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第40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(σ键和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常见的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)，能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的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，能列举存在氢键的物质，并能解释氢键对物质性质的影响。高频考点一共价键1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)σ键可以绕键轴旋转，π键不能绕键轴旋转(√)(2)气体单质中一定存在σ键，可能存在π键(×)(3)只有非金属原子之间才能形成共价键(×)(4)在所有分子中都存在化学键(×)(5)σ键比π键的电子云重叠程度大，形成的共价键强(√)(6)σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成(√)(7)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(×)(8)键长等于成键两原子的半径之和(×)(9)所有的共价键都有方向性(×)(10)O2分子中仅含非极性键(√)(11)CH4与NH互为等电子体(√)2．结合事实判断CO和N2相对更活泼的是____________，试用下表中的键能数据解释其相对更活泼的原因：______________________________________________________________________________________________。【解析】由断开CO分子的第一个化学键所需要的能量[(1071.9－798.9)kJ·mol－1＝273.0kJ·mol－1]比断开N2分子的第一个化学键所需要的能量[(941.7－418.4)kJ·mol－1＝523.3kJ·mol－1]小，可知CO相对更活泼。【答案】CO断开CO分子的第一个化学键所需要的能量(273.0kJ·mol－1)比断开N2分子的第一个化学键所需要的能量(523.3kJ·mol－1)小1．共价键的本质和特征(1)本质：原子之间形成______________。(2)特征：具有_____________和_____________。2．共价键的分类共用电子对方向性饱和性3.键参数(1)概念(2)键参数对分子性质的影响键能越________，键长越________，分子越稳定。4．等电子原理原子总数相同，____________________的分子具有相似的化学键特征，具有许多相近的性质。如CO和N2。大短价电子总数相同考点1共价键及其分类1．(2018·宁夏育才中学期中)下列说法正确的是()A．π键是由两个p电子以“头碰头”方式重叠而成B．σ键是镜面对称，而π键是轴对称C．乙烷分子中的键全为σ键而乙烯分子中含σ键和π键D．H2分子中含σ键，Cl2分子中含π键【答案】C2.(2015·安徽高考)碳酸亚乙酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图所示。下列有关该物质的说法正确的是()A．分子式为C3H2O3B．分子中含6个σ键C．分子中只有极性键D．8.6g该物质完全燃烧得到6.72LCO2【解析】A项，观察图形根据碳四键可知分子式正确；B项，根据图示可知分子中含8个σ键；C项，观察图形可知分子中含有碳碳双键属于非极性键；D项，没有指明条件，无法进行气体体积计算。【答案】A3．Ⅰ.有以下物质：①HF；②Cl2；③H2O；④N2；⑤C2H4。(1)只含有极性键的是________；(2)只含有非极性键的是________；(3)既有极性键又有非极性键的是________；(4)只含有σ键的是________；(5)既有σ键又有π键的是________。【解析】Ⅰ.(1)①含不同元素的原子，只含极性键；③中两个氢原子分别与氧原子相连，只含极性键。(2)双原子的单质分子只含非极性键，②④符合题意；(3)根据结构可判断⑤既含极性键又含非极性键；(4)只有单键的只含σ键，即①②③；(5)有双键或三键的一定既有σ键又有π键，即④⑤。Ⅱ.C和Cl之间为σ键，C和O之间为一个σ键、一个π键，因此该分子中含有3个σ键、1个π键。【答案】Ⅰ.(1)①③(2)②④(3)⑤(4)①②③(5)④⑤Ⅱ.D【方法总结】判断共价键类型的方法(1)σ键与π键的判断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，三键中有一个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。(2)极性键与非极性键的判断看形成共价键的两原子，不同种元素的原子之间形成的是极性共价键，同种元素的原子之间形成的是非极性共价键。考点2键参数及其应用(一)利用键参数判断物质的结构和性质4．(2018·烟台月考)能用共价键键能大小来解释的是()A．通常情况下，Br2呈液态，碘呈固态B．CH4分子是正四面体空间构型C．NH3分子内3个N—H键的键长、键角都相等D．N2稳定性强于O2【解析】单质通常情况下的状态与键能大小无关；CH4分子是正四面体空间构型，与键角键长有关，与键能无关：NH3分子内的3个N—H键的键长、键角都相等与键能无因果关系；N2稳定性强于O2，是因为氮气分子中的键能大于氧气分子中的键能，D正确。【答案】D5．NH3分子的空间构型是三角锥形，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°【解析】A选项，NH3为极性分子不能说明NH3一定为三角锥形；B项，三条N—H键键能与键长分别相同，键角相等仍有可能为正三角形；D选项与事实不符。【答案】C【方法总结】分子的空间构型与键参数键长、键能决定了共价键的稳定性，键长、键角决定了分子的空间构型，一般来说，知道了多原子分子中的键角和键长等数据，就可确定该分子的空间几何构型。(二)利用键能计算反应热6．[2015·浙江理综，28(1)]乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：【解析】设“C”部分的化学键键能为akJ·mol－1，则ΔH＝(a＋348＋412×5)kJ·mol－1－(a＋612＋412×3＋436)kJ·mol－1＝＋124kJ·mol－1。【答案】＋124考点3等电子原理及其应用7．(2018·黄冈模拟)等电子体之间结构相似、物理性质也相近。根据等电子原理，由短周期元素组成的粒子，只要其原子总数和原子最外层电子总数相同，均可互称为等电子体。下列各组粒子不能互称为等电子体的是()【解析】C选项中，CO2与NO具有相同的原子总数，但最外层电子总数不同，CO2为16，而NO为18，故二者不能互称为等电子体。【答案】C【解析】等电子体指原子总数相同、价电子总数相同的粒子，前三者价电子数分别为24、24、24，与NO互为等电子体。【答案】D【知识归纳】(1)常见的等电子体汇总(2)根据已知的一些分子的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(βSn2)与锑化铟是等电子体，它们在低温下都可转变为超导体；④SiCl4、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。高频考点二分子的立体结构1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)杂化轨道只用于形成σ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(×)2．(1)已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是CH4NH3H2O，请分析可能的原因是__________________________________________________________________。【答案】CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1对孤电子对，H2O分子中O原子上有2对孤电子对，随着孤电子对的增多，对成键电子对的排斥作用增大，故键角减小(2)填表孤电子对数杂化类型分子构型CCl4NH3H2O【答案】0sp3正四面体1sp3三角锥形2sp3V形3．VSEPR模型和分子(离子)立体模型与中心原子杂化类型的确定。填写下表。1．价层电子对互斥理论(1)价层电子对互斥理论的要点①价层电子对在空间上彼此相距最远时，排斥力______，体系的能量______。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。(2)价层电子对数的确定方法价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对。最小最低其中a、x、b的意义是：①分子：a为中心原子的价电子数，对于主族元素来说，价电子数等于原子的最外层电子数；阳离子：a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数；阴离子：a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数(绝对值)。②x为与中心原子结合的原子数。③b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子等于“8－该原子的价电子数”。(3)价层电子对互斥理论与分子构型的关系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)杂化轨道的三种类型与分子立体结构3.配位键和配合物(1)配位键由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成的___________。(2)配位键的表示方法如：A→B：A表示_______孤电子对的原子，B表示______共用电子对的原子。(3)配位化合物①组成如[Cu(NH3)4]SO4共价键提供接受考点1价层电子对互斥与杂化轨道理论的应用1．(2018·衡水模拟)用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是()A．SO2、CS2、HI都是直线形的分子B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°C．CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子【解析】A．SO2是V形分子；CS2、HI是直线型的分子，错误；B.BF3键角为120°，是平面三角形结构；而Sn原子价电子是4，在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键，还有一对孤对电子，对成键电子有排斥作用，使键角小于120°，错误；C.CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子，正确；D.PCl3、NH3都是三角锥形的分子，而PCl5是三角双锥形结构，错误。【答案】C2．(2018·荆州模拟)下列中心原子的杂化轨道类型和分子几何构型不正确的是()A．PCl3中P原子sp3杂化，为三角锥形B．BCl3中B原子sp2杂化，为平面三角形C．CS2中C原子sp杂化，为直线形D．H2S分子中，S为sp杂化，为直线形【解析】PCl3分子中P原子形成3个σ键，孤对电子数为5＋3×12－3＝1，为sp3杂化，三角锥形，A正确；BCl3分子中B原子形成3个σ键，孤对电子数为3＋3×12－3＝0，为sp2杂化，平面三角形，B正确；CS2分子中C原子形成2个σ键，孤对电子数为42－2＝0，为sp杂化，直线形，C正确；H2S分子中，S原子形成2个σ键，孤对电子数为6＋2×12－2＝2，为sp3杂化，V形，D错误。【答案】D3．(1)[2016·全国卷Ⅲ，37(3)]AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________。(2)