高中化学选择性必修2（人教版2019）第二章章末专题提升课

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化学选择性必修2 物质结构与性质
分子结构与性质
章末专题提升课[知识体系]
·高中同步导学案·化学选择性必修2 物质结构与性质
微专题突破一　共价键的“六大要点” [核心突破]1．共价键的类型(1)根据共用电子对是否偏移，共价键分为极性键和非极性键。(2)根据共用电子对数，共价键分为单键、双键和三键。(3)根据原子轨道的重叠方式不同，可分为σ键(头碰头重叠)和π键(肩并肩重叠)。2．共价键的特征对分子结构的影响(1)共价键的饱和性：共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成。(2)共价键的方向性：共价键的方向性决定了分子的空间结构。
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3．共价键存在范围(1)非金属单质分子(稀有气体除外)。如：O2、F2、H2、C60等。(2)非金属元素形成的化合物中。如：H2SO4、CO2、H2O2、有机物分子等。(3)某些金属与非金属形成的化合物中。如：BeCl2、HgCl2、AlCl3等。(4)部分离子化合物中。如：Na2O2、NaOH、Na2SO4、NH4Cl等。4．共价键强弱的判断(1)由原子半径判断：成键原子的半径越小，则共价键越牢固，含有共价键的分子越稳定。如原子半径：FH—Cl>H—Br>H—I，稳定性：HF>HCl>HBr>HI。(2)由键能判断：共价键的键能越大，表示破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。(3)由键长判断：共价键的键长越短，破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。
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5．共价键的键能与化学反应热ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。ΔH>0时，为吸热反应；ΔH<0时，为放热反应。6．共价键分子中8个电子稳定结构的判断(1)分子中若含有氢元素，则氢原子不能满足8电子稳定结构。(2)某元素化合价绝对值与其原子最外层电子数之和等于8，则该元素的原子最外层满足8电子稳定结构。如：①C原子最外层电子数为4，CO2中C为＋4价，二者之和为8；O原子最外层电子数为6，CO2中O为－2价(绝对值是2)，二者之和为8，则CO2分子中所有原子都满足最外层8电子稳定结构。
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②N原子最外层5个电子，NO2中，N为＋4价，二者之和为9，故N原子不满足最外层8电子稳定结构。③B原子最外层3个电子，BF3中，B为＋3价，二者之和为6，故B原子不满足最外层8电子稳定结构。
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[典例运用]【典例】　M、N、X、Y四种主族元素在周期表里的相对位置如图所示，已知它们的原子序数总和为46。请回答下列问题：
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(1)M与Y形成的化合物中含________键，属________分子(均填“极性”或“非极性”)。(2)N元素形成的单质分子中的化学键类型及数目是_________________(填“σ键”或“π键”，下同)，在化学反应中________易断裂。
(3)由N、Y的氢化物相互作用所生成的物质的电子式为______________。其中的化学键有__________________。(4)写出M单质与X元素最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式：______________________________________________________________________________________________________________________________。
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解析　设M的质子数是x，则N的质子数是x＋1，X的质子数是x＋10，Y的质子数是x＋11，4x＋22＝46，x＝6，四种元素分别是C、N、S、Cl。M与Y形成的化合物CCl4，分子中化学键是极性键，是非极性分子。N2分子中有一个σ键、两个π键，其中π键不稳定易断裂。碳与浓硫酸反应生成CO2、SO2和H2O。
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[变式训练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。下列说法，认识错误的有几个(　　)
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B　[①σ键的特征是轴对称，ss σ键与pp σ键的电子云图形均是轴对称，①错误；③化学键的键长与键能相关，键能越大，键长越小，C—C、C===C、C≡C的键能不同，键长也不同，③错误；②④⑤⑥正确；上述认识错误的有①③两个，故选B。]
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[变式训练2]　法匹拉韦是一种药物，其结构简式如图所示。下列说法错误的是(　　)
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A．该分子所含元素中电负性最小的是HB．该分子中C—F键的键能大于C—N键的键能C．该分子中所有C原子都为sp2杂化D．该分子中σ键与π键数目之比为7∶2
D　[非金属性越强，电负性越大，C、N、O、F、H电负性由大到小为F＞O＞N＞C＞H，A正确；键长越短，键能越大，该分子中C—F键的键能大于C—N键的键能，B正确；含有N===C、C===O、C===C键的C原子均形成3个σ键，为sp2杂化，故所有C原子都为sp2杂化，C正确；单键均为σ键，双键含一个σ键和1个π键，该分子中含有σ键15个，π键数目为4个，σ键与π键数目之比为15∶4，D错误；故选D。]
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微专题突破二　价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构[核心突破]价层电子对互斥模型认为，在一个共价分子中，中心原子周围电子对排布的空间结构主要决定于中心原子的价电子层中电子对的数目。所谓价层电子对包括成键的σ电子对和未成键的孤电子对。价层电子对各自占据的位置倾向于彼此分离的尽可能地远些，这样电子对彼此之间的排斥力最小，整个分子最为稳定。这样也就决定了分子的空间结构。因此利用价层电子对互斥模型可以预测简单分子或离子的空间结构。利用VSEPR模型推断分子或离子的空间结构的具体步骤如下：
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利用上式计算A原子价层电子对数时，需注意：(1)氧族元素的原子作为中心原子A时提供6个价电子，作为配位原子B时不提供价电子。(2)卤素原子作为中心原子A时提供7个价电子，作为配位原子B时提供1个价电子。
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2．确定价层电子对的空间结构由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能地相互远离。价层电子对的空间结构与价层电子对数目的关系如下表所示：
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3.确定分子的空间结构价层电子对有成键电子对和孤电子对之分，价层电子对的总数减去成键电子对数，得孤电子对数。根据成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子空间结构。判断分子空间结构时应注意：(1)如果在价层电子对中出现孤电子对时，价层电子对立体构型还与下列斥力顺序有关：孤对—孤对>孤对—键对>键对—键对。因此，价层电子对空间结构为正三角形和正四面体时，孤电子对的存在会改变键对电子的分布空间。
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(2)对于分子中有双键、三键等多重键时，使用价层电子对理论判断其分子的空间结构时，双键的两对电子和三键的三对电子只能作为一对电子来处理。或者说在确定中心原子的价电子层电子对总数时，不包括形成π键的电子。实例分析：判断HCHO分子和HCN分子的空间结构。HCHO分子中有1个CO双键，看作1对成键电子，2个C—H单键为2对成键电子，C原子的价层电子对数为3，且无孤电子对，所以HCHO分子的空间结构为平面三角形。HCN分子的结构式为H—C≡N，含有1个C≡N三键，看作1对成键电子，1个C—H单键为1对成键电子，故C原子的价层电子对数为2，且无孤电子对，所以HCN分子的空间结构为直线形。
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[典例运用]【典例】　20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，用于预测简单分子空间结构。其要点可以概括：Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成，A为中心原子，X为与中心原子相结合的原子，E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，(n＋m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥，均匀地分布在中心原子周围的空间；Ⅱ.分子的空间结构是指分子中的原子在空间中的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对；
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Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力主要顺序为ⅰ.孤电子对之间的斥力>孤电子对与共用电子对之间的斥力>共用电子对之间的斥力；ⅱ.双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力；ⅲ.X原子得电子能力越弱，A—X形成的共用电子对之间的斥力越强；ⅳ.其他。请仔细阅读上述材料，回答下列问题：(1)根据要点 Ⅰ 可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表：
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(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因：__________________________________________________________________________________。(3)H2O分子的空间结构为________，请你预测水分子中∠H—O—H的大小范围并解释原因：____________________________________________________________________________________________________________。(4)SO2Cl2和SO2F2都属AX4E0型分子，S与O之间以双键结合，S与Cl、S与F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的空间结构：________，SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl________(填“<” “>”或“＝”)SO2F2分子中∠F—S—F。
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解析　 VSEPR模型的判断方法：在分子中当n＋m＝2为直线形分子；当n＋m＝3时，如果没有孤电子对时为平面三角形，如果有孤电子对时为V形；当n＋m＝4时，如果没有孤电子对时为正四面体形，如果有一对孤电子对时为三角锥形，如果有两对孤电子对时为V形。所以水分子中n＋m＝4，且有两对孤电子对，所以是V形结构，又由于孤电子对的作用力强于成键的共用电子对，所以使其角度小于109°28′。再如SO2Cl2和SO2F2中的硫原子是中心原子，此时n＋m＝4且没有孤电子对，所以它应为正四面体形，但由于原子种类不同，所以不是正四面体形。
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答案(1)
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(2)CO2属于AX2E0，n＋m＝2，故为直线形(3)V形　水分子属于AX2E2，n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，价层电子对之间的夹角均为109°28′，根据Ⅲ中的ⅰ，应有∠H—O—H<109°28′　(4)四面体形　>
[变式训练1]　用价层电子对互斥模型判断SO3的分子结构为(　　 )A.正四面体形　　　　 B．V形C.三角锥形 D．平面三角形
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D　[SO3中的S原子的价电子全部用于形成了共价键，S周围有3个氧原子，故选D。]
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微专题突破三　五种方法判断分子的极性[核心突破]1．看化学键类型只由非极性键构成或不含共价键的分子(O3除外)一定是非极性分子；只含有极性键的分子可能是极性分子也可能是非极性分子；含有非极性键的分子也可能是极性分子；极性分子一定含有极性键，也可能含有非极性键等，这些说法应准确理解。2．看键角以极性键结合的多原子分子中，有些属于极性分子，有些属于非极性分子，这取决于分子中各键的空间排列，而键角是决定分子空间结构的因素之一。三原子分子CO2、CS2及四原子分子C2H2，虽然都含有极性键，但分子中键角均为180°，因电荷分布完全对称，所以是非极性分子。而同样是三原子分子的H2O、H2S、HCN等分子，由于电荷分布不对称，都是极性分子。
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3．看分子的对称性如CH4分子的正四面体形和BF3分子的平面正三角形都是完全对称的空间结构，虽然分子中有极性键，键有极性，但分子空间结构的对称性从整体看，键的极性相互抵消，分子没有极性。而CHCl3、NH3等分子因分子空间结构不对称而为极性分子。4．看化合价分子内中心原子的化合价绝对值(或可理解为共价单键数目，一个双键看作两个单键)等于其主族序数(即最外层电子数)时，分子为非极性分子，如BF3、CH4、CO2、PCl5、SiCl4、SO3、BeCl2等均为非极性分子，其他的如NO2、CO、SO2、NH3、NF3等为极性分子。
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5．看孤电子对分子内中心原子的最外层无孤电子对(非共用电子对)时，分子为非极性分子，如CO2、CS2、BeCl2、CCl4、BCl3、PCl5等均为非极性分子。另外，上述分子中除了BeCl2、BCl3、PCl5分子外，其余的分子中所有成键原子的最外层均达8个电子的稳定结构。而BeCl2分子中的Be原子最外层只有4个电子，BCl3分子中的B原子最外层只有6个电子，PCl5分子中P原子的最外层电子肯定超过8个，但它们都能稳定存在，说明原子通过得失电子或共用电子对而达到稳定结构时不一定都要满足最外层2个电子或8个电子的饱和结构。
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[变式训练1]　下列各组分子中，都是由极性键构成的极性分子的一组是(　　 )A.CH3Cl和Cl2　　　　　 B．NH3和H2OC.H2S与CS2 D．CO2与HI
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B　[A中Cl2是非极性键构成的非极性分子；C中CS2是极性键构成的非极性分子；D中CO2是极性键构成的非极性分子，只有B符合要求。]
[变式训练2]　A、B、C、D四种元素，已知A原子核内只有一个质子，B原子的电子总数恰好与D原子最外层电子数相等，且D原子最外层电子数是其次外层电子数的3倍，又知A、B、C、D的原子序数依次增大。据此推知：(1)A与D组成的化合物，其化学式可表示为________________________。(2)B与D组成的化合物中，属于极性分子的化学式为________；属于非极性分子的结构式为_______________________________________________。(3)A与C组成的四核分子属于________分子。
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解析　A原子核内只有一个质子，则A为氢元素。D原子最外层电子数是次外层电子数的3倍，其电子层结构为，则D为氧元素。B原子的电子总数等于氧原子最外层电子数，则B为碳元素。因为A、B、C、D的原子序数依次增大，所以C必为氮元素。A与D可组成H2O和H2O2两种化合物；B与D可形成CO和CO2两种化合物，其中CO2为非极性分子；A与C形成的化合物NH3为极性分子。
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答案　(1)H2O、H2O2(2)CO　O===C===O　 (3)极性
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