【优化方案】2016届高三化学一轮复习(习题)选修3物质结构与性质第2讲分子结构与性质

1第二讲分子结构与性质[考纲展示]1．了解共价键的主要类型σ键和π键，能用键长、键能、键角等说明简单分子的某些性质。2.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)，能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的空间结构。3.了解化学键和分子间作用力的区别。4.了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含氢键的物质。考点一共价键一、共价键的本质和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。二、共价键的分类分类依据类型形成共价键的原子轨道重叠方式σ键原子轨道“头碰头”重叠π键原子轨道“肩并肩”重叠形成共价键的电子对是否偏移极性键共用电子对发生偏移非极性键共用电子对不发生偏移三、共价键类型的判断1．σ键与π键(1)依据强度判断：σ键的强度较大，较稳定；π键活泼，比较容易断裂。(2)共价单键是σ键，共价双键中含有一个σ键、一个π键，共价三键中含有一个σ键、两个π键。2．极性键与非极性键看形成共价键的两原子，不同种元素的原子之间形成的是极性共价键，同种元素的原子之间形成的是非极性共价键。四、键参数21．键参数对分子性质的影响2．键参数与分子稳定性的关系：键能越大，键长越短，分子越稳定。题组一σ键、π键的判断1．(2015·广东佛山高三月考)下列关于共价键的说法正确的是()A．一般来说σ键键能小于π键键能B．原子形成双键的数目等于基态原子的未成对电子数C．相同原子间的双键键能是单键键能的两倍D．所有不同元素的原子间的化学键至少具有弱极性解析：选D。σ键是原子轨道以“头碰头”的方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键，π键是原子轨道以“肩并肩”的方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键，原子轨道以“头碰头”的方式比“肩并肩”的方式重叠的程度大，电子在核间出现的概率大，形成的共价键强，因此σ键的键能大于π键的键能，A项错误；原子形成共价键时，共价键的数目是成键的电子对数目，不等于基态原子的未成对电子数，因为部分成对电子受激发而成为单电子，B项错误；因为单键都是σ键，双键中有一个σ键和一个π键，σ键的键能大于π键的键能，故双键键能小于单键键能的两倍，C项错误；因为不同元素的电负性是不同的，所以不同元素原子间的化学键至少有弱极性，D项正确。2．(2014·高考山东卷节选)石墨烯(图甲)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(图乙)。(1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。(2)图乙中，1号C的杂化方式是________，该C与相邻C形成的键角________(填“”、“”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。3解析：(1)石墨烯是层状结构，每一层上每个碳原子都是以3个共价键与其他碳原子形成共价键的。(2)图乙中1号碳形成了4个共价键，故其杂化方式为sp3；图甲中的键角为120°，而图乙中1号碳原子与甲烷中的碳原子类似，其键角接近109.5°。答案：(1)3(2)sp3题组二键参数的应用3．(教材改编)下列说法中正确的是()A．分子的键长越长，键能越高，分子越稳定B．元素周期表中的ⅠA族(除H外)和ⅦA族元素的原子间不能形成共价键C．水分子可表示为H—O—H，分子的键角为180°D．H—O键键能为462.8kJ·mol－1，即18克H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×462.8kJ解析：选B。键长越长，键能越小，分子越不稳定，A项错误；共价键一般是形成于非金属元素之间，而ⅠA族是活泼金属元素，ⅦA族是活泼非金属元素，二者形成离子键，B项正确；水分子中键的夹角为105°，C项错误；断裂2molH—O键吸收2×462.8kJ能量，而不是分解成H2和O2时消耗的能量，D项错误。4．氮是地球上极为丰富的元素。(1)Li3N中氮以N3－存在，基态N3－的电子排布式为________________。(2)N≡N键的键能为946kJ·mol－1，N—N键的键能为193kJ·mol－1，说明N2中的________键比________键稳定(填“σ”或“π”)。(3)(CH3)3NH＋和AlCl－4可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成，熔点低于100℃，其挥发性一般比有机溶剂大。两种离子中均存在________键。(4)X＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，则X的元素符号是________，电子排布式为________________________________________________________________________。解析：(1)基态N3－的核外电子数是10，根据核外电子排布规律可知其电子排布式为1s22s22p6。(2)根据题给数据可知，N—N键即σ键的键能为193kJ·mol－1，N≡N键的键能为946kJ·mol－1，其中包含一个σ键和两个π键，则π键的键能是(946－193)kJ·mol－1/2＝376.5kJ·mol－1，键能越大，化学键越稳定，由数据可以判断N2中的π键比σ键稳定。(3)阴、阳离子均为原子团，是由原子通过共价键形成的。(4)已知X＋中所有电子正好充满K(2个)、L(8个)、M(18个)三个电子层，则其电子总数为28，故X原子的核外电子数是29，所以X的核电荷数是29，为铜元素。4答案：(1)1s22s22p6(2)πσ(3)共价(4)Cu1s22s22p63s23p63d104s1反思归纳(1)通过物质的结构式，可以快速有效地判断键的种类及数目；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。(2)σ键比π键稳定。考点二分子的立体结构一、用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型1．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。2．价层电子对互斥理论与分子构型电子对数成键数孤电子对数电子对空间构型分子空间构型实例220直线形直线形CO2330三角形三角形BF321V形SO2440四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O二、用杂化轨道理论推测分子的立体构型5杂化类型杂化轨道数目杂化轨道间夹角空间构型实例sp2180°直线形BeCl2sp23120°三角形BF3sp34109°28′正四面体形CH4三、等电子原理原子总数相同，价电子总数相同的分子(即等电子体)具有相似的化学键特征，具有许多相近的性质，如CO和N2。四、配位键和配合物1．配位键由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成的共用电子对。2．配位键的表示方法如A→B：A表示提供孤电子对的原子，B表示接受共用电子对的原子。3．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)形成条件配位体有孤电子对中性分子，如H2O、NH3和CO等离子，如F－、Cl－、CN－等中心原子有空轨道，如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等(3)组成题组一分子构型的判断及中心原子杂化类型1．(教材改编)填表，VSEPR模型和分子(或离子)立体模型的确定。化学式孤电子对数σ键电子价层电子VSEPR模型名称分子或离子的中心原子6[(a－xb)/2]对数对数立体模型名称杂化类型(1)CO2022____________sp(2)ClO－314____________sp3(3)HCN022____________sp(4)CH≡CH______sp(5)H2O224____________sp3(6)H2S224____________sp3(7)SO2123____________sp2(8)F3033____________sp2(9)SO3033____________sp2(10)CO2－3033____________sp2(11)NO－3033____________sp2(12)HCHO033____________sp2(13)NH3134____________sp3(14)NCl3134____________sp3(15)H3O＋134____________sp3(16)SO2－3134____________sp3(17)ClO－3134____________sp3(18)CH4044____________sp3(19)NH＋4044____________sp3(20)SO2－4044____________sp3(21)PO3－4044____________sp3(22)金刚石______sp3(23)石墨______sp2(24)CH2===CH2______sp2(25)C6H6______sp2(26)____7CH3COOH答案：(1)直线形直线形(2)四面体形直线形(3)直线形直线形(4)直线形(5)四面体形V形(6)四面体形V形(7)平面三角形V形(8)平面三角形平面三角形(9)平面三角形平面三角形(10)平面三角形平面三角形(11)平面三角形平面三角形(12)平面三角形平面三角形(13)四面体形三角锥形(14)四面体形三角锥形(15)四面体形三角锥形(16)四面体形三角锥形(17)四面体形三角锥形(18)正四面体形正四面体形(19)正四面体形正四面体形(20)正四面体形正四面体形(21)正四面体形正四面体形(22)立体网状结构(23)层状结构(24)平面形(25)平面六边形(26)sp3，sp22．(1)(2013·高考山东卷节选)BCl3和NCl3中心原子的杂化方式分别为________和________。第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有________种。若BCl3与XYn通过B原子与X原子间的配位键结合形成配合物，则该配合物中提供孤电子对的原子是________。(2)(2013·高考新课标全国卷Ⅰ节选)在硅酸盐中，SiO4－4四面体[如下图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根；其中Si原子的杂化形式为________，Si与O的原子数之比为________，化学式为________。(3)(2013·高考四川卷节选)X的单质与氢气可化合生成气体G，其水溶液pH7。G分子中X原子的杂化轨道类型是________。(4)(2013·高考福建卷节选)BF3与一定量的水形成(H2O)2·BF3晶体Q，Q在一定条件下可转化为R：8①晶体Q中各种微粒间的作用力不涉及________(填序号)。a．离子键b．共价键c．配位键d．金属键e．氢键f．范德华力②R中阳离子的空间构型为________，阴离子的中心原子轨道采用________杂化。解析：(1)根据价层电子对互斥理论可知，BCl3和NCl3中心原子含有的孤电子对数分别是(3－3×1)÷2＝0、(5－3×1)÷2＝1，所以前者是平面三角形，B原子是sp2杂化，后者是三角锥形，N原子是sp3杂化。在BCl3分子中B原子最外层的3个电子全部处于成键，所以在该配合物中提供孤电子对的应该是X原子，B原子提供空轨道。(2)在硅酸盐中，SiO4－4形成四面体结构，所以中心原子Si原子采取sp3杂化。根据图(b)结构可知，在无限长单链结构的多硅酸根中Si与O的原子个数之比为1∶3，化学式为[SiO3]2n－n或SiO2－3。(3)中学阶段接触的氢化物的水溶液显碱性的物质只有NH3，NH3分子中N原子的轨道类型为sp3。(4)①在Q晶体中H2O是由共价键组成的分子，中除存在H—O键共价键外，B最外层有3个电子，与F原子形成共价键，B原子提供空轨道与O原子间形成配位键，除分子间作用力(即范德华力)外，H2O的氧原子与的氢原子间存在氢键。②H3O＋中的氧原子是sp3杂化，形成的空间构型