第二章分子结构与性质（知识清单）-高二化学（人教版2019选择性必修2）

第二章分子结构与性质知识清单考点1共价键一、共价键1.定义：原子间通过共用电子对所形成的相互作用叫做共价键。2.本质：是在原子之间形成共用电子对。共价键形成的原因是成键原子相互接近，原子轨道发生重叠，自旋方向相反的未成对电子形成共用电子对。3.特征特征概念作用存在情况饱和性每个原子所能形成的共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的饱和性决定了分子的组成。所有的共价键都具有饱和性方向性在形成共价键时，原子轨道重叠的越多，电子在核间出现的概率越大，所形成的共价键就越牢固，因此共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，所以共价键具有方向性方向性决定了分子的空间结构。并不是所有共价键都具有方向性4.形成条件：通常电负性相同或差值较小的非金属元素原子之间形成共价键，大多数电负性之差小于1.7的金属与非金属原子之间形成共价键。5.表示方法(1)用一条短线表示一对共用电子所形成的共价键，如HH(2)用“=”表示原子间共用两对电子所形成的共价键，如C=C(3)用“≡”表示原子间共用三对电子所形成的共价键，如C≡C6.类型σ键π键成键示意图(常见类型)原子轨道重叠方式“头碰头”重叠“肩并肩”重叠对称类型轴对称镜面对称原子轨道重叠程度大小键的强度轨道重叠程度大，键的强度较大，键越牢固轨道重叠程度较小，键比较容易断裂，不如σ键牢固活泼性不活泼活泼成键规律共价单键是σ键；共价双键中一个键是σ键，另一个键是π键；共价三键中一个键是σ键，另外两个键是π键旋转情况以形成σ键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子可以绕轴旋转，并不破坏σ键的结构以形成π键的两个原子核的连线为轴，任意一个原子并不能单独旋转，若单独旋转则会破坏π键的结构存在情况能单独存在，可存在于任何含共价键的分子或离子中不能单独存在，必须与σ键共存，可存在于共价双键和共价三键中联系只有在形成σ键后，余下的p轨道才能形成π键实例CH4、OHN≡N中既含有σ键，又含有π键说明：①一般情况下，σ键比π键牢固，但并不是所有分子中的σ键都比π键牢固（例如：N2）②并不是所有的分子都含有σ键键参数——键能、键长与键角1.键能：(1)概念：气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量称为键能。(2)条件和单位：键能通常是298.15K、101kPa条件下的标准值，单位为kJ·mol1(3)应用：①判断共价键的稳定性：原子间形成共价键时，原子轨道重叠程度越大，体系能量降低越多，释放能量越多，形成共价键的键能越大，共价键越牢固。②判断分子的稳定性：一般来说，结构相似的分子，共价键的键能越大，分子越稳定。例如分子的稳定性：HF>HCl>HBr>HI。③利用键能计算反应热：△H=反应物的键能总和生成物的键能总和。(4)测定方法：键能可通过实验测定，更多的却是推算获得的注：同种类型的共价键，键能大小为：单键<双键<三键2.键长(1)概念：构成化学键的两个原子的核间距叫做该化学键的键长。由于分子中的原子始终处于不断振动之中，键长只是振动着的原子处于平衡位置时的核间距。(2)应用：①判断共价键的稳定性：键长是衡量共价键稳定性的另一个重要参数。键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。②判断分子的空间构型：键长是影响分子空间结构的因素之一。(3)定性判断键长的方法①根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。②根据共用电子对数判断。相同的两原形成共价键时，单键键长>双键键长>三键键长。3.键角(1)概念：在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角称为键角。(2)意义：键角可反映分子的空间结构，是描述分子空间结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。(3)常见分子的键角及分子空间结构：分子键角空间结构CO2（O=C=O）180°直线形H2O（HO）105°V形(或称角形)NH3（NH）107°三角锥形CH4（CH）109º28´正四面体形P4（PP）60º正四面体形(4)测定方法：键长和键角的数值可通过晶体的X射线衍射实验获得小结：键参数对分子性质的影响：相同类型的共价化合物分子，成键原子半径越小，键长越短，键能越大，分子越稳定考点2分子的空间结构分子结构的测定1.分子结构测定的常用方法：红外光谱、晶体X射线衍射2.红外光谱的测定原理：分子中的原子不是固定不动的，而是不断地振动着的。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过和已有谱图库比对，或通过量子化学计算，可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。多样的分子空间结构1.三原子分子的空间结构——直线型和V形（又称角形）化学式电子式结构式键角空间结构模型空间结构名称CO2O=C=O180º直线型H2O105ºV形2.四原子分子常见的空间结构——平面三角形和三角锥形化学式电子式结构式键角空间结构模型空间结构名称CH2O约120º平面三角形NH3107º三角锥形四原子分子的空间结构大多数为平面三角形和三角锥形，也有的为直线形(如C2H2)、正四面体形(如P4)等。3.五原子分子常见的空间结构——四面体形化学式电子式结构式键角空间结构模型空间结构名称CH4109º28´正四面体形4.其他多原子分子的空间结构阶层电子对互斥模型（VSEPR）1.应用：预测分子的空间结构2.内容：价层电子对互斥模型认为，分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的孤电子对。多重键只计其中的σ键电子对，不计π键电子对。3.中心原子上的价层电子对数的计算中心原子上的价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数(1)σ键电子对数的确定：由化学式确定(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=公式中各字母的含义：a中心原子的价层电子数主族元素=最外层电子数阳离子=中心原子的价层电子数离子的电荷数阴离子=中心原子的价层电子数+︱离子的电荷数︱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H=1其他原子=8该原子的价层电子数4.根据价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构在确定了σ键电子对数和中心原子上的孤电子对数后，可以依据下面的方法确定相应的较稳定的分子或离子的空间结构。σ键电子对数+孤电子对数=价层电子对数VSEPR模型分子的空间结构

注：①中心原子不含孤电子对的分子(或离子)，VSEPR模型与分子(或离子)的空间结构一致。②中心原子若有孤电子对，孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并与成键电子对互相排斥，则VSEPR模型与分子的空间结构不一致。推测分子的立体模型必须略去VSEPR模型中的孤电子对。5.常见分子或离子的空间结构的推测分子或离子中心原子上的孤电子对数中心原子上的价层电子对数VSEPR模型VSEPR模型名称空间结构空间结构名称CO2、BeCl202直线形直线形CO32—、BF303平面三角形平面三角形SO2、PbCl21V形CH4、CCl404正四面体形正四面体形NH3、NF31四面体形三角锥形H2O、H2S2V形注：①价层电子对互斥模型对分子空间结构的预测少有失误，但它不能用于预测以过渡金属为中心原子的分子。②氨气与水的VSEPR模型一致，但空间构型不同的原因是：孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对之间的斥力四、杂化轨道理论简介1.杂化轨道的含义杂化轨道理论是一种价键理论，是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。(1)轨道的杂化：在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程。(2)杂化轨道：原子轨道杂化后形成的一组新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。2.杂化轨道理论的要点(1)原子形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。发生轨道杂化的原子一定是中心原子。(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子不可能发生杂化。(3)只有能量相近的原子轨道才能杂化(如2s、2p)。(4)杂化前后原子轨道数目不变(参加杂化的轨道数目等于形成的杂化轨道数目),且杂化轨道的能量相同。(5)为使相互间的排斥力最小，杂化轨道在空间取最大夹角分布。杂化后轨道的伸展方向、形状发生改变，但相同杂化形式的杂化轨道形状完全相同。杂化使原子的成键能力增加。形成的共价键更牢固。(6)杂化轨道用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键。分子的空间结构主要取决于原子轨道的杂化类型。(7)杂化轨道成键时仍具有共价键的特征——方向性和饱和性(8)杂化轨道数=中心原子上的孤电子对数+与中心原子结合的原子数。3.杂化轨道类型类型形成过程夹角空间结构sp3杂化轨道sp3杂化轨道是由1个s轨道和3个p轨道杂化形成的109°28′正四面体形sp2杂化轨道sp2杂化轨道是由1个s轨道和2个p轨道杂化而成的120°平面三角形sp杂化轨道sp杂化轨道是由1个s轨道和1个p轨道杂化而成的180°直线形注：原子轨道发生sp杂化时，还有2个np轨道未发生杂化，若np轨道上有未成对电子，形成分子时2个np轨道上的电子会形成π键。4.杂化轨道类型与分子的空间结构的关系(1)杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。当没有孤电子对时，能量相同的杂化轨道彼此远离，形成的分子为对称结构；当有孤电子对时，孤电子对占据一定空间且对成键电子对产生排斥，形成的分子的空间结构也发生变化。(2)杂化轨道与分子的空间结构的关系①当杂化轨道全部用于形成σ键时杂化类型spsp2sp3轨道组成1个ns和1个np1个ns和2个np1个ns和3个np轨道夹角180°120°109°28′杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子空间结构直线形平面三角形正四面体形②当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个杂化轨道由孤电子对占据，其分子不呈正四面体形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个杂化轨道由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体形，而呈三角锥形。5.VSEPR模型与中心原子的杂化轨道类型的关系杂化轨道理论解释了价层电子对互斥模型所推测的分子空间结构，但分析具体分子中的中心原子的杂化轨道类型时，应先确定分子或离子的VSEPR模型，再确定中心原子的杂化轨道类型。VSEPR模型及其中心原子对应的杂化轨道类型如表所示：6.杂化轨道类型的判断方法(1)根据价层电子对互斥模型判断中心原子的杂化类型、空间结构在确定了分子或离子的中心原子上的成键电子对数和孤电子对数后，可以依据下面的方法确定其中心原子的杂化轨道类型：σ键电子对数(成键电子对数)+孤电子对数=价电子对数=杂化轨道数根据杂化类型及孤电子对数即可判断分子或离子的空间结构，列表如下：价层电子对数杂化轨道类型成键电子对数孤电子对数杂化轨道数分子空间结构实例2sp202直线形BeCl2、CO2、HCN3sp2303平面三角形BF3、SO3、CO32—21V形SnBr2、SO2、NO2—4sp3404四面体形CHCl3、SiCl4、PO43—31三角锥形NH3、PCl3、SO32—22V形OF2、H2O、NH2—(2)根据杂化轨道间的夹角判断杂化轨道间的夹角杂化轨道类型109º28´sp3120ºsp2180ºsp(3)根据分子或离子的空间结构判断分子或离子的空间结构杂化轨道类型正四面体形sp3平面三角形sp2直线形sp(4)根据共价键类型判断由杂化轨道理论可知，原子之间成键时，未参与杂化的轨道用于形成π键，杂化轨道用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。对于能明确结构式的分子、离子，其中心原子的杂化轨道数n=中心原子形成的σ键数+中心原子上的孤电子对数，即可将结构式和电子式相结合，从而判断中心原子形成的σ键数和中心原子上的孤电子对数，进而判断杂化轨道数。例如：①在SiF4分子中，基态硅原子有4个价电子，与4个氟原子形成4个σ键，没有孤电子对，n=4,则SiF4分子中硅原子采用sp3杂化。②在HCHO分子中，基态碳原子有4个价电子，与2个氢原子形成2个σ键，与氧原子形成C=O,C=O中有1个σ键、1个π键，没有孤电子对，n=3,则HCHO分子中碳原子采用sp2杂化。(5)以碳原子为中心原子的分子中碳原子的杂化类型①没有形成π键，为sp3杂化：CH4、CCl4、②形成一个π键，为sp2杂化：CH2=CH2、苯(大π键)、、③形成两个π键，为sp杂化：CH≡CH、O=C=O(CO2)、S=C=S(CS2)考点3分子结构与物质的性质一、共价键的极性1、键的极性：共价键极性共价键非极性共价键成键原子不同种原子（电负性不同）同种原子（电负性相同）电子对发生偏移不发生偏移成键原子的电性一个原子呈正电性(δ+)，一个原子呈负电性（δ—）电中性示例H2、O2、Cl2等注：（1）电负性差值越大的两原子形成的共价键的极性越强（2）共用电子对偏移程度越大，键的极性越强2、分子的极性：(1)极性分子：分子中的正电中心和负电中心不重合，使分子的某一个部分呈正电性(δ+),另一部分呈负电性(δ),这样的分子是极性分子。(2)非极性分子：分子中的正电中心和负电中心重合，这样的分子是非极性分子。3、分子极性的判断（1）可依据分子中化学键的极性的向量和进行判断分子的极性必须依据分子中极性键的极性的向量和是否等于0而定。当分子中各个键的极性的向量和等于0时，是非极性分子，否则是极性分子。（2）可根据分子中的正电中心和负电中心是否重合判断（3）化合价法ABn型分子中，中心原子的化合价的绝对值等于该元素的价层电子数时，该分子为非极性分子，此时分子的空间结构是对称的；若中心原子的化合价的绝对值不等于其价层电子数，则分子的空间结构不是对称的，其分子为极性分子。具体实例如表所示：化学式BF3CO2PCl5SO3H2ONH3SO2中心原子化合价的绝对值3456234中心原子价层电子数3456656分子极性非极性非极性非极性非极性极性极性极性注：a、一般情况下，单质分子为非极性分子，但O3是V形分子，其空间结构不对称，故O3为极性分子。b、H2O2的结构式为H—O—O—H,空间结构是，是不对称的，为极性分子。4.键的极性对化学性质的影响(1)键的极性对羧酸酸性大小的影响实质是通过改变羧基中羟基的极性而实现的，羧基中羟基的极性越大，越容易电离出H+,则羧酸的酸性越大。(2)与羧基相邻的共价键的极性越大，过传导作用使羧基中羟基的极性越大，则羧酸的酸性越大。(3)烃基是推电子基团，即将电子推向羟基，从而减小羟基的极性，导致羧酸的酸性减小。一般地，烃基越长，推电子效应越大，羧酸的酸性越小。二、分子间的作用力1范德华力及其对物质性质的影响(1)概念：对气体加压降温可使其液化，对液体降温可使其凝固，这表明分子之间存在着相互作用力。范德华是最早研究分子间普遍存在作用力的科学家，因而把这类分子间作用力称为范德华力。(2)存在范围：范德华力存在于由共价键形成的多数共价化合物、绝大多数非金属单质及没有化学键的稀有气体中。但像二氧化硅晶体、金刚石等由共价键形成的物质中不存在范德华力。(3)特征①范德华力广泛存在于分子之间，但只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力。②范德华力很弱，比化学键的键能小1~2个数量级。③范德华力没有方向性和饱和性。(4)影响范德华力的因素①一般地，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大。②相对分子质量相同或相近时，分子的极性越大，范德华力越大。如CO为极性分子，N2为非极性分子，范德华力：CO>N2③分子组成相同，但结构不同的物质(即互为同分异构体),分子的对称性越强，范德华力越小。(5)范德华力对物质性质的影响范德华力主要影响物质的熔、沸点等物理性质。一般规律：范德华力越大，物质的熔、沸点越高。化学键要影响物质的化学性质。2.氢键及其对物质性质的影响(1)概念：氢键是除范德华力之外的另一种分子间作用力。(2)形成条件：它是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间的作用力。(3)常见类型：X一H…Y一。其中X、Y为N、O、F这样的电负性很大的原子，“一”表示共价键，…”表示形成的氢键。在X一H…Y中，X、Y的电负性越大，氢键越强；Y原子的半径越小，氢键越强。(4)特征：①氢键是一种分子间作用力，但不同于范德华力，也不属于化学键。②氢键是一种较弱的作用力，比化学键的键能小1~2个数量级，与范德华力数量级相同，但比范德华力明显的强。③氢键具有方向性（X一H…Y尽可能在同一条直线上）和饱和性（一个X一H只能和一个Y原子结合），但本质上与共价键的方向性和饱和性不同。(5)氢键的键长：一般定义为A一H…B的长度，而不是H…B的长度。(6)存在范围：氢键不仅存在于分子间，有时也存在于分子内。(7)对物质性质的影响：

（〡）对物质溶沸点的影响：①存在分子间氢键的物质，具有较高的熔、沸点。例如：NH3、H2O和HF的熔、沸点比同主族相邻元素氢化物的熔、沸点高，这种反常现象是由于它们各自的分子间形成了氢键。②互为同分异构体的物质，能形成分子内氢键的，其熔、沸点比能形成分子间氢键的物质的低。例如：邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，当对羟基苯甲醛熔化时，需要较多的能量克服分子间氢键，所以对羟基苯甲醛的熔、沸点高于邻羟基苯甲醛的熔、沸点。（Ⅱ）对物质溶解度的影响：溶质与溶剂之间若能形成分子间氢键，则溶质的溶解度明显的大。3.溶解性(1)“相似相溶”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。说明：（1）“相似”指的是分子的极性相似（2）这是一条经验规律，也会有不符合规律的例子，如CO、NO等极性分子均难溶于水，不少盐类(如AgCl、PbSO4、BaCO3等)也难溶于水，H2、N2