(全国通用)2019版高考化学一轮复习 物质结构与性质 第2节 分子结构与性质学案 选修3

第二节分子结构与性质考纲定位1.了解共价键的形成、极性、类型(σ键、π键)，了解配位键的含义，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简单的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)，能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测简单分子或离子的空间结构。3.了解范德华力的含义及对物质性质的影响。4.了解氢键的含义，能列举含氢键的物质，并能解释氢键对物质性质的影响。考点1|共价键及其键参数(对应学生用书第237页)[考纲知识整合]1．共价键(1)共价键的本质与特征①本质：在原子之间形成共用电子对。②特征：具有方向性和饱和性。如O与H形成2个O—H共价键且共价键夹角为105°。(2)共价键的常见分类分类依据类型及特点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(3)大π键简介与示例①简介：大π键一般是三个或更多个原子间形成的，是未杂化轨道中原子轨道“肩并肩”重叠形成的π键。②表达式：Πnmm代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数。③示例：：Π66，CH2===CH—CH===CH2：Π44，NO－3：Π64，SO2：Π43，O3：Π43。2．共价键的键参数(1)定义①键能：气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量。②键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。③键角：两个共价键之间的夹角。(2)键参数对分子性质的影响键能越大，键长越短，分子越稳定。[高考命题点突破]命题点1共价键及其分类1．有以下物质：①HF，②Cl2，③H2O，④N2，⑤C2H4，⑥CH4，⑦H2，⑧H2O2，⑨HCN(HCN)，只含有极性键的是________；只含有非极性键的是________；既有极性键，又有非极性键的是________；只有σ键的是________；既有σ键又有π键的是________。含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是________。【答案】①③⑥⑨②④⑦⑤⑧①②③⑥⑦⑧④⑤⑨⑦2．已知N—N、N==N和NN键能之比为1.00∶2.17∶4.90，而C—C、C==C、CC键能之比为1.00∶1.77∶2.34。下列说法正确的是()A．σ键一定比π键稳定B．N2较易发生加成C．乙烯、乙炔较易发生加成D．乙烯、乙炔中的π键比σ键稳定C[NN，N==N中π键比σ键稳定，难发生加成，C==C、CC中π键比σ键弱，较易发生加成。]3．(2017·全国Ⅱ卷，节选)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图(b)所示。图(b)(1)从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为________，不同之处为________。(填标号)A．中心原子的杂化轨道类型B．中心原子的价层电子对数C．立体结构D．共价键类型(2)R中阴离子N－5中的σ键总数为________个。分子中的大π键可用符号Πnm表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为Π66)，则N－5中的大π键应表示为________。(3)图(b)中虚线代表氢键，其表示式为(NH＋4)N—H…Cl、_________________、__________________。【解析】(1)R中两种阳离子分别为H3O＋和NH＋4。A选项，两种阳离子中心原子的杂化轨道类型均为sp3，所以两者相同；B选项，H3O＋中心原子的价层电子对数为(6＋3－1)/2＝4，NH＋4中心原子的价层电子对数为(5＋4－1)/2＝4，所以两者相同；C选项，H3O＋和NH＋4的立体结构分别为三角锥形和正四面体形，所以两者不同；D选项，H3O＋和NH＋4均含有极性共价键和配位键，所以两者相同。(2)由题给图示可知，N与N之间形成5个N—N键，因此有5个σ键。N－5中有5个氮原子参与形成大π键，每个N原子与其他2个N原子形成共价键，每个N原子还可以提供1个电子参与大π键的形成，加上得到的1个电子，共有6个电子参与形成大π键，因此N－5中的大π键可表示为Π65。(3)根据题给表示式可知，除表示出形成氢键的原子外，还要表示出形成氢键的原子所在的原子团和该原子在原子团中的成键情况，因此氢键的表示式为(NH＋4)N—H…Cl、(H3O＋)O—H…N(N－5)、(NH＋4)N—H…N(N－5)。【答案】(1)ABDC(2)5Π65(3)(H3O＋)O—H…N(N－5)(NH＋4)N—H…N(N－5)4．(1)(2016·全国Ⅰ卷，节选)Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。(2)分子中含有π键________个，σ键________个。(3)(2017·全国Ⅲ卷，节选)Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在______________________________________________________________________。【解析】(1)锗虽然与碳为同族元素，但比碳多了两个电子层，因此锗的原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p­p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键。(2)双键中含一个σ键和π键。(3)NO－3与Mn2＋之间存在离子键，NO－3中还存在π键。【答案】(1)Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p­p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键(2)28(3)离子键和π键[题后归纳]、π键的计算方法：单键只有一个σ键；双键是一个σ键一个π键；三键是一个σ键两个π键。当成键原子半径越大，π键越难形成。碳碳三键和碳碳双键的键能不是碳碳单键的键能的3倍和2倍，原因是这些键的类型不完全相同。键与π键由于原子轨道的重叠程度不同从而导致了两者的稳定性不同，一般σ键比π键稳定。并不是所有的共价键都有方向性，如s­sσ键无论s轨道从哪个方向重叠都相同，因此这种共价键没有方向性。命题点2键参数及其应用5．(2018·安顺模拟)NH3分子的立体构型是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，解释该事实的充分理由是()A．NH3分子是极性分子B．分子内3个N—H键的键长相等，键角相等C．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于107°D．NH3分子内3个N—H键的键长相等，3个键角都等于120°C[A、B项事实不充分；D项说明NH3为平面三角形。]6．已知：P4(g)＋6Cl2(g)===4PCl3(g)ΔH＝akJ·mol－1，P4(g)＋10Cl2(g)===4PCl5(g)ΔH＝bkJ·mol－1，P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为ckJ·mol－1，PCl3中P—Cl键的键能为1.2ckJ·mol－1。下列叙述正确的是()【导学号：97500217】A．P—P键的键能大于P—Cl键的键能B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔHC．Cl—Cl键的键能为(b－a＋5.6c)/4kJ·mol－1D．P—P键的键能为(5a－3b＋12c)/8kJ·mol－1C[根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。A．根据Cl原子半径小于P原子半径，可判断P—P键键长大于P—Cl键键长，所以P—P键的键能小于P—Cl键的键能，故A错误。B．根据盖斯定律可得Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(g)ΔH＝(b－a)/4kJ·mol－1，但不知PCl5(g)转化为PCl5(s)时的热效应，故B错误。C．由B选项分析得出的热化学方程式可得：(b－a)/4＝x(Cl—Cl键的键能)＋3×1.2c－5c，x＝(b－a)/4＋1.4c，故C正确。D．由P4(g)＋6Cl2(g)===4PCl3(g)ΔH＝akJ·mol－1，可知：a＝6y(P—P键的键能)＋6×b－a＋5.6c4－12×1.2c，得y＝2.5a＋6c－1.5b6，D错误。]考点2|分子的立体构型(对应学生用书第238页)[考纲知识整合]1．用价层电子对互斥理论推测分子或离子的立体构型(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。a为中心原子的价电子数，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。但对于离子的a为中心原子的价电子数加或减电荷数，如CO2－3的a＝4＋2，NH＋4的a＝5－1。(2)示例分析价层电子对数σ键电子对数孤电子对数电子对立体构型立体构型实例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H2O330三角形平面三角形CO2－3440四面体形正四面体形NH＋4提醒：(1)价层电子对在空间上彼此相距越远时，排斥力越小，体系的能量越低。如CO2为直线形。(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。如键角H2ONH3CH4。2．用杂化轨道理论推测分子或离子的立体构型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BeCl2或HCNsp23120°平面三角形BF3或CO2－3sp34109°28′四面体形CH4或NH＋4示例填表物质中心原子上的孤电子对数价层电子对数VSEPR模型名称分子或离子立体构型中心原子杂化类型①CS2②HCHO③NCl3④SO2－4⑤H3O＋【提示】①02直线形直线形sp②03平面三角形平面三角形sp2③14四面体形三角锥形sp3④04正四面体形正四面体形sp3⑤14四面体形三角锥形sp33．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和立体构型，许多性质相似，如N2与CO、O3与SO2、N2O与CO2、CH4与NH＋4等。[高考命题点突破]命题点1推测分子或离子的立体构型和中心原子的杂化类型1．指出下列分子或离子的立体构型和中心原子的杂化类型(1)H2S__________，CO2__________，PH3__________，PCl3__________，BF3__________，HCN__________，HCHO________，SO2________，SiH4________。(2)NH＋4________，NO－2________，SO2－4________，SO2－3__________，ClO－3__________，ClO－4________，SiO2－3________。【答案】(1)V形、sp3直线形、sp三角锥形、sp3三角锥形、sp3平面三角形、sp2直线形、sp平面三角形、sp2V形、sp2正四面体形、sp3(2)正四面体形、sp3V形、sp2正四面体形、sp3三角锥形、sp3三角锥形、sp3正四面体形、sp3平面三角形、sp22．(1)(2017·全国Ⅰ卷)X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I＋3离子。I＋3离子的几何构型为_________________，中心原子的杂化形式为_______________。(2)(2017·全国Ⅲ卷)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为________和________。【解析】(1)I＋3的价层电子对数为2＋12(7－1－2×1)＝4，中心原子杂化轨道类型为sp3，I＋3中有2对孤电子对，I＋3为V形。(2)CO2中价层电子对数为2＋12(4－2×2)＝2，杂化类型为sp，CH3OH中C形成4个σ键，杂化类型为sp3。【答案】(1)V形sp3(2)spsp33．(1)(2016·全国Ⅰ卷)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为________，微粒之间存在的作用力是_____________________________