03s第二章分子结构与性质.docx

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03s第二章分子结构与性质

第2章分子结构与性质

第一节共价键

1、共价键的成键本质：

成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间电子云密度增加，体系能量降低。

2、共价键类型：

（1）σ键和π键

σ键

π键

成键方向

沿键轴方向“头碰头”

平行或“肩并肩”

电子云形状

轴对称

镜像对称

牢固程度

强度大，不易断裂

强度小，易断裂

成键判断规律

单键是σ键；双键有一个是σ键，另一个是π键；三键中一个是σ键，另两个为π键。

（2）极性键和非极性键

非极性键

极性键

定义

由同种元素的原子形成的共价键，共用电子对不发生偏移

由不同种元素的原子形成的共价键，共用电子对发生偏移

原子吸引电子能力

相同

不同

共用电子对位置

不偏向任何一方

偏向吸引电子能力强的原子一方

成键原子的电性判断依据

不显电性

显电性

举例

单质分子（如H2、Cl2）和某些化合物（如Na2O2、H2O2）中含有非极性键

气态氢化物，非金属氧化物、酸根和氢氧根中都含有极性键

【例1】下列关于σ键和π键的理解不正确的是（　　）

A．σ键一般能单独形成，而π键一般不能单独形成

B．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转

C．CH3﹣CH3．CH2=CH2．CH≡CH中σ键都是C﹣C键，所以键能都相同

D．碳碳双键中有一个σ键，一个π键，碳碳叁键中有一个σ键，两个π键

【例2】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轨道以“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．H2B．Cl2C．NaClD．HF

【例3】中国科技大学的科学家将C60分子组装在一单层分子膜表面，在﹣268℃时冻结分子的热振荡，利用扫描隧道显微镜首次“拍摄”到能清楚分辨碳原子间单、双键的分子图象．下列化合物分子中一定既含σ键又含π键的是（）

A．N2B．CO2C．C2H6OD．H2O2

【练习】

1.下列说法正确的是（）

A．共价键都具有方向性

B．σ键是镜像对称，而π键是轴对称

C．π键是由两个p电子“肩并肩”重叠形成的

D．σ键都是由两个p轨道“头碰头”重叠形成的

2.从电负性的角度来判断下列元素之间易形成共价键的是（　　）

A．Na和ClB．H和ClC．K和FD．Ca和O

3.下列有关σ键和π键的说法错误的是（　　）

A．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者

B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键

C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键

D．在分子中，化学键可能只有π键，而没有σ键

4.下列分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是（）

①SF6②PCl5③PCl3④CS2⑤NO2⑥N2．

A．①②④⑤B．②③⑤⑥C．③④⑥D．①③⑤

（3）配位键：

一类特殊的共价键，一个原子提供空轨道，另一个原子提供一对电子所形成的共价键。

①配位化合物：

金属离子与配位体之间通过配位键形成的化合物。

如：

Cu（H2O）4SO4、Cu（NH3）4（OH）2、Ag（NH3）2OH、Fe（SCN）3等。

②配位化合物的组成：

3、共价键的三个键参数

概念

对分子的影响

键长

分子中两个成键原子核间距离（米）

键长越短，化学键越强，形成的分子越稳定

键能

对于气态双原子分子AB，拆开1molA-B键所需的能量

键能越大，化学键越强，越牢固，形成的分子越稳定

键角

键与键之间的夹角

键角决定分子空间构型

（1）键长、键能决定共价键的强弱和分子的稳定性，键角决定分子空间构型和分子的极性。

（2）键能与反应热：

反应热＝生成物键能总和－反应物键能总和

【例1】下列说法中，错误的是（　　）

A．键长越长，化学键越牢固

B．成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固

C．对双原子分子来讲，键能越大，含有该键的分子越稳定

D．原子间通过共用电子对所形成的化学键叫共价键

【例2】关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是（　　）

A．键角是描述分子立体结构的重要参数

B．键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关

C．键能越大，键长越长，共价化合物越稳定

D．键角的大小与键长、键能的大小无关

【例3】以下比较中，正确的是（　　）

A.微粒半径：

F﹣＞O2﹣＞Na+＞Li+

B.电负性Cl＞C，酸性：

HClO4＞H2CO3

C.分子中的键角：

CH4＞H2O＞CO2

D.稳定性：

LiCl＜NaCl＜KCl＜RbCl

【例4】下列不能形成配位键的组合是（　　）

A．Ag+、NH3B．BF3、NH3C．Co3+、H2OD．Ag+、H+

【例5】通常把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能．键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热（△H）．化学反应的△H等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差．

化学键

Si﹣O

Si﹣Cl

H﹣H

H﹣Cl

Si﹣Si

Si﹣C

键能/kJ•mol﹣1

460

360

436

431

176

347

请回答下列问题：

（1）比较下列物质的熔点高低（填“＞”或“＜”）：

SiCl4　　SiO2，原因是　　．

（2）图中立方体中心的“●”表示硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用“●”表示出与之紧邻的硅原子．

（3）工业上高纯硅可通过下列反应制取：

SiCl4（g）+2H2（g）

Si（s）+4HCl（g）；

1mol晶体硅中含　　molSi﹣Si键；该反应的反应热△H=　　kJ•mol﹣1．

【练习】

1.PH3一种无色剧毒气体，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

2.氰气的分子式为（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．分子中四原子共直线，是非极性分子

B．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．氰气不和氢氧化钠溶液发生反应

3.下列说法正确的是（）

A．含有极性键的分子一定是极性分子

B．键能越大，表示该分子越容易受热分解

C．在分子中，两个成键的原子间的距离叫做键长

D．H﹣Cl的键能为431.8KJ/mol，H﹣I的键能为298.7KJ/mol，这可以说明HCl比HI分子稳定

第二节分子的空间构型

1、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，许多性质是相似的，此原理称为等电子原理。

（1）等电子体的判断方法：

在微粒的组成上，微粒所含原子数目相同；在微粒的构成上，微粒所含价电子数目相同；在微粒的结构上，微粒中原子的空间排列方式相同。

（等电子的推断常用转换法，如CO2=CO+O=N2+O=N2O=N2+N—=N3—或SO2=O+O2=O3=N—+O2=NO2—）

（2）等电子原理的应用：

利用等电子体的性质相似，空间构型相同，可运用来预测分子空间的构型和性质。

【例1】通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体．人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是（　　）

A．CH4和NH4+是等电子体，键角均为60°

B．NO3﹣和CO32﹣是等电子体，均为平面正三角形结构

C．H3O+和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构

D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道

【例2】与CO32﹣不是等电子体的是（　　）

A．SO3B．BF3C．NO3﹣D．PCl3

【练习】

1.根据等电子原理判断，下列说法中错误的是（）

A．B3N3H6分子中所有原子均在同一平面上

B．B3N3H6分子中存在双键，可发生加成反应

C．H3O+和NH3是等电子体，均为三角锥形

D．CH4和NH4+是等电子体，均为正四面体

2．下表为周期表的一部分，其中的编号代表对应的元素。

（1）写出上表中元素I的价层电子排布图。

元素C、D、E、F的第一电离能由大到小的顺序是（用元素符号表示）。

（2）元素A分别与C、D、E形成最简单的常见化合物分子甲、乙和丙。

下列有关叙述不正确的有（）

A．甲、乙和丙分子的空间构型分别为正四面体形、三角锥形、V形

B．甲、乙和丙分子中，中心原子均采取sp3的杂化方式

C．三种分子中键角由大到小的顺序是丙>乙>甲

D．甲、乙和丙分子均为由极性键构成的极性分子

（3）由元素J、C、E组成一种化学式为J（CE）的配位化合物，该物质常温下呈液态，熔点为

—20．5℃，沸点为103~C，易溶于非极性溶剂。

据此可判断：

该化合物的晶体中存在的作用力有（）

A．离子键B．极性键C．非极性键D．范德华力E．氢键F．配位键

Ⅱ．

（1）BCl3中B原子的杂化方式为。

第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有种。

写出与BCl3结构相同的一种等电子体（写离子）。

（2）科学家测得胆矾中既含有配位键，又含有氢键，其结构示意图可简单表示如下：

①胆矾的化学式用配合物的形式表示为的

②胆矾中SO42-的空间构型为

2、价电子互斥理论：

（1）价电子互斥理论的基本要点：

ABn型分子（离子）中中心原子A周围的价电子对的几何构型，主要取决于价电子对数（n），价电子对尽量远离，使它们之间斥力最小。

（2）ABn型分子价层电子对的计算方法：

①对于主族元素，中心原子价电子数=最外层电子数，配位原子按提供的价电子数计算，如：

PCl5中

②O、S作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为6；

③离子的价电子对数计算

    如：

NH4+：

；SO42-：

3、杂化轨道理论

（1）杂化轨道理论的基本要点：

①能量相近的原子轨道才能参与杂化。

②杂化后的轨道一头大，一头小，电子云密度大的一端与成键原子的原子轨道沿键轴方向重叠，形成σ键；由于杂化后原子轨道重叠更大，形成的共价键比原有原子轨道形成的共价键稳定。

③杂化轨道能量相同，成分相同，如：

每个sp3杂化轨道占有1个s轨道、3个p轨道。

④杂化轨道总数等于参与杂化的原子轨道数目之和。

（2）s、p杂化轨道和简单分子几何构型的关系

杂化类型

sp

sp2

sp3

sp3不等性杂化

轨道夹角

180o

120o

109o28′

中心原子位置

ⅡA，ⅡB

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

中心原子孤对电子数

0

0

0

1

2

3

分子几何构型

直线形

平面三角形

正四面体形

三角锥形

V字形

直线形

实例

BeCl2、HgCl2

BF3

CH4、SiCl4

NH3、PH3

H2O、H2S

HCl

（3）杂化轨道的应用范围：

杂化轨道只应用于形成σ键或者用来容纳未参加成键的孤对电子。

（4）中心原子杂化方式的判断方法：

看中心原子有没有形成双键或叁键，如果有1个叁键，则其中有2个π键，用去了2个p轨道，形成的是sp杂化；如果有1个双键则其中有1个π键，形成的是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。

4、分子空间构型、中心原子杂化类型和分子极性的关系

分子（离子）

中心原子价电子对

杂化类型

VSEPR模型

分子空间构型

键角

分子的极性

CO2

2

sp

直线

直线形

180o

非

SO2

3

sp2

平面三角

V字形

极

H2O、OF2、

4

sp3

平面三角

V字形

——

极

HCN

2

sp

直线

直线形

180o

极

NH3

4

sp3

正四面体

三角锥形

107o18′

极

BF3、SO3

3

sp2

平面三角

平面三角形

120o

非

H3O+

4

sp3

正四面体

三角锥形

107o18′

——

CH4、CCl4

4

sp3

正四面体

正四面体形

109o28′

非

NH4+

4

sp3

正四面体

正四面体形

109o28′

非

HCHO、COCl2

3

sp2

平面三角

平面三角形

——

极

【例1】以NA表示阿伏加德罗常数，则下列说法正确的是（）

A．1molNH3分子中含有3NA个σ键和4NA个sp3杂化轨道

B．1molCO2分子中含有2NA个σ键和2NA个sp杂化轨道

C．1molC2H2分子中含有2NA个σ键、2NA个π键

D．1molC2H4分子中含有4NA个σ键、2NA个π键

【例2】下列说法中正确的是（　　）

A．PCl3分子是三角锥形，这是因为P原子是以sp2杂化的结果

B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的四个sp3杂化轨道

C．凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是四面体

D．AB3型的分子立体构型必为平面三角形

【例3】【例3】1932年美国化学家鲍林首先提出了电负性的概念．电负性（用X表示也是元素的一种重要性质，下表给出的是原子序数小于20的16种元素的电负性数值：

元素

H

Li

Be

B

C

N

O

F

电负性

2.1

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

元素

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

K

电负性

0.9

1.5

1.7

2.3

3.0

0.8

请仔细分析，回答下列有关问题：

①预测元素周期表中，X值最小的元素位置和名称：

　　（放射性元素除外）．

②根据表中的所给数据分析，同周期内的不同元素X的值变化的规律是　　

通过分析X值变化规律，确定P、Mg的X值范围：

　　＜X（P）＜　　，　　＜X（Mg）＜　　．

③经验规律告诉我们：

当形成化学键的两原子相应元素的电负性差值大于1.7时，所形成的一般为离子键；当小于1.7时，一般为共价键．试推断AlCl3、Al2O3中形成的化学键的类型分别为　　（填离子键或共价键）

④根据所学分子的立体构型和杂化方式来填写下列表格

微粒

BeCl2

H2S

NH3

CO32﹣

BF3

中心原子杂化方式

微粒的空间构型

【练习】

1.下表是元素周期表的一部分．表中所列的字母分别代表一种化学元素．

试回答下列问题：

（答案中涉及字母均用具体元素符号作答）

（1）I的元素符号为　　，K的元素名称为　　，J在周期表中的位置是　　；

（2）写出基态时J元素原子的电子排布式　　，N元素原子的简化电子排布式　　．

（3）ABGH的原子半径大小顺序是　　；ABCD的第一电离能大小顺序是　　；

ABCD的电负性大小顺序是　ABGH的最高价氧化物的水化物酸性强弱顺序是　　；

（4）AC32﹣的中心原子的杂化轨道类型是　　，微粒的空间构型是　　；BD3中心原子的杂化轨道类型是　　；分子的空间构型是　　；

（5）根据等电子原理，指出B2C与AC2，AC与B2互为等电子体，那么A2B分子中的σ键数目为　　，π键数目为　　，AC分子中的σ键数目为　　，π键数目为　　；

（6）在L3[J（AB）6]中中心离子是　　，配体是　　，配位数是　　．

2.K4[Fe（CN）6]强热可发生反应：

3K4[Fe（CN）6]

2（CN）2↑+12KCN+N2↑+Fe3C+C

（1）K4[Fe（CN）6]中Fe2+的配位数为　　（填数字）；Fe2+基态核外电子排布式为　　．

（2）（CN）2分子中碳原子杂化轨道类型为　　；1mol（CN）2分子中含有σ键的数目为　　．

（3）O22+与CN﹣互为等电子体，则O22+的电子式为　　．

（4）Fe3C的晶胞结构中碳原子的配位数为6，碳原子与紧邻的铁原子组成的空间构型为　　．

第三节分子的性质

1、分子间作用力（范德华力和氢键）

（1）分子间作用力和化学键的比较

化学键

分子间作用力

概念

相邻原子间强烈的相互作用

分子间微弱的相互作用

范围

分子内或某些晶体内

分子间

能量

键能一般为120～800kJ·mol－1

约几到几十kJ·mol－1

性质影响

主要影响物质的化学性质（稳定性）

主要影响物质的物理性质（熔沸点）

（2）范德华力与氢键的比较

范德华力

氢键

概念

物质分子间存在的微弱相互作用

分子间（内）电负性较大的成键原子通过H原子而形成的静电作用

存在范围

分子间

分子中含有与H原子相结合的原子半径小、电负性大、有孤对电子的F、O、N原子

强度比较

比化学键弱得多

比化学键弱得多，比范德华力稍强

影响因素

随分子极性和相对分子质量的增大而增大

性质影响

随范德华力的增大，物质的熔沸点升高、溶解度增大

分子间氢键使物质熔沸点升高硬度增大、水中溶解度增大；分子内氢键使物质熔沸点降低、硬度减小

【例1】你认为下列说法正确的是（　　）

A．氢键存在于分子之间，也存在于分子之内

B．对于分子，其范德华力只随着相对分子质量的增大而增大

C．NH3极易溶于水而CH4难溶于水的原因只是NH3是极性分子，CH4是非极性分子

D．冰熔化时只破坏分子间作用力

【例2】如图中每条折线表示周期表ⅣA～ⅦA中的某一族元素氢化物的沸点变化．每个小黑点代表一种氢化物，其中a点代表的是（　　）

A．H2SB．HClC．PH3D．SiH4

【练习】

1.沸腾时只需克服范德华力的液体物质是（　　）

A．水B．酒精C．氨水D．CH3Cl

2.下列现象与氢键有关的是（　　）

①NH3的熔、沸点比第ⅤA族相邻元素的氢化物高

②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶

③冰的密度比液态水的密度小

④尿素的熔、沸点比醋酸的高

⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低

⑥NH3分子加热难分解．

A．①②③④⑤⑥B．①②③④⑤C．①②③④D．①②③

2、极性分子和非极性分子

（1）极性分子和非极性分子

<1>非极性分子：

从整个分子看，分子里电荷的分布是对称的。

如：

①只由非极性键构成的同种元素的双原子分子：

H2、Cl2、N2等；②只由极性键构成，空间构型对称的多原子分子：

CO2、CS2、BF3、CH4、CCl4等；③极性键非极性键都有的：

CH2=CH2、CH≡CH、

。

<2>极性分子：

整个分子电荷分布不对称。

如：

①不同元素的双原子分子如：

HCl，HF等。

②折线型分子，如H2O、H2S等。

③三角锥形分子如NH3等。

（2）共价键的极性和分子极性的关系：

两者研究对象不同，键的极性研究的是原子，而分子的极性研究的是分子本身；两者研究的方向不同，键的极性研究的是共用电子对的偏离与偏向，而分子的极性研究的是分子中电荷分布是否均匀。

非极性分子中，可能含有极性键，也可能含有非极性键，如二氧化碳、甲烷、四氯化碳、三氟化硼等只含有极性键，非金属单质F2、N2、P4、S8等只含有非极性键，C2H6、C2H4、C2H2等既含有极性键又含有非极性键；极性分子中，一定含有极性键，可能含有非极性键，如HCl、H2S、H2Ｏ2等。

（3）分子极性的判断方法

①单原子分子：

分子中不存在化学键，故没有极性分子或非极性分子之说，如He、Ne等。

②双原子分子：

若含极性键，就是极性分子，如HCl、HBr等；若含非极性键，就是非极性分子，如O2、I2等。

③以极性键结合的多原子分子，主要由分子中各键在空间的排列位置决定分子的极性。

若分子中的电荷分布均匀，即排列位置对称，则为非极性分子，如BF3、CH4等。

若分子中的电荷分布不均匀，即排列位置不对称，则为极性分子，如NH3、SO2等。

④根据ABn的中心原子A的最外层价电子是否全部参与形成了同样的共价键。

（或A是否达最高价）

（4）相似相溶原理

①相似相溶原理：

极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。

②相似相溶原理的适用范围：

“相似相溶”中“相似”指的是分子的极性相似。

③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。

相反，无氢键相互作用的溶质在有氢键的水中的溶解度就比较小。

【例1】碘单质在水溶液中溶解度很小，但在CCl4中溶解度很大，这是因为（　　）

A．CCl4与I2分子量相差较小，而H2O与I2分子量相差较大

B．CCl4与I2都是直线型分子，而H2O不是直线型分子

C．CCl4和I2都不含氢元素，而H2O中含有氢元素

D．CCl4和I2都是非极性分子，而H2O是极性分子

【例2】以极性键结合的多原子分子，分子是否有极性取决于分子的空间构型．下列分子属极性分子的是（　　）

A．SO3B．CO2C．NH3D．BCl3

【例3】PH3一种无色剧毒气体，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

【练习】

1.氰气的分子式为（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．分子中四原子共直线，是非极性分子

B．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．氰气不和氢氧化钠溶液发生反应

2.常温下S2Cl2是橙黄色液体，其分子结构如图所示．少量泄漏会产生窒息性气味，遇水易水解，并产生酸性悬浊液．下列关于S2Cl2的说法错误的是（）

A．为非极性分子

B．分子中既含有极性键又含有非极性键

C．与S2Br2结构相似，熔沸点S2Br2＞S2Cl2

D．与水反应的化学方程式可能为2S2Cl2+2H2O→SO2↑+3S↓+4HCl

3.下列各组物质中，都是由极性键构成为极性分子的一组的（）

A．CH4和H2OB．CO2和HClC．NH3和H2SD．HCN和BF3

3、有机物分子的手性和无机含氧酸的酸性

（1）手性分子

①手性分子：

具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，却在三维空间里不能重叠，互称手性异构体（又称对映异构体、光学异构体）。

含有手性异构体的分子叫做手性分子。

②手性分子的判断方法：

判断一种有机物是否具有手性异构体，可以看其含有的碳原子是否连有四个不同的原子或原子团，符合上述条件的碳原子叫做手性碳原子。

手性碳原子必须是饱和碳原子，饱和碳原子所连有的原子和原子团必须不同。

（2）无机含氧酸分子的酸性

①酸的元数=酸中羟基上的氢原子数，不一定等于酸中的氢原子数（有的酸中有些氢原子不是连在氧原子上）

②含氧酸可表示为：

（HO）mROn,酸的强度与