2020版《名师导学》高考新课标化学第一轮总复习讲义：选修3_第二节　分子结构与性质


第二节　分子结构与性质
[高考备考指南]

考纲定位
1.了解共价键的形成、极性、类型(σ键、π键)，了解配位键的含义，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简单的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)，能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测简单分子或离子的空间结构。
3．了解范德华力的含义及对物质性质的影响。
4．了解氢键的含义，能列举含氢键的物质，并能解释氢键对物质性质的影响。
核心素养
1.微观探析——能从分子的微观层面理解其组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念；能根据分子的微观结构预测物质在特定条件下可能具有的性质和可能发生的变化。
2．模型认识——能认识价层电子对互斥模型和杂化轨道模型，并预测分子的立体结构和性质。
　共价键

(对应复习讲义第161页)

1．共价键
(1)共价键的本质与特征
①本质：在原子之间形成共用电子对。
②特征：具有方向性和饱和性。如H2O中O与H形成2个O—H 共价键且共价键夹角约为105°。
(2)共价键的分类

分类依据
类型及特点
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
(3)大π键简介
①定义：大π键一般是三个或多个原子间形成的，是未杂化轨道中的电子云肩并肩重叠形成的π键。
②表达式：Π—m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数。
③示例：(Π)，NO(Π)，SO2(Π)。
2．共价键的键参数
(1)定义
①键能：气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。
②键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。
③键角：两个共价键之间的夹角。
(2)键参数对分子性质的影响

键能越大，键长越短，分子越稳定。
[提醒]　利用键能计算ΔH
ΔH＝反应物的总键能之和－生成物的总键能之和

角度1　共价键类型判断
1．(2018·全国卷Ⅲ)(1)ZnF2具有较高的熔点(872 ℃)，其化学键类型是________；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是________________________________________________________________________。
(2)《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中，阴离子空间构型为________，C原子的杂化形式为________。
[解析]　(1)根据ZnF2晶体的熔点较高可知，ZnF2为离子晶体，含有离子键，而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小，故能够溶解在有机溶剂中。(2)CO中碳原子的价层电子对数为3，中心碳原子采取sp2杂化，故CO的空间构型为平面三角形。
[答案]　(1)离子键　ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小
(2)平面三角形　sp2
2．(2017·全国卷Ⅱ节选)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。

(1)从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为________，不同之处为________。(填标号)
A．中心原子的杂化轨道类型
B．中心原子的价层电子对数
C．立体结构
D．共价键类型
(2)R中阴离子N中的σ键总数为________个。分子中的大π键可用符号Π表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Π)，则N中的大π键应表示为______________。
(3)图中虚线代表氢键，其表示式为(NH)N—H…Cl、________、________。
[答案](1)ABD　C　(2)5　Π
(3)(H3O＋)O—H…N(N)　(NH)N—H…N(N)
3．(1)(2017·全国卷Ⅲ节选)Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在________________________________________________________________________。
(2)分子中含有π键________个，σ键________个。
[解析]　(1)硝酸锰是离子化合物，硝酸根和锰离子之间形成离子键，硝酸根中N原子与3个O原子形成3个σ键，硝酸根中存在氮氧双键，所以还存在π键。
(2)双键中含一个σ键和π键。
[答案]　(1)离子键和π键　(2)2　8


σ、π键的计算技巧
(1)单键：只有σ键无π键
(2)双键：一个σ键一个π键
(3)三键：一个σ键两个π键
角度2　键参数的应用
4．(2019·烟台月考)能用共价键键能大小来解释的是(　　)
A．通常情况下，Br2呈液态，碘呈固态
B．CH4分子是正四面体空间构型
C．NH3分子内3个N—H键的键长、键角都相等
D．N2稳定性强于O2
D　[单质通常情况下的状态与键能大小无关；CH4分子是正四面体空间构型，与键角键长有关，与键能无关；NH3分子内的3个N—H键的键长、键角都相等与键能无因果关系；N2稳定性强于O2，是因为氮气分子中的键能大于氧气分子中的键能，D正确。]
5．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．元素周期表中的第ⅠA族(除H外)和第ⅦA族元素的原子间易形成离子键
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462.8 kJ·mol－1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×462.8 kJ
B　[键长越长，键能越小，分子越不稳定，A错误；共价键一般形成于非金属元素之间，而第ⅠA族元素(H除外)均是活泼金属元素，第ⅦA族元素均是活泼非金属元素，二者易形成离子键，B正确；水分子立体构型为V形，两个H—O键的键角约为105°，C错误；断裂2 mol H—O键吸收2×462.8 kJ能量，而不是H2O分解成H2和O2时消耗的能量，D错误。]　分子的立体构型

(对应复习讲义第162页)

1．用价层电子对互斥理论推测分子或离子的立体构型
(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。

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。但对于离子的a为中心原子的价电子数加或减电荷数，如CO的a＝4＋2，NH的a＝5－1。
(2)示例分析SO的立体结构的思路
SO→价层电子对数[3＋(6＋2－3×2)＝4]→电子对构型(VSEPR模型)为四面体形离子构型为三角锥形。
2．杂化轨道理论
(1)杂化轨道概念：在外界条件的影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合的过程叫原子轨道的杂化，组合后形成的一组新的原子轨道，叫杂化原子轨道，简称杂化轨道。
(2)杂化轨道的类型与分子立体构型

杂化
类型
杂化轨
道数目
杂化轨道
间夹角
立体构型
实例
sp
2
180°
直线形
BeCl2
sp2
3
120°
平面三角形
BF3
sp3
4
109°28′
四面体形
CH4
[提醒]　价层电子对互斥理论能预测分子的立体构型，但不能解释分子的成键情况，杂化轨道理论能解释分子的成键情况，但不能预测分子的立体构型。两者相结合，具有一定的互补性，可达到处理问题简便、迅速、全面的效果。
3．示例


物质
中心原子
上的孤电
子对数
价层电
子对数
VSEPR
模型名称
分子或离子
立体构型
中心原子
杂化类型
①
CS2





②
HCHO





③
NCl3





④
SO





⑤
H3O＋





[提示]　①0　2　直线形　直线形　sp
②0　3　平面三角形　平面三角形　sp2
③1　4　四面体形　三角锥形　sp3
④0　4　正四面体形　正四面体形　sp3
⑤1　4　四面体形　三角锥形　sp3
4．等电子原理
(1)等电子体：原子总数相同、价电子总数相同的粒子互称为等电子体。如：N2和CO、O3与SO2是等电子体，但N2与C2H2不是等电子体。
(2)等电子原理：等电子体具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近，此原理称为等电子原理，例如CO和N2的熔点、沸点、溶解性等都非常相近。
(3)常见的等电子体：N2与CO，CO2与N2O，O3、NO与SO2，CO、NO与SO3，PO、SO与ClO，与B3N3H6(硼氮苯)等。

角度1　粒子构型和杂化类型的判断
1．(1)(2018·全国卷Ⅱ节选)①根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________。
②气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为________形，其中共价键的类型有________种；固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。

(2)(2017·全国卷Ⅰ节选)X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I离子。I离子的几何构型为________________________，中心原子的杂化形式为________________________________________________________________________。
(3)(2017·全国卷Ⅲ节选)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为________和________。
[答案](1)①H2S　②平面三角　2　sp3　(2)V形　sp3　(3)sp　sp3
2．(1)Si单晶具有金刚石型结构，其中Si原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是______________。
(2)(2016·全国卷Ⅱ节选)[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是________。
(3)(2016·全国卷Ⅲ节选)AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________。
[解析]　(1)Si单晶为金刚石型结构，金刚石中碳原子的杂化方式为sp3，因此Si原子的杂化方式也为sp3；微粒之间存在的作用力为共价键。
(2)SO中，S原子的价层电子对数为＝4，成键电子对数为4，故SO的立体构型为正四面体。
(3)As原子的价电子排布式为4s24p3，最外层有5个电子，则AsCl3分子中As原子形成3个As－Cl键，且含有1对未成键的孤电子对，则As的杂化轨道类型为sp3杂化，AsCl3分子的立体构型为三角锥形。
[答案]　(1)sp3　共价键　(2)正四面体　(3)三角锥形　sp3
3．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“>”“H，在NF3中，共用电子对偏向F原子，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难与Cu2＋形成配位键
(2)有蓝色沉淀生成，然后沉淀又逐渐溶解，最终形成深蓝色溶液　Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH、Cu(OH)2＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－＋4H2O
(3)①离子键、共价键、配位键、氢键　②18NA
角度2　分子间作用力与分子性质
3．(1)(2017·全国卷Ⅲ节选)已知CO2低压合成甲醇的反应为CO2＋3H2===CH3OH＋H2O，此反应涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为________，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)(2016·全国卷Ⅱ节选)氨的沸点________(填“高于”或“低于”)膦(PH3)，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
氨是________分子(填“极性”或“非极性”)。
(3)(2014·全国卷Ⅰ节选)乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是________________________________________________________________________。
[解析]　(1)由于水和甲醇均为极性分子，二氧化碳和氢气均为非极性分子，所以水和甲醇的沸点高于二氧化碳和氢气的沸点；由于水分子中两个氢原子都可以参与形成分子间氢键，而甲醇分子中只有一个羟基上的氢原子可用于形成分子间氢键，所以水的沸点高于甲醇的沸点；由于二氧化碳的相对分子质量比氢气大，所以二氧化碳分子间作用力较大、沸点较高。
(2)由于NH3分子间可形成氢键，故NH3的沸点高于PH3。NH3分子中，N原子形成3个σ键，且有1个孤电子对，N原子的轨道杂化类型为sp3，立体构型为三角锥形。由于空间结构不对称，NH3属于极性分子。
(3)乙酸分子之间能形成氢键，乙醛分子之间不能形成氢键，导致乙酸的沸点高于乙醛。
[答案]　(1)H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多；CO2与H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大
(2)高于　NH3分子之间可形成氢键　极性
(3)CH3COOH存在分子间氢键
4．下列说法不正确的是(　　)
A．HClO、H2CO3、HNO3、HClO4的酸性依次增强
B．苹果酸CHHOOCOHCH2COOH含有1个手性碳原子
C．HCl、NH3、C2H5OH均易溶于水的原因之一是与H2O分子均形成氢键
D．以极性键结合的分子不一定是极性分子
C　[HCl与H2O不能形成氢键。]



(1)共价键的极性与分子极性的关系

(2)判断ABn型分子极性的经验规律
若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，若不等则为极性分子。如SO2为极性分子，SO3为非极性分子。