优化方案高三化学一轮复习习题选修3物质结构与性质分子结构与性质.docx

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优化方案高三化学一轮复习习题选修3物质结构与性质分子结构与性质

第二讲　分子结构与性质

[考纲展示]

1．了解共价键的主要类型σ键和π键，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常见的杂化轨道类型（sp、sp2、sp3），能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。

　3.了解化学键和分子间作用力的区别。

　4.了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含氢键的物质。

考点一　共价键

一、共价键的本质和特征

共价键的本质是在原子之间形成共用电子对，其特征是具有饱和性和方向性。

二、共价键的分类

分类依据

类型

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

三、共价键类型的判断

1．σ键与π键

（1）依据强度判断：

σ键的强度较大，较稳定；π键活泼，比较容易断裂。

（2）共价单键是σ键，共价双键中含有一个σ键、一个π键，共价三键中含有一个σ键、两个π键。

2．极性键与非极性键

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。

四、键参数

1．键参数对分子性质的影响

2．键参数与分子稳定性的关系：

键能越大，键长越短，分子越稳定。

题组一　σ键、π键的判断

1．（2015·广东佛山高三月考）下列关于共价键的说法正确的是（　　）

A．一般来说σ键键能小于π键键能

B．原子形成双键的数目等于基态原子的未成对电子数

C．相同原子间的双键键能是单键键能的两倍

D．所有不同元素的原子间的化学键至少具有弱极性

解析：

选D。

σ键是原子轨道以“头碰头”的方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键，π键是原子轨道以“肩并肩”的方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键，原子轨道以“头碰头”的方式比“肩并肩”的方式重叠的程度大，电子在核间出现的概率大，形成的共价键强，因此σ键的键能大于π键的键能，A项错误；原子形成共价键时，共价键的数目是成键的电子对数目，不等于基态原子的未成对电子数，因为部分成对电子受激发而成为单电子，B项错误；因为单键都是σ键，双键中有一个σ键和一个π键，σ键的键能大于π键的键能，故双键键能小于单键键能的两倍，C项错误；因为不同元素的电负性是不同的，所以不同元素原子间的化学键至少有弱极性，D项正确。

2．（2014·高考山东卷节选）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　<

题组二　键参数的应用

3．（教材改编）下列说法中正确的是（　　）

A．分子的键长越长，键能越高，分子越稳定

B．元素周期表中的ⅠA族（除H外）和ⅦA族元素的原子间不能形成共价键

C．水分子可表示为H—O—H，分子的键角为180°

D．H—O键键能为462.8kJ·mol－1，即18克H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×462.8kJ

解析：

选B。

键长越长，键能越小，分子越不稳定，A项错误；共价键一般是形成于非金属元素之间，而ⅠA族是活泼金属元素，ⅦA族是活泼非金属元素，二者形成离子键，B项正确；水分子中键的夹角为105°，C项错误；断裂2molH—O键吸收2×462.8kJ能量，而不是分解成H2和O2时消耗的能量，D项错误。

4．氮是地球上极为丰富的元素。

（1）Li3N中氮以N3－存在，基态N3－的电子排布式为________________。

（2）N≡N键的键能为946kJ·mol－1，N—N键的键能为193kJ·mol－1，说明N2中的________键比________键稳定（填“σ”或“π”）。

（3）（CH3）3NH＋和AlCl

可形成离子液体。

离子液体由阴、阳离子组成，熔点低于100℃，其挥发性一般比有机溶剂大。

两种离子中均存在________键。

（4）X＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，则X的元素符号是________，电子排布式为________________________________________________________________________。

解析：

（1）基态N3－的核外电子数是10，根据核外电子排布规律可知其电子排布式为1s22s22p6。

（2）根据题给数据可知，N—N键即σ键的键能为193kJ·mol－1，N≡N键的键能为946kJ·mol－1，其中包含一个σ键和两个π键，则π键的键能是（946－193）kJ·mol－1/2＝376.5kJ·mol－1，键能越大，化学键越稳定，由数据可以判断N2中的π键比σ键稳定。

（3）阴、阳离子均为原子团，是由原子通过共价键形成的。

（4）已知X＋中所有电子正好充满K（2个）、L（8个）、M（18个）三个电子层，则其电子总数为28，故X原子的核外电子数是29，所以X的核电荷数是29，为铜元素。

答案：

（1）1s22s22p6　

（2）π　σ　（3）共价

（4）Cu　1s22s22p63s23p63d104s1

反思归纳

（1）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，三键中有一个σ键和两个π键。

（2）σ键比π键稳定。

考点二　分子的立体结构

一、用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型

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。

其中：

a是中心原子的价电子数（阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数），b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，x是与中心原子结合的原子数。

2．价层电子对互斥理论与分子构型

电子

对数

成键数

孤电子

对数

电子对空

间构型

分子空

间构型

实例

直线形

CO2

三角形

BF3

V形

SO2

四面体形

正四面体形

CH4

三角锥形

NH3

V形

H2O

二、用杂化轨道理论推测分子的立体构型

杂化

类型

杂化轨

道数目

杂化轨道

间夹角

空间构型

实例

180°

直线形

BeCl2

sp2

120°

三角形

BF3

sp3

109°28′

正四面体形

CH4

三、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，具有许多相近的性质，如CO和N2。

四、配位键和配合物

1．配位键

由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成的共用电子对。

2．配位键的表示方法

如A→B：

A表示提供孤电子对的原子，B表示接受共用电子对的原子。

3．配位化合物

（1）定义：

金属离子（或原子）与某些分子或离子（称为配体）以配位键结合形成的化合物。

（2）形成条件

（3）组成

题组一　分子构型的判断及中心原子杂化类型

1．（教材改编）填表，VSEPR模型和分子（或离子）立体模型的确定。

化学式

孤电子

对数

[（a－xb）/2]

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

（1）CO2

______

（2）ClO－

______

sp3

（3）HCN

______

（4）CH≡CH

______

（5）H2O

______

sp3

（6）H2S

______

sp3

（7）SO2

______

sp2

（8）F3

______

sp2

（9）SO3

______

sp2

（10）CO

______

sp2

（11）NO

______

sp2

（12）HCHO

______

sp2

（13）NH3

______

sp3

（14）NCl3

______

sp3

（15）H3O＋

______

sp3

（16）SO

______

sp3

（17）ClO

______

sp3

（18）CH4

______

sp3

（19）NH

______

sp3

（20）SO

______

sp3

（21）PO

______

sp3

（22）金刚石

______

sp3

（23）石墨

______

sp2

（24）

CH2===CH2

______

sp2

（25）C6H6

______

sp2

（26）　　

CH3COOH

____

答案：

（1）直线形　直线形　

（2）四面体形　直线形

（3）直线形　直线形　（4）直线形　（5）四面体形　V形

（6）四面体形　V形　（7）平面三角形　V形　（8）平面三角形　平面三角形　（9）平面三角形　平面三角形　（10）平面三角形　平面三角形　（11）平面三角形　平面三角形　（12）平面三角形　平面三角形　（13）四面体形

三角锥形　（14）四面体形　三角锥形　（15）四面体形　三角锥形　（16）四面体形　三角锥形　（17）四面体形　三角锥形　（18）正四面体形　正四面体形　（19）正四面体形　正四面体形　（20）正四面体形　正四面体形　（21）正四面体形　正四面体形　（22）立体网状结构　（23）层状结构　（24）平面形　（25）平面六边形

（26）sp3，sp2

2．

（1）（2013·高考山东卷节选）BCl3和NCl3中心原子的杂化方式分别为________和________。

第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有________种。

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________。

（2）（2013·高考新课标全国卷Ⅰ节选）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________，Si与O的原子数之比为________，化学式为________。

（3）（2013·高考四川卷节选）X的单质与氢气可化合生成气体G，其水溶液pH>7。

G分子中X原子的杂化轨道类型是________。

（4）（2013·高考福建卷节选）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。

解析：

（1）根据价层电子对互斥理论可知，BCl3和NCl3中心原子含有的孤电子对数分别是（3－3×1）÷2＝0、（5－3×1）÷2＝1，所以前者是平面三角形，B原子是sp2杂化，后者是三角锥形，N原子是sp3杂化。

在BCl3分子中B原子最外层的3个电子全部处于成键，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。

（2）在硅酸盐中，SiO

形成四面体结构，所以中心原子Si原子采取sp3杂化。

根据图（b）结构可知，在无限长单链结构的多硅酸根中Si与O的原子个数之比为1∶3，化学式为[SiO3]

或SiO

。

（3）中学阶段接触的氢化物的水溶液显碱性的物质只有NH3，NH3分子中N原子的轨道类型为sp3。

（4）①在Q晶体中H2O是由共价键组成的分子，

中除存在H—O键共价键外，B最外层有3个电子，与F原子形成共价键，B原子提供空轨道与O原子间形成配位键，除分子间作用力（即范德华力）外，H2O的氧原子与

的氢原子间存在氢键。

②H3O＋中的氧原子是sp3杂化，形成的空间构型为三角锥形。

阴离子的B原子形成四条单键，无孤电子对，故其杂化类型为sp3。

答案：

（1）sp2　sp3　3　X

（2）sp3　1∶3　[SiO3]

（或SiO

）

（3）sp3

（4）①ad　②三角锥形　sp3

反思归纳

1．“三种”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；

（2）根据杂化轨道之间的夹角判断；

（3）根据等电子原理结构相似进行推断。

2．用价层电子对互斥理论推测分子或离子的空间构型的思维程序

题组二　等电子原理的应用及配合物理论的考查

3．（教材改编）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。

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。

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：

COS为直线形结构；CO

为平面正三角形结构；PCl3为三角锥形结构。

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，即可互称为等电子体，NO

为三原子，各原子最外层电子数之和为5＋6×2＋1＝18，SO2、O3也为三原子，各原子最外层电子数之和也为6×3＝18，三者互为等电子体。

答案：

（1）N2　CO　N2O　CO2

（2）SO2　O3

5．（教材改编）下列物质中存在配位键的是（　　）

①H3O＋　②[B（OH）4]－　③CH3COO－　④NH3　⑤CH4

A．①②B．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，而其他项均不能形成配位键。

6．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）Cu位于元素周期表第ⅠB族，Cu2＋的核外电子排布式为____________。

（2）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_____________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）Cu（电子排布式为[Ar]3d104s1）―→Cu2＋的过程中，参与反应的电子是最外层4s及3d上的各一个电子，故Cu2＋的电子排布式为[Ar]3d9或1s22s22p63s23p63d9。

（2）N、F、H三种元素的电负性：

F>N>H，所以NH3中共用电子对偏向N，而在NF3中，共用电子对偏向F，偏离N原子。

答案：

（1）[Ar]3d9（或1s22s22p63s23p63d9）

（2）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，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难与Cu2＋形成配位键

反思归纳

（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

、NO

、SO3

AX3

24e－

平面三角形

SO2、O3、NO

AX2

18e－

V形

、PO

AX4

32e－

正四面体形

、SO

、ClO

AX3

26e－

三角锥形

CO、N2

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，它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；④SiCl4、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，都形成正四面体形空间构型。

（3）等电子体结构相同，物理性质相近，但化学性质不同。

　考点三　分子间作用力与分子的性质

一、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。

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。

二、分子的极性

1．分子构型与分子极性的关系

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

H2、N2

非极性键

直线形

非极性分子

HCl、NO

极性键

直线形

极性分子

XY2

CO2、CS2

极性键

直线形

非极性分子

SO2

极性键

V形

极性分子

X2Y

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

三、范德华力和氢键

1．范德华力：

物质分子间普遍存在的一种相互作用力称为范德华力。

范德华力比化学键的键能约小1～2个数量级。

2．氢键：

由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子（如水分子中的氢）与另一个电负性很大的原子（如水分子中的氧）之间的作用力。

四、手性

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，镜面对称，却在三维空间里不能重叠，互称手性异构体，具有手性异构体的分子叫手性分子。

五、无机含氧酸分子的酸性

无机含氧酸可写成（HO）mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，酸性越强，如HClO

题组一　分子极性的判断及其与共价键极性的关系

1．（教材改编）下列推论正确的是（　　）

A．SiH4的沸点高于CH4，可推测PH3的沸点高于NH3

B．NH

为正四面体结构，可推测PH

也为正四面体结构

C．CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体

D．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

解析：

选B。

本题考查物质结构的相关知识，通过演绎推理考查学生思维的严密性。

选项A，由于NH3分子间存在氢键，其沸点高于PH3。

选项B，PH

的结构与NH

相似，为正四面体结构。

选项C，SiO2是原子晶体。

选项D，C3H8中3个C原子不在一条直线上，且C3H8为极性分子。

2．已知H和O可以形成H2O和H2O2两种化合物，试根据有关信息完成下列问题：

（1）水是维持生命活动所必需的一种物质。

①1mol冰中有________mol氢键。

②用球棍模型表示的水分子结构是________。

（2）已知H2O2分子的结构如图所示。

H2O2分子不是直线形的，两个氢原子犹如在半展开的书的两面上，两个氧原子在书脊位置上，书页夹角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。

试回答：

①H2O2分子的电子式是________，结构式是________。

②H2O2分子是含有________键和________键的______分子。

（填“极性”或“非极性”）

③H2O2难溶于CS2，简要说明理由：

________________________________。

④H2O2中氧元素的化合价是________，简要说明原因：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）在冰中，每个水分子与周围的4个水分子形成4个氢键，按“均摊法”计算，相当于每个水分子有2个氢键；水分子为V形结构。

（2）由H2O2的空间构型图可知，H2O2是极性分子，分子内既有极性键，又有非极性键；根据“相似相溶”规律可知H2O2难溶于CS2。

答案：

（1）①2　②B

（2）①H

H　H—O—O—H　②极性　非极性　极性　③因H2O2为极性分子，而CS2为非极性溶剂，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2　④－1价　因O—O键为非极性键，而O—H键为极性键，共用电子对偏向氧，故氧为－1价

　反思归纳

共价键的极性与分子极性的关系可总结如下：

⊙题组二　分子间作用力及其影响

3．氨气溶于水时，大部分NH3与H2O以

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