1、1第 38讲 分子结构与性质考纲要求 1.了解共价键的形成、极性、类型( 键和 键)，了解配位键的含义。2.能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。3.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp、sp 2、sp 3)。4.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立体构型。5.了解范德华力的含义及对物质性质的影响。6.了解氢键的含义，能列举存在氢键的物质，并能解释氢键对物质性质的影响。考点一 共价键及其参数1本质在原子之间形成共用电子对(电子云的重叠)。2特征具有饱和性和方向性。3分类分类依据 类型 键 电子云“头碰头”重叠形成共价键的原子轨道重叠方式 键 电子云“
2、肩并肩”重叠极性键 共用电子对发生偏移形成共价键的电子对是否偏移非极性键 共用电子对不发生偏移单键 原子间有一对共用电子对原子间共用电子对的数目双键 原子间有两对共用电子对2三键 原子间有三对共用电子对特别提醒 (1)只有两原子的电负性相差不大时，才能形成共用电子对，形成共价键，当两原子的电负性相差很大(大于 1.7)时，不会形成共用电子对，而形成离子键。(2)同种元素原子间形成的共价键为非极性键，不同种元素原子间形成的共价键为极性键。4键参数(1)概念(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。5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结构，许多
3、性质相似，如 N2与 CO、O 3与 SO2、N 2O与 CO2、CH 4与 NH 等。4(1)共价键的成键原子只能是非金属原子()(2)在任何情况下，都是 键比 键强度大()(3)在所有分子中都存在化学键()(4)分子的稳定性与分子间作用力的大小无关()(5)ss 键与 sp 键的电子云形状对称性相同()(6) 键能单独形成，而 键一定不能单独形成()(7) 键可以绕键轴旋转， 键一定不能绕键轴旋转()(8)碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键键能的 3倍和 2倍()(9)键长等于成键两原子的半径之和()(10)所有的共价键都有方向性()1有以下物质：HF，Cl 2，H 2O，N 2，C
4、2H4，C 2H6，H 2，H 2O2，HCN(HCN)。只有 键的是_(填序号，下同)；既有 键，又有 键的是_；含3有由两个原子的 s轨道重叠形成的 键的是_；含有由一个原子的 s轨道与另一个原子的 p轨道重叠形成的 键的是_；含有由一个原子的 p轨道与另一个原子的 p轨道重叠形成的 键的是_。答案 2写出与 CCl4互为等电子体的分子或离子有_等。答案 SiCl 4、CBr 4、SO 、CF 4(合理即可)24题组一 共价键参数的理解与应用1结合事实判断 CO和 N2相对活泼的是_，试用下表中的键能数据解释其相对活泼的原因：_。CO CO C=O CO键能(kJmol 1 ) 357.7
5、 798.9 1 071.9N2 NN N=N NN键能(kJmol 1 ) 154.8 418.4 941.7答案 CO 断开 CO分子的第一个化学键所需要的能量(273.0 kJmol1 )比断开 N2分子的第一个化学键所需要的能量(523.3 kJmol 1 )小解析 由断开 CO分子的第一个化学键所需要的能量(1 071.9798.9) kJmol1 273.0 kJmol1 比断开 N2分子的第一个化学键所需要的能量(941.7418.4) kJmol1 523.3 kJmol 1 小，可知 CO相对活泼。2(2018河南省开封联考)已知键能、键长部分数据如下表：共价键 ClCl B
6、rBr II HF HCl HBr HI HO键能(kJmol1)242.7 193.7 152.7 568 431.8 366 298.7 462.8键长(pm) 198 228 267 96共价键 CC C=C CC CH NH N=O OO O=O键能(kJmol1)347.7 615 812 413.4 390.8 607 142 497.3键长(pm) 154 133 120 109 1014(1)下列推断正确的是_(填字母，下同)。A稳定性：HFHClHBrHIB氧化性：I 2Br 2Cl 2C沸点：H 2ONH 3D还原性：HIHBrHClHF(2)下列有关推断正确的是_。A同种
7、元素形成的共价键，稳定性：三键双键单键B同种元素形成双键键能一定小于单键的 2倍C键长越短，键能一定越大D氢化物的键能越大，其稳定性一定越强(3)在 HX分子中，键长最短的是_，最长的是_；OO 键的键长_(填“大于” “小于”或“等于)O= =O键的键长。答案 (1)ACD (2)A (3)HF HI 大于解析 (1)根据表中数据，同主族气态氢化物的键能从上至下逐渐减小，稳定性逐渐减弱，A项正确；从键能看，氯气、溴单质、碘单质的稳定性逐渐减弱，由原子结构知，氧化性也逐渐减弱，B 项错误；还原性与失电子能力有关，还原性：HIHBrHClHF，D 项正确。(2)由碳碳键的数据知 A项正确；由 O
8、O键、O= =O键的键能知，B 项错误；CH 键的键长大于 NH键的键长，但是 NH键的键能反而较小，C 项错误；由 CH、NH 的键能知，CH4的键能较大，而稳定性较弱，D 项错误。题组二 等电子原理的理解与应用3(2017瓦房店市期末)根据等电子原理判断，下列说法中错误的是( )AB 3N3H6分子中所有原子均在同一平面上BB 3N3H6分子中存在双键，可发生加成反应CH 3O 和 NH3是等电子体，均为三角锥形DCH 4和 NH 是等电子体，均为正四面体形4答案 B解析 B 3N3H6和苯是等电子体，其结构相似；C 项，H 3O 和 NH3是等电子体，根据氨气分子的立体构型判断水合氢离子
9、的立体构型；D 项，CH 4和 NH 是等电子体，根据甲烷的立体构4型判断铵根离子的立体构型。4回答下列问题。(1)根据等电子原理，仅由第二周期元素形成的共价分子中，互为等电子体的是_和_；_和_。(2)在短周期元素组成的物质中，与 NO 互为等电子体的分子有_、_。25(3)与 H2O互为等电子体的一种阳离子为_(填化学式)，阴离子为_。(4)与 N2互为等电子体的阴离子是_，阳离子是_。答案 (1)N 2 CO N 2O CO 2(2)SO2 O 3(3)H2F NH 2(4)CN (或 C ) NO 22考点二 分子的立体构型1价层电子对互斥理论(1)理论要点价层电子对在空间上彼此相距最
10、远时，排斥力最小，体系的能量最低。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)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)示例分析电子对数 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2 2 0 直线形 直线形 CO23 0 平面三角形 BF332 1三角形V形 SO24 0 正四面体形 CH43 1 三角锥形 NH342 2四面体形V形 H2O2.杂化轨道理论(1)
11、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。6(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sp 2 180 直线形 BeCl2sp2 3 120 平面三角形 BF3sp3 4 10928 四面体形 CH43.配位键(1)孤电子对分子或离子中没有跟其他原子共用的电子对称孤电子对。(2)配位键配位键的形成：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成共价键。配位键的表示：常用“ ”来表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子，如 NH 可4表示为 ，在 N
12、H 中，虽然有一个 NH键形成过程与其他 3个 NH键形4成过程不同，但是一旦形成之后，4 个共价键就完全相同。(3)配合物如Cu(NH 3)4SO4配体有孤电子对，如 H2O、NH 3、CO、F 、Cl 、CN 等。中心原子有空轨道，如 Fe3 、Cu 2 、Zn 2 、Ag 等。(1)杂化轨道只用于形成 键或用于容纳未参与成键的孤电子对()(2)分子中中心原子若通过 sp3杂化轨道成键，则该分子一定为正四面体结构()(3)NH3分子为三角锥形，N 原子发生 sp2杂化()(4)只要分子构型为平面三角形，中心原子均为 sp2杂化()(5)中心原子是 sp杂化的，其分子构型不一定为直线形()(
13、6)价层电子对互斥理论中， 键电子对数不计入中心原子的价层电子对数()1填表序号 物质 中心原子上的 价层电子 VSEPR模型 分子或离子立 中心原子7孤电子对数 对数 名称 体构型 杂化类型 CS2 HCHO NCl3 SO24 H3O答案 0 2 直线形 直线形 sp0 3 平面三角形 平面三角形 sp 21 4 四面体形 三角锥形 sp 30 4 正四面体形 正四面体形 sp 31 4 四面体形 三角锥形 sp 32比较下列分子或离子中键角大小。(1)H2O_H3O ，NH 3_NH 。4(2)SO3_CCl4，CS 2_SO2。答案 (1) (2) 解析 (1)H 2O与 H3O ，N
14、H 3与 NH 的中心原子均采用 sp3杂化，孤电子对数越多，斥力越4大，键角越小。(2)杂化不同，键角不同。题组一 分子的立体构型及中心原子杂化类型的判断1(2017东河区校级期末)下列说法中正确的是( )APCl 3分子是三角锥形，这是因为 P原子是以 sp2杂化的结果Bsp 3杂化轨道是由任意的 1个 s轨道和 3个 p轨道混合形成的四个 sp3杂化轨道C凡中心原子采取 sp3杂化的分子，其 VSEPR模型都是四面体DAB 3型的分子立体构型必为平面三角形答案 C解析 A 项，PCl 3分子的中心原子 P含有 3个成键电子对和 1个孤电子对，为 sp3杂化，立体构型为三角锥形，错误；B
15、项，能量相近的 s轨道和 p轨道形成杂化轨道，错误；C 项，凡中心原子采取 sp3杂化的分子，其 VSEPR模型都是四面体，而分子的立体构型还与含有的孤电子对数有关，正确；D 项，AB 3型的分子立体构型与中心原子的孤电子对数也有关，如BF3中 B原子没有孤电子对，为平面三角形，NH 3中 N原子有 1个孤电子对，为三角锥形，错8误。2原子形成化合物时，电子云间的相互作用对物质的结构和性质会产生影响。请回答下列问题：(1)BF3分子的立体构型为_，NF 3分子的立体构型为_。(2)已知 H2O、NH 3、CH 4三种分子中，键角由大到小的顺序是 CH4NH3H2O，请分析可能的原因是_。答案
16、(1)平面三角形 三角锥形(2)CH4分子中的 C原子没有孤电子对，NH 3分子中 N原子上有 1对孤电子对，H 2O分子中 O原子上有 2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用增大，故键角减小解析 (1)BF 3分子中的 B原子采取 sp2杂化，所以其分子的立体构型为平面三角形；NF 3分子中的 N原子采取 sp3杂化，其中一个杂化轨道中存在一对孤电子对，所以其分子的立体构型为三角锥形。(2)H2O、NH 3、CH 4分子中的 O、N、C 均采取 sp3杂化，而在 O原子上有 2对孤电子对，对成键电子对的排斥作用最大，键角最小；N 原子上有 1对孤电子对，对成键电子对的排斥作用使键角缩小，但比水
17、分子的要大；C 原子上无孤电子对，键角最大。3(2017桂林中学月考)锂磷酸氧铜电池正极的活性物质是 Cu4O(PO4)2，可通过下列反应制备：2Na3PO44CuSO 42NH 3H2O=Cu4O(PO4)23Na 2SO4(NH 4)2SO4H 2O请回答下列问题：(1)上述化学方程式中涉及的 N、O、P 元素的电负性由小到大的顺序是_。(2)基态 S原子的价电子排布式为_。(3)(NH4)2SO4中含有化学键的类型为_。(4)PO 的立体构型是_，其中 P原子的杂化方式为_。34(5)在硫酸铜溶液中加入过量 KCN溶液，生成配合物Cu(CN) 42 ，则 1 mol CN 中含有的 键数
18、目为_,1 mol Cu(CN) 42 中含有的 键数目为_。答案 (1)PNO(2)3s23p4(3)离子键、共价键(4)正四面体 sp 3(5)2NA 8 NA解析 (1)同周期主族元素的电负性从左到右逐渐增大，则有电负性：NO；同主族元素的电负性自上而下逐渐减弱，则有电负性：NP。(2)基态 S原子核外有 16个电子，根据核外电子排布规律，其价电子排布式为 3s23p4。9(3)(NH4)2SO4分子中存在 NH极性共价键和 SO极性共价键，NH 和 SO 之间存在离子4 24键。(4)PO 中 P原子的价层电子对数为 4 4，则 P原子采取 sp3杂化，故 PO345 3 242的立体
19、构型为正四面体。34(5)CN 中 C、N 原子之间存在 CN 键，1 个 CN 中存在 1个 键、2 个 键，故 1 mol CN 含有 2 mol 键。Cu(CN) 42 中 Cu2 为中心离子，CN 为配体，Cu 2 与 CN 之间以配位键结合，即每个 CN 与 Cu2 间有 1个 键，故 1 mol Cu(CN)42 含有 8 mol 键。4(2018南昌县莲塘一中月考)(1)下列说法正确的是_。AHOCH 2CH(OH)CH2OH与 CH3CHClCH2CH3都是手性分子BNH 和 CH4的立体构型相似4CBF 3与 都是平面形分子DCO 2和 H2O都是直线形分子(2)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)。图甲中，1 号 C与相邻 C形成 键的个数为_。图乙中，1 号 C的杂化方式是_，该 C与相邻 C形成的键角_(填“” “OC(4)65NA(5)CrCl2(H2O)4
