1、第2讲 分子结构与性质 第2讲分子结构与性质考纲要求1.了解共价键的形成，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。 2.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)。3.能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。4.了解化学键和分子间作用力的区别。5.了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含有氢键的物质。考点一共价键1本质在原子之间形成共用电子对(电子云的重叠)。（分子内相邻原子间的强相互作用）2特征具有饱和性和方向性。3分类分类依据类型形成共价键的原子轨道重叠方式键电子云“头碰头”重叠键电子云“肩并肩”重叠形成共价键的电子对是否偏移极性键
2、共用电子对发生偏移非极性键共用电子对不发生偏移原子间共用电子对的数目单键原子间有一对共用电子对双键原子间有两对共用电子对三键原子间有三对共用电子对特别提醒(1)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，不会形成共用电子对，而形成离子键。（电负性差值可判断键型）(2)同种元素原子间形成的共价键为非极性键，不同种元素原子间形成的共价键为极性键。（共用电子对偏移双方原子带电称极性，反之为非极性键。）4键参数(1)概念 (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。（键长越短，键能越大，键越牢固，物质越稳定，物质能量越低）5等
3、电子原理原子总数相同，价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质相似，如CO和N2。（原子总数相等，电子总数相等，短周期价电子相等也行）深度思考1判断正误(1)共价键的成键原子只能是非金属原子( )(2)在任何情况下，都是键比键强度大( )？(3)在所有分子中都存在化学键( )(4)分子的稳定性与分子间作用力的大小无关( )(5)键比键的电子云重叠程度大，形成的共价键强( )(6)ss 键与sp 键的电子云形状对称性相同( )(7)键能单独形成，而键一定不能单独形成( )(8)键可以绕键轴旋转，键一定不能绕键轴旋转( )(9)碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键键能的3倍和2倍
4、( )(10)键长等于成键两原子的半径之和( )(11)所有的共价键都有方向性( )？2试根据下表回答问题。某些共价键的键长数据如下所示：共价键键长(nm)CC0.154C=C0.134CC0.120CO0.143C=O0.122NN0.146N=N0.120NN0.110根据表中有关数据，你能推断出影响共价键键长的因素主要有哪些？其影响的结果怎样？答案原子半径、原子间形成的共用电子对数目。形成相同数目的共用电子对，原子半径越小，共价键的键长越短；原子半径相同，形成共用电子对数目越多，键长越短。题组一用分类思想突破化学键的类别1在下列物质中：HCl、N2、NH3、Na2O2、H2O2、NH4C
5、l、NaOH、Ar、CO2、C2H4(1)只存在非极性键的分子是_；既存在非极性键又存在极性键的分子是_；只存在极性键的分子是_。(2)只存在单键的分子是_，存在三键的分子是_，只存在双键的分子是_，既存在单键又存在双键的分子是_。(3)只存在键的分子是_，既存在键又存在键的分子是_。(4)不存在化学键的是_。(5)既存在离子键又存在极性键的是_；既存在离子键又存在非极性键的是_。1.在分子中，有的只存在极性键，如HCl、NH3等，有的只存在非极性键，如N2、H2等，有的既存在极性键又存在非极性键，如H2O2、C2H4等；有的不存在化学键，如稀有气体分子。2在离子化合物中，一定存在离子键，有的
6、存在极性共价键，如NaOH、Na2SO4等；有的存在非极性键，如Na2O2、CaC2等。3通过物质的结构式，可以快速有效地判断键的种类及数目；判断成键方式时，需掌握：共价单键全为键，双键中有一个键和一个键，三键中有一个键和两个键。（单键都是键，双三键只有一个是键，剩下都是键）题组二键参数的应用2结合事实判断CO和N2相对更活泼的是_，试用下表中的键能数据解释其相对更活泼的原因：_。COCOC=OCO键能(kJmol1)357.7798.91 071.9N2NNN=NNN键能(kJmol1)154.8418.4941.73NH3 分子的空间构型是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，解释该事实的充
7、分理由是 ()ANH3分子是极性分子B分子内3个NH键的键长相等，键角相等CNH3分子内3个NH键的键长相等，3个键角都等于107DNH3分子内3个NH键的键长相等，3个键角都等于120分子的空间构型与键参数键长、键能决定了共价键的稳定性，键长、键角决定了分子的空间构型，一般来说，知道了多原子分子中的键角和键长等数据，就可确定该分子的空间几何构型。题组三等电子原理应用4已知CO2为直线形结构，SO3为平面正三角形结构，NF3为三角锥形结构，请推测COS、CO32、PCl3的空间结构。51919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似
8、、物理性质相近。(1)根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是_和_；_和_。(2)此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期在短周期元素组成的物质中，与NO2互为等电子体的分子有_、_。答案(1)N2CON2OCO2(2)SO2O3记忆等电子体，推测等电子体的性质1常见的等电子体汇总微粒通式价电子总数立体构型CO2、CNS、NO2+、N(AX216e直线形CO32、NO3、SO32AX324e平面三角形SO2、O3、NO2AX218eV形SO42、PO4
9、3AX432e正四面体形PO3、SO32 、ClO3AX326e三角锥形AX10e直线形AX48e正四面体形2.根据已知的一些分子的结构推测另一些与它等电子的微粒的立体结构，并推测其物理性质。(1)(BN)x与(C2)x，N2O与CO2等也是等电子体；(2)硅和锗是良好的半导体材料，他们的等电子体磷化铝(AlP)和砷化镓(GaAs)也是很好的半导体材料；(3)白锡(Sn2)与锑化铟是等电子体，它们在低温下都可转变为超导体；(4)SiCl4、SiO42、SO42 的原子数目和价电子总数都相等，它们互为等电子体，中心原子都是sp3杂化，都形成正四面体形立体构型。特别提醒等电子体结构相同，物理性质相
10、近，但化学性质不同。考点二分子的立体结构1价层电子对互斥理论(1)价层电子对在球面上彼此相距最远时，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，填写下表空白内容。电子对数成键对数孤电子对数电子对立体构型分子立体构型实例键角220直线形直线形BeCl2180330三角形平面正三角形BF312021V形SnBr2105440正四面体形正四面体形CH41092831三角锥形NH310722V形H2O1052.杂化轨道理论:能量相近的ns和np电子云相互重叠，杂化出能量相同的杂化轨道。1个s轨道和一个p轨道杂化出两个完全相同的sp杂化轨道，轨道夹角180
11、。1个s轨道和两个p轨道杂化出三个完全相同的sp2杂化轨道，轨道夹角120。1个s轨道和一个p轨道杂化出两个完全相同的sp杂化轨道，轨道夹角180。1个s轨道和三个p轨道杂化出四个完全相同的sp3杂化轨道，轨道夹角109。28”（杂化前后轨道数目不变）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。3配位键(1)孤电子对分子或离子中没有跟其他原子共用的电子对称孤电子对。(2)配位键配位键的形成：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成共价键。配位键的表示：常用“”来表示配位键，箭头指向接受孤电子对的
12、原子，如NH(可表示为，在NH4中，虽然有一个NH键形成过程与其他3个NH键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。（普通共价键双方原子都提供电子，配位键单方提供电子对，另一方提供空轨道。配位键是特殊的共价键，形成过程不同，结果相同。）(3)配合物如Cu(NH3)4SO4配位体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F、Cl、CN等。中心原子有空轨道，如Fe3、Cu2、Zn2、Ag等。深度思考填表，VSEPR模型和分子(离子)立体模型与中心原子杂化类型的确定。化学式孤电子对数(axb)/2键电子对数价层电子对数VSEPR模型名称分子或离子的立体模型名称中心原子杂化类型ClO314四面
13、体形直线形sp3HCN022直线形直线形spCHCH直线形spH2S224四面体形V形sp3SO2123平面三角形V形sp2SO3033平面三角形平面三角形sp2NO(033平面三角形平面三角形sp2HCHO033平面三角形平面三角形sp2NCl3134四面体形三角锥形sp3H3O134四面体形三角锥形sp3ClO(134四面体形三角锥形sp3CH4044正四面体形正四面体形sp3PO(044正四面体形正四面体形sp3CH2=CH2平面形sp2C6H6平面六边形sp2CH3COOHsp3，sp2特别提醒(1)价层电子对互斥理论说明的是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体
14、构型，不包括孤电子对。（价层电子对互斥模型去掉孤电子对所占空间得到分子的空间构型）当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子有孤电子对时，两者的构型不一致。如：中心原子采取sp3杂化的，其价层电子对模型为四面体形，其分子构型可以为四面体形(如CH4)，也可以为三角锥形(如NH3)，也可以为V形(如H2O)。(2)价层电子对互斥理论能预测分子的几何构型，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，但不能预测分子的几何构型。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)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同，中心原子杂化类型相同时孤电子对数越多
15、，键角越小。(4)杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。题组一价层电子对互斥理论、杂化轨道理论的综合考查1下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是()A分子中中心原子通过sp3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构B杂化轨道只用于形成键或用于容纳未参与成键的孤电子对CH2SO4分子中三种原子均以杂化轨道成键DN2分子中N原子没有杂化，分子中有1个键、2个键2原子形成化合物时，电子云间的相互作用对物质的结构和性质会产生影响。请回答下列问题：(1)BF3分子的立体结构为_，NF3分子的立体结构为_。(2)碳原子有4个价电子，在形成化合物时价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。在乙烷、
16、乙烯、乙炔和苯四种分子中，碳原子采取sp杂化的分子是_(写结构简式，下同)，采取sp2杂化的分子是_，采取sp3杂化的分子是_。试写出一种有机物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子：_。（烯炔烷烃）(3)已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是CH4NH3H2O，请分析可能的原因是_。(4)由于电荷的作用，阴、阳离子形成化合物时离子的电子云会发生变化，使离子键逐渐向共价键过渡。阳离子电荷数越多，阴离子半径越大时，电子云变化越大，导致所形成的化合物在水中的溶解度越小。由此可知，四种卤化银(AgF、AgCl、AgBr和AgI)在水中的溶解度由大到小的顺序为_。(3
17、)CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1对孤电子对，H2O分子中O原子上有2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角减小1.“三种”方法判断分子中心原子的杂化类型(1)根据杂化轨道的空间分布构型判断若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，则分子的中心原子发生sp3杂化。若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生sp2杂化。若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生sp杂化。(2)根据杂化轨道之间的夹角判断若杂化轨道之间的夹角为10928，则分子的中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120，则分子的中心原子发生sp2杂化；若杂化轨
18、道之间的夹角为180，则分子的中心原子发生sp杂化。(3)根据等电子原理结构相似进行推断，如CO2是直线形分子，CNS、NO(、N(与CO2是等电子体，所以分子构型均为直线形，中心原子均采用sp杂化。2用价层电子对互斥理论推测分子或离子的思维程序用价层电子对互斥理论推测简单分子(ABn型)、离子(AB(型)空间构型的方法解题思路(分子(离子)的空间构型(1)键的电子对数的确定（ABn型分子，B都连在A身上，键数目=n）价层电子对数=成键电子对数（n）+孤电子对数(2)中心原子上的孤电子对数的确定中心原子上的孤电子对数(acnb)。a中心原子最外层电子数，c离子带电，电子加减给中心原子，n配位数
19、，b8或2减最外层电子数。题组二配位键、配合物理论3下列物质中存在配位键的是()H3OB(OH)4CH3COONH3CH4A B C D4.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)往硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成Cu(NH3)42配离子。已知NF3与NH3的空间构型都是三角锥形，但NF3不易与Cu2形成配离子，其原因是_。(2)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成Cu(OH)42。不考虑空间构型，Cu(OH)42的结构可用示意图表示为_。(3)胆矾CuSO45H2O可写Cu(H2O)4SO4H2O，其结构示意图如下：下列有关胆矾
20、的说法正确的是_。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CCu2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.经研究表明，Fe(SCN)3是配合物，Fe3与SCN不仅能以13 的个数比配合，还可以其他个数比配合。请按要求填空：(1)若所得Fe3和SCN的配合物中，主要是Fe3与SCN以个数比11配合所得离子显血红色。该离子的离子符号是_。(2)若Fe3与SCN以个数比15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_。答案.(1)N、F、H三种元素的电负性：FNH，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
21、子对难与Cu2形成配位键(2)或(3)D.(1)Fe(SCN)2(2)FeCl35KSCN=K2Fe(SCN)53KCl考点三分子间作用力与分子的性质1分子间作用力(1)概念物质分子之间普遍存在的相互作用力，称为分子间作用力。(2)分类分子间作用力最常见的是范德华力和氢键。(3)强弱范德华力氢键化学键。(4)范德华力范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质。范德华力越强，物质的熔点、沸点越高，硬度越大。一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增大。(5)氢键（只存在于N、O、F与H原子之间）形成已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子(该氢原子几乎为裸露的质
22、子)与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，称为氢键。（不是键，而是一种较强的分子间作用力）表示方法AHB特别提醒aA、B是电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素。bA、B可以相同，也可以不同。特征具有一定的方向性和饱和性。分类氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。分子间氢键对物质性质的影响主要表现为使物质的熔、沸点升高（同主族氢化物氨气水氟化氢的沸点都高于其他元素），密度变小（水变冰），对电离（HF是弱酸）和溶解度（乙醇乙酸水三者任意比互溶，低级羧酸醇易溶于水）等产生影响。2分子的性质(1)分子的极性类型非极性分子极性分子形成原因正电中心和负电中心重合的分子正电中心和负电中心不重合的分
23、子存在的共价键非极性键或极性键非极性键或极性键分子内原子排列对称不对称(2)分子的溶解性“相似相溶”的规律：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，（有机物易溶于汽油）极性溶质一般能溶于极性溶剂。（酸碱盐易溶于水）若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。随着溶质分子中憎水基个数的增大，溶质在水中的溶解度减小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。（羟基是亲水基，烷烃基是憎水基，低级醇羟基亲水占优势，易溶于水，高级醇烷烃基占优势，难溶于水。）(3)分子的手性手性异构（对眏异构，镜像异构）：具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手和右手一样互为镜像，在三维空间里
24、不能重叠的现象。手性分子：具有手性异构体的分子。手性碳原子：在有机物分子中，连有四个不同基团或原子的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子，（一碳四不同）如(4)无机含氧酸分子的酸性无机含氧酸的通式可写成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，使ROH中O的电子向R偏移，在水分子的作用下越易电离出H，酸性越强，如酸性：HClOHClO2HClO3HClO4。（无机含氧酸非羟基氧数目越多，酸性越强，0个弱酸，1个中强酸，2个强酸，3个最强酸。）深度思考1判断下列说法是否正确(1)氢键是氢元素与其他元素形成的化学键()(2)可燃冰(CH48H2O)中甲烷分子与水分子间形成
25、了氢键()(3)乙醇分子和水分子间只存在范德华力()(4)碘化氢的沸点高于氯化氢的点是因为碘化氢分子间存在氢键()(5)水分子间既存在范德华力，又存在氢键()(6)氢键具有方向性和饱和性()(7)H2和O2之间存在氢键()(8)H2O2分子间存在氢键()(9)卤素单质、卤素氢化物、卤素碳化物(即CX4)的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而增大()(10)氢键的存在一定能使物质的熔、沸点升高()(11)极性分子中可能含有非极性键()(12)H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键()2下列事实均与氢键的形成有关，填写氢键的类型。冰的硬度比一般的分子晶体的大；甘油的粘度大；邻硝基苯酚20 时在水中
26、的溶解度是对硝基苯酚的0.39 倍；邻羟基苯甲酸的电离常数是苯甲酸的15.9倍，对羟基苯甲酸的电离常数是苯甲酸的0.44倍；氨气极易溶于水；氟化氢的熔点高于氯化氢。属于分子间氢键的是_；属于分子内氢键的是_。解析分子内氢键除必须具备形成氢键的条件外，还必须具备特定的条件：形成平面环(五元或六元环最为稳定)、形成的环中没有任何扭曲等。氢键的形成使物质在熔沸点、电离度、溶解度等方面表现出一些特殊性质。由于分子间氢键的作用，形成了“缔合分子”增大了分子间作用力，使得物质的熔沸点升高(如水)、溶解度增大(如氨)、电离度降低(如氢氟酸为弱酸)等；由于分子内的氢键作用，形成具有“环状结构”的物质，减小了分子间的作用力，使物质的熔沸点降低，溶解度减小等。3写出HF水溶液中的所有氢键。答案FHOFHFOHFOHO题组一重视教材习题，做好回扣练习1(选修3P571)下列说法中正确的是()A在分子中，两个成键的原子间的距离叫做键长BHCl的键能为431.8 kJmol1，HI的键能为298.7 kJmol1，这可以说明HCl分子比HI分子稳定C含有极性键的分子一定是极性分子D键能越大，表示该分子越容易受热分解2(选修3P575)下列能跟氢原子形成最强极性键的原子是()AF
