第19讲-分子结构与性质(讲义)(新教材新高考)(原卷版)

第19讲分子结构与性质目录考情分析网络构建考点一分子的空间结构【夯基·必备基础知识梳理】知识点1价层电子对互斥模型知识点2杂化轨道理论知识点3等电子原理【提升·必考题型归纳】考向1考查微粒空间结构的判断考向2考查杂化轨道类型的判断考向3考查键角大小比较考向4考查等电子原理的应用考点二分子的性质及应用【夯基·必备基础知识梳理】知识点1分子的极性知识点2键的极性对物质化学性质的影响知识点3分子间作用力知识点4分子的手性【提升·必考题型归纳】考向1考查共价键的极性和分子极性的判断考向2考查范德华力、氢键对物质性质的影响考向3考查分子性质的综合应用真题感悟考点要求考题统计考情分析分子的空间结构2023全国新课标卷9题，6分2022湖北卷11题，3分2021山东卷9题，2分分析近三年高考试题，高考命题在本讲有以下规律：1．从考查题型和内容上看，高考的命题规律主要为非选择题，在新高考试题中也会以选择题的形式考查，考查内容主要有以下三个方面：(1)考查微粒(分子或离子)的空间结构以及中心原子的杂化类型，尤其是杂化类型的判断是高考命题的重点；(2)考查分子的极性、溶解性、手性分子的性质与应用；(3)考查范德华力、氢键、配位键的特点及其对物质性质的影响。2．从命题思路上看，命题侧重结合新科技，新能源等社会热点为背景，考查杂化方式、分子或离子的空间结构(价层电子对互斥模型)、氢键等必备知识。3.根据高考命题的特点和规律，在复习本部分内容时要注意以下几点：(1)价层电子对互斥模型和杂化轨道理论的主要要点和应用。(2)分子极性、溶解性、手性的判断与应。(3)利用微粒之间的作用力等解释物质的性质，如溶解性、熔沸点、空间结构等。分子的性质及应用2023湖南卷4题，3分2022江苏卷5题，3分2021海南卷5题，3分考点一分子的空间结构知识点1价层电子对互斥模型先确定中心原子上的价层电子对数,得到含有孤电子对的VSEPR模型,再根据存在孤电子对的情况最后确定分子的立体构型。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.判断分子中的中心原子上的价层电子对数的方法用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型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。3.价层电子对互斥理论与分子构型价层电子对数σ键电子对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CO2330三角形平面三角形BF321V形SO2440四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O【易错提醒】价层电子对互斥模型说的是价层电子对的空间结构，而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构，不包括孤电子对。(1)当中心原子无孤电子对时，两者的空间结构一致；(2)当中心原子有孤电子对时，两者的空间结构不一致。知识点2杂化轨道理论1.理论要点当原子成键时，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。2.杂化轨道与分子立体构型的关系杂化类型杂化轨道数目杂化轨道间夹角立体构型实例sp2180°直线形BeCl2sp23120°平面三角形BF3sp34109°28′四面体形CH43.由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型杂化轨道用来形成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(即杂化轨道数)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【归纳总结】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)根据等电子体原理进行判断如CO2是直线形分子，SCN－、Neq\o\al(－,3)与CO2是等电子体，所以分子的空间结构均为直线形，结构式类似，中心原子均采用sp杂化。(3)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。知识点3等电子体原理1.含义：原子总数相同、价电子总数相同的分子(或离子)互为等电子体。2.特点：等电子体具有相似的结构特征(立体结构和化学键类型)及相近的性质。3.确定等电子体的方法同主族代换或同周期相邻元素替换，交换过程中注意电荷变化。4.常见的等电子体汇总等电子类型常见等电子体空间结构2原子10电子N2，CN-，C22-，NO＋直线形2原子14电子F2，O22-，Cl2直线形3原子16电子CO2，N2O，CNO-，N3-，NO2+，SCN-，HgCl2，BeCl2（g）直线形3原子18电子O3，SO2，NO2-V形4原子8电子NH3，PH3，CH3−，H3O＋三角锥形4原子24电子SO3（g），CO32-，NO3-，BO33-，BF3平面三角形4原子26电子SO32-，ClO3-，BrO3-，IO3-，XeO3三角锥形5原子8电子CH4，SiH4，NH4+，PH4+，BH4-正四面体形5原子32电子CCl4，SiF4，SiO44-，SO42-，ClO4-正四面体形7原子48电子AlF63-，SiF62-，PF6-，SF6八面体形12原子30电子C6H6，N3B3H6（俗称无机苯）平面六边形考向1考查微粒空间结构的判断1．（2023·河北衡水·校联考二模）羟胺易溶于水，其水溶液是比肼还弱的碱溶液。羟胺可与形成，已知反应：。下列有关说法正确的是A．很稳定是因为分子间含有氢键B．的空间结构为平面三角形C．与中的键角相同D．、与的VSEPR模型相同【变式训练】（2023·广东茂名·茂名市第一中学校考三模）合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用乙酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收CO，其反应为：

。下列说法正确的是A．NH3分子的空间构型为平面三角形B．NH3分子和NH中N原子杂化类型相同C．NH3分子中的键角比NH中的键角大D．CO的相对分子质量大于NH3，则沸点比NH3高考向2考查杂化轨道类型的判断例2．（2023·江苏南通·统考模拟预测）(CN)2具有与卤素单质相似的化学性质。在常温下能与Cu反应生成致密的氟化物薄膜，还能与熔融的反应生成硫酰氟()。与浓硫酸反应可制得HF，常温下，测得氟化氢的相对分子质量约为37。下列说法不正确的是A．(CN)2是由极性键构成的极性分子B．、中心原子的杂化方式均为C．常温下，氟化氢可能以(HF)2子的形式存在D．与熔融反应时一定有氧元素化合价升高【变式训练】（2023·重庆·重庆南开中学校考三模）是一种重要的有机溶剂，其工业制备原理为：，下列说法正确的是A．和中的C原子杂化方式均为B．和分子的空间结构分别是V形和正四面体C．为非极性分子，为极性分子D．液态挥发时主要破坏共价键考向3考查键角大小比较例3．（2023·湖北·校联考二模）联氨(NH2-NH2)是一种绿色无污染的还原剂，NH2-NH2分子可能有以下两种不同的构象，沿N-N键轴方向的投影如图所示。下列说法错误的是

A．NH2-NH2中N原子杂化方式为sp3B．实验测得NH2-NH2分子的极性很大，则其结构为构象bC．NH2-NH2的沸点高于CH3-CH3的沸点D．NH2-NH2中的键角∠N-N-H小于H2O2中的键角∠O-O-H【变式训练】（2023·江苏盐城·统考三模）下列说法正确的是A．的键角大于的键角 B．是由极性键构成的非极性分子C．HCl、HBr、HI熔沸点依次升高 D．溴原子()基态核外电子排布式为考向4考查等电子体原理的应用例4．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似，则下列有关说法正确的是A．和互为等电子体，键角均为60°B．和互为等电子体，空间结构相似C．和互为等电子体，空间结构相似D．和苯互为等电子体，分子中不存在“肩并肩”重叠的轨道【变式训练】CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步基元反应为①N2O＋Fe＋=N2＋FeO＋(慢)、②FeO＋＋CO=CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是A．N2O与CO2互为等电子体，均为直线型分子B．反应①是氧化还原反应，反应②是非氧化还原反应C．反应中每转移1mol电子，生成N2体积为11.2LD．两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定考点二分子的性质及应用知识点1分子的极性1.非极性分子与极性分子的比较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.非极性分子与分子极性的判断3.键的极性、分子空间构型与分子极性的关系类型实例键的极性空间构型分子极性X2H2、N2非极性键直线形非极性分子XYHCl、NO极性键直线形极性分子XY2(X2Y)CO2、CS2极性键直线形非极性分子SO2极性键V形极性分子H2O、H2S极性键V形极性分子XY3BF3极性键平面正三角形非极性分子NH3极性键三角锥形极性分子XY4CH4、CCl4极性键正四面体形非极性分子4.多原子分子极性的判断方法A.孤对电子法:如为ABn型，若中心原子A中没有孤对电子，为非极性分子，中心原子A中有孤对电子，则为极性分子。B.几何对称法:如为ABn型，如果各极性键在平面内或空间均匀排列，呈中心对称或呈正多边形、正多面体分布，该分子一定是非极性分子，反之为极性分子。通常有以下几种情况：线型对称，如CO2等（键角180°）；正三角形分子，如BF3（键角120°）；正四面体型分子，如CCl4、CH4（键角109°28′）。以上几类均为非极性分子，而NH3分子为三角锥型（键角107°18′），H2O分子为V型（键角104.5°）等均为极性分子。C.中心原子化合价法: 如为ABn型，若中心原子A的化合价的绝对值等于A的主族序数，则为非极性分子；若中心原子A的化合价的绝对值不等于A的主族序数，则为极性分子；D.如为AxBYCZ这种类型的多原子分子绝大部分是极性分子。5.分子的溶解性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。②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。③随着溶质分子中憎水基个数的增多，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。知识点2键的极性对物质化学性质的影响1.有机羧酸的酸性键的极性对物质的化学性质有重要影响。例如，羧酸是一大类含羧基(—COOH)的有机酸，羧基可电离出H＋而呈酸性。羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量，pKa越小，酸性越强。羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关，如下表所示：不同羧酸的pKa羧酸pKa丙酸(C2H5COOH)4.88乙酸(CH3COOH)4.76甲酸(HCOOH)3.75氯乙酸(CH2ClCOOH)2.86二氯乙酸(CHCl2COOH)1.29三氯乙酸(CCl3COOH)0.65三氟乙酸(CF3COOH)0.23①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，羧酸的酸性越大。③一般地，烃基越长，推电子效应越大，羧酸的酸性越小。2.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，如酸性：HClO＜HClO2＜HClO3＜HClO4。知识点3分子间作用力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。2.范德华力①范德华力约比化学键的键能小1～2个数量级。②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。③一般来说，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。3.氢键1）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。2）表示方法：A—H…B3）特征：具有一定的方向性和饱和性。4）分类：氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。5）分子间氢键对物质性质的影响（1）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。（2）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；分子内氢键的形成导致溶解度减小。6)分子间作用力(范德华力)与氢键的比较范德华力氢键存在分子间普遍存在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特征无方向性、无饱和性具有一定的方向性和饱和性强度共价键＞氢键＞范德华力影响其强度的因素①组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大；②分子的极性越大，范德华力越大对于A—H…B，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，氢键键能越大对物质性质的影响范德华力主要影响物质的物理性质，如熔、沸点等。范德华力越大，物质的熔、沸点越高分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，分子内氢键使物质的熔、沸点降低，对电离、溶解度等产生影响知识点4分子的手性1.手性异构体与手性分子具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，却在三维空间里不能叠合，互称手性异构体(或对映异构体)。有手性异构体的分子叫做手性分子。2.手性分子的成因当4个不同的原子或基团连接在同一个碳原子上时，这个碳原子是不对称原子。这种分子和它“在镜中的像”不能重叠，因而表现为“手性”。手性分子中的不对称碳原子称为手性碳原子。3.手性分子的判断有机物分子具有手性是由于其分子中含有手性碳原子。如果1个碳原子所连接的4个原子或基团各不相同，那么该碳原子为手性碳原子，用*C来表示。如,R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基团。所以，判断一种有机物是否为手性分子，就看其含有的碳原子是否连有4个不同的原子或基团。4.手性分子的用途(1)构成生命体的有机分子绝大多数为手性分子。互为手性异构体的两个分子的性质不同。(2)生产手性药物、手性催化剂(手性催化剂只催化或主要催化一种手性分子的合成)。考向1考查共价键的极性和分子极性的判断例1．（2023·湖北·校联考模拟预测）科学研究发现新型含碳化合物和，它们的结构类似，均为直线形分子。下列结论中错误的是A．是非极性分子，与也是非极性分子B．、、分子中碳原子的杂化方式均为C．、分子中键与键的数目之比均为D．、分子中所有原子最外层均满足8电子稳定结构【变式训练】（2023·浙江·统考模拟预测）氯化二乙基铝(CH3CH2)2AlCl既能形成稳定的二聚体，也能形成三聚体。(CH3CH2)2AlCl三聚体所有原子最外层电子均达到稳定结构，结构如图所示，下列推测不合理的是A．(CH3CH2)2AlCl三聚体分子中含有3个配位键，每个Al的配位数是4B．(CH3CH2)2AlCl的三聚体为非极性分子C．(CH3CH2)2AlCl与O2完全反应生成二氧化碳，水，氧化铝和氯化氢D．(CH3CH2)2AlCl比(CH3CH2)2AlBr更易水解考向2考查范德华力、氢键对物质性质的影响例2．（2023·辽宁朝阳·朝阳市第一高级中学校联考二模）“结构决定性质”是化学学科的核心观念，下列推理不恰当的是A．比HF沸点高是由于氢键O—H…O数目多于1molHF中F—H…FB．

比苯酚(

)的酸性弱，由于前者能形成分子内氢键C．的稳定性强于，是由于分子间存在氢键D．含溶液中加过量氨水生成是由于与的配位能力