资源简介 (共74张PPT)第二节 分子结构与性质第十二章物质结构与性质课标要求 核心素养1.了解粒子间作用(共价键、配位键、分子间作用力等)的类型、特征与实质;了解共价键的极性与类型(σ键、π键)。2.能利用电负性判断成键类型、共价键的极性,能结合分子结构特点判断分子的极性、手性,并据此解释分子的一些典型性质。3.了解杂化轨道理论及杂化轨道类型,能结合杂化轨道理论、价层电子对互斥模型推测分子或离子的空间结构,能利用键参数(键能、键长、键角)解释简单分子的某些性质。4.了解分子间作用力(含氢键)对物质性质的影响,能列举含氢键的物质与其性质特点。 1.宏观辨识与微观探析:认识共价键的本质,能多角度、动态地分析化学键、分子的空间结构及性质,并运用相关理论解决实际问题。2.证据推理与模型认知:能运用价层电子对互斥模型和杂化轨道理论等,解释分子的空间结构及性质,揭示现象的本质和规律。3.科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的分子的结构、性质的问题,设计探究方案进行探究分析,面对“异常”现象敢于提出自己的见解。[目标导航][自主测评]1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)氯气的化学式是 Cl2 而不是 Cl3,是由共价键的饱和性决定的。())(2)共价键只能是非金属原子之间成键。((3)N2 分子中σ键与π键的个数比是 2∶1。()(4)σ键能单独形成,而π键一定不能单独形成。()(5)只要分子结构为平面三角形,中心原子均为 sp2 杂化。((6)中心原子是 sp 杂化的,其分子结构不一定为直线形。())答案:(1)√(2)×错因:某些金属原子与非金属原子间也可形成共价键,如 AlCl3 中有共价键。(3)×(4)√(6)×错因:氮氮三键中有一个σ键两个π键,个数比为 1∶2。(5)√错因:中心原子是 sp 杂化的,其分子结构一定为直线形。2.下列物质中既有极性键又有非极性键的极性分子的是()B.CH4D.CH2==CH2A.CS2C.H2O2答案:C3.已知H与O可以形成H2O和H2O2两种化合物。请完成下列题目:(1)H2O内的O—H、水分子间的范德华力和氢键,从强到弱依次为________________。H+可与H2O形成H3O+,H3O+中O采用________杂化。H3O+中H—O—H键角比H2O中的________,原因为_________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)H2O2 是常用的氧化剂,其分子结构如下图所示,两个氢原子犹如在半展开的书的两面上。H2O2 的电子式是______________,结构式是________________。H2O2 是含有________键和________键的________分子(填“极性”或“非极性”)。H2O2 能与水混溶,却不溶于 CCl4。请予以解释:______________________________。答案:(1)O—H>氢键>水分子间的范德华力 sp3 大(2)H—O—O—H极性非极性极性因为 H2O2 为极性分子,CCl4 为非极性分子,根据“相似相溶”原理可知 H2O2 难溶于 CCl4排斥力较小H2O中O原子有两对孤对电子,H3O+中O有一对孤对电子,后者考点一 共价键1.共价键(1)本质原子间通过共用电子对所形成的相互作用。(2)特征具有饱和性和方向性。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三键 原子间有三对共用电子对(3)分类项目 σ键 π键成键方式 沿轴方向“头碰头” 平行方向“肩并肩”电子云形状 轴对称 镜面对称牢固程度 强度大,不易断裂 强度较小,易断裂成键判断规律 共价单键是σ键;共价双键中一个是σ键,另一个是π键;共价三键中一个是σ键,另两个是π键(4)σ键和π键的特征比较2.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。考点二 分子的结构1.价层电子对互斥理论(1)理论要点①价层电子对在空间上彼此相距越远,排斥力越小,体系的能量越低。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。价层电子对数 成键数 孤电子对数 价层电子对立体构型 分子立体构型 实例2 2 0 直线形 直线形 CO23 3 0 三角形 平面三角形 BF32 1 V 形 SO24 4 0 四面体形 正四面体形 CH43 1 三角锥形 NH32 2 V 形 H2O(2)价层电子对互斥理论与分子立体构型价层电子对互斥模型是价层电子对的立体构型,而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型,不包括孤电子对。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对(未用于形成共价键的电子对),当中心原子上无孤电子对时,两者的构型一致;当中心原子上有孤电子对时,两者的构型不一致。2.杂化轨道理论(1)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。(2)杂化轨道三种类型180°120°109°28′类型 非极性分子 极性分子形成原因 正电中心和负电中心重合的分子 正电中心和负电中心不重合的分子存在的共价键 非极性键或极性键 非极性键或极性键分子内原子排列 对称 不对称考点三 分子的性质1.分子的极性(1)分子的极性(2)分子的极性判断方法(3)判断 ABn 型分子极性的经验规律若中心原子 A 的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数,则为非极性分子,若不等则为极性分子。2.分子的溶解性非极性极性增大(1)“相似相溶”规律:非极性溶质一般能溶于__________溶剂,极性溶质一般能溶于________溶剂。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度________。(2)随着溶质分子中憎水基个数的增多,溶质在水中的溶解度减小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。3.分子的手性镜像四个不同基团或原子(1)手性异构:具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如同左手和右手一样互为_________,在三维空间里不能叠合的现象。(2)手性分子:具有手性异构体的分子。(3)手性碳原子:在有机物分子中,连有___________________的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子,如。4.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)分类范德华力氢键<<分子间作用力最常见的是______________和________。(3)强弱范德华力____氢键____化学键。(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、沸点越高,硬度越大。一般来说,组成和结构相似的物质,随着相对分子质量的增大,范德华力逐渐增大。5.氢键(1)形成已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子(如水分子中的氢)与另一个电负性很大的原子(如水中的氧)之间形成的作用力,称为氢键。(2)表示方法A—H…B(3)特征方向性饱和性分子内分子间具有一定的________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升高主要表现为使物质的熔、沸点______,对电离和溶解度等产生影响。项目 范德华力 氢键 共价键作用粒子 分子或原子(稀有气体分子) 氢原子与氟、氮、氧原子(分子内,分子间) 原子强度比较 共价键>氢键>范德华力影响其强度的因素 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,范德华力越大 对于 A—H…B—,A、B 的电负性越大,B 原子的半径越小,氢键键能越大 成键原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越稳定6.范德华力、氢键、共价键的比较考向 1 σ键和π键的判断及键参数的应用1.(2023 年湖北校模拟)科学研究发现新型含碳化合物 COS 和C3O2,它们的结构类似 CO2,均为直线形分子。下列结论中错误的是()A.CO2 是非极性分子,COS 与 C3O2 也是非极性分子B.COS、C3O2、CO2 分子中碳原子的杂化方式均为 spC.COS、C3O2 分子中σ键与π键的数目之比均为 1∶1D.COS、C3O2 分子中所有原子最外层均满足 8 电子稳定结构解析:CO 2正负电荷中心重合,为非极性分子,COS 结构式为S==C==O,结构不对称,正负电荷中心不重合,为极性分子,C3O2结构式为 O==C==C==C==O,正负电荷中心重合,为非极性分子,A错误;COS 结构式为 S==C==O,C3O2 结构式为 O==C==C==C==O,CO2 结构式为 O==C==O,C 的价层电子对数为 2 且无孤电子对,杂化方式均为 sp 杂化,B 正确;COS 结构式为 S==C==O,C3O2 结构式为 O==C==C==C==O,双键中一条键为σ键,一条键π键,因此COS、C3O2 分子中σ键与π键的数目之比均为 1∶1,C 正确;COS 结构式为S==C==O,C3O2 结构式为 O==C==C==C==O,碳原子和氧原子最外层都满足 8 电子稳定结构,D 正确。答案:A2.(2023 年重庆三模)Fe(NH4)[Fe(CN)6](俗称铵铁蓝)是一种蓝色的无机颜料。下列有关该物质说法错误的是()A.电负性:N>C>HB.铵铁蓝中铁元素有两种化合价C.NH 中H—N—H的键角比NH3中的H—N—H的键角小D.铵铁蓝中的配体是CN-,该配体中的σ键与π键之比是1∶2解析:元素非金属性越强,其电负性越大,非金属性:N>C>H,则电负性的大小顺序:N>C>H,A 正确;化合物中正负化合价的代数和为 0 可知,铵铁蓝中铁元素有+2 和+3 两种化合答案:C[方法技巧]判断σ键和π键的方法(1)一般情况下,单键都是σ键,双键中含1个σ键和1个π键,三键中含 1 个σ键和 2 个π键。(2)σ键的数目=单键数+双键数+三键数+配位键数(配位键为σ键)(3)π键的数目=双键数+三键数×2。收CO,其反应为:[Cu(NH3)2]++CO+NH3考向 2 价层电子对互斥模型及应用3.(2023 年茂名一中三模)合成氨工业中,原料气(N2、H2 及少量CO、NH3 的混合气)在进入合成塔前常用乙酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸[Cu(NH3)3CO]+ΔH<0。下列说法正确的是( )答案:B据价层电子对互斥理论,NH 的空间结构为正四面体形,键角为子价层电子对数为2+2=4,NH 中心原子价层电子对数为4+0解析:H2O 很稳定是因为氧元素非金属性强,与氢结合的化学键较稳定,氢键是影响水的熔沸点,A错误;SO2中心原子采用sp2 杂化,含有一对孤电子对,则其空间结构为 V 形,B 错误;根109°28′,NH2OH中N原子采用sp3杂化,中心原子有 1 对孤电子对,孤对电子对成对电子排斥力大于成对电子对成对电子的排斥力,因此 H—N—H 键的键角小于 109°28′,C 错误;H2O 中心原=4,NH2OH 中心原子价层电子对数为 3+1=4,它们的 VSEPR模型都是四面体形,D 正确。答案:D[方法技巧]判断分子或离子立体构型“三步曲”第一步:确定中心原子上的价层电子对数第二步:确定价层电子对的立体构型由于价层电子对之间的相互排斥作用,它们趋向于尽可能地相互远离,这样已知价层电子对的数目,就可以确定它们的立体构型。根据 VSEPR 模型推测空间构型:计算中心原子价层电子对数VSEPR 模型分子(σ键电子对数+孤电子对数)或离子的空间结构。第三步:分子立体构型的确定价层电子对有成键电子对和孤电子对之分,价层电子对的总数减去成键电子对数,得孤电子对数。根据成键电子对数和孤电子对数,可以确定相应的较稳定的分子立体构型。根据 VSEPR 模型比较键角大小:比较中心原子价层电子对数孤电子对数电子对之间排斥力键角的大小。若中心原子价层电子对数、孤电子对数均相同,考虑中心原子的电负性,电负性越大,键角就越大。考向 3 杂化轨道理论及应用5.(2023 年南通模拟)(CN)2具有与卤素单质相似的化学性质。F2 在常温下能与 Cu 反应生成致密的氟化物薄膜,还能与熔融的Na2SO4 反应生成硫酰氟(SO2F2)。CaF2 与浓硫酸反应可制得 HF,常温下,测得氟化氢的相对分子质量约为 37。下列说法不正确的是()杂化,B 正确;常温下,氟化氢分子间存在氢键、存在缔合分子,且常温下测得氟化氢的相对分子质量约为 37,故可能以(HF)2分子的形式存在,C正确;F2与熔融Na2SO4反应生成硫酰氟(SO2F2),氟化合价降低,钠和 S 已是最高价态,则反应时一定有氧元素化合价升高,D 正确。答案:A6.(2023 年重庆南开中学三模)CCl4是一种重要的有机溶剂,其工业制备原理为:CS2+3Cl2CCl4+S2Cl2,下列说法正确的是()A.CS2 和 CCl4 中的 C 原子杂化方式均为 sp3B.CS2 和 CCl4 分子的空间结构分别是 V 形和正四面体C.CS2 为非极性分子,S2Cl2 为极性分子D.液态 Cl2 挥发时主要破坏共价键解析:CS2 和 CCl4 中的 C 原子的价层电子对数分别为 2+A 错误;根据 A 项分析可知,CS2 和 CCl4 的空间结构分别是直线形和正四面体形,B 错误;CS2 中的 C 原子的价层电子对数为 2,为直线形结构,正负电荷中心重合,为非极性分子,S2Cl2 中 S 原子的价层电子对数为 4,正负电荷中心不重合,为极性分子,C 正确;液态 Cl2 挥发时克服的是分子间作用力,化学键没有断裂,D 错误。答案:C[规律方法]“四方法”判断中心原子的杂化类型(1)根据杂化轨道的空间结构①直线形—sp,②平面三角形—sp2,③四面体形—sp3。(2)根据杂化轨道间的夹角①109°28′—sp3,②120°—sp2,③180°—sp。(3)利用价层电子对数确定三种杂化类型(适用于中心粒子)2 对—sp 杂化,3 对—sp2 杂化,4 对—sp3 杂化。(4)根据σ键数与孤电子对数(适用于结构式已知的粒子)①含 C 有机化合物:2 个σ—sp,3 个σ—sp2,4 个σ—sp3。②含 N 化合物:2 个σ—sp2,3 个σ—sp3。③含 O(S)化合物:2 个σ—sp3。考向4 分子的性质及应用7.下列说法错误的是()A.HF、HCl、HBr、HI 的热稳定性依次减弱与化学键的强弱有关,1 mol P4S3 分子B.三硫化磷(P4S3)分子结构如图:中含有 10 mol 共价键C.丙烯腈分子中,碳原子的杂化方式有 sp、sp2,所以 CO 分子中有一个π键是D.CO 的结构可以表示为配位键解析:键能:H—F>H—Cl>H—Br>H—I,其热稳定性:HF>HCl>HBr>HI,A 正确;由题图可知,1 个 P4S3 分子中有 6个 P—S、3 个 P—P 共价键,则 1 mol P4S3 分子中含有 9 mol 共价键,B 错误;由丙烯腈的结构可知,连接碳碳双键的 C 原子价层电子对个数是 3,连接 N 原子的碳原子价层电子对个数是 2,所以连接碳碳双键的碳原子采用 SP2 杂化,连接 N 原子的碳原子采用sp 杂化,C 正确;由图可知,上面的π键由 O 原子提供孤对电子,C 原子提供空轨道,所以上面的π键是配位键,D 正确。答案:B8.(2023 年朝阳市一中二模)“结构决定性质”是化学学科的核心观念,下列推理不恰当的是()A.H2O 比 HF 沸点高是由于 1 mol H2O 氢键 O—H…O 数目多于 1 mol HF 中 F—H…F比苯酚()的酸性弱,由于前者能形成B.分子内氢键C.H2O 的稳定性强于 H2S,是由于 H2O 分子间存在氢键Cu2+的配位能力NH3大于H2O的氢键数目多,A 正确;水杨酸电离后的离子()能形成分子内氢键,分子内氢键的形成会使该微粒中酚羟基上的氢离子解析:氢键具有饱和性,H2O 比 HF 沸点高是由于 H2O 形成更难电离出 H+,导致的酸性比苯酚的酸性弱,B正确;氢键与物质的稳定性无关,H2O 的稳定性强于 H2S,是因为H—O键能比 H—S 键能大,C 错误;N 的电负性小于 O 的电负性,配D 正确。答案:C考向 5 陌生物质的分子结构及性质分析9.(2023 年佛山调研)如图所示,C60 是由碳原子结合形成的稳定分子,它具有 60 个顶点和 32 个面,其中 12 个为正五边形,20个为正六边形。科研人员用电子计算机模拟出类似 C60 的新物质N60,下列有关 N60 的叙述正确的是()A.N60 分子中含有的σ键数目是π键的 2 倍B.N60 与 N2 互为同分异构体C.N60 分子是由非极性键构成的非极性分子D.N60 和 C60 都易溶于水解析:N60 分子中没有双键,不含π键,A 错误;N60 与 N2 是由 N 元素形成的不同单质,互为同素异形体,B 错误;N60 分子中只含非极性键(N—N),N60 的分子结构类似于 C60,故属于非极性分子,C 正确;N60 和 C60 都是非极性分子,H2O 是极性分子,根据“相似相溶”规律,N60 和 C60 都难溶于水,D 错误。答案:C10.(2023 年漳州模拟)X、Y、Z、W 为原子序数依次增大的前四周期元素,基态原子中,X 为元素周期表中半径最小的原子,Z原子最外层电子数为次外层电子数的三倍,W 原子的价电子排布为 3d104s1,X、Y、Z、W 形成的阳离子如图所示,下列说法正确的是()A.原子半径:Z>Y>XB.气态氢化物的稳定性:Y>ZC.加热时该离子首先失去的组分是 X2ZD.两种配体中的键角:X2Z>YX3解析:X 为元素周期表中半径最小的原子,则 X 是 H 元素;Z 原子最外层电子数为次外层电子数的三倍,则 Z 是 O 元素;基态原子 W 的价电子排布为 3d104s1,则 W 是 Cu 元素;阳离子图中代表 H2O 分子,代表NH3分子,因为Y的原子序数介于 X(H)和 Z(O)之间,且能形成 3 个单键,则 Y 是 N 元素。原子半径:N>O>H,A 错误;元素的电负性:NNH3NH3 更易提供孤电子对,则配位键的稳定性:Cu2+←NH3>Cu2+←OH2,故加热时该离子首先失去的组分是 H2O,C 正确;H2O 和NH3 的中心原子价层电子对数均为 4,含孤电子对数分别为 2、1,孤电子对数越多,分子中键角越小,故键角:NH3>H2O,D 错误。答案:C[方法技巧]推测中心原子的杂化类型及物质的性质(1)推测中心原子的杂化类型中心原子杂化方式除了教材中介绍的sp、sp2、sp3杂化外,还有 sp3d、dsp2、sp3d2、d2sp3 等杂化类型。推测中心原子的杂化类型,要依据杂化过程中原子轨道总数不变的规律,推测依据:中心原子价层电子对数=σ键电子对数十孤电子对数=杂化轨道总数。(2)推测物质的性质根据物质的组成和结构推测物质的性质,大多涉及熔点、沸点、水溶性等,主要考虑能否形成分子间氢键,能否发生化学反应等。1.(2023 年山东卷)下列分子属于极性分子的是()A.CS2C.SO3B.NF3D.SiF4答案:B2.(2023 年湖北卷)价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是()解析:甲烷分子的中心原子的价层电子对为4,水分子的中心原子价层电子对也为 4,所以它们的 VSEPR 模型都是四面体,A答案:A3.(2023 年新课标卷)一种可吸附甲醇的材料,其化学式为[C(NH2)3]4[B(OCH3)4]3Cl,部分晶体结构如下图所示,其中[C(NH2)3]+为平面结构。下列说法正确的是()A.该晶体中存在 N—H…O 氢键B.基态原子的第一电离能:CC.基态原子未成对电子数:BD.晶体中 B、N 和 O 原子轨道的杂化类型相同解析:由晶体结构图可知,[C(NH2)3]+中的—NH2的H与[B(OCH3)4]-中的O形成氢键,因此,该晶体中存在N—H…О氢键,A 正确;同一周期元素原子的第一电离能呈递增趋势,但是第ⅡA、ⅤA 族元素的原子结构比较稳定,其第一电离能高于同周期的相邻元素的原子,因此,基态原子的第一电离能从小到大的顺序为 C1、2、2、3,因此,基态原子未成对电子数 B答案:A确;[C(NH2)3]+为平面结构,则其中的C和N原子轨道杂化类型均为sp2,[B(OCH3)4]-中B与4个O形成了4个σ键,B没有孤电子对,则B的原子轨道杂化类型为sp3,[B(OCH3)4]-中O分别与B和C形成了2个σ键,O原子还有2个孤电子对,则O的原子轨道的杂化类型为sp3,综上所述,晶体中B、О和N原子轨道的杂化类型不相同,D不正确。4.(2023 年新课标卷)“肼合成酶”以其中的 Fe2+ 配合物为催化中心,可将 NH2OH 与 NH3 转化为肼(NH2NH2),其反应历程如下所示。下列说法错误的是()A.NH2OH、NH3 和 H2O 均为极性分子B.反应涉及 N—H、N—O 键断裂和 N—N 键生成C.催化中心的 Fe2+被氧化为 Fe3+,后又被还原为 Fe2+D.将 NH2OH 替换为 ND2OD,反应可得 ND2ND2解析:NH2OH、NH3、H2O 的电荷分布都不均匀,不对称,为极性分子,A 正确;由反应历程可知,有 N—H、N—O 键断裂,还有 N—N 键的生成,B 正确;由反应历程可知,反应过程中,Fe2+先失去电子发生氧化反应生成 Fe3+,后面又得到电子生成Fe2+,C 正确;由反应历程可知,反应过程中,生成的 NH2NH2 有两个氢来源于NH3,所以将NH2OH替换为ND2OD,不可能得到ND2ND2,得到 ND2NH2 和 HDO,D 错误。答案:D5.(2023 年山东卷)石墨与 F2 在 450 ℃反应,石墨层间插入 F得到层状结构化合物(CF)x,该物质仍具润滑性,其单层局部结构)如图所示。下列关于该化合物的说法正确的是(A.与石墨相比,(CF)x 导电性增强B.与石墨相比,(CF)x 抗氧化性增强C.(CF)x 中 C—C 的键长比 C—F 短D.1 mol (CF)x 中含有 2x mol 共价单键解析:石墨晶体中每个碳原子上未参与杂化的1个2p轨道上电子在层内离域运动,故石墨晶体能导电,而(CF)x 中没有未参与杂化的2p轨道上的电子,故与石墨相比,(CF)x 导电性减弱,A错误;(CF)x中 C 原子的所有价键均参与成键,没有未参与成键的孤电子或者不饱和键,故与石墨相比,(CF)x 抗氧化性增强,B 正确;已知 C 的原子半径比 F 的大,故可知(CF)x 中 C—C 的键长比 C—F 长,C 错误;由题干结构示意图可知,在(CF)x 中 C 与周围的 3 个碳原子形成共价键,每个 C—C 键被 2 个碳原子共用,和 1 个 F 原子形成共价键,即 1 mol(CF)x 中含有 2.5x mol 共价单键,D 错误。答案:B 展开更多...... 收起↑ 资源预览