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人教版新高考化学一轮复习课件--分子结构与物质的性质
展开这是一份人教版新高考化学一轮复习课件--分子结构与物质的性质,共60页。PPT课件主要包含了课标要求,备考指导,内容索引,请填写下表,四面体形,直线形,平面三角形,三角锥形,正四面体形,整合建构等内容,欢迎下载使用。
1.认识分子间存在相互作用,知道范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力,了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及重要作用。2.结合实例了解分子具有特定的空间结构,并可运用相关理论和模型进行解释和预测。知道分子的结构可以通过波谱、晶体X射线衍射等技术进行测定。3.知道分子可以分为极性分子和非极性分子,知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响。
1.对本部分内容要求考生在高考中能说明分子间作用力(含氢键)对物质熔点、沸点、溶解性等性质的影响,能列举含有氢键的物质及其性质特点;能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构,能利用价层电子对互斥模型及杂化轨道理论解释简单共价分子的空间结构;能根据分子的结构特点和键的极性判断分子的极性,并据此对分子的一些典型信息及其应用作出解释。2.在高考试题中,一般在非选择题中以填空或简答形式考查分子结构与性质的相关知识,难度中等。
第一环节 必备知识落实
第二环节 关键能力形成
第三环节 核心素养提升
知识筛查1.分子结构的测定现在科学家主要利用一些现代仪器和方法对分子结构进行推测,如红外光谱、晶体X射线衍射等。红外光谱的原理是当一束红外线透过分子时,分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线,再记录到图谱上呈现吸收峰,通过和已有谱图库比对,或通过量子化学计算,可以得知各吸收峰是由哪种化学键、哪种振动方式引起的,综合这些信息,可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。现代化学还常用质谱仪测定分子的相对分子质量。
2.价层电子对互斥模型(1)价层电子对互斥模型。①价层电子对互斥模型认为,分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”互相排斥的结果。②VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的孤电子对。多重键只计其中的σ键电子对,不计π键电子对。
③孤电子对数的计算:
其中:a为中心原子的价电子数,x为与中心原子结合的原子数,b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。
(2)用价层电子对互斥模型推测分子的空间结构。①价层电子对互斥模型与分子空间结构:
②运用价层电子对互斥模型解释分子键角大小:价层电子对相互排斥,彼此互相远离,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。如价层电子对数均为4的几种分子,键角CH4 > NH3 > H2O。
3.杂化轨道理论杂化轨道理论是一种价键理论,是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。其理论要点是:当原子成键时,原子的价层电子轨道相互混杂,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。
知识巩固1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(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)只要分子空间结构为平面三角形,中心原子均为sp2杂化。( )(5)中心原子是sp杂化的,其分子空间结构不一定为直线形。( )(6)价层电子对互斥模型中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。( )
3.比较下列分子或离子中键角大小。(1)H2O H3O+,NH3 。 (2)SO3 CCl4,CS2 SO2。
答案:(1)< < (2)> >解析:(1)H2O与H3O+,NH3与 的中心原子均采用sp3杂化,孤电子对数越多,斥力越大,键角越小。(2)杂化类型不同,键角不同。
知识筛查1.共价键的极性及对物质性质的影响(1)键的极性与分子的极性:①共价键有极性共价键和非极性共价键,由共价键构成的分子也有极性分子和非极性分子之分。在极性分子中,正电中心和负电中心不重合,使分子的某一部分呈现正电性,另一部分呈现负电性;非极性分子的正电中心和负电中心重合。
②分子的极性与键的极性、分子空间结构的关系:
(2)键的极性对化学性质的影响。键的极性对化学性质有重要影响。羧酸是一大类含羧基的有机酸,其酸性可用 pKa 的大小来衡量, pKa 越小,酸性越强。①羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关。三氟乙酸(pKa=0.23)的酸性大于三氯乙酸(pKa=0.65),是由于氟的电负性大于氯的电负性,F—C的极性大于Cl—C的极性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大,更易电离出氢离子。所以羧酸酸性从大到小的顺序为三氯乙酸>二氯乙酸>氯乙酸。②烃基越长使羧酸中的羟基极性越小,羧酸的酸性越弱。随着烃基加长,酸性的差异越来越小。所以羧酸酸性从大到小的顺序为甲酸>乙酸>丙酸。
2.分子间作用力对物质性质的影响分子间作用力是物质分子间普遍存在的作用力,包括范德华力和氢键。(1)范德华力及其对物质性质的影响。①范德华力:降温加压时,气体会液化,降温时液体会凝固,这些事实表明,分子之间存在着相互作用力,范德华是最早研究分子间普遍存在作用力的科学家,因而把这类分子间作用力称为范德华力。范德华力很弱,比化学键的键能小1~2个数量级。②影响范德华力的因素:相对分子质量越大,范德华力越大;分子的极性越大,范德华力越大。③范德华力对物质性质的影响:范德华力主要影响物质的熔、沸点,通常范德华力越大,熔、沸点越高。
(2)氢键及其对物质性质的影响。
(3)溶解性。①从分子结构的角度,物质的相互溶解存在“相似相溶”的规律。“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。②如果存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。相反,无氢键相互作用的溶质在有氢键的水中溶解度就比较小。③“相似相溶”规律还适用于分子结构的相似性。例如乙醇中的—OH与水分子中的—OH相近,因而乙醇能与水互溶;而戊醇中的烃基较大,其中的—OH与水分子中的—OH的相似因素小得多,因而它在水中的溶解度明显减小。
3.分子的手性(1)手性异构(对映异构):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镜像,却在三维空间里不能重叠的现象。(2)手性分子:具有手性异构体的分子。(3)手性碳原子:在有机化合物分子中,连有4个不同基团或原子的碳原子。如 中标“*”的碳原子为手性碳原子。
知识巩固1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)以极性共价键结合起来的分子一定是极性分子。( )(2)非极性分子中,一定含有非极性共价键。( )(3)氢键是氢元素与其他元素形成的化学键。( )(4)乙醇分子和水分子间只存在范德华力。( )(5)碘化氢的沸点高于氯化氢的沸点是因为碘化氢分子间存在氢键。( )(6)水分子间既存在范德华力,又存在氢键。( )(7)氢键具有方向性和饱和性。( )(8)H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键。( )(9)卤素单质、卤素氢化物、卤素碳化物(即CX4)的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而增大。( )
2.下列关于粒子的描述不正确的是( )。A.H2S和NH3均是价电子总数为8的极性分子B.HS-和HCl均是含一个极性共价键的18电子粒子C.CH2Cl2和CCl4均是四面体结构的非极性分子D.NCl3是含极性共价键的极性分子
解析:CH2Cl2不是正四面体结构,为极性分子。
3.下列现象与氢键有关的是( )。①H2O的熔、沸点比第ⅥA族其他元素氢化物的熔、沸点高②分子中C原子个数小于4的醇、羧酸可以和水以任意比互溶③冰的密度比液态水的密度小④尿素( )的熔、沸点比醋酸的高⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的熔、沸点低⑥水分子在高温下也很稳定A.①②③④⑤⑥B.①②③④⑤C.①②③④D.⑤⑥
解析:①因第ⅥA族元素中,O的非金属性最强,H2O分子之间存在氢键,则H2O的熔、沸点比第ⅥA族其他元素氢化物的高,故①符合题意;②分子中C原子个数小于4的醇、羧酸与水分子之间能形成氢键,则可以和水以任意比互溶,故②符合题意;③冰中存在氢键,其体积变大,则相同质量时冰的密度比液态水的密度小,故③符合题意;④尿素分子间可以形成的氢键比醋酸分子间形成的氢键多,尿素的熔、沸点比醋酸的高,故④符合题意;⑤对羟基苯甲酸易形成分子间氢键,而邻羟基苯甲酸易形成分子内氢键,所以邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低,故⑤符合题意;⑥水分子高温下也很稳定,其稳定性与化学键有关,而与氢键无关,故⑥不符合题意。
4.实验测得BeCl2为共价化合物,两个Be—Cl间的夹角为180°,由此可判断BeCl2属于( )。A.由极性共价键形成的极性分子B.由极性共价键形成的非极性分子C.由非极性共价键形成的极性分子D.由非极性共价键形成的非极性分子
解析:BeCl2中Be—Cl为极性共价键,两个Be—Cl间的夹角为180°,说明分子是对称的,正电中心与负电中心重合,BeCl2分子属于非极性分子,即BeCl2分子是由极性共价键形成的非极性分子。
第二步:确定价层电子对的空间结构。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,就可以确定价层电子对互质模型(VSEPR模型)。第三步:分子或离子空间结构的确定。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。略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对,便可得到分子的空间结构。
2.判断分子或离子中心原子杂化类型的方法(1)根据杂化轨道之间的夹角判断。若杂化轨道之间的夹角为109.5°,则分子或离子的中心原子发生sp3杂化;若杂化轨道之间的夹角为120°,则分子或离子的中心原子发生sp2杂化;若杂化轨道之间的夹角为180°,则分子或离子的中心原子发生sp杂化。(2)根据中心原子的价层电子对数判断。如中心原子的价层电子对数为4,是sp3杂化;价层电子对数为3,是sp2杂化;价层电子对数为2,是sp杂化。(3)根据分子或离子中有无π键及π键数目判断。如没有π键为sp3杂化,含一个π键为sp2杂化,含两个π键为sp杂化。
问题引领VSEPR模型与分子空间结构有何关系?如何用VSEPR模型判断分子的空间结构?中心原子的杂化类型与分子的VSEPR模型有何关系?点拨(1)价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间结构,而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对。(2)略去VSEPR模型中的中心原子上的孤电子对,便可得到分子的空间结构。①当中心原子上无孤电子对时,两者的空间结构一致;②当中心原子上有孤电子对时,两者的空间结构不一致。如价层电子对互斥模型为四面体形,其分子空间结构可以为四面体形(如CH4),也可以为三角锥形(如NH3),也可以为V形(如H2O)。
(3)中心原子的杂化类型与分子的VSEPR模型的关系。
训练突破1.下列离子的VSEPR模型与其空间结构一致的是( )。
2.用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构,其中正确的是( )。A.CH4与CH2Cl2均为正四面体形B.BeCl2与SO2为直线形C.BF3与PCl3为三角锥形
3.用VSEPR模型预测下列分子或离子的空间结构,其中不正确的是( )。A. 为正四面体形B.CS2为直线形C.HCN为折线形(V形)D.NCl3为三角锥形
4.氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂,可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取的杂化方式的说法正确的是( )。A.三角锥形、sp3B.平面三角形、sp3C.平面三角形、sp2D.三角锥形、sp2
整合建构1.分子的极性由共价键的极性和分子的空间结构两方面共同决定
2.判断ABn型分子极性的经验规律(1)若中心原子A无孤电子对,则为非极性分子;有孤电子对,则为极性分子。(2)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;否则,为极性分子。如BCl3、CO2是非极性分子,SO2、NF3是极性分子。3.键的极性对物质化学性质也有影响键的极性对有机酸酸性强弱的影响等。
问题引领(1)分子的极性和键的极性有何关系?(2)如何判断有机酸的酸性强弱?
点拨 (1)一般说来,对于双原子分子和全由非极性共价键形成的多原子分子,分子的极性与键的极性是一致的,对于由极性共价键形成的多原子分子,分子的极性还与分子的空间结构有关,具有对称的空间结构(如正四面体形、正三角形、直线形等)的分子属于非极性分子,具有不对称的空间结构(如三角锥形、V形等)的分子属于极性分子。(2)有机酸的酸性强弱可以根据pKa的大小来衡量。pKa=-lg Ka ,pKa越小,酸性越强。也可以通过分析有机酸的分子组成和结构来判断。如与有机酸羧基(—COOH)相连的基团极性越大,有机酸酸性越强;有机酸中烃基越长,羧酸酸性越弱。
训练突破1. 下列说法正确的是( )。A.含有非极性共价键的分子一定是非极性分子B.非极性分子中一定含有非极性共价键C.由极性共价键形成的双原子分子一定是极性分子D.分子的极性与键的极性无关
解析:含有非极性共价键的分子不一定是非极性分子,如H2O2;非极性分子中不一定含有非极性共价键,如CH4、CO2均是非极性分子,却不含非极性共价键;分子的极性不仅与键的极性有关,还与分子的空间结构有关。
2.下列叙述正确的是( )。A.NH3、CO、CO2都是极性分子B.CH4、CCl4都是含有极性共价键的非极性分子C.HCl、H2S、NH3分子中的中心原子的杂化方式分别是sp、sp2、sp3D.CS2、H2O、C2H2都是直线形分子
解析:A项中CO2属于非极性分子。C项,H2S、NH3中的中心原子S、N均采取sp3方式杂化。D项,H2O分子中的O原子上的孤电子对数为2,H2O的空间结构为V形。
3.(双选)下列关于粒子结构的描述错误的是( )。A.C2H2、BeCl2都是直线形分子B.CCl4和CHCl3均是四面体形的非极性分子C.H2S和NH3均是由极性共价键构成的极性分子D.HCl和HS-均是含有一个极性共价键的极性分子
解析:CCl4为正四面体形,属于非极性分子;由于C—H的键长小于C—Cl的键长,故CHCl3的空间结构是四面体形,因而属于极性分子,B项错误。HS-不是分子,是阴离子,D项错误。
4.(双选)通常状况下,NCl3是一种油状液体,其分子的空间结构与氨分子相似,下列对NCl3的有关叙述正确的是( )。A.NCl3分子中N—Cl的键长比CCl4分子中C—Cl的键长长B.NCl3分子是非极性分子C.NCl3分子中的所有原子均达到8电子稳定结构D.NBr3与NCl3分子的空间结构相似
解析:C的原子半径大于N的原子半径,所以CCl4中C—Cl的键长比NCl3中N—Cl的键长长,A项错误。NCl3分子的空间结构与氨分子相似,都是三角锥形结构,氨分子是极性分子,所以NCl3分子也是极性分子,B项错误。NCl3分子中N原子最外层电子数为5+3=8,NCl3分子中Cl原子最外层电子数为7+1=8,所以N原子和Cl原子均达到8电子稳定结构,C项正确。NBr3与NCl3分子的空间结构都是三角锥形结构,D项正确。
5.下列有机酸中酸性最强的是( )。A.乙酸B.氯乙酸C.二氯乙酸D.三氯乙酸
解析:C—Cl的极性大于C—H,因此极性Cl3C—>Cl2HC—>ClH2C—>H3C—,故三氯乙酸中羧基中的羟基极性最大,最容易电离出氢离子,酸性更强。
问题引领(1)共价键和分子间作用力对分子的性质各有何影响?(2)如何利用氢键或分子间作用力解释分子的性质?点拨(1)共价键存在于分子内部,决定分子的化学性质,如稳定性,而分子间作用力存在于分子之间,影响分子的物理性质,如溶解性、熔点、沸点等。所以,当分子参加化学变化时一定会破坏分子间作用力和共价键,当分子参加物理变化时只破坏分子间作用力,不破坏共价键。(2)如果解释分子的物理性质的规律和通性,一般考虑范德华力的作用,如果解释分子具有的物理性质的特性,一般考虑氢键的作用。
训练突破1.下列说法正确的是( )。A.分子间作用力的作用能与化学键的键能大小相当B.分子间作用力的作用能远大于化学键的键能,是一种很强的作用力C.分子间作用力主要影响物质的化学性质D.物质中相邻原子之间强烈的相互作用称为化学键,而分子之间也存在相互作用,称为分子间作用力
解析:分子间作用力比化学键弱得多,故A、B项错误,D项正确。分子间作用力主要影响物质的物理性质,如熔、沸点和溶解性,故C项错误。
2.相同条件下,下列化合物在水中的溶解度排列顺序正确的是( )。(OH)CH2OHA.d>a>b>cB.c>d>a>bC.d>b>c>aD.c>d>b>a
解析:分子中碳原子数相同,含有羟基数目越多,与水分子形成的氢键越多,则溶解度越大。所以溶解度大小顺序为d>a>b>c。
3.根据“相似相溶”规律,溴、碘单质在四氯化碳中比在水中溶解度大的原因是( )。A.溴、碘单质和四氯化碳中都含有卤素B.溴、碘是单质,四氯化碳是化合物C.Br2、I2是非极性分子,CCl4也是非极性分子,而水是极性分子D.溴、碘可以在CCl4中形成氢键
解析:Br2、I2是非极性分子,易溶于非极性分子组成的溶剂,CCl4是非极性溶剂,水是极性溶剂,根据“相似相溶”规律可知,Br2、I2在水中溶解度很小,但在CCl4中溶解度很大。
【例题】 (1)(2020全国Ⅰ改编)磷酸根离子的空间结构为 ,其中P的价层电子对数为 、杂化轨道类型为 。 (2)(2020全国Ⅱ节选)Ti的四卤化物熔点如下表所示,TiF4熔点高于其他三种卤化物,自TiCl4至TiI4熔点依次升高,原因是 。
(3)(2020浙江卷节选)常温下,在水中的溶解度乙醇大于氯乙烷,原因是 。
(4)(2020山东卷改编)Sn为第ⅣA族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4空间结构为 。NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为 (填化学式,下同),还原性由强到弱的顺序为 ,键角由大到小的顺序为 。 【核心素养考查点剖析】本题考查“宏观辨识与微观探析”素养,考查考生利用分子结构的知识解释有关性质。要求能正确运用VSEPR模型分析解释分子的空间结构并能正确判断分子中键角大小,能根据分子空间结构判断中心原子的杂化类型,并能通过分析分子间作用力(范德华力和氢键)解释物质的熔、沸点高低及溶解性等性质。
答案:(1)正四面体形 4 sp3(2)TiF4为离子化合物,熔点高,其他三种均为共价化合物,随相对分子质量的增大,分子间作用力增大,熔点逐渐升高(只要能答出Ti与F形成离子键,其他三种为共价键,然后说明分子间作用力越大,熔点、沸点越高即可)(3)乙醇与水之间形成氢键,而氯乙烷与水之间没有氢键(意思正确即得分)(4)正四面体形(其他表述方法不得分) NH3、AsH3、PH3(三种物质之间用“>”连接正确也得分) AsH3、PH3、NH3(三种物质之间用“>”连接正确也可得分) NH3、PH3、AsH3(三种物质之间用“>”连接正确也可得分)
(2019全国Ⅲ改编)磷酸亚铁锂(LiFePO4)可用作锂离子电池正极材料,具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点,文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。回答下列问题:(1)在周期表中,与Li的化学性质最相似的邻族元素是 ,该元素基态原子核外M层电子的自旋 (填“平行”或“相反”)。 (2)FeCl3中的化学键具有明显的共价性,蒸气状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为 ,其中Fe的配位数为 。(3)苯胺( )的晶体类型是 。苯胺与甲苯( )的相对分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(-95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃),原因是 。
(4)NH4H2PO4中,电负性最高的元素是 ;P的 杂化轨道与O的2p轨道形成 键。 (5)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐,而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐,如:焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如下图所示:这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为 (用n代表P原子数)。
答案:(1)Mg 相反 (2) 4(3)分子晶体 苯胺分子之间可以形成氢键(4)O sp3 σ (5)(PnO3n+1)(n+2)-解析:(1)根据元素周期律可知,与Li元素处于“对角线”位置的元素为Mg,两者的化学性质相似。基态Mg原子的M层电子排布式为3s2,根据泡利原理可知,这两个电子的自旋状态相反。(2)根据信息可知,双聚分子为Fe2Cl6,其结构式应为 。Fe与周围4个Cl成键,即Fe的配位数为4。
(3)苯胺是由分子构成的物质,其晶体属于分子晶体。由于苯胺分子中的氮原子可与相邻苯胺分子中氨基上的氢原子间形成氢键,而甲苯分子间只存在分子间作用力,导致苯胺的熔、沸点高于甲苯的熔、沸点。(4)根据元素周期律可知,H、N、P、O四种元素的电负性大小顺序为:O>N>P>H。由于磷酸分子的结构 可推知NH4H2PO4中的P的杂化类型为sp3杂化,磷原子与氧原子形成的是σ键。
认真阅读下列材料,然后回答下列问题。 北斗卫星导航系统是我国自行研制并开发的,有多颗北斗卫星是被长征三号甲运载火箭送入太空预定转移轨道的。已知某运送卫星的火箭所需燃料除液态过氧化氢外,还有另一种液态氮氢化合物。已知该化合物中氢元素的质量分数为12.5%,相对分子质量为32,结构分析发现该分子结构中只有单键。(1)该氮氢化合物的电子式为 ,其中氮原子采取 杂化方式,该分子是 (填“极性”或“非极性”)分子。
(2)若该物质与液态过氧化氢恰好完全反应,产生两种无毒又不污染环境的物质,在该反应的反应物和生成物中既含有极性共价键又含有非极性共价键的是 ,只含有非极性共价键的是 ,只含有极性共价键的是 。 (3)NH3分子中的氮原子上孤电子对数为1,能发生反应:NH3+HCl══ NH4Cl。试写出将上述氮氢化合物通入足量盐酸时,发生反应的化学方程式: 。 (4)“笑气”(N2O)是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。有关理论认为N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式);又已知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连,则N2O的电子式可表示为 ,由此可知它 (填“含有”或“不含”)非极性共价键。
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