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第二节 分子结构与性质


第二节 分子结构与性质

一、共价键 1.本质:在原子之间形成共用电子对. 2.特征:具有饱和性和方向性. 3.分类 分类依据 形成共价键的 原子轨道重叠 方式 σ键 π键 类型 原子轨道“头碰头”重叠 原子轨道“肩碰肩”重叠

分类依据 形成共价键的 极性键

类型 共用电子对发生偏移 共用电子对不发生偏移

/>
电子对是否偏
移 原子间共用电 子对的数目

非极性


单键
双键 三键

原子间有一对共用电子对
原子间有两对共用电子对 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

键长越短,键能越大,分子越稳定.

5.等电子体原理 原子总数、价电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.

二、分子的空间构型
1.杂化轨道理论、价层电子对互斥模型 杂化 类型 sp sp2 sp3 杂化轨 道数目 2 3 4 杂化轨道 间夹角 180° 120° 109°28′ 空间构 型 直线形 平面三 角形 实例 BeCl2 BF3 CH4

分 子 构 型

杂 化 轨 道 理 论

正四面 体形

分 子 构 型

价 层 电 子 对 互 斥 模 型

电子 对数 2 3

成键 对数 2

孤对 电子对 分子空间 电子 空间构 构型 数 型 0 直线形 三角形 直线形

实例 BeCl2

4

3 2 4 3 2

0 1 0 1 2

三角形 V形
四面体形

四面体 三角锥形 V形

BF3 SnBr2 CH4 NH3 H2O

2.配位化合物 (1)配位键与极性键、非极性键的比较 共价键 非极性键 本质 极性键 配位键

相邻原子间通过共用电子对(原子轨道的重叠) 所形成的相互作用 成键原子得、成键原子得、 失电子能力 失电子能力差 相同(同种 非金属) 别较小(一般指 不同种非金属)

成键原子一方
有孤电子对(配 位体),另一方

成键条 件 (元

素种类)

有空轨道(中心
离子)

共价键 非极性键 特征 表示 方法 极性键 有方向性和饱和性 配位键

H—H

H—Cl

单质H2,共价化

共价化合 物HCl,离 离子化合物NH4Cl等

存在 合物H2O2,离子
化合物Na2O2等

子化合物
NaOH等

(2)配位化合物 ①定义: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. ②组成:如[Ag(NH3)2]OH,中心离子为Ag+,配体为 NH3,配位数为2.

三、分子的性质 1.分子间作用力的比较 范德华力 物质分子之 间普遍存在 的一种相互 作用的力, 又称分子间 氢键 由已经与电负性很强 的原子形成共价键的 共价键 原子间通过 共用电子对 所形成的相 互作用

概念

氢原子与另一个分子
中电负性很强的原子 之间的作用力 氢原子,氟、氮、氧 原子(分子内、分子间)

作用力
作用 粒子 分子或原子 (稀有气体)

原子

范德华力 特征 强度 比较

氢键

共价键

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 对于A— 相对分子质量的增 H??B—,A、 大而增大 B的电负性越 ②组成和结构相似 大,B原子的 的物质,相对分子 半径越小,氢 质量越大,分子间 键键能越大 作用力越大

影响 强度 的因 素

成键原子半 径越小,键 长越短,键 能越大,共 价键越稳定

范德华力 ①影响物质的熔沸 点、溶解度等物理

氢键 分子间氢键的 存在,使物质

共价键

对物
质性 质的 影响

性质
②组成和结构相似 的物质,随相对分

的熔沸点升高,
在水中的溶解 度增大,如熔

①影响分子

的稳定性
②共价键键 能越大,分 子稳定性越 强

子质量的增大,物
质的熔沸点升高,

沸点:H2O>
H2S,HF>

如F2<Cl2<Br2<I2,HCl,NH3>

CF4<CCl4<CBr4

PH3

2.分子的极性 (1)极性分子:正电中心和负电中心不重合的分子. (2)非极性分子:正电中心和负电中心重合的分子.

3.溶解性

(1)“相似相溶”规律:非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,
极性溶质一般能溶于极性溶剂.若存在氢键,则溶剂和溶 质之间的氢键作用力越大,溶解性越好. (2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互 溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小. 4.手性 具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如左手和右

手一样互为镜像,在三维空间里不能重叠的现象.

5.无机含氧酸分子的酸性 无机含氧酸可写成(HO)mROn,如果成酸元素R相同, 则n值越大,R的正电性越高,使R—O—H中O的电子 向R偏移,在水分子的作用下越易电离出H+,酸性越 强,如HClO<HClO2<HClO3<HClO4.

[例1] (上海高考)海洋是资源的宝库,蕴藏着丰富的化学
元素,如氯、溴、碘等. (1)在光照条件下,氯气和氢气反应过程如下: ①Cl2―→Cl+Cl ②Cl+H2―→HCl+H ③H+Cl2―→HCl+Cl??

反应②中形成的化合物的电子式为____________;反应③
中被破坏的化学键属于________键(填“极性”或“非极 性”).

(2)在短周期主族元素中,氯元素及与其相邻元素的原子半
径从大到小的顺序是________(用元素符号表示).与氯元 素同周期且金属性最强的元素位于周期表的第________周 期________族. (3)卤素单质及化合物在许多性质上都存在着递变规律.下 列有关说法正确的是________. a.卤化银的颜色按AgCl、AgBr、AgI的顺序依次加深

b.卤化氢的键长按H—F、H—Cl、H—Br、H—I的顺序
依次减小

A

c.卤化氢的还原性按HF、HCl、HBr、HI的顺序依次减弱 d.卤素单质与氢气化合按F2、Cl2、Br2、I2的顺序由难变易

(4)卤素单质的键能大小如下图.由图推断:

不一定容 ①非金属性强的卤素,其单质分子的化学键__________ 易 断裂(填“容易”或“不容易”或“不一定容易”). ②卤素单质键能大小与键长的关系为:
_________________________________________________ 除F2外,键长增大,键能减小 _______________________.

[ 解析 ]

(1)HCl 是共价化合物,是通过共用电子对而形

成的;Cl2分子中的两个氯原子对共用电子对的吸引力一

样大,故为非极性键.(2)在短周期主族元素中,与氯元
素相邻的元素是硫元素和氟元素,根据元素周期律原子 半径由大到小的顺序为S>Cl>F.

(3)a 项, AgCl 为白色、 AgBr 为浅黄色、 AgI 为黄色,故

颜色依次加深,正确;b项,卤化氢的键长随着卤素原子
半径的增大而增大, b 项错误; c 项,卤素单质的氧化性 越强则对应的阴离子的还原性越弱,氧化性: F2>Cl2>Br2>I2,则还原性I->Br->Cl->F-,c项错误;d 项,非金属性越强与H2化合越容易,d项错误.

(4) 由图象可知, F2 的非金属性最强,但所含化学键的键
能比 Cl2、Br2的都低,易断裂,Br2的非金属性相对弱一 些,但键能较大,不容易断裂;在共价键中,共价键的 键长越大,键能越小.

[答案] (1)H
(2)S、Cl、F 三 (3)a (4)①不一定容易 ⅠA

非极性

②除F2外,键长增大,键能减小

(1)并不是所有的分子中都含有共价键,如单原子的稀有气 体分子中无共价键. (2)两原子间形成的共价键中,单键为σ键,双键中有一个 π键和一个σ键,三键中有二个π键和一个σ键.

1.下列物质的分子中既有σ键,又有π键的是

( D )

①HCl ②H2O
A.①②③ C.①③⑥

③ N2

④H2O=

⑤C2H4

⑥C2H2

B.③④⑤⑥ D.③⑤⑥

解析:各物质的结构式可表示为:H—Cl、H—O—H、

N≡N、H—O—O—H 、
有双键和三键的均有π键. 答案:D

、 H—C ≡ C —H ,

2.下列说法中正确的是 A.分子中键能越大,键长越长,则分子越稳定

(B

)

B.元素周期表中的ⅠA 族(除 H 外)和ⅦA 族元素的原子间可 能形成共价键 C.水分子可表示为 HO—H,分子中键角为 180° D.H—O 键键能为 463 kJ?mol-1,即 18 g H2O 分解成 H2 和 O2 时,消耗能量为 2×463 kJ

解析:D中H—O键键能为463 kJ· mol-1,指的是气态基态氢

原子和氧原子形成1 mol H—O键时释放的最低能量,则拆开
1 mol H—O键形成气态氢原子和氧原子所需吸收的能量也为 463 kJ,18 g H2O即1 mol H2O中含2 mol H—O键,断开时需吸 收2×463 kJ的能量形成气态氢原子和氧原子,再进一步形 成H2和O2时,还需释放出一部分能量,故D错;Li的电负性 为1.0,I的电负性为2.5,其差值为1.5<1.7,故可形成共价键, B项正确. 答案: B

[例 2] (海南高考)下列描述中正确的是( A.CS2 为Ⅴ形的极性分子 B.ClO3 的空间构型为平面三角形 C.SF6 中有 6 对完全相同的成键电子对
- 3 D.SiF4 和 SO2 的中心原子均为 sp 杂化 3 -

) CD

[解析] 由价层电子对互斥模型可知,CS2 中 C 原子价电子 都用于形成共价键,分子为直线形,为非极性分子;ClO- 3中 Cl 原子含有一对孤对电子,分子为三角锥形;SF6 中含有 6
- 个 S—F 键,完全相同;SiF4 和 SO2 3 的中心原子都含有四对

电子对,采用 sp3 杂化.

[答案] CD

(1)价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型,而
分子的空间构型指的是成键电子对空间构型,不包括孤电 子对. ①当中心原子无孤电子对时,两者的构型一致; ②当中心原子有孤电子对时,两者的构型不一致.

(2) 当原子成键时,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 形状不同. (3)运用价层电子对互斥模型可预测分子或离子的立体结构,但 要注意判断其价层电子对数,对 ABm 型分子或离子,其价层 电子对数的判断方法为: n= 中心原子的价电子数+每个配位原子提供的价电子数× m 2

3.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 ( ) D 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:H2S分子中,S原子周围有两对孤对电子,S为sp3
杂化,H2S为V形分子. 答案:D

4.下列推断正确的是 A.BF3 是三角锥形分子 B.NH+ 4 的电子式:

D(

)

,离子呈平面形结构

C.CuSO4· 5H2O 是含结晶水的化合物,不含配位键 D.CH4 分子中的碳原子以 4 个 sp3 杂化轨道分别与 4 个氢原 子的 1s 轨道重叠,形成 4 个 C—H σ 键

解析: BF3 中 B 原子采用 sp2 杂化方式, 故应为平面三角形. NH+ 4 中 N 原子采用 sp3 杂化方式,为正四面体形.Cu2+与 H2O 之 间以配位键结合.

答案: D

A是H,B是C,C是O,D是Si,E是Cl.

[例3] 短周期的5种非金属元素,其中A、B、C的最外层电
子排布可表示为:A:asa,B:bsbbpb,C:csccp2c,D与B同 主族,E在C的下一周期,且是同周期元素中电负性最大的 元素.回答下列问题: (1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子,

下列分子①BC2

②BA4

③A2C2

④BE4,其中属于极性分

子的是________( 填序号). 3

(2)C的氢化物比下周期同族元素的氢化物沸点还要高,其原 因是_________________________________________________ 氢键 ____________________________________________________.

(3)B、C两元素能和A元素组成两种常见的溶剂,其分子式分
别为________ 、________.DE4在前者中的溶解性________(填 苯,水 大 “大于”或“小于”)在后者中的溶解性. 于

(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为
____________________________________________________ SiCl4>CCl4>CH4. ________________________________________ (填化学式). (5)A、C、E三种元素可形成多种含氧酸,如AEC、AEC2、 AEC3、AEC4等,以上列举的四种酸其酸性由强到弱的顺序为: ________________________________________ (填化学式). HClO4>HClO3>HClO2>HClO.

[解析] 由题给条件可知:A是H,B是C,C是O,D是Si,E
是Cl. (1)①、②、③、④分别为CO2、CH4、H2O2、CCl4,其中H2O2 为极性分子,其他为非极性分子. (2)C的氢化物为H2O,H2O分子间可形成氢键是其沸点较高 的重要原因. (3)B、A两元素组成苯,C、A两元素组成水,两者都为常见

的溶剂,SiCl4为非极性分子,易溶于非极性溶剂苯中.

(4)BA4、BE4、DE4分别为CH4、CCl4、SiCl4,三者结构相 似,相对分子质量逐渐增大,分子间作用力逐渐增强, 故它们的沸点顺序为SiCl4>CCl4>CH4.

(5)这四种酸分别为HClO、HClO2、HClO3、HClO4,含氧
酸的通式可写为(HO)mClOn(m≥1;n≥0),n值越大,酸性 越强,故其酸性由强到弱的顺序为: HClO4>HClO3>HClO2>HClO.

[答案] (1)③

(2)H2O分子间形成氢键

(3)C6H6

H2O

大于

(4)SiCl4>CCl4>CH4

(5)HClO4>HClO3>HClO2>HClO

键的极性和分子极性的关系

(1)非极性键形成非极性分子.
(2)极性键形成的分子中,若正电荷中心与负电荷中心不重

合,形成极性分子,两中心重合则形成非极性分
子.对于ABn形分子,中心原子A的价电子数等于化合 价数时,ABn为非极性分子.

5.下列分子中,属于含有极性键的非极性分子的是( D )

A.H2O
C.NH3

B.Cl2
D.CCl4

解析:H2O分子中O—H键为极性键,两个O—H键之间的 夹角约为105°,整个分子电荷分布不对称,是极性分

子.Cl2是双原子单质分子,Cl—Cl键是非极性键,属含
非极性键的非极性分子.NH3分子中N—H键是极性键, 分子构型是三角锥形,N原子位于顶端,电荷分布不对称, 是极性分子.CCl4分子中C—Cl键是极性键,分子构型呈 正四面体形,C原子位于正四面体中心,四个Cl原子分别

位于正四面体的四个顶点,电荷分布对称,是非极性分
子. D 答案:

6.下列现象中,不能用“相似相溶”原理解释的是( A.酒精与水以任意比互溶 B.用纯碱洗涤油脂 C.氨易溶于水 D.用苯将溴水中的溴萃取出来

B)

解析:酒精、水均为极性分子,A正确;用纯碱洗涤油脂 利用的是水解原理,B错误;NH3与H2O均是极性分子, 相似相溶,且二者还能形成氢键,增大了氨在水中的溶解

性,C正确;苯与Br2均为非极性分子,互相溶解,D正
确. 答案:B


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