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高二化学专题二物质结构
专题二 分子结构与性质
【知识精讲】
知识点一 共价键
1.本质:
原子之间形成__________。
2.特征:
具有________性和________性。
3.分类
4.键参数
(1)键能:
①键能:
气态基态原子形成______化学键释放的最低能量。
②单位:
__________,用EA-B表示,如H—H键的键能为436.0kJ·mol-1,N≡N键的键能为946kJ·mol-1。
③应为气态基态原子:
保证释放能量最低。
④键能为衡量共价键稳定性的参数:
键能越大,即形成化学键时释放的能量越____,形成的化学键越________。
⑤结构相似的分子中,化学键键能越大,分子越稳定。
(2)键长:
①键长:
形成共价键的两个原子之间的________为键长。
因成键时原子轨道发生重叠,键长小于成键原子的原子半径之和。
②键长是衡量共价键稳定性的另一个参数。
键长越短,键能越____,共价键越________。
(3)键角:
①键角:
在原子数超过2的分子中,两个共价键之间的夹角称为键角。
②键角决定了分子的__________。
③多原子分子中共价键间形成键角,表明共价键具有______性。
④常见分子中的键角:
CO2分子中的键角为__________,为________形分子;H2O分子中键角为105°,为______形(或____形)分子;CH4分子中键角为109°28′,为______________形分子。
5.等电子原理:
原子总数、价电子总数均相同的分子具有相似的化学键特征,具有许多相近的性质。
这样的分子(或微粒)互称为________。
问题思考
:
1.怎样判断原子间所形成的化学键是离子键,还是共价键,是极性键还是非极性键?
2.所有的共价键都有方向性吗?
3.σ键和π键哪个活泼?
知识点二 分子的立体构型
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________的空间构型,而分子的空间构型指的是____________的空间构型,不包括孤电子对。
(1)当中心原子无孤电子对时,两者的构型________;
(2)当中心原子有孤电子对时,两者的构型________。
2.杂化轨道理论
当原子成键时,原子的价轨道相互混杂,形成与原轨道数相等的能量相同的杂化轨道。
杂化轨道数不同,轨道间的夹角不同,形成分子的立体构型不同。
3.价层电子对互斥模型、杂化轨道理论与分子立体构型的关系
(1)杂化轨道理论
杂化
类型
杂化轨
道数目
杂化轨道间夹角
立体构型
实例
sp
BeCl2
sp2
BF3
sp3
CH4
(2)价层电子对互斥模型
电子
对数
成键
对数
孤电子
对数
电子对
空间构型
分子立
体构型
实例
2
2
0
直线形
直线形
BeCl2
3
3
0
三角形
正三角形
BF3
2
1
V形
SnBr2
4
4
0
四面体形
正四面
体形
CH4
3
1
三角锥形
NH3
2
2
V形
H2O
4.配位化合物
(1)配位键:
成键原子一方提供孤对电子,另一方提供空轨道。
(2)配位化合物:
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。
(3)组成:
如对于[Ag(NH3)2]OH,中心离子为Ag+,配体为NH3,配位数为2。
问题思考
4.CH4和H2O的杂化方式是否相同?
怎样理解其分子立体结构的不同?
知识点三 分子的结构与性质
1.键的极性和分子极性
(1)极性键和非极性键
(2)极性分子和非极性分子
①极性分子:
正电中心和负电中心________的分子。
②非极性分子:
正电中心和负电中心________的分子。
2.范德华力及其对物质性质的影响
(1)概念:
________与________之间存在着的一种把分子聚集在一起的作用力。
(2)特点:
范德华力________,约比化学键的键能小1~2个数量级。
(3)影响因素:
①______________越大,则范德华力越大。
②________越大,则范德华力越大。
(4)对物质性质的影响:
范德华力主要影响物质的______性质,化学键主要影响物质的________性质。
3.氢键及其对物质性质的影响:
(1)概念:
氢键是一种____________,它是由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中____________的原子之间的作用力。
其表示方法为____________。
(2)特点:
①大小:
介于__________和________之间,约为化学键的____分之几,不属于化学键。
②存在:
氢键不仅存在于__________,有时也存在于__________。
③氢键也和共价键一样具有________性和________性。
(3)对物质性质的影响
主要表现为使物质的熔、沸点________,对电离和溶解等产生影响。
4.溶解性:
(1)“相似相溶”的规律:
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________。
(2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。
如乙醇与水________,而戊醇在水中的溶解度明显________。
(3)如果溶质与水发生反应,将增加物质的溶解度,如____________等。
问题思考
5.由极性键形成的分子一定是极性分子吗?
6.氢键是化学键吗?
怎样理解氢键的强、弱对分子熔、沸点的影响?
【考点精析】
一、范德华力、氢键、共价键的比较(完成下列表格)
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
原子间通过共用电子对所形成的相互作用
分类
分子内氢键、分子间氢键
极性共价键、非极性共价键
存在范围
双原子或多原子的分子或共价化合物和某些离子化合物
特征(有、无方向性和饱和性)
强度比较
影响强度
的因素
对于A—H…B,A、B的电负性越大,B原子的半径越小,键能越大
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 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>PH3 典例导悟1 已知和碳元素同主族的X元素位于元素周期表中的第1个长周期,短周期元素Y原子的最外层电子数比内层电子总数少3,它们所形成化合物的分子式是XY4。 试回答: (1)若X、Y两元素电负性分别为2.1和2.85,则XY4中X与Y之间的化学键为________(填“共价键”或“离子键”)。 (2)该化合物的立体构型为________,中心原子的杂化类型为________,分子为__________(填“极性分子”或“非极性分子”)。 (3)该化合物在常温下为液体,该化合物中分子间作用力是________。 (4)该化合物的沸点与SiCl4比较,________(填化学式)的高,原因是____________。 二、等电子原理及应用 1.常见的等电子体汇总 2.应用: 根据已知的一些分子结构推测另一些与它等电子的微粒的立体结构,并推测其物理性质。 (1)(BN)x与(C2)x,N2O与CO2等也是等电子体; (2)硅和锗是良好的半导体材料,他们的等电子体磷化铝(AlP)和砷化镓(GaAs)也是很好的半导体材料;(3)白锡(βSn2)与锑化铟是等电子体,它们在低温下都可转变为超导体; (4)SiCl4、SiO 、SO 的原子数目和价电子总数都相等,它们互为等电子体,中心原子都是sp3杂化,都形成正四面体形立体构型。 特别提醒 等电子体结构相同,物理性质相近,但化学性质不同。 典例导悟2 1919年,Langmuir提出等电子原理: 原子数相同、电子总数相同的分子,互称为等电子体。 等电子体的结构相似、物理性质相近。 (1)根据上述原理,仅由第二周期元素组成的共价分子中,互为等电子体的是: ________和______;________和________。 (2)此后,等电子原理又有所发展。 例如,由短周期元素组成的微粒,只要其原子数相同,各原子最外层电子数之和相同,也可互称为等电子体,它们也具有相似的结构特征。 在短周期元素组成的物质中,与NO 互为等电子体的分子有: ________、________。 【高考真题】 1.[2011·课标全国卷-37(3)(4)](3)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________________。 (4)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__________。 2.[2011·福建理综,30(3)(4)](3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。 ①NH3分子的空间构型是________;N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是__________。 ②肼可用作火箭燃料,燃烧时发生的反应是: N2O4(l)+2N2H4(l)===3N2(g)+4H2O(g)ΔH=-1038.7kJ·mol-1 若该反应中有4molN—H键断裂,则形成的π键有______mol。 ③肼能与硫酸反应生成N2H6SO4。 N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同,则N2H6SO4的晶体内不存在________(填标号)。 a.离子键b.共价键c.配位键d.范德华力 (4)图1表示某种含氮有机化合物的结构,其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点(见图2)。 分子内存在空腔,能嵌入某离子或分子并形成4个氢键予以识别。 下列分子或离子中,能被该有机化合物识别的是______(填标号)。 a.CF4b.CH4c.NH d.H2O 3.[2011·山东理综-32 (2)(3)] (2)H2O分子内的O—H键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为______________________。 的沸点比 高,原因是 ____________________________。 (3)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中O原子采用____杂化。 H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大,原因为 _______。 4.[2010·山东理综,32 (1)(3)]碳族元素包括C、Si、Ge、Sn、Pb。 (1)碳纳米管由单层或多层石墨层卷曲而成,其结构类似于石墨晶体,每个碳原子通过______杂化与周围碳原子成键,多层碳纳米管的层与层之间靠____________结合在一起。 (3)用价层电子对互斥理论推断SnBr2分子中Sn—Br键的键角____120°(填“>”、“<”或“=”)。 5.[2010·福建理综,30 (1)]中国古代四大发明之一——黑火药,它的爆炸反应为: 2KNO3+3C+S A+N2↑+3CO2↑(已配平) ①除S外,上列元素的电负性从大到小依次为。 ②在生成物中,A的晶体类型为________________,含极性共价键的分子的中心原子轨道杂化类型为________。 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________。 6.[2010·海南理综,19-Ⅰ,19-Ⅱ(5)] Ⅰ.下列描述中正确的是( ) A.CS2为V形的极性分子B.ClO 的立体构型为平面三角形 C.SF6中有6对完全相同的成键电子对 D.SiF4和SO 的中心原子均为sp3杂化 Ⅱ.(5)丁二酮肟常用于检验Ni2+: 在稀氨水介质中,丁二酮肟与Ni2+反应可生成鲜红色沉淀,其结构如图所示。 ①该结构中,碳碳之间的共价键类型是σ键,碳氮之间的共价键类型是__________,氮镍之间形成的化学键是____________________________; ②该结构中,氧氢之间除共价键外还可存在_________________; ③该结构中,碳原子的杂化轨道类型有_________________。 7.[2014·山东卷][化学—物质结构与性质]石墨烯[如图(a)所示]是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯[如图(b)所示]。 (a)石墨烯结构 (b)氧化石墨烯结构 (1)图(a)中,1号C与相邻C形成σ键的个数为________。 (2)图(b)中,1号C的杂化方式是________,该C与相邻C形成的键角________(填“>”“<”或“=”)图(a)中1号C与相邻C形成的键角。 (3)若将图(b)所示的氧化石墨烯分散在H2O中,则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有________(填元素符号)。 (4)石墨烯可转化为富勒烯(C60),某金属M与C60可制备一种低温超导材料,晶胞如图所示,M原子位于晶胞的棱上与内部。 该晶胞中M原子的个数为________,该材料的化学式为________。 8.[2014·新课标全国卷Ⅱ][化学——选修3;物质结构与性质](15分) 周期表前四周期的元素a、b、c、d、e,原子序数依次增大。 a的核外电子总数与其周期数相同,b的价电子层中未成对电子有3个,c的最外层电子数为其内层电子数的3倍,d与c同族;e的最外层只有1个电子,但次外层有18个电子。 回答下列问题; (1)b、c、d中第一电离能最大的是________(填元素符号),e的价层电子轨道示意图为________。 (2)a和其他元素形成的二元共价化合物中,分子呈三角锥形,该分子的中心原子的杂化方式为______;分子中既含有极性共价键、又含有非极性共价键的化合物是________(填化学式,写出两种)。 (3)这些元素形成的含氧酸中,分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是________;酸根呈三角锥结构的酸是________。 (填化学式) (4)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图(a),则e离子的电荷为________。 (a) (5)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中,阴离子呈四面体结构;阳离子呈轴向狭长的八面体结构[如图(b)所示]。 (b) 该化合物中,阴离子为________,阳离子中存在的化学键类型有________;该化合物加热时首先失去的组分是________,判断理由是_______________。 9.[选修3——物质结构与性质](20分) Ⅰ.[2013·海南卷](6分)下列化合物中,含有非极性共价键的离子化合物是 A.CaC2B.N2H4C.Na2S2D.NH4NO3 Ⅱ.[2013·海南卷](14分) 图(a)所示的转化关系中(具体反应条件略),a、b、c和d分别为四种短周期元素的常见单质,其余均为它们的化合物,i的溶液为常见的酸。 a的一种同素异形体的晶胞如图(b)所示。 (a) 回答下列问题: (1)图(b)对应的物质名称是________,其晶胞中的原子数为________,晶体的类型为________。 (2)d中元素的原子核外电子排布式为____________。 (3)图(a)中由二种元素组成的物质中,沸点最高的是________,原因是____________________,该物质的分子构型为________,中心原子的杂化轨道类型为________。 (b) (4)图(a)中的双原子分子中,极性最大的分子是________。 (5)k的分子式为________,中心原子的杂化轨道类型为________,属于________分子(填“极性”或“非极性”)。 10.[2014·安徽卷]Na、Cu、O、Si、S、Cl是常见的六种元素。 (1)Na位于元素周期表第________周期第________族;S的基态原子核外有________个未成对电子;Si的基态原子核外电子排布式为________________。 (2)用“>”或“<”填空: 第一电离能 离子半径 熔点 酸性 Si____S O2-____Na+ NaCl____Si H2SO4____HClO4 (4)ClO2常用于水的净化,工业上可用Cl2氧化NaClO2溶液制取ClO2。 写出该反应的离子方程式,并标出电子转移的方向和数目: ________________。 【考点集训】 1.下列物质的分子中既有σ键,又有π键的是( ) ①HCl ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2 A.①②③B.③④⑤⑥C.①③⑥D.③⑤⑥ 2.(2011·台州质检)下列有关σ键的说法错误的是( ) A.如果电子云图象是由两个s电子重叠形成的,即形成ssσ键 B.s电子与p电子形成spσ键 C.p电子与p电子不能形成σ键D.HCl分子里含一个spσ键 3.(2011·青州调研)下列说法不正确的是( ) A.双键、三键中都有π键 B.成键原子间原子轨道重叠愈多,共价键愈牢固 C.因每个原子未成对电子数是一定的,故配对原子个数也一定 D.所有原子轨道在空间都具有自己的方向性 4.(2011·兰州调研)下列分子中,各原子均处于同一平面上的是( ) A.NH3B.CCl4C.H2O2D.CH2O 5.下列推断正确的是( ) A.BF3是三角锥形分子B.NH 的电子式: ,离子呈平面形结构 C.CH4分子中的4个C—H键都是氢原子的1s轨道与碳原子的p轨道形成的spσ键 D.CH4分子中的碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个氢原子的1s轨道重叠,形成4个C—Hσ键 6.(2011·合肥模拟)下列各组分子中都属于含极性键的非极性分子的是 A.CO2、H2SB.C2H4、CH4C.Cl2、C2H2D.NH3、HCl 7.(2011·成都模拟)已知CO2、BF3、CH4、SO3都是非极性分子,NH3、H2S、H2O、SO2都是极性分子,由此可推知ABn型分子是非极性分子的经验规律是 A.分子中所有原子在同一平面内B.分子中不含氢原子 C.在ABn分子中,A元素为最高正价 D.在ABn型分子中,A原子最外层电子不一定都成键 【能力提升】 1.均由两种短周期元素组成的A、B、C、D化合物分子,都含有18个电子,它们分子中所含原子的数目依次为2、3、4、6。 A和C分子中的原子个数比为1∶1,B和D分子中的原子个数比为1∶2。 D可作为火箭推进剂的燃料。 请回答下列问题: (1)A、B、C、D分子中相对原子质量较大的四种元素第一电离能由大到小排列的顺序为______________(用元素符号回答)。 (2)A与HF相比,其熔、沸点较低,原因是___________________。 (3)B分子的空间构型为____________形,该分子属于________分子(填“极性”或“非极性”)。 由此可以预测B分子在水中的溶解度较______(“大”或“小”)。 (4)A、B两分子的中心原子的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱为__________(填化学式),若设A的中心原子为X,B的中心原子为Y,比较下列物质的酸性强弱: HXO____HXO3____HXO4;H2YO3____H2YO4 (5)D分子中心原子的杂化方式是_____,由该原子组成的单质分子中包含___个π键,与该单质分子互为等电子体的常见分子的分子式为__________。 2.某物质的实验式为PtCl4·2NH3,其水溶液不导电,加入AgNO3溶液反应也不产生沉淀,以强碱处理并没有NH3放出,则关于此化合物的说法中正确的是 A.配合物中中心原子的电荷数和配位数均为6 B.该配合物可能是平面正方形结构C.Cl-和NH3分子均与Pt4+配位 D.配合物中Cl-与Pt4+配位,而NH3分子与Pt4+不配位 3、下列物质: ①H3O+②[B(OH)4]- ③CH3COO-④NH3⑤CH4中存在配位键的是 A.①②B.①③C.④⑤D.②④ 4.下列过程与配合物的形成无关的是( )。 A.除去Fe粉中的SiO2可用强碱溶液 B.向一定量的AgNO3溶液中加入氨水至沉淀消失 C.向Fe3+溶液中加入KSCN溶液 D.向一定量的CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失 5.向盛有少量NaCl溶液的试管中滴入少量AgNO3溶液,再加入氨水,下列关于实验现象的叙述不正确的是( )。 A.先生成白色沉淀,加入足量氨水后沉淀消失 B.生成的沉淀为AgCl,它不溶于水,但溶于氨水,重新电离成Ag+和Cl- C.生成的沉淀是AgCl,加入氨水后生成了可溶性的配合物[Ag(NH3)2]Cl D.若向AgNO3溶液中直接滴加氨水,产生的现象也是先出现白色沉淀后沉淀消失 6、已知A、B、C、D、E为中学常见的五种物质,均含元素Y,有的还可能含有元素X、Z,元素X、Y、Z的原子序数依次递增。 ①元素Y在A、B、C、D、E中所呈化合价依次递增,其中只有B为单质。 ②常温下将气体D通入水中发生反应,生成C和E。 ③工业上以A、空气和水为原料,通过催化氧化法制成E。 请回答以下问题: (1)A分子的立体构型是_______;从轨道重叠的方式看,B分子中的共价键类型有____。 (2)写出②中反应的化学方程式: ________________________。 (3)工业上,若输送Cl2的管道漏气,用A进行检验时可观察到大量白烟,同时有B生成,写出有关反应的化学方程式: ______________。 7、已知: ①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5,氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。 ②PCl5分子中,磷原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道,PCl5分子呈三角双锥形。 (1)NH3、PCl3和PCl5分子中,所有原子的最外层电子数都是8个的是____________(填分子式),该分子的形状是______________。 (2)有同学认为,NH5与PCl5类似,氮原子的1个2s轨道、3个2p轨道和1个2d轨道可能发生sp3d杂化。 请你对该同学的观点进行评价_________________。 (3)经测定,NH5中存在离子键,氮原子最外层电子数是8,所有氢原子的最外层电子数都是2,则NH5的电子式是______________。 8、铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途,如金属铜用来制造电线电缆,五水硫酸铜可用作杀菌剂。 (1)Cu位于元素周期表第IB族。 Cu2+的核外电子排布式为______________。 (2)下图是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图,可确定该晶胞中阴离子的个数为_________。 (3)胆矾CuSO4·5H2O可写成[Cu(H2O)4]SO4·H2O,
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- 化学 专题 物质 结构