(新高考)高考化学一轮复习讲义第5章第29讲化学键分子的空间结构(含解析)

第29讲化学键分子的空间结构复习目标1.了解化学键的定义，了解离子键、共价键的形成。2.了解共价键的类型、共价键的参数及作用。3.掌握电子式的书写。4.了解价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的内容并能用其推测简单分子或离子的空间结构。考点一化学键电子式1．化学键(1)化学键的定义及分类(2)离子键、共价键的比较离子键共价键成键粒子阴、阳离子原子成键实质阴、阳离子的静电作用共用电子对与成键原子间的静电作用形成条件活泼金属与活泼非金属经电子得失，形成离子键；铵根离子与酸根离子之间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2.共价键(1)特征具有饱和性和方向性。(2)分类分类依据类型形成共价键的原子轨道重叠方式σ键轨道“头碰头”重叠π键轨道“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(3)键参数①概念②键参数对分子性质的影响a．键能越大，键长越短，分子越稳定。b.3．化学键的表示方法——电子式(1)概念：在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子的式子。(2)电子式书写常见的6大误区内容实例误区1漏写未参与成键的电子N2的电子式误写为，应写为误区2化合物类型不清楚，漏写或多写[]及错写电荷数NaCl误写为，应写为；HF误写为，应写为误区3书写不规范，错写共用电子对N2的电子式误写为或或误区4不考虑原子间的结合顺序HClO的电子式误写为，应写为误区5不考虑原子最外层有几个电子，均写成8电子结构CHeq\o\al(＋,3)的电子式误写为，应写为误区6不考虑AB2型离子化合物中2个B是分开写还是一起写CaBr2的电子式为；CaC2的电子式为(3)用电子式表示化合物的形成过程①离子化合物如NaCl：。②共价化合物如HCl：。1．所有物质中都存在化学键()2．AsH3的电子式：()3．某元素的原子最外层只有一个电子，它跟卤素原子结合时，所形成的化学键一定是离子键()4．共价键的成键原子只能是非金属原子()5．共价键键长是成键的两个原子半径之和()6．所有的共价键都有方向性()7．σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成()8．σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转()答案1.×2.×3.×4.×5.×6.×7.√8.√一、化学键与物质类别的关系1．现有下列物质：①NaCl②Na2O③Na2O2④NaOH⑤AlCl3⑥H2O⑦N2⑧NH4Cl⑨CO2eq\o(○,\s\up1(10))H2O2(1)只含离子键的物质有________(填序号，下同)，只含共价键的物质有__________。(2)属于离子化合物的有__________，其中含非极性键的离子化合物有__________，含有非极性键的共价化合物有__________。答案(1)①②⑤⑥⑦⑨eq\o(○,\s\up1(10))(2)①②③④⑧③eq\o(○,\s\up1(10))判断离子化合物和共价化合物的三种方法二、共价键类型及数目的判断2．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。答案σ极性3．已知CN－与N2结构相似，推算HCN分子中σ键与π键数目之比为________。答案1∶14．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，则一个C60分子中π键的数目为________。答案305．利用CO可以合成化工原料COCl2，COCl2分子的结构式为，每个COCl2分子内含有的σ键、π键数目为________(填字母)。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键答案D6．1mol丙酮分子中含有的σ键数目为__________。答案9NA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σ键，共价双键中有一个σ键和一个π键，共价三键中有一个σ键和两个π键。三、电子式的书写7．(1)—OH______________，OH－______________，H3O＋______________，NHeq\o\al(＋,4)______________；(2)HClO______________，CCl4______________，CO2______________，N2H4______________；(3)Na2S______________，NaH______________，NaBH4______________，Na2O2______________。答案(1)(2)(3)Na＋[Heq\o\al(·,·)]－电子式书写方法考点二分子的空间结构1．价层电子对互斥模型(1)理论要点①价层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)用价层电子对互斥模型推测分子的空间结构的关键是判断分子中的中心原子上的价层电子对数。其中：a是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数)，b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，x是与中心原子结合的原子数。2．杂化轨道理论(1)理论要点：中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。(2)杂化轨道的类型(3)中心原子的杂化轨道数和杂化类型判断杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对，所以有关系式：杂化轨道的数目＝中心原子上的孤电子对数＋中心原子的σ键电子对数(与中心原子直接相连的原子个数)＝中心原子的价层电子对数(4)分子(ABn型)、离子(ABeq\o\al(m±,n)型)的空间结构分析示例实例价层电子对数(杂化轨道数)σ键电子对数孤电子对数中心原子的杂化轨道类型VSEPR模型分子或离子的空间结构BeCl2220sp直线形直线形CO2直线形直线形BF3330sp2平面三角形平面三角形SO221V形CH4440sp3四面体形正四面体形NH331三角锥形H2O22V形COeq\o\al(2－,3)330sp2平面三角形平面三角形NHeq\o\al(＋,4)440sp3四面体形正四面体形1．价层电子对互斥模型中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数()2．分子中的中心原子若通过sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体结构()3．NH3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化()4．只要分子的空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化()5．中心原子是sp杂化的，其分子空间结构不一定为直线形()6．杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对()答案1.√2.×3.×4.√5.×6.√一、杂化类型和分子空间结构的判断1．(1)AsCl3分子的空间结构为______________，其中As的杂化轨道类型为________。(2)乙醛中碳原子的杂化轨道类型为________。(3)在硅酸盐中，SiOeq\o\al(4－,4)四面体[如图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化轨道类型为________，Si与O的原子数之比为______，化学式为______。答案(1)三角锥形sp3(2)sp3、sp2(3)sp31∶3[SiO3]eq\o\al(2n－,n)(或SiOeq\o\al(2－,3))解析(1)AsCl3的中心原子(As原子)的价层电子对数为3＋eq\f(1,2)×(5－1×3)＝4，所以是sp3杂化，AsCl3分子的空间结构为三角锥形。(3)依据图(a)可知，SiOeq\o\al(4－,4)的空间结构类似于甲烷分子，为正四面体形，硅原子的杂化轨道类型和甲烷分子中碳原子的杂化轨道类型相同，为sp3；图(b)是一种无限长单链结构的多硅酸根，每个结构单元中两个氧原子被两个结构单元顶角共用，所以每个结构单元含有1个Si原子、3个O原子，Si原子和O原子数之比为1∶3，化学式可表示为[SiO3]eq\o\al(2n－,n)或SiOeq\o\al(2－,3)。判断分子中中心原子的杂化轨道类型的方法(1)根据VSEPR模型、中心原子价层电子对数判断如(ABm型)中心原子的价层电子对数为4，中心原子的杂化轨道类型为sp3；价层电子对数为3，中心原子的杂化轨道类型为sp2；价层电子对数为2，中心原子的杂化轨道类型为sp。(2)根据分子或离子中有无π键及π键数目判断没有π键的为sp3杂化，如CH4中的C原子；含1个π键的为sp2杂化，如甲醛中的C原子以及苯环中的C原子；含2个π键的为sp杂化，如二氧化碳分子和乙炔分子中的碳原子。二、键角的大小比较2．(1)比较下列分子或离子中的键角大小(填“＞”“＜”或“＝”)：①BF3________NCl3，H2O________CS2。②H2O________NH3________CH4，SO3________SOeq\o\al(2－,4)。③H2O________H2S，NCl3________PCl3。④NF3________NCl3，PCl3________PBr3。(2)在分子中，键角∠HCO________(填“＞”“＜”或“＝”)∠HCH。理由是________________________________________________________________________。答案(1)①＞＜②＜＜＞③＞＞④＜＜(2)＞π键斥力大于σ键斥力比较键角大小的三种思维模型(1)杂化轨道类型不同：sp＞sp2＞sp3。(2)(3)在同一分子中，π键电子斥力大，键角大。1．(2021·浙江1月选考，1)下列含有共价键的盐是()A．CaCl2 B．H2SO4C．Ba(OH)2 D．Na2CO3答案D解析CaCl2只含有离子键，不含有共价键，故A错误；H2SO4中只含有共价键，属于酸，不是盐，B错误；Ba(OH)2既含有离子键又含有共价键，属于碱，不是盐，C错误；Na2CO3中既含有离子键又含有共价键而且属于盐，D正确。2．下列有关电子式表示正确的是()①次氯酸的电子式：(2019·浙江4月选考，7A)②甲醛的电子式：(2021·浙江1月选考，5D改编)③HCl的电子式：(2018·江苏，2B)④由Na和Cl形成离子键的过程：(2018·北京，8C)A．①③B．①④C．②③D．②④答案D解析HClO的电子式应为，①错误；HCl的电子式为，③错误；Na和Cl形成离子键时，Na失去1个电子，Cl得到1个电子，且NaCl中存在离子键，④正确。3．(2019·江苏，2)反应NH4Cl＋NaNO2=NaCl＋N2↑＋2H2O放热且产生气体，可用于冬天石油开采。下列表示反应中相关微粒的化学用语正确的是()A．中子数为18的氯原子：eq\o\al(18,17)ClB．N2的结构式：NNC．Na＋的结构示意图：D．H2O的电子式：答案D解析A项，中子数为18的氯原子应表示为eq\o\al(35,17)Cl，错误；B项，N2分子中N与N之间形成三键，结构式为N≡N，错误；C项，Na＋的结构示意图为，错误；D项，H2O为共价化合物，每个H原子和O原子之间共用一个电子对，正确。4．(1)[2020·浙江7月选考，26(2)]CaCN2是离子化合物，各原子均满足8电子稳定结构，CaCN2的电子式是________。(2)[2021·天津，16(1)节选]CH4的电子式为__________________________________________。(3)[2018·海南，13(3)]CO2的电子式为____________。(4)[2017·海南，13(1)]PH3的电子式为_____________________________________________。(5)[2016·全国卷Ⅱ，26(1)节选]联氨(N2H4)分子的电子式为__________________。答案(1)(2)(3)(4)(5)5．[2021·河北，17(4)]已知KH2PO2是次磷酸的正盐，H3PO2的结构式为__________________，其中P采取______________杂化方式。答案sp3解析(4)含氧酸分子中只有羟基上的H可以电离；由KH2PO2是次磷酸的正盐可知，H3PO2为一元酸，其分子中只有一个羟基，另外2个H与P成键，还有一个O与P形成双键，故其结构式为，其中P共形成4个σ键、没有孤电子对，故其价层电子对数为4，采取sp3杂化。6．[2021·山东，16(2)(3)](2)OF2分子的空间结构为________。(3)Xe是第五周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为____________，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是______________(填字母)。A．sp B．sp2C．sp3 D．sp3d答案(2)角(V)形(3)5D解析(2)中心原子O的价层电子对数为eq\f(6－1×2,2)＋2＝4，则OF2分子的空间结构是角(V)形。(3)XeF2易升华，所以是分子晶体，其中心原子的价层电子对数为2＋eq\f(8－1×2,2)＝5，其中心原子的杂化方式应为sp3d。课时精练1．在NH3和NH4Cl存在的条件下，以活性碳为催化剂，用H2O2氧化CoCl2溶液来制备化工产品[Co(NH3)6]Cl3，下列表述正确的是()A．中子数为32，质子数为27的钴原子：eq\o\al(32,27)CoB．H2O2的电子式：C．NH3和NH4Cl化学键类型相同D．[Co(NH3)6]Cl3中Co的化合价是＋3答案D解析A项，中子数为32，质子数为27的元素，质量数为27＋32＝59，表示为eq\o\al(59,27)Co，错误；B项，H2O2为共价化合物，电子式为，错误；C项，NH3中只存在共价键，NH4Cl中既存在离子键又存在共价键，二者化学键类型不同，错误；D项，[Co(NH3)6]Cl3中，NH3整体为0价，Cl为－1价，所以Co的化合价为＋3，正确。2．下列关于化学键和化合物的说法正确的是()A．Na2O2、NaOH、CaCl2三种化合物含有相同的化学键B．金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物C．非金属元素组成的化合物一定是共价化合物D．HCl、H2S溶于水时只破坏了共价键答案D3．下列反应中，同时有离子键、极性共价键和非极性共价键的断裂和形成的反应是()A．NH4HCO3eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋CO2↑＋H2OB．NH3＋HCl=NH4ClC．2KOH＋Cl2=KCl＋KClO＋H2OD．2K2O2＋2CO2=2K2CO3＋O2答案D4．下列分子中所有原子都满足最外层8电子稳定结构的是()A．六氟化氙(XeF6) B．次氯酸(HClO)C．二氧化碳(CO2) D．三氟化硼(BF3)答案C解析XeF6中Xe不是8电子稳定结构，A错误；HClO中氢原子为2电子结构，B错误；CO2中所有原子都满足最外层8电子稳定结构，C正确；BF3中硼原子不是8电子稳定结构，D错误。5．下列说法正确的是()A．离子键就是使阴、阳离子结合成化合物的静电引力B．NH4NO3晶体中含共价键，是共价化合物C．H2O2、N2H4分子中只含有极性共价键D．某化合物熔融状态能导电，可以证明该化合物内一定存在离子键答案D解析离子键是阴、阳离子间的静电作用，包括引力和斥力，故A错误；硝酸铵是离子化合物，含有离子键和共价键，故B错误；H2O2的结构式为H—O—O—H，含有极性共价键和非极性共价键，N2H4中也是含有极性共价键和非极性共价键，故C错误；离子化合物在熔融状态下导电，共价化合物在熔融状态下不导电，故D正确。6．(2022·大连期末)下列说法正确的是()A．PCl3分子的空间结构是三角锥形，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模型都是四面体形D．AB3型分子的空间结构必为平面三角形答案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模型都是四面体形，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型分子的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。7．下列有关描述正确的是()A．NOeq\o\al(－,3)为V形分子B．ClOeq\o\al(－,3)的空间结构为平面三角形C．NOeq\o\al(－,3)的VSEPR模型、空间结构均为平面三角形D．ClOeq\o\al(－,3)的VSEPR模型、空间结构相同答案C解析NOeq\o\al(－,3)中N原子的价层电子对数为3＋eq\f(1,2)×(5＋1－2×3)＝3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形，A项错误，C项正确；ClOeq\o\al(－,3)中氯原子的价层电子对数为3＋eq\f(1,2)×(7＋1－3×2)＝4，有1个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，而空间结构为三角锥形，B、D项错误。8．下列说法正确的是()①S8分子中S原子采用的杂化轨道类型为sp3②C2H4分子中只有以s轨道与sp2杂化轨道“头碰头”方式重叠而成的σ键③SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角<120°④H3O＋中H—O—H的键角比H2O中H—O—H的键角大A．①② B．③④C．①②③ D．①③④答案D解析①S8是一个环形分子，每个S与两个其他S原子相连，S原子形成两个孤电子对，两个σ键，所以S是sp3杂化，正确；②碳碳双键中一个是σ键，还有一个是π键，错误；③SnBr2分子中，Sn原子的价层电子对数是eq\f(1,2)×(4－2×1)＋2＝3，含有1个孤电子对，SnBr2的空间结构为V形，根据价层电子对互斥模型可以判断其键角小于120°，正确；④H3O＋、H2O的9．缺电子化合物是指电子数不符合路易斯结构(一个原子通过共享电子使其价层电子数达到8，H原子达到2所形成的稳定分子结构)要求的一类化合物。下列说法错误的是()A．NH3、BF3、BFeq\o\al(－,4)中只有BF3是缺电子化合物B．BF3、BFeq\o\al(－,4)中心原子的杂化方式分别为sp2、sp3C．BF3与NH3反应时有配位键生成D．BFeq\o\al(－,4)的键角小于NH3答案D解析NH3的电子式为，BF3的电子式为，BFeq\o\al(－,4)的电子式为，只有BF3是缺电子化合物，故A正确；BF3中心原子B的价层电子对数为3＋eq\f(1,2)×(3－1×3)＝3，则杂化方式为sp2；BFeq\o\al(－,4)中心原子B的价层电子对数为4＋eq\f(1,2)×(3＋1－4×1)＝4，则杂化方式为sp3，故B正确；BF3与NH3反应时，NH3中N原子有孤电子对，BF3中B有空轨道，可生成配位键，故C正确；BFeq\o\al(－,4)和NH3均为sp3杂化，BFeq\o\al(－,4)中心原子无孤电子对，NH3有1个孤电子对，根据价层电子对互斥模型，孤电子对数增多，对成键电子的斥力增大，键角减小，则BFeq\o\al(－,4)的键角大于NH3，故D错误。10．CHeq\o\al(＋,3)、—CH3、CHeq\o\al(－,3)都是重要的有机反应中间体，下列有关它们的说法错误的是()A．CHeq\o\al(－,3)与H3O＋的空间结构均为三角锥形B．它们的C均采取sp2杂化C．CHeq\o\al(＋,3)中的所有原子均共面D．CHeq\o\al(＋,3)与OH－形成的化合物中不含有离子键答案B解析CHeq\o\al(－,3)与H3O＋中C原子与O原子价层电子对数都是4，且都含有1个孤电子对，均为三角锥形结构，A项正确；CHeq\o\al(＋,3)、—CH3、CHeq\o\al(－,3)中C的价层电子对数分别是3、4、4，根据价层电子对互斥模型知，C原子杂化类型分别是sp2、sp3、sp3，B项错误；CHeq\o\al(＋,3)中的碳原子采取sp2杂化，所有原子均共面，C项正确；CHeq\o\al(＋,3)与OH－形成的化合物是CH3OH，属于共价化合物，不含离子键，D项正确。11．(2022·黄石模拟)下列说法错误的是()A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱与化学键的强弱有关B．三硫化磷(P4S3)分子结构如图：，1molP4S3分子中含有9mol共价键C．丙烯腈分子中，碳原子的杂化方式有sp3、sp2D．CO的结构可以表示为，所以CO分子中有一个π键是配位键答案C解析键能：H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，其热稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI，A项正确；由题图可知，1个P4S3分子中有6个P—S、3个P—P共价键，则1molP4S3分子中含有9mol共价键，B项正确；由丙烯腈的结构可知，碳原子的杂化方式有sp、sp2，C项错误。12．(2022·东营联考)氨基氰(CH2N2)中C、N原子均满足8电子稳定结构，福州大学王新晨教授以其为原料制得类石墨相氮化碳(g－C3N4)，其单层结构如图所示。下列说法错误的是()A．氨基氰的结构式：B．氮化碳的单层结构中，所有原子可能共平面C．氨基氰易溶于水，氮化碳能导电D．氨基氰和氮化碳中，N原子杂化方式均为sp2和sp3答案D解析氨基氰(CH2N2)中C、N原子均满足8电子稳定结构，每个N原子形成3个共价键、C原子形成4个共价键，则该分子的结构式为，故A正确；类比石墨结构可知，氮化碳的单层结构中，所有原子可能共平面，故B正确；氨基氰易与水形成氢键，则易溶于水，类比石墨能导电，则氮化碳也能导电，故C正确；氨基氰的结构式为，碳氮三键中N原子采取sp杂化、氨基中N原子采取sp3杂化，故D错误。13．下列描述正确的是()①CS2为V形的极性分子②ClOeq\o\al(－,3)的空间结构为平面三角形③SF6中有6个完全相同的成键电子对④SiF4和SOeq\o\al(2－,3)的中心原子均为sp3杂化⑤HCHO分子中既含σ键又含π键A．①②③ B．②③④C．③④⑤ D．①④⑤答案C解析①CS2是直线形的非极性分子，错误；②ClOeq\o\al(－,3)中Cl原子形成3个σ键，含有的孤电子对数为eq\f(1,2)×(7＋1－3×2)＝1，则Cl原子采取sp3杂化，ClOeq\o\al(－,3)的空间结构为三角锥形，错误；④SiF4中Si原子形成4个σ键，SOeq\o\al(2－,3)中S原子形成3个σ键且有1个孤电子对，故Si、S原子均采取sp3杂化，正确；⑤HCHO分子的结构式为，每个HCHO分子中含有3个σ键和1个π键，正确。14．(1)请用以下物质的序号填空：①NaCl②Na2O2③NaOH④AlCl3⑤H2O2⑥N2⑦NH4Cl⑧CO2⑨He⑩P4其中只含有共价键的化合物有________，含有非极性共价键的离子化合物有________，含有极性共价键的离子化合物有________，不含共价键的化合物有________。(2)X、Y两种主族元素能形成XY2型化合物，已知XY2中共有38个电子，若XY2为常见元素形成的离子化合物，其电子式为__________________；若XY2为共价化合物，其结构式为____________。(3)现有a～g7种短周期元素，它们在元素周期表中的位置如图所示，请据此回答下列问题：①元素的原子间反应最容易形成离子键的是________(填字母，下同)，容易形成共价键的是______。A．c和f B．b和gC．d和g D．b和e②写出由a～g7种元素形成的，所有原子都满足最外层为8电子结构的任意一种分子的分子式：_____________________________________________