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专题5 物质结构与性质
第二单元 物质结构
第1讲 化学键、分子间作用力与分子性质(1课时)
一、课程标准要求
1．认识物质是由原子、离子、分子等微粒构成的，微粒之间存在不同类型的相互作用。根据微粒的种类及微粒之间的相互作用，认识物质的性质与微观结构的关系。
2．认识离子键、共价键的本质。结合常见的离子化合物和共价分子的实例，认识物质和构成微粒、微粒间相互作用与物质性质的关系。知道配位键的特点，认识简单配合物的成键特征，了解配位化合物的存在与应用。知道金属键的特点与金属某些性质的关系。
3．认识分子间存在相互作用，知道范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力，了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及重要作用。
4．认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键，了解共价键具有饱和性和方向性。知道根据原子轨道重叠方式，共价键可分为б键和π键等类型；知道共价键可分为极性和非极性共价键。共价键的键能、键长和键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。
二、在高中化学教材体系中的地位
从原子、分子水平上认识物质构成规律，以微粒之间不同的作用力为线索，侧重研究分子相关性质，进一步丰富学生物质结构知识，提高学生分析问题和解决问题的能力。
三、思维导图
一、教学流程
活动一：构建知识体系
问题1： 你是怎样理解共价键的？
[例题1] N≡N键的键能为946 kJ·mol－1，N—N键的键能为193 kJ·mol－1，则一个π键的平均键能为__________，说明N2中________键比________键稳定(填“σ”或“π”)。
[解析]：π键的平均键能为＝376.5 kJ·mol－1，所以N2中π键比σ键稳定。
[答案]：376.5 kJ·mol－1　π　σ
[归纳总结]
1． 本质
共价键的本质是在原子之间形成_____ ____ (电子云的重叠)。
2．特征:具有__________性和__________性。
3．类型
分类依据 类型
形成共价键的原子轨道重叠方式 ____ _键 电子云“头碰头”重叠
____ _键 电子云“肩并肩”重叠
形成共价键的电子对是否偏移 ____ _键 共用电子对发生偏移
____ _____ 键 共用电子对不发生偏移
原子间共用电子对的数目 单键 原子间有一对共用电子对
双键 原子间有两对共用电子对
叁键 原子间有三对共用电子对
4．键参数
(1)概念
(2)键参数对分子性质的影响
①键能越 ，键长越 ，分子越稳定。
②
5．配位键
(1)配位键
①配位键的形成：成键原子一方提供 ，另一方提供 形成共价键。
②配位键的表示：常用“A→B”来表示配位键，箭头指向_______孤电子对的原子，如NH可表示为 ，在NH中，虽然有一个N—H键形成过程与其他3个N—H键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键 。
(2)配合物：如[Cu(NH3)4]SO4
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(3)配位键的形成条件：
①配体有__________，如H2O、NH3、CO、F－、Cl－、CN－等。
②中心原子有________，如Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋等。
问题2：分子间作用力与分子的性质的关系？
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___________和氢键。
(3)强弱：___________<___________<___________。
(4)范德华力：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___________，硬度越___________。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___________；分子的极性越大，范德华力也___________。
(5)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…B
③特征：具有一定的___________和___________。
④分类：氢键包括___________氢键和___________氢键两种。
⑤分子间氢键对物质性质的影响
主要表现为使物质的熔、沸点___________，对电离和溶解度等产生影响。
2．分子的性质
(1)分子的极性：①极性分子：正电荷中心和负电荷中心___________的分子。②非极性分子：正电荷中心和负电荷中心___________的分子。
(2)分子的溶解性
相似相溶原理：非极性溶质一般能溶于___________溶剂，极性溶质一般能溶于___________溶剂。如果存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力___________，溶解性越好。
[练习1] 已知H和O可以形成H2O和H2O2两种化合物，试根据有关信息完成下列问题：
(1)水是维持生命活动所必需的一种物质。
①1 mol冰中有________mol氢键。
②用球棍模型表示的水分子结构是________。
(2)已知H2O2分子的结构如图所示：H2O2分子不是直线形的，两个氢原子犹如在半展开的书的两面上，两个氧原子在书脊位置上，书页夹角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。
试回答：
①H2O2分子的电子式是________________，结构式是________________________。
②H2O2分子是含有________键和________键的________(填“极性”或“非极性”)分子。
③H2O2难溶于CS2，简要说明理由：____________________________________。
④H2O2中氧元素的化合价是________，简要说明原因___________________________。
(3)(2021·潍坊模拟)氢键是强极性键上的氢原子与电负性很大且含孤电子对的原子之间的作用力。下列事实与氢键无关的是(　　)
A．相同压强下，H2O的沸点高于HF的沸点
B．一定条件下，NH3与BF3可以形成NH3·BF3
C．羊毛制品水洗再晒干后变形
D．H2O和CH3COCH3的结构和极性并不相似，但两者能完全互溶
[解析]： (1)在冰中，每个水分子与周围的4个水分子形成4个氢键，按“均摊法”计算，相当于每个水分子有2个氢键；水分子为V形结构。
(2)由H2O2的立体构型图可知，H2O2是极性分子，分子内既有极性键，又有非极性键，而CS2为非极性分子，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2。
(3)相同压强下，H2O的沸点高于HF的沸点，是因为H2O、HF中氢键的数目和强度不同，A项不符合题意；NH3与BF3形成NH3·BF3，是因为形成了配位键()，B项符合题意；羊毛产品水洗再晒干后变形，是因为羊毛的主要成分为蛋白质，水洗再晒干后氢键被破坏，C项不符合题意；H2O能与CH3COCH3形成氢键，故两者能完全互溶，D项不符合题意。
[答案]：
(1)①2　②B
(2)①　H—O—O—H　②极性　非极性　极性　③H2O2为极性分子，而CS2为非极性溶剂，根据“相似相溶”规律，H2O2难溶于CS2　④－1价　因O—O键为非极性键，而O—H键为极性键，共用电子对偏向氧，故氧为－1价
(3)　B
活动二：重难点突破
问题3：如何判断σ键数？
典例简析
[典型题例](1)[2020江苏高考]柠檬酸结构简式见图。1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的σ键的数目为 mol。
(2)[2018·江苏高考]N2分子中σ键与π键的数目比n(σ)∶n(π)＝________。
(3)[2017·江苏高考]1 mol丙酮分子中含有σ键的数目为________。
(4) [2013·江苏高考]Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物 [Zn(NH3)4]Cl2，1 mol该配合物中含有σ键的数目为________。
[解析]：(1)注意“碳原子与氧原子之间的σ键”，不是所有σ键。(2)N2分子中存在氮氮叁键，1个σ键、2个π键。(3)一个丙酮分子中有6个碳氢键、2个碳碳单键和1个碳氧双键(1个σ键和一个π键)，所以1 mol丙酮分子中含有9 mol σ键。(4)[Zn(NH3)4]Cl2中Zn与N原子、N原子与H原子之间均为σ键，则1 mol [Zn(NH3)4]Cl2中σ键的数目为16NA。
[答案]：(1)7 (2)1∶2　 (3)9NA (4)16NA
[小结](1)由轨道重叠方式判断：“头碰头”重叠为σ键，“肩并肩”重叠为π键。
(2)由物质的结构式判断：通过物质的结构式可以快速有效地判断共价键的种类及数目。共价单键全为σ键，双键中有一个σ键和一个π键，叁键中有一个σ键和两个π键。
(3)由成键轨道类型判断：s轨道形成的共价键全部是σ键；杂化轨道形成的共价键全部为σ键。
[练习2]现有以下物质：①HF；②Cl2；③H2O；④N2；⑤C2H4；⑥C2H6；⑦H2；⑧H2O2；⑨HCN(H-C≡N)有σ键的是　　　　　　(填序号，)；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　　　　　　；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σ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σ键的是　　　　　　。
[答案]①②③⑥⑦⑧　④⑤⑨　⑦　①③⑤⑥⑧⑨　②④⑤⑥⑧⑨
问题4：配合物的考查
[练习3](1)[2019江苏高考] Cu2+与OH-反应能生成[Cu(OH)4]2-，[Cu(OH)4]2-中的配位原子为 (填元素符号)。
(2)[2018·江苏高考][Fe(H2O)6]2＋与NO反应生成的[Fe(NO)(H2O)5]2＋中，NO以N原子与Fe2＋形成配位键。请在[Fe(NO)(H2O)5]2＋结构示意图的相应位置补填缺少的配体。
(3)[2016·江苏高考][Zn(CN)4]2－中Zn2＋与CN－的C原子形成配位键。不考虑空间构型，[Zn(CN)4]2－的结构可用示意图表示为________。
(4)[2015·江苏高考]配合物[Cr(H2O)6]3＋中，与Cr3＋形成配位键的原子是________(填元素符号)。
(5)配位化合物在生产生活中有重要应用，请根据要求回答下列问题：
①光谱证实单质铝与强碱性溶液反应有[Al(OH)4]－生成，则[Al(OH)4]－中存在　　　　(填字母)。
a．共价键 b．非极性键 c．配位键 d．σ键 e．π键
②Co(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物，结构分别为[CoBr(NH3)5]SO4和[Co(SO4)(NH3)5]Br。已知Co3＋的配位数是6，为确定钴的配合物的结构，现对两种配合物进行了如下实验：在第一种配合物的溶液中加BaCl2溶液时，产生白色沉淀，在第二种配合物的溶液中加BaCl2溶液时，则无明显现象。则第一种配合物的结构可表示为　　　　　　　　　　，第二种配合物的结构可表示为　　　　　　　　　　　　　　。若在第二种配合物的溶液中滴加AgNO3溶液，则产生的现象是_______________________。
(提示：TiCl(H2O)5Cl2这种配合物的结构可表示为[TiCl(H2O)5]Cl2。)
[答案]：(1) O (2) (3)
(4)O (5)①acd　②[CoBr(NH3)5]SO4 [Co(SO4)(NH3)5]Br　生成淡黄色沉淀
活动三：巩固提升
1．下列各组分子中，都属于含极性键的非极性分子的是(　　)
A．CO2、H2S B．C2H4、CH4
C．Cl2、C2H2 D．NH3、HCl
2．在下列物质中：①HCl、②N2、③NH3、④Na2O2、⑤H2O2、⑥NH4Cl、⑦NaOH、⑧Ar、⑨CO2、⑩C2H4
(1)只存在非极性键的分子是_________；既存在非极性键又存在极性键的分子是__________；只存在极性键的分子是__________(填序号，下同)。
(2)只存在单键的分子是__________，存在三键的分子是__________，只存在双键的分子是__________，既存在单键又存在双键的分子是__________。
(3)只存在σ键的分子是__________，既存在σ键又存在π键的分子是__________。
(4)不存在化学键的是__________。
(5)既存在离子键又存在极性键的是_________；既存在离子键又存在非极性键的是________。
3．(1)[2017·江苏高考]乙醇的沸点高于丙酮，这是因为
_____________________________________________________________________。
(2)[2015·江苏高考]H2O与CH3CH2OH可以任意比例互溶，除因为它们都是极性分子外，还因为________________________________________________________。
(3)[2013·江苏高考]O的氢化物(H2O)在乙醇中的溶解度大于H2S，其原因是____________________________________________________________________。
(4)[2011·江苏高考]化合物NH3的沸点比化合物CH4的高，其主要原因为
_____________________________________________________________________。
4．配合物[Cu(CH3C≡N)4]BF4是双烯合成反应的催化剂，它被浓硝酸分解的化学方程式为：[Cu(CH3C≡N)4]BF4Cu2＋＋H3BO3＋CO2↑＋HF…(未配平)。
(1)Cu2＋基态核外电子排布式为________；铜与氮形成的一种化合物晶胞结构如右图所示，则该化合物的化学式为__________________________________。
(2)1 mol H3BO3分子中含有σ键的数目为________mol。
(3)N与CO2分子互为等电子体，N的结构式可表示为________。
(4)配合物[Cu(CH3C≡N)4]BF4中：
①配体CH3C≡N分子中碳原子杂化轨道类型为________。
②[Cu(CH3C≡N)4]＋的结构可用示意图表示为________(不考虑空间构型)。
5．按要求回答下列问题：
(1)HCHO分子的立体构型为________形，它与H2加成后，加成产物的熔、沸点比CH4的熔、沸点高，其主要原因是(须指明加成产物是何物质)_____________________________。
(2)S位于周期表中第________族，该族元素氢化物中，H2Te比H2S沸点高的原因是__________________________________________________，H2O比H2Te沸点高的原因是____________________________________________________________________。
(3)有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷。硅烷的沸点与相对分子质量的关系如图所示，呈现这种变化的原因是_________________________________________________。
(4)氨是一种易液化的气体，请简述其易液化的原因：_____________________________。
(5)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___________________________________。
(6)苯胺()与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃)，原因是__________________________________________________。
[参考答案]：
1．B H2S和NH3、HCl都是含极性键的极性分子；Cl2是含有非极性键的非极性分子；CO2、CH4是只含有极性键的非极性分子；C2H4和C2H2是含有极性键和非极性键的非极性分子。
2．(1)②　⑤⑩　①③⑨　(2)①③⑤　②　⑨　⑩ (3)①③⑤　②⑨⑩　
(4)⑧　 (5)⑥⑦　④
3．(1)乙醇分子间存在氢键
(2)H2O与CH3CH2OH之间可以形成氢键
(3)水分子与乙醇分子之间形成氢键
(4)NH3分子间存在氢键
4．(1)[Ar]3d9(或1s22s22p63s23p63d9)　Cu3N　(2)6
(3)[N===N===N]－　(4)①sp和sp3
②
5．(1)平面三角　加成产物CH3OH分子之间能形成氢键　(2)ⅥA　两者均为分子晶体且结构相似，H2Te相对分子质量比H2S大，分子间作用力更强　两者均为分子晶体，H2O分子之间存在氢键　(3)硅烷为分子晶体，随相对分子质量增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高　(4)氨分子间存在氢键，分子间作用力大，因而易液化　(5) O—H键>氢键>范德华力
形成分子内氢键，而形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大，沸点升高
(6) 苯胺分子之间存在氢键
二、教学建议
1．能比较微粒间作用的主要类型、特征和实质；能比较不同类型的微粒间作用的联系与区别；能说明典型物质的成键类型。
2．能利用电负性判断共价键的极性，能说明分子间作用力对物质熔、沸点等性质的影响，能列举含有氢键及其性质特点。
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