高三人教版化学一轮复习课件18.43分子结构与性质 108张

第十八章分子结构与性质

ＧＡＯＫＡＯＪＩＮＸＩＮＧＳＨＩ

学案４３分子结构与性质1共108页轻松学教材

一､共价键

1.共价键的本质及特征

共价键的本质是在原子之间形成共用电子对,其特征是具有饱和性和方向性｡

2共108页2.共价键的类型

(1)按成键原子间共用电子对的数目分为单键､双键､三键｡

(2)按共用电子对是否偏移分为极性键､非极性键｡

(3)按原子轨道的重叠方式分为σ键､π键,前者的电子云具有轴对称性,后者的电子云具有镜像对称性｡

3共108页3.键参数

(1)键能:气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量,键能越大,化学键越稳定｡

(2)键长:形成共价键的两个原子之间的核间距,键长越短,共价键越稳定｡

(3)键角:在原子数超过2的分子中,两个共价键之间的夹角｡

4共108页4.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,它们的许多性质相近｡

5共108页二､分子的空间结构

1.价层电子对互斥模型的两种类型

价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型,而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型,不包括孤对电子｡

(1)当中心原子无孤对电子时,两者的构型一致;

(2)当中心原子有孤对电子时,两者的构型不一致｡

6共108页2.杂化轨道理论

当原子成键时,原子的价电子轨道相互混杂,形成与原轨道数目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,形成分子的空间构型不同｡

7共108页3.价层电子对互斥模型､杂化轨道理论与分子空间构型的关系

8共108页9共108页4.配合物理论简介

(1)配位键的形成条件

提供共用电子对的原子有孤对电子,接受共用电子对的原子有空轨道｡

(2)配位化合物

①定义:金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物｡

②组成:如对于OH,中心原子为Ag,配体为NH3,配位数为2｡

10共108页三､分子的性质

1.范德华力､氢键及共价键比较

11共108页12共108页13共108页14共108页特别提醒: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氢键主要影响物质的物理性质｡

15共108页2.分子的极性

(1)极性分子:正电中心和负电中心不重合的分子｡

(2)非极性分子:正电中心和负电中心重合的分子｡

3.溶解性

(1)“相似相溶”的规律:非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂｡若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好｡

(2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小｡

16共108页4.手性

具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如左手和右手一样互为镜像,在三维空间里不能重叠的现象｡

5.无机含氧酸分子的酸性

无机含氧酸可写成(HO)mROn,如果成酸元素R相同,则n值越大,R的正电性越高,使R—O—H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HClO<HClO2<HClO3<HClO4｡

17共108页体验热身

1.关于氢键,下列说法正确的是()

A.每一个水分子内含有两个氢键

B.冰､水和水蒸气中都存在氢键

C.DNA中的碱基互补配对是通过氢键来实现的

D.H2O是一种非常稳定的化合物,这是由于氢键所致

答案:C

18共108页解析:水分子内不存在氢键,水分子间可形成氢键,A不正确;气态物质分子之间无相互作用(理想气体模型),因而气体(包含水蒸气)中无氢键存在,B不正确;DNA的双螺旋结构是靠碱基配对形成的,而含氮原子的碱基之间的互补配对,则是通过氢键来实现的,C正确;水分子之所以非常稳定,是由于水分子中O—H键是共价键,而非H2O分子之间的氢键所致,D不正确｡

19共108页2.下列说法正确的是()

A.含有非极性键的分子一定是非极性分子

B.非极性分子中一定含有非极性键

C.由极性键形成的双原子分子一定是极性分子

D.键的极性与分子的极性无关

答案:C

20共108页解析:含有非极性键的分子不一定是非极性分子,如H2O2,非极性分子中不一定含有非极性键,如CH4､CO2均是非极性分子,却都只含有极性键｡分子的极性除与键的极性有关外,还与分子空间构型有关｡

21共108页3.下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液,不能产生AgCl沉淀的是()

A.[Co(NH3)4Cl2]Cl B.[Co(NH3)3Cl3]C.[Co(NH3)6]Cl3 D.[Co(NH3)5Cl]Cl2答案:B

22共108页解析:A､C､D的外界均为Cl-,其水溶液中均含有自由移动的Cl-,加入AgNO3溶液可生成AgCl沉淀,而B中Cl-在配合物的内界,不易电离,加入AgNO3溶液也不能生成AgCl沉淀｡

23共108页4.下列化合物中,按沸点由高到低的顺序排列,正确的是()

A.③②① B.②③①

C.①②③ D.③①②

答案:C

24共108页解析:邻羟基苯甲酸分子内可以形成氢键,分子间不存在氢键,熔沸点最低;对羟基苯甲酸分子内不能形成氢键,主要是在分子间形成氢键,熔沸点最高｡

25共108页5.写出Ag(NH3)2OH的中心原子､配体､配位数,并写出它电离的离子方程式｡

答案:中心原子:Ag配体:NH3配位数:2

Ag(NH3)2OH===[Ag(NH3)2]++OH-26共108页解析:Ag(NH3)2OH的中心原子是Ag,配体是NH3,配位数是

2｡由于配合物的内界是以配位键形成的,一般不电离,而内界和外界之间是通过离子键相结合的,可以完全电离｡所以电离方程式为Ag(NH3)2OH===[Ag(NH3)2]++OH-27共108页6.说明下列分子是由哪些轨道或杂化轨道重叠成键的,并指明分子的空间构型｡

(1)ICl______________;(2)NI3______________;

(3)CH3Cl______________;(4)CO2______________｡

答案:见解析

28共108页解析:(1)ICl:Cl以一个3p轨道与I以一个5p轨道重叠成键,形成的双原子分子为直线形｡

(2)NI3:N原子不等性sp3杂化,除一对孤对电子,另外的三个杂化轨道分别与三个I原子的各一个5p轨道重叠成键;空间构型为三角锥形｡29共108页(3)CH3Cl:C原子通过sp3杂化形成四个杂化轨道,其中三个sp3杂化轨道与三个H原子的1s轨道重叠形成三个sp3—sσ共价键,另一杂化轨道与Cl原子的含单电子的3p轨道重叠,形成一个sp3—pσ共价键;空间构型为四面体形｡

30共108页(4)CO2:C原子的一个2s轨道与一个2p轨道采取sp杂化,形成两个成分相同､能量相等的sp杂化轨道,再与两个O原子中各一个含单电子的2p轨道重叠,形成sp—pσ键;C原子中余下的两个2p轨道(各含一个电子)再分别与一个O原子(共两个)中的另一个2p轨道重叠形成sp—pπ键｡因此每一对碳氧原子组合间含有一个σ键和一个π键,为双键结构;三个原子在同一条直线上,为直线形分子｡

31共108页7.美国科学家威廉·诺尔斯､伯利·沙普利斯和日本化学家野依良治因通过使用快速和可控的重要化学反应来合成某些手性分子的方法而获得2001年的诺贝尔化学奖｡所谓手性

分子是指在分子结构 中,a､b､x､y为彼此互不相

同的原子或原子团时,称此分子为手性分子｡32共108页中心碳原子为手性碳原子｡例如:普通氨基酸中的丙氨酸(如下图所示)即为手性分子,它有两种形状:S-丙氨酸和R—丙氨酸,它们互为镜像｡不管我们如何旋转这些图形,都不能让它们互相重叠,这种现象称为对映异构｡乳酸 是人体生理活动的一种代谢产物,它是否存在对映异构体?乳酸分子中可能处于同一平面的原子数目最多有几个?

33共108页答案:存在｡7个｡34共108页重点探究

两种共价键类型σ键和π键的比较σ键π键重叠方式原子轨道以“头碰头”方式重叠成键，重叠程度大原子轨道以“肩并肩”方式(侧面)重叠成键特征绕轴转动不破坏键，有s－s、s－p、p－p等类型轨道侧面不能动存在存在于一切共价键中。可以单独存在，也可跟π键共同存在存在于重键中。跟σ键同时存在，如碳碳双键、碳碳三键中有σ键和π键实例H2、Cl2、CH4、卤化氢等分子中O2、N2、C2H4、C2H2等分子中强度有机化合物中σ键比π键牢固，π键易发生断裂。C2H4、C2H2等发生加成反应时其中的π键断裂、σ键不变。35共108页ＡＢｎ型分子极性的判断方法1.化合价法

ABn型分子中中心原子的化合价的绝对值等于该原子的价电子数时,该分子为非极性分子,此时分子的空间结构对称;若中心原子的化合价的绝对值不等于其价电子数目,则分子的空间结构不对称,其分子为极性分子,具有实例如下:

36共108页化学式BF3CO2PCl5SO3H2ONH3SO2PCl3中心原子化合价绝对值34562345中心原子价电子数34566565分子极性非极性非极性非极性非极性极性极性极性极性37共108页2.根据所含键的类型及分子的空间构型判断

当ABn型分子的空间构型是空间对称结构时,由于分子中正负电中心重合,故为非极性分子,如CO2(直线形),BF3(平面正三角形)､CH4(正四面体形)等均为非极性分子｡当ABn型分子的空间构型不是空间对称结构时,一般为极性分子,如H2O(V形)､NH3(三角锥形),它们均为极性分子｡38共108页(1)A—A型分子一定是非极性分子,如N2､Cl2｡

(2)A—B型分子一定是极性分子,如HCl､HF｡

(3)AB2型分子除线型结构B—A—B为非极性分子外,其他均为极性分子｡如CO2､CS2为非极性分子,H2S､H2O为极性分子｡

39共108页(4)AB3型分子除平面正三角形结构 为极性分子

外,其他均为极性分子｡如BF3为非极性分子,NH3､PH3为极性分子｡

(5)AB4型除正四面体结构 及平面正四边形结构

为非极性分子外,其他均为极性分子｡如CH4､

CCl4､SiF4为非极性分子｡

40共108页3.据中心原子最外层电子是否全部成键判断

中心原子即其他原子围绕它成键的原子｡分子中的中心原子最外层电子若全部成键,此分子一般为非极性分子;分子中的中心原子最外层电子未全部成键,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｡

41共108页命题聚焦

聚焦1共价键的概念和类型42共108页【例1】下列对HCl､Cl2､H2O､NH3､CH4一组分子中共价键形成方式的分析正确的是()

A.都是σ键,没有π键

B.都是π键,没有σ键

C.既有π键,又有σ键

D.除CH4外,都是σ键

答案:A

43共108页44共108页聚焦2价层电子对互斥理论､杂化轨道理论及空间构型的关系【例2】元素X和Y属于同一主族｡负二价的元素X和氢形成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%｡

45共108页(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,X质量分数为50%的化合物的化学式为__________;该分子中中心原子以_____________杂化,是________分子,分子构型为_____________｡

X:第二周期､ⅥA族;Y:第三周期,ⅥA族｡SO2sp2极性V形46共108页(3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式________;该分子中中心原子以___________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:______________｡

SO3sp2非极性平面三角形H2SO3､H2SO4H2SO4>H2SO347共108页解析:根据氢化物化学式H2X和X的质量分数可推知,X的相对原子质量为16,则X为O,Y为S,则其氧化物分别为SO2､SO3,根据杂化轨道理论易确定其分子构型､极性｡三种元素组成的化合物为H2SO3､H2SO4,由无机含氧酸的判断知酸性:H2SO4>H2SO3｡

48共108页方法归纳:根据分子构型可以判断分子的极性,但必须注意键对极性的影响｡例如,同是直线形的O==C==O和H—C≡N,前者为非极性分子,后者为极性分子;同是四面体形的CH4和CH3Cl,前者为非极性分子,后者为极性分子｡

49共108页聚焦3微粒间作用力及其对物质性质的影响

【例3】A､B､C､D四种元素处于同一短周期,在同族元素中,A的气态氢化物的沸点最高,B的最高价氧化物对应的水化物的酸性在同周期中是最强的,C的电负性介于A､B之间,D与B相邻｡

50共108页(1)C的原子的价电子排布式为______________｡

(2)在B的单质分子中存在_______个π键,________个σ键｡

(3)已知B的气态氢化物很容易与H+结合,B原子与H+间形成的键叫__________,形成的离子空间构型为____________,其中B原子采取的杂化方式是_________｡

2s22p421配位键正四面体形sp3杂化51共108页(4)在A､B､C､D四种元素形成的电子数相同的四种氢化物中沸点最低的是_____________(写分子式),其沸点显著低于其他三种氢化物的原因是______________｡

CH4分子间只有范德华力没有氢键,而NH3､H2O､HF分子间还存在氢键

CH452共108页解析:根据题给信息,A为短周期元素,其气态氢化物的相对分子质量在同族元素氢化物中不是最大的,而沸点最高,说明A的氢化物可形成氢键,故A可能是N､O､F中的一种,则A､B､C､D为第二周期元素,B的最高价氧化物对应的水化物的酸性在同周期中是最强的,则B为N,C的电负性介于A､B之间,则C为O,A为F;D与B相邻,则为碳｡

53共108页(1)主族元素的价电子指最外层电子,排布式为2s22p4;

(2)B单质即N2,其结构式为N≡N,三键中有一个σ键,2个π键;

(3)NH3分子中N原子上有一对孤对电子,可与H+以配位键结合成NH+4,据价层电子对互斥模型该微粒为正四面体形,其中N的杂化方式为sp3杂化｡

(4)F的氢化物只有HF一种,电子数为10,其他有10个电子的氢化物分别是NH3､H2O､CH4,其中CH4沸点最低,因为只有CH4,分子间不能形成氢键,其他三种分子间均形成氢键,故它们的氢化物沸点显著高于CH4｡

54共108页聚焦4键的极性和分子极性

【例4】NH3和H2S是由极性键构成的极性分子,而CO2与CCl4则是由极性键构成的非极性分子,根据上述事实可推断出ABn分子是非极性分子的经验性规律应是()

A.在ABn分子中,A原子最外层电子全部参与成键

B.分子中不含有氢原子

C.分子中每个共价键的键长都应相等

D.在ABn分子中,A的相对原子质量应小于B的相对原子质量

55共108页解析:判断ABn型分子的极性,除根据键的极性及分子空间构型外,还可根据中心原子(A)有无孤对电子判断,也可根据中心原子(A)的最外层电子是否全部成键来判断｡CO2､CH4分子中,中心C原子有4个价电子,表现+4价,即4个价电子全部参与成键,分子结构对称,为非极性分子;NH3､H2S分子中,中心原子N､S原子分别有5个､6个价电子,分别表现-3､-2价,即价电子没有全部参与成键,分子结构不对称,为极性分子｡

答案:A

56共108页聚焦5配合物理论

【例5】下列化合物中不存在配位键的是()

A.NH4Cl B.CuSO4·5H2O

C.[Ag(NH3)2]NO3 D.C2H5OH57共108页解析: 中均存在配位键,CuSO4·5H2O中也存在H2O中的氧提供孤对电子,Cu2+提供空轨道的配位键,但C2H5OH中不存在配位键｡

答案:D

58共108页高效作业

1.下列说法中不正确的是()

A.σ键比π键重叠程度大,形成的共价键强

B.两个原子之间形成共价键时,最多有一个σ键

C.气体单质中,一定有σ键,可能有π键

D.N2分子中有一个σ键,2个π键

答案:C

59共108页解析:从原子轨道的重叠程度看,π键轨道重叠程度比σ键重叠程度小,故π键稳定性低于σ键,A项正确;根据电子云有形状和成键时的重叠原则,两个原子形成的共价键最多只有一个σ键,可能没有π键,也可能有1个或2个π键,B正确;稀有气体为单原子分子,不存在化学键,故C项错误｡

60共108页2.若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子,运用价层电子对互斥模型,下列说法正确的是()

A.若n=2,则分子的立体结构为V形

B.若n=3,则分子的立体结构为三角锥形

C.若n=4,则分子的立体结构为正四面体形

D.以上说法都不正确

答案:C

61共108页解析:若中心原子A上没有未用于成键的孤对电子,则根据斥力最小的原则,当n=2时,分子结构为直线形;n=3时,分子结构为平面三角形;n=4时,分子结构为正四面体形｡

62共108页3.Co(+3价)的八面体配合物CoClm·nNH3,若1mol配合物与AgNO3作用生成1molAgCl沉淀,则m､n的值是()

A.m=1,n=5

B.m=3,n=4

C.m=5,n=1

D.m=4,n=5

答案:B

63共108页解析:由1mol配合物生成1molAgCl知道1mol配合物电离出1molCl-,即配离子显+1价,外界有一个Cl-,又因为Co显+3价,所以[CoClm-1·nNH3]+中有两个Cl-,即m=3,又因为是八面体,所以n=6-2=4｡

64共108页4.下列分子中画横线的原子的杂化轨道类型属于sp杂化的是()

A.CH4 B.C2H4

C.C2H2 D.NH3

答案:C

65共108页解析:本题考查了杂化轨道理论的有关知识｡CH4分子中碳原子的杂化轨道是由一个2s轨道和三个2p轨道重新组合而成,属sp3杂化,C2H4分子中碳原子的杂化属sp2杂化,C2H2分子中的碳原子的原子轨道发生的是sp杂化,NH3分子中的N原子的原子轨道发生的是sp3杂化｡66共108页5.下列叙述正确的是()

A.NH3是极性分子,分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心

B.CCl4是非极性分子,分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心

C.H2O是极性分子,分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央

D.CO2是非极性分子,分子中C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央

答案:C

67共108页解析:NH3是三角锥形的极性分子,A错;CCl4是以C原子为中心的正四面体形结构,B错;CO2是C原子在2个O原子中央的直线形分子,D错;而水分子是O在两个H中间的V形分子,

即 ,故选C｡68共108页6.已知某些共价键的键能,试回答下列问题:共价键键能/(kJ·mol－1)共价键键能/(kJ·mol－1)H—H436.0O—H462.8Cl—Cl242.7N≡N946C—H413.4H—Cl431.669共108页(1)H—H键的键能为什么比Cl—Cl键的键能大?

(2)已知H2O在2000℃时有5%的分子分解,而CH4在1000℃时可以完全分解为C和H2,试解释其中的原因｡

(3)试解释氮气为什么能在空气中稳定存在｡

答案:(1)因为H原子半径比Cl原子小,H—H键键长比Cl—Cl键键长短,故键能大｡

(2)CH4分子不如H2O稳定,因为O—H键键能大于C—H键键能(462.8kJ·mol-1>413.4kJ·mol-1)｡

(3)因为N≡N键能大,故分子的稳定性强｡70共108页7.2001年诺贝尔化学奖获得者在“手性催化氢化反应”“手性催化氧化反应”领域作出突出贡献｡在有机物A分子中,带“*”碳原子连接着四个不同的原子或原子团,这种碳原子称为手性碳原子｡凡有一个手性碳原子的物质一定具有光学活性｡

71共108页(1)如上所示的有机物A发生下列反应后其生成物也有光学活性的是()

①与乙酸发生酯化反应

②与NaOH水溶液共热

③与新制氢氧化铜反应

④在催化剂存在下与H2作用

⑤在催化剂铜或银存在的条件下被空气氧化

A.全部 B.①②④⑤

C.①④ D.只有③

D72共108页(2)下列分子中,没有光学活性的是________,含有两个手性碳原子的是______________｡

A.乳酸CH3—CHOH—COOH

B.甘油CH2OH—CHOH—CH2OH

C.脱氧核糖

CH2OH—CHOH—CHOH—CH2—CHO

D.核糖CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHO

BC73共108页(3)有机物Y分子式为C4H8O3,它有多种同分异构体｡其中属于多羟基醛,且分子中只有一个手性碳原子的异构体有数种,请写出它们的结构简式,并标出手性碳原子｡74共108页解析:(1)与乙酸发生酯化反应时,醇羟基反应后,原手性碳原子连2个CH3COOCH2—;与NaOH水溶液共热时酯基水解,原手性碳原子连2个HOCH2—;在催化剂存在下与H2作用,—CHO变成—CH2OH;在催化剂铜或银存在的条件下被空气氧化时,—CH2OH变成—CHO;以上情况下所得产物均无手性碳原子,无光学活性,而与新制Cu(OH)2反应后,—CHO变成—COOH,原手性碳原子所连4个基团仍然不相同,产物仍有光学活性｡

75共108页(2)乳酸分子中有1个手性碳原子,甘油分子中无手性碳原子,脱氧核糖分子中有2个手性碳原子,核糖分子中有3个手性碳原子｡

76共108页(3)符合题目要求的同分异构体有3种:

有2个手性碳原子,不合题意｡

77共108页8.元素周期表中ⅣA族元素Y和ⅥA族元素X可形成离子 ,其结构可表示为78共108页的n值为____________｡(2)X和Y还可形成二聚离子 ,其中的化学键只有X—Y键｡该二聚离子的结构式为______________｡

479共108页9.A､B､C､D分别代表四种不同的短周期元素｡A元素的原子最外层电子排布为ns