【高中化学】同步知识清单：（新人教版选择性必修2）第2章 分子结构与性质

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第二章 分子结构与性质第一节 共价键一、共价键(一)共价键的形成与特征1、共价键的形成(1)概念：原子间通过 共用电子对 所形成的相互作用，叫做共价键。(2)成键的粒子：一般为 非金属 原子(相同或不相同)或金属原子与非金属原子。(3)本质：原子间通过 共用电子对 (即原子轨道重叠)产生的强烈作用。2、共价键的特征(1)饱和性：按照共价键的 共用电子对 理论，一个原子有几个 未成对电子 ，便可和几个 自旋状态相反 的电子配对成键，这就是共价键的饱和性。(2)方向性：除s轨道是 球形 对称外，其他原子轨道在空间都具有一定的分布特点。在形成共价键时，原子轨道重叠的越 多 ，电子在核间出现的概率越 大 ，所形成的共价键就越 牢固 ，因此共价键将尽可能沿着 电子出现概率最大 的方向形成，所以共价键具有方向性。如图所示。(二)共价键类型1、σ键2、π键3、判断σ键、π键的一般规律共价单键为 σ 键；共价双键中有一个 σ 键、一个 π 键；共价三键由一个 σ 键和两个 π 键组成。 共价键的分类eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(按共用电子对的数目\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(共价单键——σ键,共价双键——1个σ键、1个π键,共价三键——1个σ键、2个π键)),按电子云重叠方式\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(σ键\o(――→,\s\up7(特征))电子云呈轴对称,π键\o(――→,\s\up7(特征))电子云呈镜面对称))))二、键参数——键能、键长与键角(一)键能1、概念气态分子中 1_mol 化学键解离成气态原子所 吸收 的能量。它通常是298.15 K、100 kPa条件下的标准值，单位是 kJ·mol－1 。2、应用(1)判断共价键的稳定性原子间形成 共价 键时，原子轨道重叠程度越 大 ，释放能量越 多 ，所形成的 共价 键键能越 大 ，共价键越 稳定 。(2)判断分子的稳定性一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越 大 ，分子越 稳定 。(3)利用键能计算反应热ΔH＝ 反应物 总键能－ 生成物 总键能(二)键长和键角1、键长(1)概念：构成化学键的两个原子的 核间距 ，因此 原子半径 决定共价键的键长，原子半径越 小 ，共价键的键长越 短 。(2)应用：共价键的键长越 短 ，往往键能越 大 ，表明共价键越 稳定 ，反之亦然。2、键角(1)概念：在多原子分子中，两个相邻 共价键 之间的夹角。(2)应用：在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有 方向 性，因此键角影响着共价分子的 空间结构 。(3)试根据空间结构填写下列分子的键角(4)部分键角图解第二节 分子的空间结构一、分子结构的测定1、早年科学家主要靠对物质的 化学性质 进行系统总结得出规律后进行推测，现代科学家应用了许多测定分子结构的现代仪器和方法，如 红外光谱 、晶体 X射线 衍射等。2、红外光谱在测定分子结构中的应用分子中的原子不是 固定不动 的，而是不断地振动着的。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些 化学键 的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现 吸收峰 。通过和已有 谱图库 比对，或通过 量子化学 计算，可以得知各吸收峰是由哪种 化学键 、哪种 振动 方式引起的，综合这些信息，可分析分子中含有何种 化学键 或 官能团 的信息。3、质谱法在测定分子相对分子质量中的应用现代化学常利用质谱仪测定分子的 相对分子 质量。它的基本原理是在质谱仪中使分子失去电子变成带 正电荷 的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的离子具有不同的相对质量，它们在高压电场 加速 后，通过狭缝进入磁场得以分离，在记录仪上呈现一系列峰，化学家对这些峰进行系统分析，便可得知样品分子的 相对分子 质量。二、多样的分子空间结构1、三原子分子2、四原子分子3、五原子分子4、其他多原子分子的空间结构三、价层电子对互斥模型1、价层电子对互斥模型(VSEPR model)：对ABn型的分子或离子，中心原子A的价层电子对(包括成键的 σ键电子对 和未成键的 孤电子对 )之间由于存在排斥力，将使分子的空间结构总是采取电子对 相互排斥 最弱的那种结构，以使彼此之间 斥力 最小，分子或离子的体系能量最 低 ，最稳定。2、价层电子对的计算(1)中心原子价层电子对数＝ σ键电子对数＋孤电子对数 。(2) σ键电子对数的计算由化学式确定，即中心原子形成几个 σ 键，就有几对 σ 键电子对。如H2O分子中， O有 2 对 σ 键电子对。NH3分子中， N有 3 对 σ 键电子对。(3)中心原子上的孤电子对数的计算中心原子上的孤电子对数＝eq \f(1,2)(a－xb)①a表示中心原子的价电子数；对主族元素：a＝ 最外层电子数 ；对于阳离子：a＝ 价电子数－离子所带电荷数 ；对于阴离子：a＝ 价电子数＋离子所带电荷数 。②x表示与 中心原子 结合的原子数。③b表示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＝ 8－该原子的价电子数 。3、价层电子对的空间结构(即VSEPR模型)价层电子对数目： 2　、　　3　　、　　4 VSEPR模型： 直线形 　 平面三角形 　　 正四面体形 4、VSEPR模型的应用——预测分子空间结构由价层电子对的 相互排斥 ，得到含有孤电子对的VSEPR模型，然后，略去VSEPR模型中的中心原子上的 孤电子对 ，便可得到分子的空间结构。(1)中心原子不含孤电子对(2)中心原子含孤电子对四、杂化轨道理论简介(一)杂化轨道理论要点1、原子在成键时，同一原子中能量 相近 的原子轨道可重新组合成杂化轨道。2、杂化前后原子轨道数目不变，且杂化轨道的 能量 相同。3、杂化改变了原子轨道的形状、方向。杂化使原子的成键能力 增加 。杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，例如s轨道与p轨道杂化后形成的杂化轨道一头大一头小，如图，成键时根据 最大 重叠原理，使它的大头与其他原子轨道重叠， 重叠 程度更大，形成的 共价键 更牢固。4、为使相互间的排斥最 小 ，杂化轨道在空间取最大夹角分布。同一组杂化轨道的伸展方向不同，但形状完全相同。二、杂化轨道类型与分子空间结构的关系1、杂化轨道的类型(1)sp3杂化轨道——正四面体形sp3杂化轨道是由 1个 ns轨道和 3个 np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有eq \f(1,4)s和eq \f(3,4)p的成分，sp3杂化轨道间的夹角为 109°28′，空间结构为正四面体形。如下图所示。(2)sp2杂化轨道——平面三角形sp2杂化轨道是由 1个 ns轨道和 2个 np轨道杂化而成的，每个sp2杂化轨道含有eq \f(1,3)s和eq \f(2,3)p成分，sp2杂化轨道间的夹角都是120°，呈平面三角形，如下图所示。(3)sp杂化——直线形sp杂化轨道是由 1个 ns轨道和 1个 np轨道杂化而成的，每个sp杂化轨道含有eq \f(1,2)s和eq \f(1,2)p的成分，sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如下图所示。2、杂化轨道类型与分子空间结构的关系(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同。(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。第三节 分子结构与物质的性质一、共价键的极性(一)键的极性和分子的极性1、共价键的极性 2、分子的极性(1)极性分子与非极性分子(2)共价键的极性与分子极性的关系(二)键的极性对化学性质的影响例如，羧酸是一大类含羧基(—COOH)的有机酸，羧基可电离出H＋而呈酸性。羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量，pKa越 小 ，酸性越 强 。羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关，如下表所示：不同羧酸的pKa二、分子间作用力1、范德华力及其对物质性质的影响(1)概念：是 分子 间普遍存在的 相互作用力 ，它使得许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。(2)特征：很 弱 ，比化学键的键能小1～2个数量级。(3)影响因素：分子的极性越 大 ，范德华力越 大 ；组成和结构相似的物质，相对分子质量越 大 ，范德华力越 大 。(4)对物质性质的影响：范德华力主要影响物质的 物理 性质，如熔、沸点，组成和结构相似的物质，范德华力越 大 ，物质熔、沸点越 高 。2、范德华力的正确理解(1)广泛存在于 分子 之间。(2)只有分子间充分接近时才有 分子 间的相互作用力(范德华力)，如固体和液体物质中。(3)范德华力无 方向 性和 饱和 性。只要分子周围空间允许，分子总是尽可能多地吸引其他分子。3、氢键及其对物质性质的影响(1)概念：由已经与 电负性 很大的原子形成共价键的 氢原子 与另一个 电负性 很大的原子之间的作用力。(2)表示方法：氢键通常用A—H…B表示，其中A、B为N、O、F，“—”表示 共价键 ，“…”表示形成的 氢 键。(3)氢键的本质和性质氢键的本质是静电相互作用，它比化学键弱得多，通常把氢键看作是一种比较强的分子间作用力。氢键具有方向性和饱和性，但本质上与 共价 键的 方向 性和 饱和 性不同。①方向性：A—H…B三个原子一般在同一方向上。原因是在这样的方向上成键两原子电子云之间的排斥力最 小 ，形成的氢键最 强 ，体系最 稳定 。②饱和性：每一个A—H只能与一个B原子形成 氢 键，原因是H原子半径很小，再有一个原子接近时，会受到A、B原子电子云的排斥。(4)分类：氢键可分为分子间 氢 键和分子内 氢 键两类。存在 分子内 氢键，存在 分子间 氢键。前者的沸点 低于 后者。(5)氢键对物质性质的影响：氢键主要影响物质的熔、沸点，分子间氢键使物质熔、沸点 升高 ，分子内氢键使物质熔、沸点 降低 。4、溶解性(1)“相似相溶”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，如蔗糖和氨易溶于水， 难 溶于四氯化碳；萘和碘易溶于四氯化碳， 难 溶于水。(2)影响物质溶解性的因素①外界因素：主要有 温度、压强 等。②氢键：溶剂和溶质之间的氢键作用力越 大 ，溶解性越 好 。③分子结构的相似性：溶质和溶剂的分子结构相似程度越 大 ，其溶解性越 大 ，如乙醇与水 互溶 ，而戊醇在水中的溶解度明显减 小 。三、分子的手性1、概念(1)手性异构体：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叠合，互称手性异构体(或 对映 异构体)。(2)手性分子：具有 手性异构体 的分子。2、手性分子的判断(1)判断方法：有机物分子中是否存在 手性碳原子 。(2)手性碳原子：有机物分子中连有四个各 不相同 的原子或基团的碳原子。如，R1、R2、R3、R4互不相同，即eq \o(C,\s\up6(*))是手性碳原子。形成由两个原子的s轨道或p轨道“ 头碰头 ”重叠形成类型s-s型s-p型p-p型特征以形成化学键的两原子核的 连线 为轴做旋转操作，共价键电子云的图形 不变 ，这种特征称为轴 对称 ；σ键的强度较 大 形成由两个原子的p轨道“ 肩并肩 ”重叠形成p-p π键特征π键的电子云具有 镜面对称 性，即每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两原子核构成平面的 两侧 ，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为 镜像 ；π键 不能 旋转；不如σ键 牢固 ，较易 断裂 分子的空间结构键角实例正四面体形 109°28′CH4、CCl4平面形 120°苯、乙烯、BF3等三角锥形107°NH3V形(角形) 105°H2O直线形 180°CO2、CS2、CH≡CH化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CO2O==C==O 180° 直线形 H2O 105° V形 化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CH2O约120° 平面三角形 NH3 107° 三角锥形 化学式电子式结构式键角空间结构空间结构名称CH4 109°28′ 正四面体形 CCl4 109°28′ 正四面体形 分子或离子σ键电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子(或离子)的空间结构及名称CO2 2  0 直线形直线形COeq \o\al(2－,3) 3  0 平面三角形平面三角形CH4 4  0 正四面体形正四面体形分子或离子价层电子对数孤电子对数VSEPR模型及名称分子的空间结构及名称NH3 4  1 四面体形三角锥形H2O 4  2 四面体形 V形SO2 3  1 平面三角形 V形杂化类型spsp2sp3轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子空间结构 直线形  平面三角形  正四面体形 ABn型分子中心原子杂化类型中心原子孤电子对数空间结构实例AB2sp21 V形 SO2AB3sp31 三角锥形 NH3、PCl3、NF3、H3O＋AB2或(B2A)2 V形 H2S、NHeq \o\al(－,2)极性键非极性键定义由 不同 原子形成的 共价 键，电子对发生偏移电子对不发生偏移的 共价 键原子吸引电子能力 不同  相同 共用电子对共用电子对偏向吸引电子能力强的原子共用电子对 不发生 偏移成键原子电性 显电性  电中性 成键元素一般是 不同种 非金属元素 同种 非金属元素举例Cl—Cl、H—H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