鲁科版高考化学一轮总复习第4章第3节化学键微粒间相互作用与物质性质课时学案

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第3节　化学键　微粒间相互作用与物质性质
考试评价解读
1．了解微粒间作用(离子键、共价键、配位键、分子间作用力等)的类型、特征与实质。了解共价键的极性与类型(σ键、π键)。
2．能利用电负性判断成键类型、共价键的极性，能结合分子结构特点判断分子的极性、手性，并据此解释分子的一些典型性质。
3．了解杂化轨道理论及杂化轨道类型，能结合杂化轨道理论、价电子对互斥理论推测分子或离子的空间结构，能利用键参数(键能、键长、键角)解释简单分子的某些性质。
4．了解分子间作用力(含氢键)对物质性质的影响，能列举含氢键的物质与其性质特点。
核心素养达成
宏观辨识
与
微观探析
认识离子键、共价键的本质，能多角度、动态地分析化学键、分子的立体结构及性质，并运用相关理论解决实际问题。
证据推理
与
模型认知
能运用价电子对互斥模型和杂化轨道理论等解释分子的立体结构及性质，揭示现象的本质和规律。
科学探究
与
创新意识
能发现和提出有探究价值的分子的结构、性质的问题，设计探究方案进行探究分析，面对“异常”现象敢于提出自己的见解。



　　　　　　化学键与物质组成
[以练带忆]
1．下列化合物中，既有离子键、又有共价键的是(　　)
A．MgCl2　B．Na2O2　C．Cl2 　D．NH3·H2O
B　解析：A项中两个Cl－与Mg2＋之间以离子键结合；B项中Na＋与O之间以离子键结合，O中两个氧原子之间以共价键结合；C项中Cl2是单质，两个氯原子之间以共价键结合；D项中NH3·H2O是共价化合物，不含离子键。
2．下列关于NaHSO4的说法中正确的是(　　)
A．因为NaHSO4是离子化合物，所以NaHSO4固体能够导电
B．NaHSO4固体中阳离子和阴离子的个数比是2∶1
C．NaHSO4固体熔化时破坏的是离子键和共价键
D．NaHSO4固体溶于水时破坏的是离子键和共价键
D　解析：虽然NaHSO4是离子化合物，但其固体中不存在能自由移动的阴、阳离子，因而不能导电；NaHSO4固体中阳离子和阴离子(HSO)的个数比是1∶1；NaHSO4固体熔化时破坏的只是离子键，而溶于水时电离出Na＋、H＋和SO，破坏的是离子键和共价键。
3．有以下9种物质：①Ne　②HCl　③P4 　④C2H2
⑤Na2S 　⑥NaOH　⑦Na2O2 　⑧NH4Cl
⑨AlCl3。
请用上述物质的序号填空：
(1)不存在化学键的是________。
(2)只存在极性共价键的是________。
(3)含有非极性共价键的离子化合物是___________________。
(4)既存在非极性共价键又存在极性共价键的是________。
(5)只存在离子键的是________。
(6)既存在离子键又存在共价键、配位键的是________。
(7)只含有σ键的是________，既含有σ键又含有π键的是________。
答案：(1)①　(2)②⑨　(3)⑦　(4)④　(5)⑤
(6)⑧　(7)②③⑨　④
[练后梳理]
1．化学键的定义

2．化学键的分类
(1)
(2)
(3)配位键：特殊共价键，形成配位键的原子一方提供孤电子对，另一方提供能够接受孤电子对的空轨道。
3．化学键的表示方法
(1)用电子式表示
Cl2
N2
H2O
CO2





(2)用结构式表示
Cl2
N2
H2O
CO2
Cl—Cl
N≡N

O==C==O
4.离子键、共价键的比较

离子键
共价键
非极性键
极性键
定义
带相反电荷离子之间的相互作用
原子间通过共用电子(电子云重叠)形成的相互作用
成键微粒
阴、阳离子
原子
成键实质
阴、阳离子的静电作用
共用电子不偏向于任何一方原子
共用电子偏向一方原子
形成条件
活泼金属与活泼非金属经电子得失，形成离子键
同种元素原子之间成键
不同种元素原子之间成键
形成的物质
离子化合物
非金属单质(稀有气体单质除外)；某些共价化合物或离子化合物
共价化合物或某些离子化合物
5.离子化合物与共价化合物的比较
项目
离子化合物
共价化合物
定义
含有离子键的化合物
只含有共价键的化合物
构成微粒
阴、阳离子
分子或原子
化学键
类型
一定含有离子键，
可能含有共价键
只含有共价键
与物质类
别的关系
①强碱、②绝大多数盐、③活泼金属氧化物
①酸、②弱碱、③气态氢化物、④非金属氧化物、⑤极少数盐
6.离子化合物和共价化合物的判断方法


熔融状态下能导电的化合物一定是离子化合物，水溶液中能导电的化合物不一定是离子化合物，如HCl。
7．电子式
(1)定义
在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子的式子。
(2)书写方法


　　　　　　　共价键模型
[以练带忆]
1．下列关于σ键和π键的理解不正确的是(　　)
A．含有π键的分子在进行化学反应时，分子中的π键比σ键活泼
B．在有些分子中，共价键可能只含有π键而没有σ键
C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键
D．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键
B　解析：同一分子中的π键不如σ键牢固，反应时比较容易断裂，A项正确；在共价单键中只含有σ键，而含有π键的分子中一定含有σ键，B项错误、D项正确；氢原子、氯原子等跟其他原子形成分子时只能形成σ键，C项正确。
2．含碳元素的物质是化学世界中最庞大的家族，请填写下列空格。
(1)CH4中的化学键从形成过程来看，属于______(填“σ”或“π”)键，从其极性来看属于________键。
(2)已知CN－与N2的结构相似，推算HCN分子中σ键与π键的数目之比为________。
(3)C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成共价键，且每个碳原子最外层都满足8电子稳定结构，则C60分子中π键的数目为________。
(4)利用CO可以合成化工原料COCl2，COCl2分子的结构式为，每个COCl2分子内含有σ键、π键的数目为________(填标号)。
A．4个σ键
B．2个σ键、2个π键
C．2个σ键、1个π键　
D．3个σ键、1个π键
解析：(2)根据题意，HCN的结构式为H—C≡N，分子中含有2个σ键，2个π键，因此σ键与π键的数目之比为1∶1。(3)每个碳原子的原子核外有4个电子，每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成共价键，即每个碳原子形成3个σ键，则每个碳原子还有1个电子形成π键，由于每两个碳原子各提供一个电子形成一个π键，因此C60分子中π键的数目为＝30。(4)分子中单键均为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，因此每个分子内含有3个σ键、1个π键。
答案：(1)σ　极性　(2)1∶1　(3)30　(4)D
3．有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥C2H6，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(H—C≡N)。只有σ键的是________(填标号，下同)；既有σ键，又有π键的是________；含有由两个原子的s轨道重叠形成σ键的是________；含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成σ键的是________；含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成σ键的是________。
答案：①②③⑥⑦⑧　④⑤⑨　⑦　①③⑤⑥⑧⑨　②④⑤⑥⑧⑨
[练后梳理]
1．共价键的本质与特征
(1)本质：两原子之间形成共用电子。
(2)特征：具有方向性和饱和性。
2．共价键类型

3．键参数
(1)定义

(2)键参数对分子性质的影响

键能越大，键长越短，化学键越强，越牢固，分子越稳定。

　　　　　　　共价键与分子的空间结构
[以练带忆]
1．NH3分子空间结构是三角锥形，而CH4是正四面体形，这是因为 (　　)
A．两种分子的中心原子杂化轨道类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化
B．NH3分子中N原子形成3个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道
C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强
D．NH3分子中有3个σ键，而CH4分子中有4个σ键
C　解析：NH3和CH4的中心原子均是sp3杂化，但NH3分子中有一对孤电子对，CH4分子中没有孤电子对，由于孤电子对与成键电子对之间的排斥作用＞成键电子对与成键电子对之间的排斥作用，因此NH3分子进一步被“压缩”成三角锥形，甲烷则呈正四面体形。
2．下列说法中正确的是(　　)
A．PCl3分子是三角锥形，这是因为P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
C　解析：A项，PCl3分子的中心原子P含有3个成键电子对和1个孤电子对，为sp3杂化，空间结构为三角锥形，错误；B项，能量相近的s轨道和p轨道形成杂化轨道，错误；C项，凡中心原子采取sp3杂化的分子，其VSEPR模型都是四面体，而分子的空间结构还与含有的孤电子对数有关，正确；D项，AB3型的分子空间结构与中心原子的孤电子对数也有关，如BF3中B原子没有孤电子对，为平面三角形，NH3中N原子有1个孤电子对，为三角锥形，错误。
3．为了解释和预测分子的空间结构，科学家提出了价电子对互斥(VSEPR)模型。
(1)利用VSEPR理论推断PO的VSEPR模型是________。
(2)有两种活性反应中间体粒子，它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式：
甲：________；
乙：________。
(3)按要求写出第2周期非金属元素构成的中性分子的化学式：平面三角形分子：________，三角锥形分子：________，四面体形分子：________。
(4)写出SO3常见的等电子体的化学式，一价阴离子：________(写出一种，下同)；二价阴离子：__________，它们的中心原子采用的杂化方式都是________。
答案：(1)正四面体结构　(2)CH　CH
(3)BF3　NF3　CF4　(4)NO　CO　sp2
[练后梳理]
1．用价电子对互斥理论推测分子的立体构型
(1)理论要点
①价电子对在空间上彼此相距最远时，排斥力最小，体系的能量最低。
②孤电子对的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。
(2)价电子对数的确定方法

a：中心原子的价电子数(阴、阳离子要加上或减去电荷数)；
b：与中心原子结合的原子最多能接受的电子数；
x：与中心原子结合的原子数。
(3)价电子对互斥模型与分子立体构型的关系
电子
对数
成键电
子对数
孤电子
对数
VSEPR
模型
分子空间
结构
实例
2
2
0
直线形
直线形
CO2
3
3
0
三角形
平面三角形
BF3
2
1
V形
SO2
4
4
0
四面体形
正四面体形
CH4
3
1
三角锥形
NH3
2
2
V形
H2O

2.用杂化轨道理论推测分子的空间结构
(1)杂化轨道

(2)杂化轨道的类型与分子的空间结构

(3)中心原子杂化类型和分子构型的相互判断
分子组成
(A为中心原子)
中心原子的孤电子对数
中心原子的杂化方式
分子空间结构
示例
AB2
0
sp
直线形
BeCl2
1
sp2
V形
SO2
2
sp3
V形
H2O
AB3
0
sp2
平面三角形
BF3
1
sp3
三角锥形
NH3
AB4
0
sp3
正四面体形
CH4

ABm型分子的价电子对数n的确定
n＝(中心原子A的价电子数＋配位原子B提供的价电子数×m±离子电荷数)÷2
(1)对于主族元素，中心原子的价电子数＝最外层电子数，配位原子中氢或卤素原子提供的价电子数为1。如PCl3 中n＝ ＝4。
(2)O、S作为配位原子时按不提供价电子计算，作中心原子时价电子数为6。如SO2：n＝＝3。
(3)离子的价电子对数的计算：阳离子是失去电子形成的，因此上式取“－”号；阴离子是得到电子形成的，上式中取“＋”号。如NH：n＝＝4；SO：n＝ ＝4。


离子键、配位键与金属键分子间作用力与性质
[以练带忆]
1．下列不能形成配位键的组合是(　　)
A．Ag＋、NH3　　 B．H2O、H＋
C．Co3＋、CO　　　　 D．Ag＋、H＋
D　解析：配位键的形成条件必须是一方能提供孤电子对，另一方能提供空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空轨道，NH3、H2O、CO能提供孤电子对，所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能提供空轨道，而无法提供孤电子对，所以不能形成配位键。
2．下列关于金属及金属键的说法正确的是(　　)
A．金属键具有方向性和饱和性
B．金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用
C．金属导电是因为在外加电场的作用下产生自由电子
D．金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光
B　解析：金属键没有方向性和饱和性，A不正确；金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用，B正确；金属导电是因为自由电子在外加电场的作用下发生定向移动，C不正确；金属具有光泽是因为自由电子能够吸收并放出可见光，D不正确。
3．下列叙述错误的是(　　)
A．离子键没有方向性和饱和性，而共价键有方向性和饱和性
B．金属键的实质是在整块固态金属中不停运动的“自由电子”与金属阳离子的相互作用，使得体系的能量大大降低
C．配位键在形成时，由成键双方各提供一个电子形成共用电子对
D．三种不同的非金属元素可以形成离子化合物
C　解析：A项为离子键和共价键的特征，正确；C项，配位键在形成时，由成键原子的一方提供孤电子对，另一方提供空轨道，错误；NH4Cl是不含金属元素的离子化合物且是由三种不同的非金属元素组成的，D正确。
4．常温下三氯化氮(NCl3)是一种淡黄色液体，其分子结构呈三角锥形。以下关于三氯化氮的说法中正确的是(　　)
A．分子中N—Cl键是非极性键
B．分子中不存在孤电子对
C．NCl3分子是极性分子
D．因N—Cl键的键能大，所以它的沸点高
C　解析：NCl3的电子式为，N原子上还有一对孤电子对，B错误；NCl3分子结构不对称，为三角锥形，为极性分子，C正确；N—Cl键为极性键，其键能大说明分子稳定，而物质熔、沸点的高低应受分子间作用力的影响，与共价键的强弱无关，A、D均错误。
5．下列现象不能用氢键知识解释的是(　　)
A．葡萄糖易溶于水　
B．在4 ℃时水的密度最大
C．硫酸是一种强酸　
D．水在通常情况下为液态
C　解析：葡萄糖易溶于水是因为葡萄糖分子和水分子间可以形成氢键，A正确；水在通常情况下为液态，在4 ℃时水的密度最大，是因为水分子之间形成氢键，降温时，水分子间形成的氢键数目增多，水分子排列比较松，使密度减小，B正确；硫酸是一种强酸，在水中能全部电离，与氢键无关，C不正确；水分子间形成氢键，因此水的沸点较高，所以水在通常情况下为液态，D正确。
[练后梳理]
1．离子键
(1)实质：阴、阳离子间的静电作用。
(2)特征：没有方向性和饱和性。
2．配位键和配合物
(1)形成条件

(2)配位键
①定义：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的共价键。
②表示方法：配位键常用A―→B表示，其中A是提供孤电子对的原子，B是有能够接受孤电子对的空轨道的原子。
(3)[Cu(NH3)4]2＋(配离子)的形成：氨分子中氮原子的孤电子对进入Cu2＋的空轨道，Cu2＋与NH3分子中的氮原子通过共用氮原子提供的孤电子对形成配位键。配离子[Cu(NH3)4]2＋可表示为(如图所示)：

(4)配合物的定义：由提供孤电子对的配位体与接受孤电子对的中心原子以配位键结合形成的化合物。如[Cu(NH3)4]SO4、[Ag(NH3)2]OH等均为配合物。
3．金属键
(1)定义：金属中金属阳离子和自由电子之间的强的相互作用。
(2)成键微粒：金属阳离子和自由电子。
(3)本质：金属阳离子和自由电子之间的电性作用。
(4)特征
①金属键没有饱和性和方向性。
②金属键中的电子在整个三维空间运动，属于整块固态金属。
(5)金属键的强弱
①影响金属键强弱的主要因素有金属的原子半径、单位体积内自由电子的数目等。一般而言，金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子的数目越多，金属键越强。
②金属键越强，金属的熔点(沸点)越高，硬度一般也越大。
4．分子间作用力
(1)定义：把分子聚集在一起的作用力叫作分子间作用力。
(2)分类：分子间作用力最常见的是范德华力和氢键。
(3)强弱：范德华力C，故D错误。
3．(命题情境：化学与医疗卫生)As2O3(砒霜)可用于白血病的治疗，As2O3是两性氧化物(分子结构如图所示)，溶于盐酸生成AsCl3，AsCl3用LiAlH4还原生成AlH3。下列说法正确的是(　　)

A．As2O3 分子中As原子的杂化方式为sp2
B．LiAlH4为共价化合物
C．AsCl3空间结构为平面正三角形
D．AlH3分子键角大于109°28′
D　解析：As2O3分子中每个As原子形成了3个As—O共价键，As原子上还有一对孤电子对，As原子的杂化轨道数目为4，所以As原子的杂化方式为sp3杂化，A错误；LiAlH4为离子化合物，阳离子是Li＋，阴离子为AlH，B错误；AsCl3中有3个σ键，孤电子对数为×(5－3×1)＝1，As原子为sp3杂化，含有一对孤电子对，所以空间结构为三角锥形，C错误；AlH3中有3个σ键，无孤电子对，所以键角大于109°28′，D正确。
4．(命题情境：化学与新材料)(双选)氧化石墨烯和还原石墨烯是两种新型材料，由氧化石墨烯制备还原石墨烯的原理如图所示。下列说法错误的是(　　)


A．1个N2H4分子中含有σ键的数目为5
B．氧化石墨烯中碳原子均为sp2杂化
C．还原石墨烯中有三种不同的含氧官能团
D．在水中的溶解度：还原石墨烯＞氧化石墨烯
BD　解析：N2H4的结构式是，1个N2H4分子中含有σ键的数目为5，故A正确；氧化石墨烯含有双键碳、单键碳，碳原子的杂化方式为sp2、sp3杂化，故B错误；还原石墨烯含有—OH、—COOH、三种不同的含氧官能团，故C正确；氧化石墨烯中含有的羟基数大于还原石墨烯，在水中的溶解度：还原石墨烯＜氧化石墨烯，故D错误。
5．氯吡苯脲是一种常用的膨大剂，其结构简式为，它是经国家批准使用的植物生长调节剂。
(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为________。
(2)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型为________，羰基碳原子的杂化轨道类型为________。
(3)查文献可知，可用异氰酸苯酯与2­氯­4­氨基吡啶反应，生成氯吡苯脲。

反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂______个σ键，断裂________个π键。
(4)膨大剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有H2O、NH3、CO2等。
①请用共价键知识解释H2O分子比NH3分子稳定的原因：____________________________________。
②H2O、NH3、CO2分子的空间结构分别是________________________________________________________________________________，H2O、NH3、CO2中心原子的杂化类型分别是___________________________________________________________。
解析：(1)根据构造原理可知，氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5，所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知，有2个氮原子均形成3个单键，孤电子对数为1，属于sp3杂化；剩余1个氮原子形成1个双键和1个单键，孤电子对数为1，是sp2杂化；羰基碳原子形成2个单键和1个双键，为sp2杂化。(3)由于σ键比π键更稳定，根据所给化学方程式可以看出，断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中的N===C键中的π键和2­氯­4­氨基吡啶分子中的N—H键。(4)①O、N属于同周期元素，O的原子半径小于N，H—O键的键能大于H—N键的键能，所以H2O分子比NH3分子稳定。②H2O分子中O原子的价电子对数＝2＋＝4，孤电子对数为2，所以为V形结构，O原子采用sp3杂化；NH3分子中N原子的价电子对数＝3＋＝4，孤电子对数为1，所以为三角锥形结构，N原子采用sp3杂化；CO2分子中C原子的价电子对数＝2＋＝2，不含孤电子对，所以是直线形结构，C原子采用sp杂化。
答案：(1)1　(2)sp2、sp3　sp2　(3)NA　NA
(4)①H—O的键能大于H—N的键能　②V形、三角锥形、直线形　sp3、sp3、sp