2024版新教材高考化学全程一轮总复习第五章物质结构与性质元素周期律第16讲化学键分子结构和性质学生用书

第16讲　化学键　分子结构和性质复 习 目 标1．了解化学键的定义，了解离子键、共价键的形成；2.了解共价键的类型、共价键的参数及作用；3.了解价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的内容并能用其推测简单分子或离子的空间结构；4.了解范德华力、氢键的含义及对物质性质的影响；5.了解配位键、超分子的含义。考点一　化学键必备知识整理1.化学键(1)概念使________相结合或________相结合的作用力。(2)分类2．离子键和共价键的比较3.共价键参数(1)概念：(2)键参数对分子性质的影响：①键能　　　　，键长　　　　，化学键越强、越牢固，分子越稳定。4．化学键与物质性质(1)化学键与物质类型①概念：离子化合物：由　　　　键形成的化合物，如NaCl、NaOH等均是离子化合物。离子化合物中可能含有　　　　键。共价化合物：只由　　　　键形成的化合物。如CO2、HCl等均是共价化合物。共价化合物中　　　　离子键。②关系：(2)化学键对物质性质的影响①对物质熔、沸点的影响金刚石、石英等物质硬度大、熔点高，因为其中的　　　　很强，破坏时需消耗很多的能量。NaCl等部分离子化合物，有很强的　　　　，熔点也较高。②对物质热稳定性的影响N2分子中有很强的　　　　，故在通常状况下，N2很稳定；H2S、HI等分子中的　　　　较弱，故它们受热时易分解。5．电子式(1)电子式概念：在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子(价电子)的式子。(2)电子式的书写(3)用电子式表示化合物的形成过程①离子化合物：左边是原子的电子式，右边是离子化合物的电子式，中间用“―→”连接，相同的原子或离子不合并。②共价化合物：左边是原子的电子式，右边是共价化合物的电子式，中间用“―→”连接。如HCl：　　　　　　　　　　　　。[正误判断]　(1)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键，但多个原子间也可能形成离子键(　　)(2)由活泼金属元素与活泼非金属元素形成的化学键都是离子键(　　)(3)共价键、离子键都具有方向性和饱和性(　　)(4)σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转(　　)(5)原子最外层只有一个电子的元素原子跟卤素原子结合时，所形成的化学键一定是离子键(　　)(6)在CH2===CHCN中含有6个σ键和3个π键(　　)(7)所有的物质中均含化学键，因此有化学键断裂的变化一定是化学变化(　　)(8)PCl5中，每个原子的最外层都具有8电子稳定结构(　　)(9)CO2、NCl3中所有原子最外层都满足8电子结构(　　)对点题组训练题组一　化学键与化合物的判断1．中国科学院前院长卢嘉锡与法裔加拿大科学家Gignere巧妙地利用尿素(H2NCONH2)和H2O2形成化合物H2NCONH2·H2O2，不但使H2O2稳定下来，而且其结构也没有发生改变，得到了可供衍射实验的单晶体。已知H2O2的结构式为H—O—O—H。下列说法不正确的是(　　)A．H2NCONH2与H2O2是通过氢键结合的B．H2O2分子中只含共价键，不含离子键C．H2NCONH2·H2O2属于离子化合物D．H2O2分子既含极性键又含非极性键2.近年来，科学家合成了一系列具有独特化学性质的氢铝化合物(AlH3)n，常用作还原剂。已知最简单的氢铝化合物的化学式为Al2H6，它的熔点为150 ℃且熔融状态不导电，燃烧时放出大量的热量。Al2H6的球棍模型如图所示。下列说法不正确的是(　　)A．Al2H6中Al元素为＋3价，H元素为－1价B．Al2H6中含有离子键和极性共价键C．Al2H6为共价化合物D．Al2H6在空气中完全燃烧，产物为氧化铝和水题组二　电子式的书写和判断3．反应NH4Cl＋NaNO2===NaCl＋N2↑＋2H2O放热且产生气体，可用于冬天石油开采。下列表示反应中相关微粒的化学用语正确的是(　　)4．书写下列粒子或物质的电子式。(1)Mg　　　　　　　，S　　　　　　　　。(2)Na＋　　　　 　　，Cl－　　　　　 　　。(3)Cl2　　　　　　　，H2　　　　　　　　。(4)MgF2　　　　　 　，Na2S　　　　　 　。(5)H2O　　　　　　，NH3　　　　　　　。微点拨　电子式书写的四大误区考点二　分子的空间结构必备知识整理1.价层电子对互斥理论及应用(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　　　　，体系的能量　　　　。②孤电子对的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力　　　　，键角　　　　。如H2O的键角　　　　CH4的键角。微点拨　价层电子对数与电子对空间结构的关系：2对——直线形，3对——平面三角形，4对——四面体形。(2)价层电子对的计算a为中心原子的价电子数，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。但对于离子，a为中心原子的价电子数加或减电荷数，如C的a＝4＋2，N的a＝5－1。微点拨在计算孤电子对时，出现0.5或1.5，则把小数进位为整数，即1或2。如NO2中心原子N的孤电子对数为＝0.5≈1，则价层电子对数3，故VSEPR模型为平面三角形，分子构型为V形。(3)实例2.杂化轨道理论(1)杂化轨道理论概述当原子成键时，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。(2)杂化轨道三种类型(3)实例3.配合物(1)配合物的概念把金属离子(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称为配位化合物，简称配合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。(2)配合物的组成配合物由中心原子或离子(提供空轨道)和配体(提供孤电子对)组成，分成内界和外界。如[Cu(NH3)4]SO4可表示为①中心原子或离子：配合物的中心离子一般都是带正电的阳离子，过渡金属离子最常见。②配体：配体可以是阴离子，如X－(卤素离子)、OH－、SCN－、CN－等；也可以是中性分子如H2O、NH3、CO等。③配位原子：是指配体中直接同中心离子配位的原子，如NH3中的N原子，H2O分子中的O原子。④配位数：直接同中心离子(或原子)配位的原子的数目叫中心离子(或原子)的配位数，如[Cu(NH3)4]2＋的配位数为4。特别提醒配合物的组成(1)有的配合物没有外界。如五羰基合铁Fe(CO)5、四羰基合镍Ni(CO)4。(2)有的配合物有多种配体。如[Cu(NH3)2(H2O)2]SO4、[Co(SO4)(NH3)5]Br、[Co(NH3)5Br]SO4。(3)配合物的稳定性配合物具有一定的稳定性。配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。(4)配合物形成时性质的改变①颜色的改变，如Fe(SCN)3的形成；②溶解度的改变，如AgCl沉淀可溶于氨水得到[Ag(NH3)2]＋。[正误判断]　(1)中心原子的价层电子对数为3时VSEPR模型为平面三角形(　　)(2)中心原子是sp杂化的，其分子构型一定为直线形(　　)(3)VSEPR模型与粒子结构一定相同(　　)(4)分子中中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体结构(　　)(5)NH3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化(　　)(6)只要分子空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化(　　)(7)价层电子对互斥模型中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数(　　)(8)中心原子杂化类型相同时，孤电子对数越多，键角越大(　　)对点题组训练题组一　粒子的空间结构与杂化类型1．下列说法中正确的是(　　)A．NCl3分子是三角锥形，这是因为N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型的分子空间结构必为平面三角形2．科学家最近研制出可望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)3的说法不正确的是(　　)A．分子中N、N间形成的共价键是非极性键B．该分子易溶于水，因分子中N、O均能与水分子中的氢原子形成氢键C．分子中非硝基氮原子采取sp3杂化D．分子中非硝基氮原子上有1对孤电子对微点拨中心原子的杂化类型判断“四方法”（1）根据杂化轨道的空间结构①直线形—sp，②平面三角形—sp2，③四面体形—sp3。（2）根据杂化轨道间的夹角①109°28′—sp3，②120°—sp2，③180°—sp。（3）利用价层电子对数确定三种杂化类型（适用于中心粒子）2对—sp杂化，3对—sp2杂化，4对—sp3杂化。（4）根据σ键数与孤电子对数（适用于结构式已知的粒子）①含C有机物：2个σ —sp，3个σ —sp2，4个σ —sp3。②含N化合物：2个σ —sp2，3个σ —sp3。③含O（S）化合物：2个σ —sp3。题组二　配合物理论的理解应用3．Ⅰ.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)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu(OH)4]2－。不考虑空间结构，[Cu(OH)4]2－结构可用示意图表示为　　　　　　　　　　　　。(2)胆矾CuSO4·5H2O可写为[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　　(填字母)。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＋的价电子排布式为3d84s1D．胆矾中的水在不同温度下会分步失去Ⅱ.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，还可以以其他个数比配合。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　　　　　　　　　。4．(1)配位化学创始人维尔纳发现，取CoCl3·6NH3(黄色)、CoCl3·5NH3(紫红色)、CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)四种化合物各1 mol，分别溶于水，加入足量硝酸银溶液，立即产生氯化银，沉淀的量分别为3 mol、2 mol、1 mol和1 mol。①请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。CoCl3·6NH3　　　　　　　　，CoCl3·4NH3(绿色和紫色)____________________。②上述配合物中，中心离子的配位数都是　　。(2)向黄色的三氯化铁溶液中加入无色的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。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，还可以以其他个数比配合，请按要求填空：①Fe3＋与SCN－反应时，Fe3＋提供　　　　，SCN－提供　　　　，二者通过配位键结合。②所得Fe3＋与SCN－的配合物中，主要是Fe3＋与SCN－以个数比1∶1配合所得离子显红色，含该离子的配合物的化学式是________________________________________________________________________。微点拨（1）单核配体的确认要注意是否带有电荷，如F－、Cl－等，如配合物[CoCl（NH3）5]Cl2，中心离子为Co3＋，配体是Cl－和NH3，而不是氯原子。（2）高考中常考有关配合物的结构示意图，不考虑空间结构，但要注意配体中的配位原子一定要与中心原子或中心离子直接相连。如[Cu（NH3）4]2＋中NH3中N原子为配位原子，所以N原子必须要与铜离子直接相连。题组三　电子对互斥理论与杂化轨道理论确定键角大小5．比较下列分子或离子中的键角大小。(1)比较大小①BF3　　　　NCl3，H2O　　　　CS2; ②H2O　　　　　NH3　　　　　CH4，SO3　　　　SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) 。③H2O　　　　H2S，BF3　　　　BCl3；④NF3　　　　NCl3，PCl3　　　　PBr3。(2)在分子中，键角∠HCO　　　(填“>”“”“　O>Cl　角（V）形　低于　OF2和Cl2O都是分子晶体，结构相似，Cl2O的相对分子质量大，Cl2O的熔、沸点高　（2）5　D7．解析：（1）SiCl4中Si原子价层电子对数为4＋＝4，因此Si原子采取sp3杂化；由图可知，SiCl4（H2O）中Si原子的σ键数为5，说明Si原子的杂化轨道数为5，由此可知Si原子的杂化类型为sp3d；（2）CO2的结构式为O===C===O，1个双键中含有1个σ键和1个π键，因此1个CO2分子中含有2个σ键和2个π键；（3）甲醇分子之间和水分子之间都存在氢键，因此沸点高于不含分子间氢键的甲硫醇，甲醇分子之间氢键的总强度低于水分子之间氢键的总强度，因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间。答案：（1）sp3　②（2）2　2（3）甲硫醇不能形成分子间氢键，而水和甲醇均能，且水比甲醇的氢键多8．解析：（1）形成配位键的原子价层必须存在孤电子对，故三种配体NH3、H2O、Cl－中提供孤电子对形成配位键的原子是N、O、Cl，[Cr（NH3）3（H2O）2Cl]2＋中中心离子的配位数为3＋2＋1＝6。（2）PH3中P原子的成键电子对数为3，孤电子对数为1，故价层电子对数是4，采用sp3杂化；NH3的沸点比PH3高，是因为NH3分子间存在氢键，PH3分子间只有范德华力；由于NH3中N原子含有1个孤电子对，而H2O中O原子含有2个孤电子对，孤电子对越多对成键电子对的斥力越大，因此H2O中的键角小于NH3中的键角。答案：（1）N、O、Cl　6（2）sp3　高　NH3存在分子间氢键　NH3含有一对孤对电子，而H2O含有两对孤对电子。H2O中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大离子键共价键按成键电子对是否偏移分类按成键原子轨道的重叠方式分类按原子间共用电子对的数目分类非极性键极性键σ键π键单键双键三键特点　　　　间的静电作用共用电子对　　　　共用电子对　　　　沿轴方向，原子轨道“　　”重叠，轴对称。强度大，不易断裂平行方向，原子轨道“　　”重叠，镜面对称。强度较小，易断裂原子间有　　　　对共用电子对原子间有　　对共用电子对原子间有　　对共用电子对判断方法一般是　　　元素与　　　元素形成同种元素原子之间成键不同种元素原子之间成键单键为σ键；双键或三键，其中一个为σ键，其余为π键。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键共用电子对数目概念　　　　离子之间的相互作用　　　　间通过　　　　(电子云重叠)形成的相互作用成键粒子　　　　原子成键特征　　　　具有　　　　和　　　　。共价键的　　　　决定着分子的空间结构，共价键的　　　　决定着每个原子所能形成的共价键的总数或以单键连接的原子数目注意1.不是所有物质中都有化学键，如稀有气体分子是单原子分子，分子中无化学键。2.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，一般不会形成共用电子对，而是形成离子键价层电子对数成键数孤电子对数价层电子对空间结构分子空间结构实例220直线形　　　　　.CO233　　　　　.　　　.平面三角形BF32　　　　　.　　　　　.SO244　　　　　.　　　.　　　　　.CH43　　　　　.　　　　　.NH32　　　　　.　　　　　.H2O杂化类型杂化轨道数目杂化轨道间夹角空间结构实例sp2180°直线形BeCl2或HCN　　.　　.　　　　.　　　　　.BF3或C　　.　　.　　　　.　　　　　.CH4或N羧酸pKa丙酸(C2H5COOH)4.88乙酸(CH3COOH)4.76甲酸(HCOOH)3.75氯乙酸(CH2ClCOOH)2.86二氯乙酸(CHCl2COOH)1.29三氯乙酸(CCl3COOH)0.65三氟乙酸(CF3COOH)0.23