内原
子排列
对称
不对称
2．分子的溶解性
相似相溶原理：
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。
如果存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。
名师点拨
（1）非极性键形成非极性分子。
（2）极性键形成的双原子分子是极性分子。
（3）对于ABn形分子，中心原子A的价电子数等于化合价数值时，为非极性分子，如CO2、SO3等。
（1）[2014·高考山东卷33－（3）]若将氧化石墨烯（
）分散在H2O中，则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有________（填元素符号）。
（2）[2014·高考新课标全国卷Ⅰ37－（3）]乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是____________________________________。
[解析]
（1）氧化石墨烯中“—OH”的O可与H2O中的H形成氢键、H可与H2O中的O形成氢键。
（2）CH3COOH分子间存在氢键，而CH3CHO分子间无氢键，即沸点：
CH3COOH＞CH3CHO。
[答案]
（1）O、H
（2）CH3COOH存在分子间氢键
1．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、C2H2D．NH3、HCl
解析：
选B。
H2S和NH3、HCl都是含有极性键的极性分子；Cl2是含有非极性键的非极性分子；CO2、CH4是含有极性键的非极性分子；C2H4和C2H2是含有极性键和非极性键的非极性分子。
2．PH3是一种无色剧毒的气体，其分子结构和NH3相似，但P—H键键能比N—H键键能低。
下列判断错误的是（ ）
A．PH3分子呈三角锥形
B．PH3分子是极性分子
C．PH3沸点低于NH3沸点，因为P—H键键能低
D．PH3分子稳定性低于NH3分子，因为N—H键键能高
解析：
选C。
PH3与NH3构型相同，因中心原子上均有一对孤电子对，均为三角锥形，属于极性分子，A、B项正确；PH3的沸点低于NH3，是因为NH3分子间存在氢键，C项错误；PH3的稳定性低于NH3，是因为N—H键键能高，D项正确。
3．某化合物的分子式为AB2，A属第ⅥA族元素，B属第ⅦA族元素，A和B在同一周期，它们的电负性值分别为3.44和3.98，已知AB2分子的键角为103.3°。
下列推断不正确的是（ ）
A．AB2分子的空间构型为V形
B．A—B键为极性共价键，AB2分子为非极性分子
C．AB2与H2O相比，AB2的熔、沸点比H2O的低
D．AB2分子中无氢原子，分子间不能形成氢键，而H2O分子间能形成氢键
解析：
选B。
根据A、B的电负性值及所处位置关系，可判断A元素为O，B元素为F，该分子为OF2。
O—F键为极性共价键。
因为OF2分子的键角为103.3°，OF2分子中键的极性不能抵消，所以为极性分子。
[反思归纳]
（1）在对物质性质进行解释时，是用化学键知识解释，还是用范德华力或氢键的知识解释，要根据物质的具体结构决定。
（2）组成结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。
同分异构体中，支链越多，范德华力越小。
相对分子质量相近的分子，极性越大，范德华力越大。
（3）分子构型与分子极性的关系
[学生用书P221]
1．
（1）[2014·高考新课标全国卷Ⅱ37－（5）]H、N、O、S、Cu这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构（如图所示）。
该化合物中，阴离子为________，阳离子中存在的化学键类型有________；该化合物加热时首先失去的组分是________，判断理由是____________________________________________。
（2）[2014·高考福建卷31－（5）]NH4BF4（氟硼酸铵）是合成氮化硼纳米管的原料之一。
1molNH4BF4含有________mol配位键。
解析：
（1）5种元素形成的1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构的为SO
，由图中的阳离子结构可知含有1个Cu2＋、4个NH3、2个H2O，阳离子符号为[Cu（NH3）4（H2O）2]2＋，含有共价键和配位键；加热该化合物时根据配位键强弱确定首先失去的成分。
（2）NH4BF4中存在NH
和BF
，1个NH
中存在1个配位键，1个BF
中存在1个配位键，则1molNH4BF4中存在2mol配位键。
答案：
（1）SO
共价键和配位键 H2O H2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱
（2）2
2．
（1）[2013·高考新课标全国卷Ⅰ37－（6）]在硅酸盐中，SiO
四面体[如下图（a）]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。
图（b）为一种无限长单链结构的多硅酸根；其中Si原子的杂化形式为________。
（2）[2012·高考新课标全国卷37－
（1）]S单质的常见形式为S8，其环状结构如下图所示，S原子采用的轨道杂化方式是________。
解析：
（1）在硅酸盐中，Si与4个O形成4个σ键，Si无孤电子对；SiO
为正四面体结构，所以硅原子的杂化形式为sp3。
（2）每个S原子与另外2个S原子形成2个共价单键，所以S原子的杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数＝2＋2＝4，故S原子为sp3杂化。
答案：
（1）sp3
（2）sp3
3．
（1）[2013·高考新课标全国卷Ⅱ37－（4）]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________。
（2）[2013·高考山东卷32－（4）]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电子对的原子是________。
解析：
（1）K3FeF6中化学键的类型有离子键、配位键；该化合物中存在复杂离子[FeF6]3－，配位体是F－。
（2）在BCl3分子中B原子最外层的3个电子全部处于成键状态，所以在该配合物中提供孤电子对的应该是X原子，B原子提供空轨道。
答案：
（1）离子键、配位键 [FeF6]3－ F－
（2）X
3．
（1）[2013·高考江苏卷21－（3）]H2O在乙醇中的溶解度大于H2S，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）[2013·高考浙江卷自选模块15－（3）]关于化合物
，下列叙述正确的有________________________________________________________________________。
A．分子间可形成氢键
B．分子中既有极性键又有非极性键
C．分子中有7个σ键和1个π键
D．该分子在水中的溶解度大于2丁烯
（3）[2013·高考福建卷31－（4）]已知苯酚（
）具有弱酸性，其Ka＝1.1×10－10；水杨酸第一级电离形成的离子
能形成分子内氢键。
据此判断，相同温度下电离平衡常数Ka2（水杨酸）________Ka（苯酚）（填“>”或“<”），其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（2）该有机物分子中含有—CHO，含有电负性较强的O原子，但不含与电负性较强的原子相连的H原子，因此不易形成分子间氢键，A项错。
该有机物分子中含有C—H、C===O等极性键，C—C、C===C等非极性键，B项对。
该有机物分子中含有9个σ键和3个π键，C项错。
该有机物分子易与水分子形成分子间氢键，而2丁烯则不能，故该有机物在水中的溶解度大于2丁烯，D项对。
（3）由于
能形成分子内氢键，所以水杨酸的第二级电离更困难，故Ka2（水杨酸）＜Ka（苯酚）。
答案：
（1）水分子与乙醇分子之间能形成氢键
（2）BD
（3）<
中形成分子内氢键，使其更难电离出H＋
5．
（1）[2013·高考福建卷31－（3）]BF3与一定量的水形成（H2O）2·BF3晶体Q，Q在一定条件下可转化为R：
①晶体Q中各种微粒间的作用力不涉及____________（填序号）。
a．离子键 b．共价键 c．配位键 d．金属键 e．氢键 f．范德华力
②R中阳离子的空间构型为________，阴离子的中心原子轨道采用________杂化。
（2）[2012·高考福建卷30－（4）－②]硼砂晶体（含结晶水的四硼酸钠）由Na＋、Xm－（含B、O、H三种元素）和H2O构成，它们之间存在的作用力有________（填序号）
A．离子键 B．共价键 C．金属键 D．范德华力
E．氢键
解析：
（1）晶体Q中不存在阴、阳离子和金属元素，所以不存在离子键和金属键。
（2）晶体中Na＋与Xm－之间为离子键，H2O分子间存在范德华力，而阴离子能与水分子形成氢键。
答案：
（1）①ad ②三角锥形 sp3
（2）ADE
一、选择题（本题包括9小题，每小题5分，共45分）
1．N2的结构可以表示为
，CO的结构可以表示为
，其中椭圆框表示π键，下列说法中不正确的是（ ）
A．N2分子与CO分子中都含有三个化学键
B．CO分子中有一个π键是配位键
C．N2与CO互为等电子体
D．N2与CO的化学性质相同
解析：
选D。
由题意可知N2分子中N原子之间、CO分子中C、O原子之间都是通过2个π键和1个σ键结合，其中，CO分子中的1个π键由O原子提供孤电子对，C原子提供空轨道通过配位键形成。
N2化学性质相对稳定，CO具有比较强的还原性，两者化学性质不同。
2．（2015·浙江台州高三调研）下列说法正确的是（ ）
A．氢键既影响物质的物理性质，也决定物质的稳定性
B．离子化合物的熔点一定比共价化合物的高
C．稀有气体形成的晶体属于分子晶体
D．干冰升华时，分子内共价键会发生断裂
解析：
选C。
物质的稳定性取决于物质中
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