高考化学复习高中总复习专题11第3讲分子空间结构与物质的性质.docx
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高考化学复习高中总复习专题11第3讲分子空间结构与物质的性质
第3讲 分子空间结构与物质的性质
[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立体构型。
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。
考点一 共价键
1．本质
在原子之间形成__________（电子云的重叠）。
2．特征
具有__________和__________。
3．分类
分类依据
类型
形成共价键的原子轨道重叠方式
__键
电子云“______”重叠
__键
电子云“______”重叠
形成共价键的电子对是否偏移
____键
共用电子对发生____
______键
共用电子对不发生____
原子间共用电子对的数目
__键
原子间有____共用电子对
__键
原子间有____共用电子对
__键
原子间有____共用电子对
特别提醒
（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，这时形成离子键。
（2）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。
（3）σ键比π键稳定。
（4）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。
4．键参数
（1）概念
（2）键参数对分子性质的影响
①键能越____，键长越____，分子越稳定。
②
1．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________；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）不存在化学键的是__________。
（3）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__________。
归纳总结
（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。
2．根据价键理论分析氮气分子中的成键情况？
3．下列说法中不正确的是（ ）
A．σ键比π键的电子云重叠程度大，形成的共价键强
B．ssσ键与spσ键的电子云形状对称性相同
C．碳碳双键的键能是碳碳单键键能的2倍
D．N2分子中有一个σ键，2个π键
4．某些共价键的键长数据如下表：
共价键
键长（nm）
C—C
0.154
C===C
0.134
C≡C
0.120
C—O
0.143
C===O
0.122
N—N
0.146
N===N
0.120
N≡N
0.110
（1）根据表中有关数据，你能推断出影响共价键键长的因素主要有哪些？
其影响的结果怎样？
（2）键能是
________________________________________________________________________。
通常，键能越________，共价键越________，由该键构成的分子越稳定。
考点二 杂化轨道理论与分子的立体构型及分子的极性
1．杂化轨道理论
（1）概念
在外界条件的影响下，原子内部____________的原子轨道重新组合的过程叫原子轨道的杂化，组合后形成的一组新的原子轨道，叫杂化原子轨道，简称杂化轨道。
特别提醒
（1）杂化轨道形成的共价键更牢固。
（2）参加杂化的原子轨道数目与杂化后生成的杂化轨道数目一般相等。
（2）分类
杂化
类型
杂化轨
道数目
杂化轨道间夹角
立体构型
实例
Sp
sp2
sp3
2．价层电子对互斥模型
（1）价层电子对在球面上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。
（2）孤电子对的排斥力较大。
电子对数
成键对数
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
3
3
0
三角形
2
1
4
4
0
正四面体形
3
1
2
2
特别提醒
（1）价层电子对互斥模型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）价层电子对互斥模型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．配合物理论简介
（1）配位键：
一个原子提供孤对电子，一个原子提供空轨道而形成的共价键。
（2）配位化合物
①定义：
金属离子（或原子）与某些分子或离子（称为配位体）以配位键结合而成的化合物。
②组成：
如对于[Ag（NH3）2]OH，中心原子为Ag，配体为NH3，配位数为2。
5．根据价层电子对互斥理论判断：
①NH3分子中，中心原子上的σ键电子对数为________，孤电子对数为________，价层电子对数为________，中心原子的杂化方式为________杂化，VSEPR构型为__________，分子的立体构型为________。
②BF3分子中，中心原子的杂化方式为__________杂化，分子的立体构型为________。
归纳总结 判断分子的中心原子杂化轨道类型的方法
（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。
6．向黄色的FeCl3溶液中加入无色的KSCN溶液，溶液变成血红色。
该反应在有的教材中用方程式FeCl3＋3KSCN===Fe（SCN）3＋3KCl表示。
（1）该反应生成物中KCl既不是难溶物、难电离物质，也不是易挥发物质，则该反应之所以能够进行是由于生成了__________的Fe（SCN）3。
（2）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配合所得离子显血红色。
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
________________________________________________________________________。
考点三 分子间作用力与物质性质
1．概念
物质分子之间________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__________和________。
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，______________相似的物质，随着____________的增加，范德华力逐渐________。
5．氢键
（1）形成
已经与______________的原子形成共价键的________（该氢原子几乎为裸露的质子）与另一个分子中____________的原子之间的作用力，称为氢键。
（2）表示方法
A—H…B
特别提醒
（1）A、B为电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素。
（2）A、B可以相同，也可以不同。
（3）特征
具有一定的________性和________性。
（4）分类
氢键包括__________氢键和__________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________，对电离和溶解度等产生影响。
6．相似相溶原理
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________。
7．分析下面两图，总结卤素单质和卤素碳化物的范德华力变化规律。
8．判断下列说法是否正确：
（1）氢键是氢元素与其他元素形成的化学键。
（ ）
（2）可燃冰（CH4·8H2O）中甲烷分子与水分子间形成了氢键。
（ ）
（3）乙醇分子和水分子间只存在范德华力。
（ ）
（4）碘化氢的沸点高于氯化氢的沸点是因为碘化氢分子间存在氢键。
（ ）
（5）水分子间既存在范德华力，又存在氢键。
（ ）
（6）氢键具有方向性和饱和性。
（ ）
（7）H2和O2之间存在氢键。
（ ）
（8）H2O2分子间存在氢键。
（ ）
9．下列事实均与氢键的形成有关，试分析其中氢键的类型。
（1）冰的硬度比一般的分子晶体的大；
（2）甘油的粘度大；
（3）邻硝基苯酚20℃时在水中的溶解度是对硝基苯酚的0.39倍；
（4）邻羟基苯甲酸的电离常数是苯甲酸的15.9倍，对羟基苯甲酸的电离常数是苯甲酸的0.44倍；
（5）氨气极易溶于水；
（6）氟化氢的熔点高于氯化氢。
考点四 无机含氧酸分子的酸性
1．无机含氧酸分子之所以能显示酸性，是因为其分子中含有－OH，而－OH上的H原子在水分子的作用下能够变成H＋而显示一定的酸性。
如HNO3、H2SO4的结构式分别是
。
2．同一种元素的含氧酸酸性规律及原因
H2SO4与HNO3是强酸，其—OH上的H原子能够完全电离成为H＋。
而同样是含氧酸的H2SO3和HNO2却是弱酸。
即酸性强弱有H2SO3其他的有变价的非金属元素所形成的含氧酸也有类似的情况。
如酸性强弱HClO不难得出：
对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。
如果把含氧酸的通式写成（HO）mROn的形式，成酸的元素R相同时，则n值越大，R的正电性越高，就会使R—O—H中的O原子的电子向R偏移，因而在水分子的作用下，也就越容易电离出H＋，因此酸性也就越强。
如H2SO3可写成（HO）2SO，n＝1；H2SO4可写成（HO）2SO2，n＝2。
所以H2SO4的酸性强于H2SO3。
而对HNO2来说，可写成（HO）NO，n＝1；HNO3可写成（HO）NO2，n＝2。
故HNO3的酸性强于HNO2。
而对氯元素所形成的几种含氧酸，可分别写成（HO）Cl，n＝0；（HO）ClO，n＝1；（HO）ClO2，n＝2；（HO）ClO3，n＝3。
故其酸性顺序为HClO10．下列无机含氧酸分子中酸性最强的是（ ）
A．HNO2B．H2SO3
C．HClO3D．HClO4
用价层电子对互斥理论推测简单
分子（ABn型）、离子（AB
型）空间构型的方法
解题思路——
1．σ键的电子对数的确定
由分子式确定σ键电子对数。
例如，H2O中的中心原子为O，O有2对σ键电子对；NH3中的中心原子为N，N有3对σ键电子对。
2．中心原子上的孤电子对数的确定
中心原子上的孤电子对数＝
（a－xb）。
式中a为中心原子的价电子数，对于主族元素来说，价电子数等于原子的最外层电子数；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，氢为1，其他原子等于“8－该原子的价电子数”。
例如，SO2的中心原子为S，S的价电子数为6（即S的最外层电子数为6），则a＝6；与中心原子S结合的O的个数为2，则x＝2；与中心原子结合的O最多能接受的电子数为2，则b＝2。
所以，SO2中的中心原子S上的孤电子对数＝
×（6－2×2）＝1。
对阳离子来说，a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数，x和b的计算方法不变。
对阴离子来说，a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数（绝对值），x和b的计算方法也不变。
例如，NH
中N的孤电子对数＝
×（5－1－4×1）＝0；CO
中C的孤电子对数＝
×（4＋2－3×2）＝0。
【例1】 判断①PCl3、②NH
、③CO
的空间构型，说明中心原子的杂化情况。
【例2】 按下列要求写出第2周期非金属元素组成的中性分子的化学式及中心原子的杂化方式，电子对立体构型。
1平面三角形分子：
分子式________，杂化方式是
________________________________________________________________________，
电子对立体构型________。
②三角锥形分子：
分子式________，杂化方式是__________，电子对立体构型________。
2正四面体形分子：
分子式________，杂化方式是
________________________________________________________________________，
电子对立体构型________。
等电子原理的应用
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。
【例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，请推测COS、CO
、PCl3的空间结构。
【例4】 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2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________、________。
分子极性的判断方法
1．极性分子和非极性分子
2．根据键的类型及分子的空间构型判断
非极性分子、极性分子的判断，首先看键是否有极性，然后再看各键的空间排列状况。
键无极性，分子必无极性；键有极性，各键空间排列均匀，使键的极性相互抵消，分子无极性；键有极性，各键空间排列不均匀，不能使键的极性相互抵消，分子有极性。
共价键的极性与分子极性的关系可总结如下：
3．根据中心原子最外层电子是否全部成键判断
分子中的中心原子最外层电子若全部成键，此分子一般为非极性分子；分子中的中心原子最外层电子若未全部成键，此分子一般为极性分子。
CH4、BF3、CO2等分子中的中心原子的最外层电子均全部成键，它们都是非极性分子。
而H2O、NH3、NF3等分子中的中心原子的最外层电子均未全部成键，它们都是极性分子。
【例5】 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，能充分说明此种现象的理由是（ ）
①NH3是极性分子
②分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于107°18′
③分子内3个N—H键的键长相等、键角相等
④NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于120°
A．①②B．②③C．③④D．①④
【例6】 判断PCl3、CCl4、CS2、SO2分子的极性。
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分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸点：
H2O>H2S，HF>HCl，NH3>PH3
【例7】 短周期的5种非金属元素，其中A、B、C的特征电子排布可表示为A：
asa，B：
bsbbpb，C：
csccp2c，D与B同主族，E在C的下一周期，且是同周期元素中电负性最大的元素。
回答下列问题：
（1）由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子，下列分子①BC2 ②BA4 ③A2C2 ④BE4，其中属于极性分子的是____（填序号）。
（2）C的氢化物比下周期同族元素的氢化物沸点还要高，其原因是________________________________________________________________________。
（3）B、C两元素都能和A元素组成两种常见的溶剂，其分子式为________、________。
DE4在前者中的溶解性________（填“大于”或“小于”）在后者中的溶解性。
（4）BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为________________________________________________________________________
（填化学式）。
（5）A、C、E三种元素可形成多种含氧酸，如AEC、AEC2、AEC3、AEC4等，以上列举的四种酸其酸性由强到弱的顺序为__________________________________________（填化学式）。
规律方法 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。
【例8】 已知N、P同属于元素周期表的第ⅤA族元素，N在第2周期，P在第3周期。
NH3分子呈三角锥形，N原子位于锥顶，3个H原子位于锥底，N—H键间的夹角是107.3°。
（1）PH3分子与NH3分子的构型关系是________（填“相同”、“相似”或“不相似”），P—H键________极性（填“有”或“无”），PH3分子________极性（填“有”或“无”）。
（2）NH3与PH3相比，热稳定性更强的是________。
（3）NH3与PH3在常温、常压下都是气体，但NH3比PH3易液化，其主要原因是________。
A．键的极性N—H比P—H强
B．分子的极性NH3比PH3强
C．相对分子质量PH3比NH3大
D．NH3分子之间存在特殊的分子间作用力
1．判断下列说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”
（1）SiH4的沸点高于CH4，可推测PH3的沸点高于NH3（ ）
（2011·四川理综，7A）
（2）NH
为正四面体结构，可推测PH
也为正四面体结构（ ）
（2011·四川理综，7B）
（3）C2H6是碳链为直线形的非极性分子，可推测C3H8也是碳链为直线形的非极性分子
（ ）
（2011·四川理综，7D）
（4）SO2、SO3都是极性分子（ ）
（2009·海南，19－3A）
（5）在NH
和[Cu（NH3）4]2＋中都存在配位键（ ）
（2009·海南，19－3B）
（6）水溶性：
HCl>H2S>SO2（ ）
（2009·上海，8B）
（7）沸点NH3>PH3>AsH3（ ）
（2010·大纲全国卷Ⅰ，6B）
（8）氯化氢的沸点比氟化氢沸点高（ ）
（2010·四川理综，8C）
2．下列描述中正确的是（ ）
A．CS2为V形的极性分子
B．ClO
的空间构型为平面三角形
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sp2杂化
3．下列分子中，属于非极性分子的是（ ）
①SO2 ②BeCl2 ③BBr3 ④COCl2
A．①②B．②③C．③④D．①④
4．[2011·新课标全国卷－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
________________________________________________________________________。
5．[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
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