2016届高三化学分子结构与性质

2016届高三化学分子结构与性质第一页，共74页。1．共价键类型的判断及强弱比较。2．共价键、范德华力和氢键对物质性质的影响。3．杂化轨道类型的判断及利用价层电子对互斥理论和杂化轨道理论对分子、离子立体构型的判断和解释。第二页，共74页。第三页，共74页。一、共价键1．共价键的本质和特征 共价键的本质是在原子之间形成

(电子云的

)。其特征是共价键具有

和和

。共用电子对重叠饱和性方向性基础知识第四页，共74页。2．共价键的类型分类依据类型形成共价键的原子轨道重叠方式

键电子云“

”重叠

键电子云“

”重叠形成共价键的电子对是否偏移

键共用电子对发生________

键共用电子对不发生_______原子间共用电子对的数目

键原子间有

共用电子对

键原子间有

共用电子对

键原子间有

共用电子对σπ极性非极性单双三头碰头肩并肩偏移偏移一对两对三对第五页，共74页。3.键参数

(1)键能：

原子形成1mol化学键释放的最低能量，键能越

，化学键越稳定。

(2)键长：形成共价键的两个原子之间的

，键长越

，往往键能越

，共价键越稳定。

(3)键角：在原子数超过

的分子中，两个共价键之间的夹角，是描述

的重要参数。气态基态大核间距短大2分子立体结构第六页，共74页。怎样判断化学键的类型和数目？ 提示(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，这时形成离子键。(2)通过物质的结构式，可以快速有效地判断共价键的种类及数目；判断成键方式时，需掌握：共价单键全为σ键，双键中有一个σ键和一个π键，三键中有一个σ键和两个π键。思考第七页，共74页。二、分子的立体构型与性质1．杂化轨道理论

(1)概念：在外界条件的影响下，原子内部

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。能量相近第八页，共74页。(2)杂化轨道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

sp2

sp3

234180°120°109°28′直线形BeCl2BF3平面三角形四面体形CH4第九页，共74页。重合对称不对称不重合2.分子的极性第十页，共74页。

根据中心原子的最外层电子是否可以判断分子的极性？ 提示分子中的中心原子的最外层电子若全部成键，此分子一般为非极性分子；分子中的中心原子的最外层电子若未全部成键，此分子一般为极性分子。 如CH4、BF3、CO2等分子中的中心原子的最外层电子均全部成键，它们都是非极性分子。而H2O、NH3、NF3等分子中的中心原子的最外层电子均未全部成键，它们都是极性分子。思考第十一页，共74页。配位键

配位体

第十二页，共74页。空轨道

直线形

平面三角形

第十三页，共74页。5．结构和性质光学

第十四页，共74页。5．等电子原理：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，具有许多相近的性质。第十五页，共74页。1、通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是(

)

A．CH4和NH4+是等电子体，键角均为60°

B．NO3-和CO32-是等电子体，均为平面正三角形结构

C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构

D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道

2、根据等电子原理，下列各对粒子中，空间结构相似的是(

)

A．SO2与O3B．CO2与NO2

C．CS2与NO2D．PCl3与BF3A

B

第十六页，共74页。四、分子间作用力与物质性质1．概念：物质分子之间

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

和

。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，

相似的物质，随着

的增加，范德华力逐渐

，分子的极性越大，范德华力也越大。普遍范德华力氢键<<组成和结构相对分子质量增大第十七页，共74页。5．氢键

(1)形成：已经与

的原子形成共价键的

(该氢原子几乎为裸露的质子)与另一个分子中

的原子之间的作用力，称为氢键。 (2)表示方法：A—H…B

说明①A、B为电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素的原子。②A、B可以相同，也可以不同。电负性很强氢原子电负性很强第十八页，共74页。(3)特征具有一定的

性和

性。(4)分类氢键包括

氢键和

氢键两种。(5)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

，对电离和溶解度等产生影响。方向饱和分子内分子间升高第十九页，共74页。

下列事实均与氢键的形成有关，试分析其中氢键的类型。

(1)冰的硬度比一般的分子晶体的大；(2)甘油的粘度大；(3)邻硝基苯酚20℃时在水中的溶解度是对硝基苯酚的0.39倍；(4)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；(5)氨气极易溶于水；(6)氟化氢的熔点高于氯化氢。

(1)、(2)、(5)是分子间氢键；(3)、(4)中邻硝基苯酚、邻羟基苯甲酸存在分子内氢键，对硝基苯酚、对羟基苯甲酸存在分子间氢键；(6)中氟化氢存在分子间氢键，氯化氢无氢键。思考第二十页，共74页。6.相似相溶原理 非极性溶质一般能溶于

，极性溶质一般能溶于

。如果存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性

。非极性溶剂极性溶剂越好第二十一页，共74页。三点说明

(1)s轨道与s轨道重叠形成σ键时，电子不是只在两核间运动，而是电子在两核间出现的概率增大。

(2)因s轨道是球形的，故s轨道和s轨道形成σ键时，无方向性。两个s轨道只能形成σ键，不能形成π键。

(3)两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键。第二十二页，共74页。一个关系键参数与分子性质的关系第二十三页，共74页。一个模型价层电子对互斥模型

(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。杂化轨道数σ数孤电子对数电子对立体构型分子立体构型实例220直线形直线形BeCl2330平面三角形平面正三角形BF321V形SnBr2、SO2440四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O第二十四页，共74页。一个规律同种元素的含氧酸的强弱规律，其酸性具有如下规律：对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。第二十五页，共74页。一个公式利用价层电子对互斥理论判断分子的立体结构。中心原子:对ABn型分子，B围绕A成键，则A为中心原子，n值为中心原子结合的原子数。中心原子上的孤电子对数=1/2(a-粒子所带电荷数-xb);a:中心原子价电子数；X:与中心原子结合的原子数；b:与中心原子结合的原子最多能接受的电子数杂化轨道数==σ键+孤电子对数第二十六页，共74页。2中心原子上的孤电子对的确定分子或离子axb孤电子对H2OCO2NH3CH4HCHONH4+CO32-222211110000021444446354+2=65-1=43第二十七页，共74页。三点提醒氢键应用要注意：

(1)有氢键的分子间也有范德华力，但有范德华力的分子间不一定有氢键。

(2)一个氢原子只能形成一个氢键，这就是氢键的饱和性。

(3)分子内氢键基本上不影响物质的性质。第二十八页，共74页。问题征解某些共价键的键长数据如下表：共价键键长(nm)C—C0.1540.134—C≡C—0.120C—O0.143C===O0.122N—N0.146N===N0.120N≡N0.110第二十九页，共74页。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？提示原子半径、原子间形成共用电子对数目。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。

第三十页，共74页。杂化轨道的类型与常见分子的立体构型一、判断模型分子中心原子杂化轨道类型分子立体构型键角BeCl2sp直线形180°BF3、SO3sp2平面三角形120°CH4、SiH4CF4、CCl4sp3正四面体109°28′CH2===CH2、sp2平面形120°CHCHsp直线形180°sp2平面形120°NH3、NF3sp3三角锥形107°H2O、OF2sp3V形105°CO2、CS2sp直线形180°第三十一页，共74页。【例题1】

元素X和元素Y属于同一主族。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。

(1)确定X、Y两种元素在周期表中的位置。

(2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中，写出X质量分数为50%的化合物的化学式________；该分子的中心原子以sp2杂化，是________分子，分子构型为________。X：第二周期，ⅥA族；Y：第三周期，ⅥA族SO2极性V形第三十二页，共74页。(3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式________________________________________________________________________；该分子的中心原子以sp2杂化，是________分子，分子构型为________。(4)由元素氢、X、Y三种元素形成的化合物常见的有两种，其水溶液均呈酸性，试分别写出其分子式________、________，并比较酸性强弱：________。SO3非极性平面正三角形H2SO3第三十三页，共74页。(5)由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是________(写分子式)，分子构型为V形的是________(写分子式)。第三十四页，共74页。答案(1)X：第二周期，ⅥA族；Y：第三周期，ⅥA族(2)SO2极性V形(3)SO3非极性平面正三角形(4)H2SO3

H2SO4

H2SO4>H2SO3(5)H2O2

H2O第三十五页，共74页。判断时需注意以下两点：

(1)价层电子对互斥模型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构型，不包括孤电子对。①当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致；②当中心原子有孤电子对时，两者的构型不一致。(2)价层电子对互斥模型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。

第三十六页，共74页。【应用1】

按下列要求写出第二周期非金属元素组成的中性分子的化学式及中心原子的杂化方式，电子对立体构型。 ①平面正三角形分子：分子式________，杂化方式是________，电子对立体构型________。 ②三角锥形分子：分子式________，杂化方式是________，电子对立体构型________。 ③正四面体形分子：分子式________，杂化方式是________，电子对立体构型________。第三十七页，共74页。解析第二周期非金属元素有B、C、N、O、F。①在BF3中成键电子对有3对，孤电子对为0，所以电子对立体构型为平面三角形，分子构型也为平面正三角形，中心原子采取sp2杂化。②在NF3中成键电子对有3对，孤电子对有1对，所以电子对立体构型为四面体形，分子构型为三角锥形，中心原子采取sp3杂化。③在CF4中，成键电子对有4对，没有孤电子对，所以电子对立体构型为正四面体形，分子构型也为正四面体形，中心原子采取sp3杂化。答案①BF3

sp2平面正三角形②NF3

sp3正四面体形③CF4

sp3正四面体形第三十八页，共74页。不同微粒间相互作用的比较1．三种化学键的比较类型比较离子键共价键金属键非极性键极性键配位键本质阴、阳离子间通过静电作用形成相邻原子间通过共用电子对(电子云重叠)与原子核间的静电作用形成金属阳离子与自由电子间的作用成键条件(元素种类)成键原子的得、失电子能力差别很大(活泼金属与非金属之间)成键原子得、失电子能力相同(同种非金属)成键原子得、失电子能力差别较小(不同非金属)成键原子一方有孤电子对(配位体)，另一方有空轨道(中心离子)同种金属或不同种金属(合金)第三十九页，共74页。类型比较离子键共价键金属键非极性键极性键配位键特征无方向性无饱和性有方向性、饱和性无方向性无饱和性表示方式(电子式)举例

H:H

存在离子化合物(离子晶体)单质H2，共价化合物H2O2，离子化合物Na2O2共价化合物HCl，离子化合物NaOH离子化合物NH4Cl金属单质(金属晶体)

第四十页，共74页。2.范德华力、氢键、共价键的比较范德华力氢键共价键概念物质分子之间普遍存在的一种相互作用力，又称分子间作用力已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很强的原子之间的作用力原子间通过共用电子对形成的相互作用分类分子内氢键、分子间氢键极性共价键、非极性共价键、配位键存在范围分子间某些含强极性键氢化物的分子间(如HF、H2O、NH3)或含F、N、O及H的化合物的分子内或其分子间双原子或多原子的分子或共价化合物和某些离子化合物第四十一页，共74页。范德华力氢键共价键特征无方向性、无饱和性有方向性、有饱和性有方向性、有饱和性强度比较共价键>氢键>范德华力影响强度的因素①随着分子极性和相对分子质量的增大而增大②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大对于A—H…B，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，氢键越牢固成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定对物质性质的影响①影响物质的熔、沸点、溶解度等物理性质；②组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质的熔、沸点升高。如熔、沸点F2<Cl2<Br2<I2，CF4<CCl4<CBr4<CI4分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸点：H2O>H2S，HF>HCl，NH3>PH3①影响分子的稳定性；②共价键键能越大，分子稳定性越强第四十二页，共74页。【例题2】

短周期的5种非金属元素，其中A、B、C的特征电子排布可表示为：A：asa，B：bsbbpb，C：csccp2c，D与B同主族，E在C的下一周期，且是同周期元素中电负性最大的元素。 回答下列问题：

(1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子，下列分子①BC2

②BA4

③A2C2

④BE4，其中属于极性分子的是________(填序号)。第四十三页，共74页。回答下列问题：(1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子，下列分子①BC2

②BA4

③A2C2

④BE4，其中属于极性分子的是________(填序号)。(2)C的氢化物比下周期同族元素的氢化物沸点还要高，其原因是_____________。(3)B、C两元素都能和A元素组成两种常见的溶剂，其分子式为________、________。DE4在前者中的溶解性________(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解性。(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为___________________________(填化学式)。第四十四页，共74页。(2)C的氢化物比下周期同族元素的氢化物沸点还要高，其原因是______________________________________。(3)B、C两元素都能和A元素组成两种常见的溶剂，其分子式为________、________。DE4在前者中的溶解性________(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解性。第四十五页，共74页。(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为__________(填化学式)。(5)A、C、E三种元素可形成多种含氧酸，如AEC、AEC2、AEC3、AEC4等，以上列举的四种酸其酸性由强到弱的顺序为______________________________________(填化学式)。第四十六页，共74页。解析由五种元素为短周期非金属元素，以及s轨道最多可容纳2个电子可得：a＝1，b＝c＝2，即A为H元素，B为C元素，C为O元素。由D与B同主族，且为非金属元素得D为Si元素；由E在C的下一周期且E为同周期电负性最大的元素可知E为Cl元素。第四十七页，共74页。(1)①、②、③、④分别为CO2、CH4、H2O2、CCl4，其中H2O2为极性分子，其他为非极性分子。(2)C的氢化物为H2O，H2O分子间可形成氢键是其沸点较高的主要原因。(3)B、A两元素组成苯，C、A两元素组成水，两者都为常见的溶剂，SiCl4为非极性分子，易溶于非极性溶剂苯中。第四十八页，共74页。(4)BA4、BE4、DE4分别为CH4、CCl4、SiCl4，三者组成和结构相似，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，故它们的沸点顺序为SiCl4>CCl4>CH4。(5)这四种酸分别为HClO、HClO2、HClO3、HClO4，含氧酸的通式可写为(HO)mROn(m≥1，n≥0)，n值越大，酸性越强，故其酸性由强到弱的顺序为HClO4>HClO3>HClO2>HClO。第四十九页，共74页。答案(1)③

(2)H2O分子间可形成氢键(3)C6H6

H2O大于(4)SiCl4>CCl4>CH4(5)HClO4>HClO3>HClO2>HClO第五十页，共74页。(1)在对物质性质进行解释时，是用化学键知识解释，还是用范德华力或氢键的知识解释，要根据物质的具体结构决定。(2)范德华力越大，熔、沸点越高。组成结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。同分异构体中，支链越多，范德华力越小。相对分子质量相近的分子，极性越大，范德华力越大。第五十一页，共74页。【应用2】

已知N、P同属于元素周期表的第ⅤA族元素，N在第二周期，P在第三周期。NH3分子呈三角锥形，N原子位于锥顶，3个H原子位于锥底，N—H键间的夹角是107.3°。

(1)PH3分子与NH3分子的构型关系是________(填“相同”、“相似”或“不相似”)，P—H键________极性(填“有”或“无”)，PH3分子________极性(填“有”或“无”)。第五十二页，共74页。(2)NH3比PH3热稳定性更强的原因是_________________。(3)NH3与PH3在常温、常压下都是气体，但NH3比PH3易液化，其主要原因是________。A．键的极性N—H比P—H强B．分子的极性NH3比PH3强C．相对分子质量PH3比NH3大D．NH3分子之间存在特殊的分子间作用力第五十三页，共74页。解析(1)N原子与P原子结构相似，NH3分子与PH3分子的结构也相似，P—H键为不同元素原子之间形成的共价键，为极性键。(2)N—H键比P—H键的键长短，键能大，所以NH3比PH3稳定。(3)NH3比PH3易液化的主要原因是NH3分子间存在氢键。答案(1)相似有有(2)N—H键比P—H键的键长短、键能大，更稳定(3)D

第五十四页，共74页。1．一项科学研究成果表明，铜锰氧化物(CuMn2O4)能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛(HCHO)。

(1)向一定物质的量浓度的Cu(NO3)2和Mn(NO3)2溶液中加入Na2CO3溶液，所得沉淀经高温灼烧，可制得CuMn2O4。 ①Mn2＋基态的电子排布式可表示为___________。第五十五页，共74页。(2)在铜锰氧化物的催化下，CO被氧化为CO2，HCHO被氧化为CO2和H2O。①根据等电子体原理，CO分子的结构式为____________。②H2O分子中O原子轨道的杂化类型为_____________。③1molCO2中含有的σ键数目为_____________________。(3)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu(OH)4]2－。不考虑空间构型，[Cu(OH)4]2－的结构可用示意图表示为___________________________________________。第五十六页，共74页。第五十七页，共74页。答案(1)①1s22s22p63s23p63d5(或[Ar]3d5)

②平面三角形(2)①C≡O

②sp3

③2×6.02×1023个(或2NA)(3)

第五十八页，共74页。2．金属镍在电池、合金、催化剂等方面应用广泛。

(1)下列关于金属及金属键的说法正确的是________。

a．金属键具有方向性与饱和性

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第五十九页，共74页。(2)过渡金属配合物Ni(CO)n的中心原子价电子数与配体提供电子总数之和为18，则n＝________。CO与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为________。(3)甲醛(H2C===O)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醇分子内C原子的杂化方式为________，甲醇分子内的O—C—H键角________(填“大于”“等于”或“小于”)甲醛分子内的O—C—H键角。第六十页，共74页。解析(1)金属键没有方向性和饱和性，a错；金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用，b对；金属导电是因为在外加电场作用下自由电子发生定向移动，c错：金属具有光泽是因为自由电子能够吸收并放出可见光，d错。(2)中心原子Ni的价电子数为10，配体CO中1个O提供2个电子，故n＝4。CO中C和O间为三键，含有1个σ键、2个π键。(3)甲醇分子内C为sp3杂化，而甲醛分子内C为sp2杂化，故甲醇分子内O—C—H键角比甲醛分子内O—C—H键角小。答案(1)b

(2)4

1∶2

(3)sp3小于第六十一页，共74页。3．1)在BF3分子中，F—B—F的键角是________，B原子的杂化轨道类型为________，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的立体构型为________。

(2)在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为________，层间作用力为________。第六十二页，共74页。答案(1)120°

sp2正四面体形(2)共价键(或极性共价键)分子间作用力第六十三页，共74页。1．(2012·新课标，37节选)ⅥA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：

(1)S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是________。第六十四页，共74页。①H2SeO3和H2SeO4第一步电离程度大于第二步电离的原因：_____________________________________；②H2SeO4比H2SeO3酸性强的原因：________________________________________。第六十五页，共74页。第六十六页，共74页。(3)所给两种酸均为二元酸，当第一步电离出H＋后，由于生成的阴离子对正电荷有吸引作用，因此较难再电离出H＋。H2SeO3中Se为＋4价，而H2SeO4中Se为＋6价，Se的正电性更