
1.了解共價鍵的形成、極性、類型(σ鍵和π鍵),了解配位鍵的含義。
2.能用鍵能、鍵長、鍵角等說明簡單分子的某些性質(zhì)。
3.了解雜化軌道理論及簡單的雜化軌道類型(sp、sp2、sp3)。
4.能用價層電子對互斥理論或者雜化軌道理論推測簡單分子或離子的空間結(jié)構(gòu)。
5.了解范德華力的含義及對物質(zhì)性質(zhì)的影響。
6.了解氫鍵的含義,能列舉存在氫鍵的物質(zhì),并能解釋氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響。
考點一 共價鍵
1知識梳理
1.共價鍵的本質(zhì)與特征
(1)本質(zhì):共價鍵的本質(zhì)是在原子之間形成__________(電子云的____)。
(2)特征:具有______和______。
2.共價鍵的分類
3.鍵參數(shù)
(1)概念
(2)鍵參數(shù)對分子性質(zhì)的影響
①鍵能越____,鍵長越____,分子越穩(wěn)定。
②
4.等電子原理
(1)等電子體:原子總數(shù)相同、______總數(shù)相同的粒子互稱為等電子體。
(2)等電子原理:等電子體具有相似的化學(xué)鍵特征,它們的許多性質(zhì)相近,此原理稱為等電子原理,例如CO和N2的____________等都非常相近。
[判斷] (正確的打“√”,錯誤的打“×”)
(1)只有非金屬原子之間才能形成共價鍵( )
(2)在所有分子中都存在化學(xué)鍵( )
(3)σ鍵可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn),π鍵不能繞鍵軸旋轉(zhuǎn)( )
(4)氣體單質(zhì)中一定存在σ鍵,可能存在π鍵( )
(5)σ鍵比π鍵的電子云重疊程度大,形成的共價鍵強( )
(6)σ鍵能單獨形成,而π鍵一定不能單獨形成( )
(7)碳碳三鍵和碳碳雙鍵的鍵能分別是碳碳單鍵鍵能的3倍和2倍( )
(8)鍵長等于成鍵兩原子的半徑之和( )
(9)所有的共價鍵都有方向性( )
(10)O2分子中僅含非極性鍵( )
(11)CH4與N互為等電子體( )
[提醒]
(1)只有兩原子的電負性相差不大時,才能通過共用電子對形成共價鍵,當兩原子的電負性相差很大(大于1.7)時,不會形成共用電子對,這時形成離子鍵。
(2)同種元素原子間形成的共價鍵為非極性鍵,不同種元素原子間形成的共價鍵為極性鍵。
(3)常見的等電子體:N2與CO,CO2與N2O,O3、N與SO2,C、N與SO3,P、S與Cl,與B3N3H6(硼氮苯)等。
2對點速練
練點一 共價鍵類型的判斷
1.有以下物質(zhì):①HF;②Cl2;③H2O;④N2;⑤C2H4。
(1)只含有極性鍵的是____________________________。
(2)只含有非極性鍵的是__________________________。
(3)既有極性鍵又有非極性鍵的是_____________________________。
(4)只含有σ鍵的是__________________________。
(5)既有σ鍵又有π鍵的是________________________。
2.COCl2分子的結(jié)構(gòu)式為,COCl2分子內(nèi)含有( )
A.4個σ鍵 B.2個σ鍵、2個π鍵
C.2個σ鍵、1個π鍵 D.3個σ鍵、1個π鍵
練后歸納
共價鍵類型的判斷
(1)σ鍵與π鍵的判斷
①由軌道重疊方式判斷
“頭碰頭”重疊為σ鍵,“肩并肩”重疊為π鍵。
②由物質(zhì)的結(jié)構(gòu)式判斷
通過物質(zhì)的結(jié)構(gòu)式可以快速有效地判斷共價鍵的種類及數(shù)目。共價單鍵全為σ鍵,雙鍵中有一個σ鍵和一個π鍵,三鍵中有一個σ鍵和兩個π鍵。
③由成鍵軌道類型判斷
s軌道形成的共價鍵全部是σ鍵;雜化軌道形成的共價鍵全部為σ鍵。
(2)極性鍵與非極性鍵的判斷
看形成共價鍵的兩原子,不同種元素的原子之間形成的是極性共價鍵,同種元素的原子之間形成的是非極性共價鍵。
練點二 鍵參數(shù)的意義
3.關(guān)于鍵長、鍵能和鍵角的說法中不正確的是( )
A.鍵角是描述分子立體結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)
B.鍵長的大小與成鍵原子的半徑和成鍵數(shù)目有關(guān)
C.鍵能越大,鍵長就越長,共價化合物也就越穩(wěn)定
D.鍵角的大小與鍵長、鍵能的大小無關(guān)
4.Ⅰ.已知H2、O2、Cl2、N2分子中共價鍵的鍵能依次為436 kJ·ml-1、497 kJ·ml-1、243 kJ·ml-1、946 kJ·ml-1,
(1)下列敘述正確的是________。
A.N—N鍵鍵能為×946 kJ·ml-1=315.3 kJ·ml-1
B.氮分子中共價鍵的鍵長比氫分子中共價鍵的鍵長短
C.氧分子中氧原子是以共價單鍵結(jié)合的
D.氮分子比氯分子穩(wěn)定
(2)計算反應(yīng)3Cl2+2NH3===N2+6HCl的反應(yīng)熱。
(已知:EN—H=391 kJ·ml-1,EH—Cl=432 kJ·ml-1)
Ⅱ.乙苯催化脫氫制苯乙烯反應(yīng):
計算上述反應(yīng)的ΔH________ kJ·ml-1。
練點三 等電子原理的應(yīng)用
5.下列粒子屬于等電子體的是( )
A.C和SO3 B.NO和O2
C.NO2和O3 D.HCl和H2O
6.根據(jù)等電子原理判斷,下列說法中錯誤的是( )
A.B3N3H6分子中所有原子均在同一平面上
B.B3N3H6分子中存在雙鍵,可發(fā)生加成反應(yīng)
C.H3O+和NH3是等電子體,均為三角錐形
D.CH4和N是等電子體,均為正四面體形
7.已知CO2為直線形結(jié)構(gòu),SO3為平面正三角形結(jié)構(gòu),NF3為三角錐形結(jié)構(gòu),試推測COS、C、PCl3的空間結(jié)構(gòu)。
練后歸納
常見等電子體的立體構(gòu)型
考點二 分子的立體構(gòu)型
1知識梳理
1.價層電子對互斥理論
(1)理論要點
①價層電子對在空間上彼此相距最遠時,排斥力____,體系的能量____。
②孤電子對的排斥力較大,孤電子對越多,排斥力越強,鍵角越小。
(2)價層電子對互斥模型與分子立體構(gòu)型的關(guān)系
2.雜化軌道理論
(1)雜化軌道概念:在外界條件的影響下,原子內(nèi)部________的原子軌道重新組合的過程叫原子軌道的雜化,組合后形成的一組新的原子軌道,叫雜化原子軌道,簡稱雜化軌道。
(2)雜化軌道的類型與分子立體構(gòu)型
3.配位鍵和配合物
(1)孤電子對
分子或離子中沒有跟其他原子共用的電子對稱孤電子對。
(2)配位鍵
①配位鍵的形成:成鍵原子一方提供________,另一方提供______形成共價鍵。
②配位鍵的表示:常用“______”來表示配位鍵,箭頭指向接受孤電子對的原子,如N可表示為,在N中,雖然有一個N—H鍵形成過程與其他3個N—H鍵形成過程不同,但是一旦形成之后,4個共價鍵就完全相同。
(3)配合物
如[Cu(NH3)4]SO4
配體有孤電子對,如H2O、NH3、CO、F-、Cl-、CN-等。
中心原子有空軌道,如Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+等。
[思考]
N2分子中σ鍵與π鍵的數(shù)目比n(σ)∶n(π)=________。[Fe(H2O)6]2+與NO反應(yīng)生成的[Fe(NO)(H2O)5]2+中,NO以N原子與Fe2+形成配位鍵。請在[Fe(NO)(H2O)5]2+結(jié)構(gòu)示意圖的相應(yīng)位置補填缺少的配體。
[判斷] (正確的打“√”,錯誤的打“×”)
(1)雜化軌道只用于形成σ鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子對( )
(2)分子中中心原子若通過sp3雜化軌道成鍵,則該分子一定為正四面體結(jié)構(gòu)( )
(3)NH3分子為三角錐形,N原子發(fā)生sp2雜化( )
(4)只要分子構(gòu)型為平面三角形,中心原子均為sp2雜化( )
(5)中心原子是sp雜化的,其分子構(gòu)型不一定為直線形( )
(6)雜化軌道間的夾角與分子內(nèi)的鍵角不一定相同( )
(7)中心原子雜化類型相同時孤電子對數(shù)越多,鍵角越小( )
(8)雜化軌道與參與雜化的原子軌道數(shù)目相同,但能量不同( )
[提醒]
(1)價層電子對互斥模型是價層電子對的立體構(gòu)型,而分子的立體構(gòu)型指的是成鍵電子對的立體構(gòu)型,不包括孤電子對。兩者是否一致取決于中心原子上有無孤電子對(未用于形成共價鍵的電子對),當中心原子上無孤電子對時,兩者的構(gòu)型一致;當中心原子上有孤電子對時,兩者的構(gòu)型不一致。
(2)價層電子對互斥理論能預(yù)測分子的立體構(gòu)型,但不能解釋分子的成鍵情況,雜化軌道理論能解釋分子的成鍵情況,但不能預(yù)測分子的立體構(gòu)型。兩者相結(jié)合,具有一定的互補性,可達到處理問題簡便、迅速、全面的效果。
2對點速練
練點一 “兩理論”和“一構(gòu)型”
1.用價層電子對互斥理論(VSEPR)預(yù)測H2S和COCl2的立體結(jié)構(gòu),兩個結(jié)論都正確的是( )
A.直線形;三角錐形 B.V形;三角錐形
C.直線形;平面三角形 D.V形;平面三角形
2.氮的最高價氧化物為無色晶體,它由兩種離子構(gòu)成,已知其陰離子構(gòu)型為平面三角形,則其陽離子的構(gòu)型和陽離子中氮的雜化方式為( )
A.直線形 sp雜化 B.V形 sp2雜化
C.三角錐形 sp3雜化 D.平面三角形 sp2雜化
3.BeCl2是共價分子,可以以單體、二聚體和多聚體形式存在。它們的結(jié)構(gòu)簡式如下,請寫出單體、二聚體和多聚體中Be的雜化軌道類型:
4.(1)石墨烯(圖甲)是一種由單層碳原子構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)新型碳材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變,轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯(圖乙)。
①圖甲中,1號C與相鄰C形成σ鍵的個數(shù)為________。
②圖乙中,1號C的雜化方式是________,該C與相鄰C形成的鍵角________(填“>”“<”或“=”)圖甲中1號C與相鄰C形成的鍵角。
(2)碳元素的單質(zhì)有多種形式,下圖依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖:
①金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式,它們互為________。
②金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為________、________。
5.NH3分子中∠HNH鍵角為107°,而配離子[Zn(NH3)6]2+中∠HNH的鍵角為109°28′,配離子[Zn(NH3)6]2+∠HNH鍵角變大的原因是__________________________________。
方法總結(jié)
判斷分子或離子立體構(gòu)型“三步曲”
第一步:確定中心原子上的價層電子對數(shù)
a為中心原子的價電子數(shù)加減離子的電荷數(shù),b為配位原子提供的價電子數(shù),x為非中心原子的原子個數(shù)。
如N的中心原子為N,a=5-1,b=1,x=4,所以中心原子孤電子對數(shù)= (a-xb)=×(4-4×1)=0。
第二步:確定價層電子對的立體構(gòu)型
由于價層電子對之間的相互排斥作用,它們趨向于盡可能的相互遠離,這樣已知價層電子對的數(shù)目,就可以確定它們的立體構(gòu)型。
第三步:分子立體構(gòu)型的確定
價層電子對有成鍵電子對和孤電子對之分,價層電子對的總數(shù)減去成鍵電子對數(shù),得孤電子對數(shù)。根據(jù)成鍵電子對數(shù)和孤電子對數(shù),可以確定相應(yīng)的較穩(wěn)定的分子立體構(gòu)型。
練點二 配位鍵與配合物
6.鋰—磷酸氧銅電池正極的活性物質(zhì)是Cu4O(PO4)2,可通過下列反應(yīng)制備:
2Na3PO4+4CuSO4+2NH3·H2O===Cu4O(PO4)2↓+3Na2SO4+(NH4)2SO4+H2O
請回答下列問題:
(1)上述化學(xué)方程式中涉及的N、O、P元素的電負性由小到大的順序是________。
(2)基態(tài)S原子的價電子排布式為________。
(3)(NH4)2SO4中含有化學(xué)鍵的類型為________。
(4)P的立體構(gòu)型是________,其中P原子的雜化方式為________。
(5)在硫酸銅溶液中加入過量KCN溶液,生成配合物[Cu(CN)4]2-,則1 ml CN-中含有的π鍵數(shù)目為____________,1 ml[Cu(CN)4]2-中含有的σ鍵數(shù)目為________。
7.Ⅰ.銅單質(zhì)及其化合物在很多領(lǐng)域有重要的用途,如金屬銅用來制造電線電纜,五水硫酸銅可用做殺菌劑。
向CuSO4溶液中加入過量NaOH溶液可生成[Cu(OH)4]2-。不考慮空間構(gòu)型,[Cu(OH)4]2-結(jié)構(gòu)可用示意圖表示為____________。
Ⅱ.經(jīng)研究表明,F(xiàn)e(SCN)3是配合物,F(xiàn)e3+與SCN-不僅能以1∶3的個數(shù)比配合,還可以其他個數(shù)比配合。請按要求填空:
(1)若所得的Fe3+和SCN-的配合物中,主要是Fe3+與SCN-以個數(shù)比1∶1配合所得離子顯紅色。該離子的離子符號是________。
(2)若Fe3+與SCN-以個數(shù)比1∶5配合,則FeCl3與KSCN在水溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式可以表示為__________________________________。
考點三 分子間作用力
1知識梳理
1.分子間作用力
(1)概念
物質(zhì)分子之間普遍存在的相互作用力,稱為分子間作用力。
(2)分類
分子間作用力最常見的是________和____。
(3)強弱
范德華力____氫鍵____化學(xué)鍵。
(4)范德華力
范德華力越強,物質(zhì)的熔點、沸點越高,硬度越大。一般來說,__________相似的物質(zhì),隨著____________的增加,范德華力逐漸____。
(5)氫鍵
①形成
已經(jīng)與__________的原子形成共價鍵的______(該氫原子幾乎為裸露的質(zhì)子)與另一個分子中__________的原子之間的作用力,稱為氫鍵。
②表示方法
A—H…B
③特征
具有一定的____性和____性。
④分類
氫鍵包括______氫鍵和______氫鍵兩種。
⑤分子間氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響
主要表現(xiàn)為使物質(zhì)的熔、沸點____,對電離和溶解度等產(chǎn)生影響。
2.分子的性質(zhì)
(1)分子的極性
(2)分子的溶解性
①“相似相溶”的規(guī)律:非極性溶質(zhì)一般能溶于______溶劑,極性溶質(zhì)一般能溶于____溶劑。若溶劑和溶質(zhì)分子之間可以形成氫鍵,則溶質(zhì)的溶解度____。
②隨著溶質(zhì)分子中憎水基個數(shù)的增大,溶質(zhì)在水中的溶解度減小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶,而戊醇在水中的溶解度明顯減小。
(3)分子的手性
①手性異構(gòu):具有完全相同的組成和原子排列的一對分子,如同左手和右手一樣互為____,在三維空間里________的現(xiàn)象。
②手性分子:具有__________的分子。
③手性碳原子:在有機物分子中,連有__________________的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子,如
(4)無機含氧酸分子的酸性
無機含氧酸的通式可寫成(HO)mROn,如果成酸元素
R相同,則n值越____,R的正電性越高,使R—O—H中O的電子向R偏移,在水分子的作用下越易電離出H+,酸性越____,如酸性:HClO____HClO2____HClO3____HClO4。
[判斷] (正確的打“√”,錯誤的打“×”)
(1)以極性鍵結(jié)合形成的分子不一定是極性分子( )
(2)非極性分子中,一定含有非極性共價鍵( )
(3)氨水中氨分子與水分子間形成了氫鍵( )
(4)乙醇溶液中,乙醇分子和水分子間只存在范德華力( )
(5)碘化氫的沸點高于氯化氫的沸點是因為碘化氫分子間存在氫鍵( )
(6)液態(tài)水中,水分子間既存在范德華力,又存在氫鍵( )
(7)氫鍵具有方向性和飽和性( )
(8)H2和O2之間存在氫鍵( )
(9)鹵素單質(zhì)、鹵素氫化物、鹵素碳化物(即CX4)的熔、沸點均隨著相對分子質(zhì)量的增大而增大( )
(10)氫鍵的存在一定能使物質(zhì)的熔、沸點升高( )
(11)H2O比H2S穩(wěn)定是因為水分子間存在氫鍵( )
2對點速練
練點一 分子極性的判斷
1.已知H和O可以形成H2O和H2O2兩種化合物,試根據(jù)有關(guān)信息完成下列問題:
(1)水是維持生命活動所必需的一種物質(zhì)。
①1 ml冰中有________ml氫鍵。
②用球棍模型表示的水分子結(jié)構(gòu)是________________________________________________________________________。
(2)已知H2O2分子的結(jié)構(gòu)如圖所示:H2O2分子不是直線形的,兩個氫原子猶如在半展開的書的兩面上,兩個氧原子在書脊位置上,書頁夾角為93°52′,而兩個O—H鍵與O—O鍵的夾角均為96°52′。
試回答:
①H2O2分子的電子式是________________,結(jié)構(gòu)式是
________________________________________________________________________。
②H2O2分子是含有________鍵和________鍵的________(填“極性”或“非極性”)分子。
③H2O2難溶于CS2,簡要說明理由:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④H2O2中氧元素的化合價是________,簡要說明原因
________________________________________________________________________。
方法總結(jié)
鍵的極性、分子空間構(gòu)型與分子極性的關(guān)系
練點二 分子間作用力對物質(zhì)性質(zhì)的影響
2.下列物質(zhì)變化,只與范德華力有關(guān)的是( )
A.干冰熔化 B.乙酸汽化
C.乙醇與丙酮混溶 D.溶于水
E.碘溶于四氯化碳 F.石英熔融
3.按要求回答下列問題:
(1)HCHO分子的立體構(gòu)型為________形,它加成產(chǎn)物的熔、沸點比CH4的熔、沸點高,其主要原因是(須指明加成產(chǎn)物是何物質(zhì))________________________________________________________________________。
(2)S位于周期表中第________族,該族元素氫化物中,H2Te比H2S沸點高的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________,
H2O比H2Te沸點高的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)有一類組成最簡單的有機硅化合物叫硅烷。硅烷的沸點與相對分子質(zhì)量的關(guān)系如圖所示,呈現(xiàn)這種變化的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)納米TiO2是一種應(yīng)用廣泛的催化劑,其催化的一個實例如下圖所示。化合物乙的沸點明顯高于化合物甲,主要原因是________________________________________________________________________。
歸納總結(jié)
范德華力、氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響
練點三 無機含氧酸的酸性強弱規(guī)律
4.判斷含氧酸酸性強弱的一條經(jīng)驗規(guī)律是含氧酸分子結(jié)構(gòu)中含非羥基氧原子數(shù)越多,該含氧酸的酸性越強。如下表所示:
含氧酸酸性強弱與非羥基氧原子數(shù)的關(guān)系
(1)亞磷酸H3PO3和亞砷酸H3AsO3分子式相似,但它們的酸性差別很大,H3PO3是中強酸,H3AsO3既有弱酸性又有弱堿性。由此可推出它們的結(jié)構(gòu)簡式分別為______________,______________。
(2)H3PO3和H3AsO3與過量的NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式分別是:
①________________________________________________________________________,
②________________________________________________________________________。
(3)在H3PO3和H3AsO3中分別加入濃鹽酸,分析反應(yīng)情況:________________________________________________________________________,
寫出化學(xué)方程式:________________________________________________________________________。
5.砷(As)元素及其化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途。請回答下列問題:
(1)基態(tài)As原子的核外電子排布式為________,砷與硒的第一電離能較大的是________。
(2)傳統(tǒng)中藥的砷劑俗稱“砒霜”,其分子結(jié)構(gòu)如圖所示,該化合物中As、O原子的雜化方式分別為________、________。
(3)Na3AsO4可作殺蟲劑。As的立體構(gòu)型為________,與其互為等電子體的分子的化學(xué)式為________________________________(任寫一種)。
(4)H3AsO4和H3AsO3是砷的兩種含氧酸,請根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系,解釋H3AsO4比H3AsO3酸性強的原因________________________________。
方法總結(jié)
同一種元素的含氧酸酸性規(guī)律
H2SO4與HNO3是強酸,其—OH上的H原子能夠完全電離成為H+。而同樣是含氧酸的H2SO3和HNO2卻是弱酸。即酸性強弱為H2SO3<H2SO4,HNO2<HNO3。其他的有變價的非金屬元素所形成的含氧酸也有類似的情況。如酸性強弱HClO<HClO2<HClO3<HClO4。不難得出:對于同一種元素的含氧酸來說,該元素的化合價越高,其含氧酸的酸性越強。
本講真題研練
1.[2020·山東卷,7]B3N3H6(無機苯)的結(jié)構(gòu)與苯類似,也有大π鍵。下列關(guān)于B3N3H6的說法錯誤的是( )
A.其熔點主要取決于所含化學(xué)鍵的鍵能
B.形成大π鍵的電子全部由N提供
C.分子中B和N的雜化方式相同
D.分子中所有原子共平面
2.[2020·江蘇卷,21,A]以鐵、硫酸、檸檬酸、雙氧水、氨水等為原料可制備檸檬酸鐵銨[(NH4)3Fe(C6H5O7)2]。
(1)Fe基態(tài)核外電子排布式為________;[Fe(H2O)6]2+中與Fe2+配位的原子是________(填元素符號)。
(2)NH3分子中氮原子的軌道雜化類型是________;C、N、O元素的第一電離能由大到小的順序為________。
(3)與N互為等電子體的一種分子為________(填化學(xué)式)。
(4)檸檬酸的結(jié)構(gòu)簡式見下圖。1 ml檸檬酸分子中碳原子與氧原子形成的σ鍵的數(shù)目為________ml。
3.[2020·全國卷Ⅱ ,35]鈣鈦礦(CaTiO3)型化合物是一類可用于生產(chǎn)太陽能電池、傳感器、固體電阻器等的功能材料?;卮鹣铝袉栴}:
(1)基態(tài)Ti原子的核外電子排布式為__________________________。
(2)Ti的四鹵化物熔點如下表所示,TiF4熔點高于其他三種鹵化物,自TiCl4至TiI4熔點依次升高,原因是
________________________________________________________________________。
(3)CaTiO3的晶胞如圖(a)所示,其組成元素的電負性大小順序是__________________;金屬離子與氧離子間的作用力為__________________,Ca2+的配位數(shù)是__________________。
(4)一種立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物光電材料的組成為Pb2+、I-和有機堿離子CH3N,其晶胞如圖(b)所示。其中Pb2+與圖(a)中__________的空間位置相同,有機堿CH3N中,N原子的雜化軌道類型是________;若晶胞參數(shù)為a nm,則晶體密度為__________________g·cm-3(列出計算式)。
(5)用上述金屬鹵化物光電材料制作的太陽能電池在使用過程中會產(chǎn)生單質(zhì)鉛和碘,降低了器件效率和使用壽命。我國科學(xué)家巧妙地在此材料中引入稀土銪(Eu)鹽,提升了太陽能電池的效率和使用壽命,其作用原理如圖(c)所示,用離子方程式表示該原理________________________、________________________。
4.[2019·全國卷組合,35]
(全國卷Ⅰ):
(2)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一種有機化合物,分子中氮、碳的雜化類型分別是__________、__________。乙二胺能與Mg2+、Cu2+等金屬離子形成穩(wěn)定環(huán)狀離子,其原因是__________________________________,其中與乙二胺形成的化合物穩(wěn)定性相對較高的是__________(填“Mg2+”或“Cu2+”)。
(3)一些氧化物的熔點如下表所示:
解釋表中氧化物之間熔點差異的原因__________。
(全國卷Ⅱ):
(1)元素As與N同族。預(yù)測As的氫化物分子的立體結(jié)構(gòu)為________,其沸點比NH3的________(填“高”或“低”),其判斷理由是________。
(全國卷Ⅲ):
(2)FeCl3中的化學(xué)鍵具有明顯的共價性,蒸氣狀態(tài)下以雙聚分子存在的FeCl3的結(jié)構(gòu)式為________,其中Fe的配位數(shù)為________。
(4)NH4H2PO4中,電負性最高的元素是________;P的________雜化軌道與O的2p軌道形成________鍵。
5.[2018·全國卷組合,35]
(全國卷Ⅰ):
(3)LiAlH4是有機合成中常用的還原劑,LiAlH4中的陰離子空間構(gòu)型是________、中心原子的雜化形式為________。LiAlH4中,存在________(填標號)。
A.離子鍵 B.σ鍵
C.π鍵 D.氫鍵
(全國卷Ⅱ):
(2)根據(jù)價層電子對互斥理論,H2S、SO2、SO3的氣態(tài)分子中,中心原子價層電子對數(shù)不同于其他分子的是________________________________________________________________________。
(3)圖(a)為S8的結(jié)構(gòu),其熔點和沸點要比二氧化硫的熔點和沸點高很多,主要原因為________________________________________________。
(4)氣態(tài)三氧化硫以單分子形式存在,其分子的立體構(gòu)型為________形,其中共價鍵的類型有________種;固體三氧化硫中存在如圖(b)所示的三聚分子,該分子中S原子的雜化軌道類型為________。
(全國卷Ⅲ):
(3)ZnF2具有較高的熔點(872 ℃),其化學(xué)鍵類型是____________________;ZnF2不溶于有機溶劑而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能夠溶于乙醇、乙醚等有機溶劑,原因是______________________。
(4)《中華本草》等中醫(yī)典籍中,記載了爐甘石(ZnCO3)入藥,可用于治療皮膚炎癥或表面創(chuàng)傷。ZnCO3中,陰離子空間構(gòu)型為____________________,C原子的雜化形式為________________________。
6.[2017·全國卷組合,35]
(全國卷Ⅰ):
(3)X射線衍射測定等發(fā)現(xiàn),I3AsF6中存在離子。離子的幾何構(gòu)型為________________,中心原子的雜化類型為________________________________________________________________________。
(全國卷Ⅱ):
我國科學(xué)家最近成功合成了世界上首個五氮陰離子鹽(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)?;卮鹣铝袉栴}:
(3)經(jīng)X射線衍射測得化合物R的晶體結(jié)構(gòu),其局部結(jié)構(gòu)如圖(b)所示。
①從結(jié)構(gòu)角度分析,R中兩種陽離子的相同之處為________,不同之處為________。(填標號)
A.中心原子的雜化軌道類型
B.中心原子的價層電子對數(shù)
C.立體結(jié)構(gòu)
D.共價鍵類型
②R中陰離子中的σ鍵總數(shù)為________個。分子中的大π鍵可用符號表示,其中m代表參與形成大π鍵的原子數(shù),n代表參與形成大π鍵的電子數(shù)(如苯分子中的大π鍵可表示為),則中的大π鍵應(yīng)表示為________。
③圖(b)中虛線代表氫鍵,其表示式為(N)N—H…Cl、________、________。
(全國卷Ⅲ):
研究發(fā)現(xiàn),在CO2低壓合成甲醇反應(yīng)(CO2+3H2===CH3OH+H2O)中,C氧化物負載的Mn氧化物納米粒子催化劑具有高活性,顯示出良好的應(yīng)用前景?;卮鹣铝袉栴}:
(2)CO2和CH3OH分子中C原子的雜化形式分別為________和________。
(3)在CO2低壓合成甲醇反應(yīng)所涉及的4種物質(zhì)中,沸點從高到低的順序為________,原因是___________________________
__。
(4)硝酸錳是制備上述反應(yīng)催化劑的原料,Mn(NO3)2中的化學(xué)鍵除了σ鍵外,還存在________。
eq \x(溫馨提示:請完成課時作業(yè)35)
第2講 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
考點一
1知識梳理
1.(1)共用電子對 重疊 (2)飽和性 方向性
2.σ 頭碰頭 π 肩并肩 極性 偏移 非極性 偏移 單 一對 雙 兩對 三 三對
3.(1)釋放 共價 2 (2)大 短 穩(wěn)定性 立體構(gòu)型
4.(1)價電子 (2)熔沸點、溶解性
判斷 答案:(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)× (9)× (10)√ (11)√
2對點速練
1.解析:(1)①含兩種不同原子,所以一定只含極性鍵;③中兩個氫原子分別與氧原子相連,所以只含極性鍵。
(2)雙原子的單質(zhì)分子只含非極性鍵,所以②④符合題意。
(3)根據(jù)結(jié)構(gòu)可判斷⑤既含極性鍵又含非極性鍵。
(4)只有單鍵的只含σ鍵,即①②③。
(5)有雙鍵或三鍵的一定既有σ鍵又有π鍵,即④⑤。
答案:(1)①③ (2)②④ (3)⑤ (4)①②③ (5)④⑤
2.解析:C和Cl之間有σ鍵,C和O之間為一個σ鍵、一個π鍵,因此該分子中含有3個σ鍵、1個π鍵,所以D項正確。
答案:D
3.解析:C項應(yīng)是鍵能越大,鍵長越短,共價化合物就越穩(wěn)定。
答案:C
4.解析:Ⅰ.(1)NN鍵由一個σ鍵和兩個π鍵構(gòu)成,N—N鍵為σ鍵,σ鍵與π鍵的鍵能不相等,σ鍵的鍵能大于π鍵的鍵能,所以N—N鍵能大于315.3 kJ·ml-1,所以A不正確。N≡N鍵鍵能比H—H鍵鍵能大,但由于H原子的原子半徑小,所以N≡N鍵的鍵長大于H—H鍵的鍵長。O2中氧原子間是以雙鍵結(jié)合,C不正確。鍵能越大,分子越穩(wěn)定,故D正確。
Ⅱ.設(shè)“”部分的化學(xué)鍵鍵能為a kJ·ml-1,則ΔH=(a+348+412×5) kJ·ml-1-(a+612+412×3+436) kJ·ml-1=+124 kJ·ml-1。
答案:Ⅰ.(1)D
(2)ΔH=3ECl—Cl+6EN—H-EN≡N—6EH—Cl
=3×243 kJ·ml-1+6×391 kJ·ml-1-946 kJ·ml-1-6×432 kJ·ml-1=-463 kJ·ml-1。
Ⅱ.+124
5.解析:只要原子個數(shù)和價層電子數(shù)相等的兩種微粒,即為等電子體。
答案:A
6.解析:B3N3H6和苯是等電子體,其結(jié)構(gòu)相似;C項,H3O+和NH3是等電子體,根據(jù)氨氣分子的立體構(gòu)型判斷水合氫離子的立體構(gòu)型;D項,CH4和N是等電子體,根據(jù)甲烷的立體構(gòu)型判斷銨根離子的立體構(gòu)型。
答案:B
7.解析:COS與CO2互為等電子體,其結(jié)構(gòu)與CO2相似,所以為直線形結(jié)構(gòu);C與SO3互為等電子體,結(jié)構(gòu)相似,所以C為平面正三角形結(jié)構(gòu);PCl3與NF3互為等電子體,結(jié)構(gòu)相似,所以PCl3為三角錐形結(jié)構(gòu)。
答案:COS為直線形結(jié)構(gòu);C為平面正三角形結(jié)構(gòu);PCl3為三角錐形結(jié)構(gòu)
考點二
1知識梳理
1.(1)最小 最低 (2)直線形 BeCl2 180° 平面正三角形 BF3 120° V形 SnBr2 105° 正四面體形 CH4 109°28′ 三角錐形 NH3 107° V形 H2O 105°
2.(1)能量相近 (2)2 180° 直線形 BeCl2 3 120° 平面正三角形 BF3 4 109°28′ 四面體形 CH4
3.(2)孤電子對 空軌道 ―→ (3)中心原子 配位原子 配位數(shù)
思考 答案:1∶2
判斷 答案:(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)√ (8)√
2對點速練
1.解析:H2S分子中的中心原子S原子上的孤對電子對數(shù)是1/2×(6-1×2)=2,則說明H2S分子中中心原子有4對電子對,其中2對是孤對電子因此空間結(jié)構(gòu)是V形;而COCl2中中心原子的孤對電子對數(shù)是1/2×(4-2×1-1×2)=0,因此COCl2中的中心原子電子對數(shù)是3對,是平面三角形結(jié)構(gòu),故選D。
答案:D
2.解析:氮的最高價氧化物為N2O5,根據(jù)N元素的化合價為+5和原子組成,可知陰離子為N、陽離子為N、N中N原子形成了2個σ鍵,孤電子對數(shù)目為0,所以雜化類型為sp,陽離子的構(gòu)型為直線形,故A項正確。
答案:A
3.答案:(1)sp雜化 (2)sp2雜化 (3)sp3雜化
4.解析:(1)①石墨烯是層狀結(jié)構(gòu),每一層上每個碳原子都是以σ鍵和相鄰3個碳原子連接。
②圖乙中1號碳形成了4個共價鍵,故其雜化方式為sp3;圖甲中的鍵角為120°,而圖乙中1號碳原子與甲烷中的碳原子類似,其鍵角接近109°28′。
(2)①金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式,它們的組成相同,結(jié)構(gòu)不同、性質(zhì)不同,互稱為同素異形體。②金剛石中碳原子與四個碳原子形成4個共價單鍵(即C原子采取sp3雜化方式),構(gòu)成正四面體;石墨烯中的碳原子采用sp2雜化方式與相鄰的三個碳原子以σ鍵結(jié)合,形成正六邊形的平面層狀結(jié)構(gòu)。
答案:(1)①3 ②sp3雜化 <
(2)①同素異形體 ②sp3雜化 sp2雜化
5.答案:NH3分子中N原子的孤對電子進入Zn2+的空軌道形成配離子后,原孤電子對對N—H鍵的成鍵電子對的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對之間的排斥,排斥作用減弱
6.解析:(1)同周期主族元素的電負性從左到右逐漸增大,則有電負性:N<O;同主族元素的電負性自上而下逐漸減弱,則有電負性:N>P。
(2)基態(tài)S原子核外有16個電子,根據(jù)核外電子排布規(guī)律,其價電子排布式為3s23p4。
(3)(NH4)2SO4分子中存在N—H極性共價鍵和S—O極性共價鍵,N和S之間存在離子鍵。
(4)P中P原子的價層電子對數(shù)為4+=4,則P原子采取sp3雜化,故P的立體構(gòu)型為正四面體。
(5)CN-中C、N原子之間存在C≡N鍵,1個CN-中存在1個σ鍵、2個π鍵,故1 ml CN-含有2 ml π鍵。每個CN-與Cu2+間有一個σ鍵,故1 ml[Cu(CN)4]2-含有8 ml σ鍵。
答案:(1)P<N<O (2)3s23p4
(3)離子鍵、共價鍵 (4)正四面體 sp3
(5)2NA 8NA
7.解析:Ⅰ.Cu2+中存在空軌道,而OH-中O原子有孤電子對,故O與Cu之間以配位鍵結(jié)合。
答案:Ⅰ.
Ⅱ.(1)[Fe(SCN)]2+
(2)FeCl3+5KSCN===K2[Fe(SCN)5]+3KCl
考點三
1知識梳理
1.(2)范德華力 氫鍵 (3)< < (4)組成和結(jié)構(gòu) 相對分子質(zhì)量 增大 (5)電負性很強 氫原子 電負性很強 方向 飽和 分子內(nèi) 分子間 升高
2.(1)重合 不重合 非極性鍵或極性鍵 對稱 不對稱 (2)非極性 極性 增大 (3)鏡像 不能重疊 手性異構(gòu)體 四個不同基團或原子 (4)大 強 < < O>C。(3)價電子總數(shù)相同,原子總數(shù)相同的微?;榈入娮芋w,考慮與N元素相鄰主族的元素,可知與N互為等電子體的分子是CH4或SiH4。(4)單鍵都是σ鍵,雙鍵中有一個σ鍵,則1 ml檸檬酸分子中碳原子與氧原子形成7 ml σ鍵。
答案:(1)[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2 O
(2)sp3 N>O>C (3)CH4或SiH4 (4)7
3.解析:(1)Ti是22號元素,所以基態(tài)Ti原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2。
(2)氟元素非金屬性強,TiF4為離子化合物,熔點最高,TiCl4、TiBr4、TiI4為共價化合物,熔點較低,且TiCl4、TiBr4、TiI4結(jié)構(gòu)相似,相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力越強,熔點越高。
(3)元素的非金屬性越強,電負性越大,所以Ca、Ti、O三種元素中,O電負性最大,Ca的金屬性強于Ti,則Ti的電負性強于Ca;陰、陽離子間的作用力為離子鍵;距離Ca2+最近的為O2-,共有12個O2-與位于體心處的Ca2+距離相等且最近,故Ca2+的配位數(shù)為12。
(4)距離Pb2+最近的是處于面心的I-,Pb2+的配位數(shù)為6,圖(a)中Ti4+的配位數(shù)也為6,其與圖(b)中Pb2+的空間位置相同;CH3N中,氮原子形成4個單鍵,其中有1個是配位鍵,N原子采取sp3雜化;根據(jù)均攤法,1個晶胞中含有I-的個數(shù)為6×1/2=3,CH3N的個數(shù)為8×1/8=1,Pb2+的個數(shù)為1,化學(xué)式為PbCH3NH3I3,摩爾質(zhì)量為620 g·ml-1,一個晶胞的質(zhì)量為g,體積為(a×10-7)3 cm3,則晶體密度為×1021 g·cm-3。
(5)根據(jù)圖(c)可知,箭頭是由反應(yīng)物指向生成物,則該過程中Pb和Eu3+反應(yīng)生成Pb2+和Eu2+,Eu2+與I2反應(yīng)生成Eu3+和I-。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d24s2
(2)TiF4為離子化合物,熔點高,其他三種均為共價化合物,隨相對分子質(zhì)量的增大分子間作用力增大,熔點逐漸升高
(3)O>Ti>Ca 離子鍵 12
(4)Ti4+ sp3 ×1021
(5)2Eu3++Pb===2Eu2++Pb2+ 2Eu2++I2===2Eu3++2I-
4.解析:(全國卷Ⅰ):(2)乙二胺分子中,氮原子核外孤電子對數(shù)為1,σ鍵數(shù)目為3,則雜化軌道數(shù)目為4,故氮原子采取sp3雜化;碳原子核外孤電子對數(shù)為0,σ鍵數(shù)目為4,則雜化軌道數(shù)目為4,故碳原子采取sp3雜化。乙二胺的兩個N提供孤對電子給Mg2+、Cu2+等金屬離子,以配位鍵結(jié)合成穩(wěn)定環(huán)狀離子。
(3)一般來說,晶體熔點:原子晶體>離子晶體>分子晶體。Li2O、MgO均為離子晶體,晶格能:Li2OLi2O;P4O6、SO2均為分子晶體,相對分子質(zhì)量:P4O6>SO2,則分子間作用力:P4O6>SO2,故熔點:P4O6>SO2。
(全國卷Ⅱ):(1)AsH3中As原子價層電子對數(shù)為4,其中有一對孤對電子,故AsH3立體結(jié)構(gòu)為三角錐形。NH3分子間可以形成氫鍵,導(dǎo)致NH3沸點高于AsH3。
(全國卷Ⅲ):(2)雙聚FeCl3分子中兩分子FeCl3以配位鍵形式結(jié)合在一起,結(jié)構(gòu)式為,F(xiàn)e的配位數(shù)為4。
(4)根據(jù)NH4H2PO4中所含元素在周期表中的位置關(guān)系和電負性規(guī)律可知,氧元素電負性最高。NH4H2PO4中磷原子的價層電子對數(shù)為4,故為sp3雜化,P的sp3雜化軌道與O的2p軌道形成σ鍵。
答案:(全國卷Ⅰ): (2)sp3 sp3 乙二胺的兩個N提供孤對電子給金屬離子形成配位鍵 Cu2+
(3)Li2O、MgO為離子晶體,P4O6、SO2為分子晶體。晶格能MgO>Li2O,分子間力(分子量)P4O6>SO2
(全國卷Ⅱ):(1)三角錐形 低 NH3分子間存在氫鍵
(全國卷Ⅲ):(2) 4
(4)O sp3 σ
5.解析:(全國卷Ⅰ):(3)[AlH4]-中Al采用sp3雜化,呈正四面體結(jié)構(gòu)。四氫鋁鋰中存在離子鍵、配位鍵和共價鍵,配位鍵也是σ鍵。
(全國卷Ⅱ):(2)價層電子對數(shù)包括成鍵電子對數(shù)和孤電子對數(shù),H2S中S的成鍵電子對數(shù)為2,孤電子對數(shù)為=2,故價層電子對數(shù)為4(或價層電子對數(shù)為=4),同理,SO2中S的價層電子對數(shù)為=3,SO3中S的價層電子對數(shù)為=3,H2S中S的價層電子對數(shù)不同于SO2、SO3。
(3)S8和SO2均為分子晶體,分子間存在的作用力均為范德華力,S8的相對分子質(zhì)量大,分子間范德華力強,故熔點和沸點高。
(4)氣態(tài)SO3為單分子,分子中S無孤電子對,其分子的立體構(gòu)型為平面三角形,S和O之間形成雙鍵,故共價鍵有σ鍵和π鍵兩種。固態(tài)SO3為三聚分子,分子中每個S與4個O成鍵,S無孤電子對,故原子的雜化軌道類型為sp3。
(全國卷Ⅲ):(3)根據(jù)ZnF2晶體的熔點較高可知,ZnF2為離子晶體,含有離子鍵,而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化學(xué)鍵以共價鍵為主、極性較小,故能夠溶解在有機溶劑中。
(4)C中碳原子的價層電子對數(shù)為3,中心碳原子采取sp2雜化,故C的空間構(gòu)型為平面三角形。
答案:(全國卷Ⅰ):(3)正四面體 sp3 AB
(全國卷Ⅱ):(2)H2S
(3)S8相對分子質(zhì)量大,分子間范德華力強
(4)平面三角 2 sp3雜化
(全國卷Ⅲ):(3)離子鍵 ZnF2為離子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化學(xué)鍵以共價鍵為主、極性較小
(4)平面三角形 sp2雜化
6.解析:(全國卷Ⅰ):(3)離子中價層電子對數(shù)為=4,中心原子為sp3雜化,理論構(gòu)型為四面體形,有2對孤對電子,故離子為V形。
(全國卷Ⅱ):(3)①結(jié)合圖(b)可知:晶體R中兩種陽離子為N和H3O+,兩種陽離子的中心原子均采取sp3雜化;N中成鍵電子對數(shù)為4,H3O+中含1個孤電子對和3個成鍵電子對,即中心原子的價層電子對數(shù)均為4;兩種陽離子中均存在極性鍵,不存在非極性鍵。N和H3O+分別為正四面體結(jié)構(gòu)和三角錐形結(jié)構(gòu),即立體結(jié)構(gòu)不同。②從圖(b)可以看出:陰離子呈五元環(huán)狀結(jié)構(gòu),其含有的σ鍵總數(shù)為5個;中參與形成大π鍵的電子數(shù)為6,故可將其中的大π鍵表示為。③根據(jù)圖(b)還有的氫鍵是:(H3O+)O—H…N (N)N—H…N。
(全國卷Ⅲ):(2)根據(jù)價層電子對互斥理論,CO2中C原子價層電子對數(shù)為2,為sp雜化,而CH3OH中C原子的價層電子對數(shù)為4,為sp3雜化;
(3)影響分子晶體沸點的因素有范德華力和氫鍵,H2O與CH3OH均為極性分子,H2O中氫鍵比甲醇多,故H2O的沸點高,CO2與H2均為非極性分子,CO2相對分子質(zhì)量較大,范德華力大,沸點更高。
(4)Mn(NO3)2為離子化合物,Mn2+與N之間是離子鍵,根據(jù)N的結(jié)構(gòu)式,N與O之間存在雙鍵,故除了σ鍵還存在離子鍵和π鍵。
答案:(全國卷Ⅰ):(3)V形 sp3
(全國卷Ⅱ):(3)①ABD C ②5
③(H3O+)O—H…N() (N)N—H…N()
(全國卷Ⅲ):(2)sp sp3
(3)H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O與CH3OH均為極性分子,H2O中氫鍵比甲醇多;CO2與H2均為非極性分子,CO2分子量較大,范德華力較大
(4)離子鍵和π鍵分類依據(jù)
類型
形成共價鍵的原子軌道重疊方式
____鍵
電子云“______”重疊
____鍵
電子云“______”重疊
形成共價鍵的電子對是否偏移
____鍵
共用電子對發(fā)生____
____鍵
共用電子對不發(fā)生____
原子間共用電子對的數(shù)目
____鍵
原子間有____共用電子對
____鍵
原子間有____共用電子對
____鍵
原子間有____共用電子對
等電子體類型
代表物質(zhì)
立體構(gòu)型
四原子24電子等電子體
SO3
平面三角形
四原子26電子等電子體
S
三角錐形
五原子32電子等電子體
CCl4
正四面體形
六原子40電子等電子體
PCl5
三角雙錐形
七原子48電子等電子體
SF6
正八面體形
電子
對數(shù)
成鍵
對數(shù)
孤電子
對數(shù)
電子對
立體構(gòu)型
分子立
體構(gòu)型
實例
鍵角
2
2
0
直線形
______
____
____
3
3
0
平面
三角形
______
______
____
____
2
1
____
______
______
4
4
0
正四面
體形
______
______
____
____
3
1
________
____
____
2
2
____
____
____
雜化
類型
雜化軌
道數(shù)目
雜化軌
道間夾角
立體構(gòu)型
實例
sp
______
______
______
______
sp2
______
______
______
______
sp3
______
______
______
______
類型
非極性分子
極性分子
形成原因
正電中心和負電中心____的分子
正電中心和負電中心______的分子
存在的共價鍵
非極性鍵或極性鍵
______________
分子內(nèi)原子排列
____________
____________
類型
實例
鍵的極性
空間構(gòu)型
分子極性
X2
H2、N2
非極性鍵
直線形
非極性分子
XY
HCl、NO
極性鍵
直線形
極性分子
XY2
(X2Y)
CO2、CS2
極性鍵
直線形
非極性分子
SO2
極性鍵
V形
極性分子
H2O、H2S
極性鍵
V形
極性分子
XY3
BF3
極性鍵
平面正三角形
非極性分子
NH3
極性鍵
三角錐形
極性分子
XY4
CH4、CCl4
極性鍵
正四面體形
非極性分子
范德華力
氫鍵
對物質(zhì)
性質(zhì)的
影響
①影響物質(zhì)的熔沸點、溶解度等物理性質(zhì);②組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),隨相對分子質(zhì)量的增大,物質(zhì)的熔、沸點升高。如熔、沸點:F2
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