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第三十八讲 分子结构与性质
1．了解共价键的形成、极性、类型(σ键和π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．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。
4．了解杂化轨道理论及简单的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)。
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。
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
分类依据 类型
形成共价键的原子轨道重叠方式 Σ键 电子云“头碰头”重叠
Π键 电子云“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
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436.0 kJ·mol－1，N≡N键的键能为946 kJ·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________。
知识点一
1．共用电子对
2．饱和　方向
4．(1)①1 mol　②kJ·mol－1　④多　牢固
(2)①核间距　②大　稳定
(3)②空间构型　③方向　④180°　直线　角　V　正四面体
5．等电子体
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。
知识点二
1．价层电子对　成键电子对
(1)一致　(2)不一致
3．(1)2　180°　直线形　3　120°　平面三角形　4
109°28′　四面体形
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
①极性键：____________________________________________的共价键。
②非极性键：_____________________________________________的共价键。
(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。
知识点三
1．(1)①电子对发生偏移　②电子对不发生偏移
(2)①不重合　②重合
2．(1)分子　分子　(2)很弱　(3)①相对分子质量　②分子极性
(4)物理　化学
3．(1)除范德华力之外的另一种分子间作用力　电负性很强　A—H…B—
(2)①范德华力　化学键　十　②分子间　分子内
③方向　饱和
(3)升高
4．(1)非极性溶剂　极性溶剂　越强
(2)互溶　减小
(3)SO2与H2O
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F2H2S，HF>HCl，NH3>PH3
【答案】
一、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电负性很强的原子之间的作用力　分子间　某些含强极性键氢化物的分子间(如HF、H2O、NH3)或含F、N、O及H的化合物中或其分子间　无方向性、无饱和性　有方向性、有饱和性　有方向性、有饱和性　共价键>氢键>范德华力　①随着分子极性和相对分子质量的增大而增大；②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大　成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定　①影响分子的稳定性；②共价键键能越大，分子稳定性越强
二、等电子原理及应用
1．常见的等电子体汇总(完成下表)
微粒 通式 价电子总数 立体构型
CO2、CNS－、NO、N AX2
CO、NO、SO3 AX3
SO2、O3、NO AX2 V形
SO、PO AX4
PO、SO、ClO AX3 三角锥形
CO、N2 AX 直线形
CH4、NH AX4
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(β Sn2)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。
【答案】
二、1.16e－　直线形　24e－　平面三角形　18e－　32e－　正四面体形　26e－　10e－　8e－　正四面体形
【典例】1．判断含氧酸酸性强弱的一条经验规律是含氧酸分子结构中含非羟基氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强。如下表所示：
含氧酸酸性强弱与非羟基氧原子数的关系
次氯酸 磷酸 硫酸 高氯酸
含氧酸 Cl—OH
非羟基氧原子数 0 1 2 3
酸性 弱酸 中强酸 强酸 最强酸
(1)亚磷酸H3PO3和亚砷酸H3AsO3分子式相似，但它们的酸性差别很大，H3PO3是中强酸，H3AsO3既有弱酸性又有弱碱性。由此可推出它们的结构简式分别为①_______，②_______。
(2)H3PO3和H3AsO3与过量的NaOH溶液反应的化学方程式分别是①_______，②_______。
(3)在H3PO3和H3AsO3中分别加入浓盐酸，分析反应情况：_______，写出化学方程式：_______。
【答案】(1)
(2) H3PO3+2NaOH=Na2HPO3+2H2O H3AsO3+3NaOH=Na3AsO3+3H2O
(3) H3PO3为中强酸，不与盐酸反应，H3AsO3可与盐酸反应 H3AsO3+3HCl=AsCl3+3H2O
【解析】
（1）从已知信息看，无非羟基氧的酸为弱酸。有一个非羟基氧的为中强酸。而有两个及以上的为强酸。已知H3PO3为中强酸，则其结构中有1个非羟基氧，结构为。H3AsO3为弱酸，则没有非羟基氧，所有的均为-OH结构式为；答案为；；；
（2）与过量的碱反应生成正盐。从信息可知羟基可以电离出H+，H3PO3为二元酸对应的酸根为，而H3AsO3为三元酸其对应的酸根为。所以反应方程式为H3AsO3+3NaOH=Na3AsO3+3H2O和H3PO3+2NaOH=Na2H2AsO3+2H2O。答案为H3AsO3+3NaOH=Na3AsO3+3H2O；H3PO3+2NaOH=Na2HPO3+2H2O；
（3）H3PO3为中强酸，不与盐酸反应；H3AsO3为两性物质，可与盐酸反应生成盐AsCl3和H2O。所以方程式为H3AsO3+3HCl=AsCl3+3H2O，答案为H3AsO3+3HCl=AsCl3+3H2O。
【典例】2．螯合树脂吸附法处理废水具有吸附容量大、速度快以及选择性好等特点，已成为近年来的研究热点。螯合树脂M与Cu2+形成新的螯合物Q，从而达到去除Cu2+的效果，吸附机理如图所示。
资料：
①吸附原理
螯合树脂M中的—COOH解离出H+，变成—COO-，而且树脂中含有N原子，在与Cu2+接触时，树脂中的—COO-、N原子与Cu2+形成配位键，形成新的螯合物Q，从而达到去除Cu2+的目的。
②在体系酸性较强情况下，氮原子与氢离子具有较强的配位能力。
(1)M中四种元素电负性由大到小的顺序为(用元素符号表示)____。
(2)M中N原子的杂化轨道类型为____。
(3)Q中存在配位键，其中提供空轨道的是____。
(4)在螯合树脂M处理含铜废水过程中，发现体系pH对Cu2+的吸附量有影响，实验结果如图所示。
①吸附去除Cu2+的过程中需保持体系处于适宜的pH，其中pH约为____时吸附效果最好。
②解释体系碱性过强时，吸附能力下降的原因____。
③从结构角度解释：体系酸性较强时，吸附能力下降的原因____。
【答案】(1)
(2)sp3
(3)Cu2+
(4) 6 c(OH-)增大，发生反应Cu2++2OH-=Cu(OH)2↓，使螯合反应向逆反应方向进行，c(Q)减小，因此吸附能力下降 酸性较强时，氮原子与氢原子具有较强的配位能力，N原子与Cu2+配位减小，c(Q)减小，因此吸附能力下降
【解析】
(1)M中四种元素分别为H、C、N、O，由元素性质周期性变化规律知，元素非金属性越强，电负性越强，则电负性由大到小的顺序为，故答案为：；
(2)M中N原子的价电子对数为，则杂化轨道类型为sp3，故答案为：sp3；
(3)Q中存在配位键，其中提供空轨道的是Cu2+，故答案为：Cu2+；
(4)①由图示知，其中pH约为6时吸附效果最好，故答案为：6；
②根据平衡移动原理分析，c(OH-)增大，发生反应Cu2++2OH-=Cu(OH)2↓，使螯合反应向逆反应方向进行，c(Q)减小，因此吸附能力下降，故答案为：c(OH-)增大，发生反应Cu2++2OH-=Cu(OH)2↓，使螯合反应向逆反应方向进行，c(Q)减小，因此吸附能力下降；
③从结构角度分析，酸性较强时，氮原子与氢原子具有较强的配位能力，N原子与Cu2+配位减小，c(Q)减小，因此吸附能力下降，故答案为：酸性较强时，氮原子与氢原子具有较强的配位能力，N原子与Cu2+配位减小，c(Q)减小，因此吸附能力下降。
1．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是
A．中S的价层电子对数为3NA
B．中键的个数为7NA
C．标准状况下，体积均为的与含有的电子总数均为NA
D．和在密闭容器中充分反应后，其分子总数为0.2NA
【答案】B
【解析】
A．1分子中有6个键，S原子的价电子中无孤对电子，即0.5molSF6中S原子的价层电子对数为，故A正确；
B．分子中的化学键全是键，1个分子中含有的键个数为13个，29gC4H10的物质的量为，则含有键的个数为，故B错误；
C．标准状况下，与均为气态，体积为时，两者的物质的量均为，且1个与分子中都含有10个电子，所以与含有的电子总数均为，故C正确；
D．反应前后分子数不变，和在密闭容器中充分反应后，其分子总数为0.2NA，故D正确；
选B。
2．下列说法正确的是
A．C=O键的键长比C-O键短，C=O键的键能比C-O键小
B．键角：H2O>NH3
C．H-Cl键的键能比H-Br键大，HCl的热稳定性比HBr高
D．C=C双键的键能比C-C单键大，碳碳双键的化学性质比碳碳单键稳定
【答案】C
【解析】
A．共用电子对拉近核间距离，C=O键中共用电子对数目多，键长比C-O键短，C=O键的键能比C-O键大，A选项错误；
B．H2O中的O有2对孤对电子，NH3中的N有1对孤对电子，孤电子对越多，斥力越大，故键角：H2OC．Cl原子半径小于Br原子，H-Cl键的键长比H-Br键长短，H-Cl键的键能比H-Br键大，HCl的热稳定性比HBr高，C选项正确；
D．C=C双键的键能比C-C单键大，但比两倍C-C单键的键能小，C=C的其中一条键比C-C键能小不牢固，使得碳碳双键的化学性质比碳碳单键不稳定，D选项错误；
答案选C。
3．甲硫醇()是合成蛋氨酸的重要原料。反应可用于甲硫醇的制备。下列有关说法正确的是
A．的熔沸点比低 B．与互为同系物
C．中含键 D．熔点高，常用作做耐高温材料
【答案】D
【解析】
A．水分子能形成分子间氢键，硫化氢不能形成分子间氢键，所以水分子间的作用力大于硫化氢，熔沸点高于硫化氢，故A错误；
B．甲醇和甲硫醇的官能团不同，含有的碳原子个数相同，不可能互为同系物，故B错误；
C．由分子式可知，甲硫醇分子中含有的5个单键都为σ键，所以1mol甲硫醇分子中含有5molσ键，故C错误；
D．氧化铝是熔点高的离子化合物，常用作做耐高温材料，故D正确；
故选D。
4．次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，无色液体，具有强还原性，可用作杀菌剂。已知：①H3PO2+NaOH(足量)=NaH2PO2+H2O；②2H3PO2H3PO4+PH3↑。下列说法正确的是
A．H3PO2结构式可表示为
B．H3PO2中P表现+1价，NaH2PO2属于酸式盐
C．PH3结构与NH3相似，沸点较NH3高
D．H2O与NH3均为10e-分子，二者互为等电子体
【答案】A
【解析】
A．根据已知信息①可知次磷酸(H3PO2)是一元酸，分子中含有1个-OH，故其结构式是，A正确；
B．H3PO2中P表现+1价，具有强的还原性，根据其与足量NaOH反应产生NaH2PO2，可知NaH2PO2属于正盐，B错误；
C．PH3结构与NH3相似，但该物质分子中只存在分子间作用，而NH3分子间还存在氢键，增加了分子之间的吸引作用，导致物质的沸点NH3比PH3高，C错误；
D．H2O与NH3均为10e-分子，但二者价电子数目不相等，原子数不相等，因此它们不能互为等电子体，D错误；
故合理选项是A。
5．液氨是一种很好的溶剂，液氨可以微弱的电离产生NH和NH。NH3中的一个H原子若被-NH2取代可形成N2H4(联氨)，若被-OH取代可形成NH2OH(羟胺)。在有NH存在时，Cu(OH)2能溶于氨水形成[Cu(NH3)4]2+。NH3经过一定的转化可以形成N2、NO、NO2、N2O4(无色)、HNO3等。下列有关NH2OH、NH3、NH、NO的说法正确的是
A．NH2OH难溶于水 B．NO的空间构型为直线形
C．NH3的键角比NH中的大 D．[Cu(NH3)4]2+中提供孤电子对的原子是Cu
【答案】C
【解析】
A．NH2OH能与水形成分子间氢键，易溶于水，A错误；
B．NO与的价层电子对数为：，孤电子对数为1，离子的空间构型为V形，B错误；
C．NH3与NH的价层电子对数均为4，NH3有1对孤电子对，NH有2对孤电子对，孤电子对与孤电子对之间的斥力大于孤电子对与成键电子对之间的斥力大于成键电子对和成键电子对之间的斥力，孤电子对数越多，键角越小，故NH3的键角比NH中的大，C正确；
D．[Cu(NH3)4]2+中提供孤电子对的原子是N原子，Cu原子提供空轨道，D错误；
故选C。
6．磷酰三叠氮是一种高能分子，结构简式为O=P(N3)3。下列关于该分子的说法正确的是
A．为非极性分子 B．立体构型为正四面体形
C．加热条件下会分解并放出 D．分解产物NPO的电子式为
【答案】C
【解析】
A．磷酰三叠氮分子不是对称结构，分子中的正负电荷重心是不重合的，是极性分子，A项错误；
B．磷酰三叠氮分子含有三个P-N键及一个P=O双键，则立体构型为四面体构型，B项错误；
C．磷酰三叠氮是一种高能分子，加热条件下会分解并放出N2，C项正确；
D．NPO为共价化合物，则电子式为，D项错误；
故选C。
7．下列有关、、和的说法正确的是
A．中S原子的杂化方式为
B．的空间构型为平面正方形
C．分子中的键角小于分子中的键角
D．分子是极性分子
【答案】C
【解析】
A．SO离子中S原子孤电子对数==1，价层电子对数=3+1=4，形成4条新的杂化轨道，采用了sp3杂化，A选项错误；
B．SO中S的价层电子对数为4，无孤对电子，空间构型为正四面体，B选项错误；
C．SO2中的S采用sp2杂化，三对价层电子对理想化是平面正三角形，但其中的1对孤电子对2对成键电子对有排斥作用，所以键角小于120°，SO3中的S为+6价，所有电子均参与成键，没有孤对电子，空间构型为堆成的平面正三角形，键角为120°，即SO2分子中的键角小于SO3，C选项正确；
D．SO3为平面正三角形分子，键角120°，分子内正负电荷抵消为非极性分子，D选项错误；
答案选C。
8．铜有Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)两种离子，铜的离子是人体内多种酶的辅因子，人工模拟酶是当前研究的热点。铜的离子可与多种配体形成配位化合物，有一种配离子结构如图。下列有关说法中错误的是
A．该配离子中所含基态铜离子的价层电子排布图为
B．该离子的配体中，N原子采用了和两种杂化方式
C．该配离子中铜的配位数和所含配位键的数目均为4
D．从核外电子排布角度分析，稳定性：Cu(Ⅰ)＜Cu(Ⅱ)
【答案】D
【解析】
A．该配离子中铜离子为价，所以价层电子排布图为，A正确；
B．该离子的配体中，N原子采用了和两种杂化方式，B正确；
C．由图可知铜离子配位数和每个离子所含配位键数均为4，C正确；
D．由于Cu(Ⅰ)的3d轨道全充满，所以更稳定，故D错误。
故选D。
9．实验室中利用CoCl2制取配合物[Co(NH3)6]Cl3的反应为2CoCl2 + 10NH3 + 2NH4Cl+H2O2 =2[Co(NH3)6]Cl3+2H2O。下列叙述正确的是
A．Co2+的价电子排布图为
B．1 mol [Co(NH3)6]3+中含σ键为18 mol
C．H2O2中氧原子采用sp3杂化
D．氨分子间存在氢键，因而NH3易溶于水
【答案】C
【解析】
A．Co原子核外有27个电子，基态Co原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2，Co2+的价电子排布式为3d7，价电子排布图为，A项错误；
B．1个[Co(NH3)6]3+中1个Co3+与6个N原子形成6个配位键，配位键属于σ键，每个NH3中含3个N—Hσ键，1mol[Co(NH3)6]3+中含有(6+6×3)mol=24molσ键，B项错误；
C．H2O2的结构式为H—O—O—H，每个O形成2个σ键，每个O还有两对孤电子对，即O原子的价层电子对数为4，O原子采用sp3杂化，C项正确；
D．NH3易溶于水是由于NH3与H2O分子间存在氢键、NH3分子和H2O分子都是极性分子、NH3能与H2O反应，不是由于氨分子间存在氢键，D项错误；
答案选C。
10．[Cu(NH3)2(H2O)2]2+有两种配离子，其结构如图所示。
下列说法错误的是
A．甲、乙中Cu原子配位数均为4
B．铜离子与两个氮原子、两个氧原子形成的空间结构为四面体
C．基态Cu2+的价层电子排布式是3d9
D．该配合物中组成元素的电负性大小顺序为O>N>H>Cu
【答案】B
【解析】
A．由图可知，甲、乙中Cu原子配位数均为4，A正确；
B．根据甲、乙的结构，结合2个和2个后有2种结构，可知铜离子与两个氮原子、两个氧原子形成的空间结构为平面结构而不是立体结构，B错误；
C．基态Cu的价层电子排布式是，基态的价层电子排布式是，C正确；
D．该配合物组成元素为H、O、N、Cu，同周期中从左。到右元素电负性逐渐增大，即O>N，N与H结合N显负化合价，即N>H，铜为金属，电负性最小，大小顺序为O>N>H>Cu，D正确；
故合理选项为B。
11．“液态阳光”由中国科学院液态阳光研究组命名，指的是利用太阳能、风能等可再生能源分解水制氢，再将空气中的CO2加氢制成CH3OH等液体燃料。该过程零污染、零排放，并且可形成循环，是迄今为止人类制备CH3OH最清洁环保的方式之一，下列说法错误的是（ ）
A．即使使用高效催化剂，改变反应历程，CO2和H2O合成CH3OH和O2也为吸热反应
B．SiO2的熔点比CO2的高，原因是SiO2的分子间作用力更大
C．CO2是直线形分子
D．甲醇的沸点介于水和甲硫醇( CH3SH)之间
【答案】B
【解析】
A．改变反应历程不能改变反应的焓变，所以加入催化剂，CO2和H2O合成CH3OH和O2也为吸热反应，A选项正确；
B．SiO2为共价晶体，CO2为分子晶体，两者晶体类型不同，SiO2的熔点比CO2的高，B选项错误；
C．CO2的结构式为C=O=C，为直线形分子，C选项正确；
D．甲醇分子之间和水分子之间都存在氢键，因此沸点高于不含分子间氢键的甲硫醇，而水和甲醇均能形成分子间氢键，但分子数目相等时含有的氢键数目水比甲醇多，因此甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间，D选项正确；
答案选B。
12．氮气电化学还原反应利用氮气和水来合成氨气，可以直接将可再生能源产生的电能转化为易于储存和运输的氨气，并保证二氧化碳的零排放，为解决当前严峻的能源和环境问题提供了新的思路。其在金表面催化反应的工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．利用金作催化剂可降低反应的活化能，提高单位时间内反应的转化率
B．该过程中有非极性共价键和极性共价键的形成
C．升温将有利于反应气体的吸附
D．1molN2H4中含5mol共价键
【答案】C
【解析】
A．利用金作催化剂可降低反应的活化能，加快反应速率，即提高单位时间内反应的转化率，A正确；
B．该过程中有非极性键N-N键和极性键N-H键生成，B正确；
C．温度高分子动能大，难于被吸附，故升温不利于反应气体的吸附，C错误；
D．如图所示：1molN2H4中含5mol共价键，D正确；
故答案选C。
课程标准
基础知识通关
规律与方法
经典例题
基础通关练
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第三十八讲 分子结构与性质
1．了解共价键的形成、极性、类型(σ键和π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．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。
4．了解杂化轨道理论及简单的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)。
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。
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
分类依据 类型
形成共价键的原子轨道重叠方式 Σ键 电子云“头碰头”重叠
Π键 电子云“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
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436.0 kJ·mol－1，N≡N键的键能为946 kJ·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________。
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。
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
①极性键：____________________________________________的共价键。
②非极性键：_____________________________________________的共价键。
(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。
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F2H2S，HF>HCl，NH3>PH3
【答案】
一、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电负性很强的原子之间的作用力　分子间　某些含强极性键氢化物的分子间(如HF、H2O、NH3)或含F、N、O及H的化合物中或其分子间　无方向性、无饱和性　有方向性、有饱和性　有方向性、有饱和性　共价键>氢键>范德华力　①随着分子极性和相对分子质量的增大而增大；②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大　成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定　①影响分子的稳定性；②共价键键能越大，分子稳定性越强
二、等电子原理及应用
1．常见的等电子体汇总(完成下表)
微粒 通式 价电子总数 立体构型
CO2、CNS－、NO、N AX2
CO、NO、SO3 AX3
SO2、O3、NO AX2 V形
SO、PO AX4
PO、SO、ClO AX3 三角锥形
CO、N2 AX 直线形
CH4、NH AX4
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(β Sn2)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。
【答案】
二、1.16e－　直线形　24e－　平面三角形　18e－　32e－　正四面体形　26e－　10e－　8e－　正四面体形
【典例】1．判断含氧酸酸性强弱的一条经验规律是含氧酸分子结构中含非羟基氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强。如下表所示：
含氧酸酸性强弱与非羟基氧原子数的关系
次氯酸 磷酸 硫酸 高氯酸
含氧酸 Cl—OH
非羟基氧原子数 0 1 2 3
酸性 弱酸 中强酸 强酸 最强酸
(1)亚磷酸H3PO3和亚砷酸H3AsO3分子式相似，但它们的酸性差别很大，H3PO3是中强酸，H3AsO3既有弱酸性又有弱碱性。由此可推出它们的结构简式分别为①_______，②_______。
(2)H3PO3和H3AsO3与过量的NaOH溶液反应的化学方程式分别是①_______，②_______。
(3)在H3PO3和H3AsO3中分别加入浓盐酸，分析反应情况：_______，写出化学方程式：_______。
【典例】2．螯合树脂吸附法处理废水具有吸附容量大、速度快以及选择性好等特点，已成为近年来的研究热点。螯合树脂M与Cu2+形成新的螯合物Q，从而达到去除Cu2+的效果，吸附机理如图所示。
资料：
①吸附原理
螯合树脂M中的—COOH解离出H+，变成—COO-，而且树脂中含有N原子，在与Cu2+接触时，树脂中的—COO-、N原子与Cu2+形成配位键，形成新的螯合物Q，从而达到去除Cu2+的目的。
②在体系酸性较强情况下，氮原子与氢离子具有较强的配位能力。
(1)M中四种元素电负性由大到小的顺序为(用元素符号表示)____。
(2)M中N原子的杂化轨道类型为____。
(3)Q中存在配位键，其中提供空轨道的是____。
(4)在螯合树脂M处理含铜废水过程中，发现体系pH对Cu2+的吸附量有影响，实验结果如图所示。
①吸附去除Cu2+的过程中需保持体系处于适宜的pH，其中pH约为____时吸附效果最好。
②解释体系碱性过强时，吸附能力下降的原因____。
③从结构角度解释：体系酸性较强时，吸附能力下降的原因____。
1．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是
A．中S的价层电子对数为3NA
B．中键的个数为7NA
C．标准状况下，体积均为的与含有的电子总数均为NA
D．和在密闭容器中充分反应后，其分子总数为0.2NA
2．下列说法正确的是
A．C=O键的键长比C-O键短，C=O键的键能比C-O键小
B．键角：H2O>NH3
C．H-Cl键的键能比H-Br键大，HCl的热稳定性比HBr高
D．C=C双键的键能比C-C单键大，碳碳双键的化学性质比碳碳单键稳定
3．甲硫醇()是合成蛋氨酸的重要原料。反应可用于甲硫醇的制备。下列有关说法正确的是
A．的熔沸点比低 B．与互为同系物
C．中含键 D．熔点高，常用作做耐高温材料
4．次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，无色液体，具有强还原性，可用作杀菌剂。已知：①H3PO2+NaOH(足量)=NaH2PO2+H2O；②2H3PO2H3PO4+PH3↑。下列说法正确的是
A．H3PO2结构式可表示为
B．H3PO2中P表现+1价，NaH2PO2属于酸式盐
C．PH3结构与NH3相似，沸点较NH3高
D．H2O与NH3均为10e-分子，二者互为等电子体
5．液氨是一种很好的溶剂，液氨可以微弱的电离产生NH和NH。NH3中的一个H原子若被-NH2取代可形成N2H4(联氨)，若被-OH取代可形成NH2OH(羟胺)。在有NH存在时，Cu(OH)2能溶于氨水形成[Cu(NH3)4]2+。NH3经过一定的转化可以形成N2、NO、NO2、N2O4(无色)、HNO3等。下列有关NH2OH、NH3、NH、NO的说法正确的是
A．NH2OH难溶于水 B．NO的空间构型为直线形
C．NH3的键角比NH中的大 D．[Cu(NH3)4]2+中提供孤电子对的原子是Cu
6．磷酰三叠氮是一种高能分子，结构简式为O=P(N3)3。下列关于该分子的说法正确的是
A．为非极性分子 B．立体构型为正四面体形
C．加热条件下会分解并放出 D．分解产物NPO的电子式为
7．下列有关、、和的说法正确的是
A．中S原子的杂化方式为
B．的空间构型为平面正方形
C．分子中的键角小于分子中的键角
D．分子是极性分子
8．铜有Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)两种离子，铜的离子是人体内多种酶的辅因子，人工模拟酶是当前研究的热点。铜的离子可与多种配体形成配位化合物，有一种配离子结构如图。下列有关说法中错误的是
A．该配离子中所含基态铜离子的价层电子排布图为
B．该离子的配体中，N原子采用了和两种杂化方式
C．该配离子中铜的配位数和所含配位键的数目均为4
D．从核外电子排布角度分析，稳定性：Cu(Ⅰ)＜Cu(Ⅱ)
9．实验室中利用CoCl2制取配合物[Co(NH3)6]Cl3的反应为2CoCl2 + 10NH3 + 2NH4Cl+H2O2 =2[Co(NH3)6]Cl3+2H2O。下列叙述正确的是
A．Co2+的价电子排布图为
B．1 mol [Co(NH3)6]3+中含σ键为18 mol
C．H2O2中氧原子采用sp3杂化
D．氨分子间存在氢键，因而NH3易溶于水
10．[Cu(NH3)2(H2O)2]2+有两种配离子，其结构如图所示。
下列说法错误的是
A．甲、乙中Cu原子配位数均为4
B．铜离子与两个氮原子、两个氧原子形成的空间结构为四面体
C．基态Cu2+的价层电子排布式是3d9
D．该配合物中组成元素的电负性大小顺序为O>N>H>Cu
11．“液态阳光”由中国科学院液态阳光研究组命名，指的是利用太阳能、风能等可再生能源分解水制氢，再将空气中的CO2加氢制成CH3OH等液体燃料。该过程零污染、零排放，并且可形成循环，是迄今为止人类制备CH3OH最清洁环保的方式之一，下列说法错误的是（ ）
A．即使使用高效催化剂，改变反应历程，CO2和H2O合成CH3OH和O2也为吸热反应
B．SiO2的熔点比CO2的高，原因是SiO2的分子间作用力更大
C．CO2是直线形分子
D．甲醇的沸点介于水和甲硫醇( CH3SH)之间
12．氮气电化学还原反应利用氮气和水来合成氨气，可以直接将可再生能源产生的电能转化为易于储存和运输的氨气，并保证二氧化碳的零排放，为解决当前严峻的能源和环境问题提供了新的思路。其在金表面催化反应的工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．利用金作催化剂可降低反应的活化能，提高单位时间内反应的转化率
B．该过程中有非极性共价键和极性共价键的形成
C．升温将有利于反应气体的吸附
D．1molN2H4中含5mol共价键
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