鲁科版高考化学一轮复习物质结构与性质第2节化学键与分子间作用力课件

这是一份鲁科版高考化学一轮复习物质结构与性质第2节化学键与分子间作用力课件
选修320223.科学探究与创新意识: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。必备知识 自主预诊　知识梳理1.共价键的本质与特征(1)本质:原子之间通过　　　　　形成的化学键。 (2)特征:具有方向性和　　　　性。 共用电子　 饱和 2.共价键的分类 3.π键与σ键的比较(1)电子云形状不同:σ键的电子云呈轴对称,π键的电子云呈镜面对称。(2)强度不同,一般情况下,π键不如σ键牢固。如乙烯、乙炔分子中的π键不如σ键牢固,比较容易断裂,因而含有π键的乙烯、乙炔与只含σ键的乙烷的化学性质不同。4.键参数(1)定义①键能:指　　　　分子中1 mol 化学键解离成　　　　　　　所吸收的能量。键能通常是298.15 K、101 kPa条件下的标准值。键能可通过实验测定,更多的却是推算获得的。键能可用于估算化学反应　　　　　。 ②键长:构成化学键的两个原子之间的　　　　　。 ③键角:在多原子分子中,两个化学键的夹角称为键角。多原子分子的键角一定,表明共价键具有　　　　　。 气态 气态原子 热效应 核间距 方向性 (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。 5.等电子原理原子总数相同,价电子总数相同的分子(即等电子体)具有相似的化学键特征,具有许多相似的性质,如N2与CO、O3与SO2、N2O与CO2、CH4与N 等。自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)共价键的成键原子只能是非金属原子。(　　)(2)在任何情况下,都是σ键比π键强度大。(　　)(3)分子的稳定性与分子间作用力的大小无关。(　　)(4)s-sσ键与s-pσ键的电子云形状对称性相同。(　　)(5)σ键能单独形成,而π键一定不能单独形成。(　　)(6)σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转。(　　)(7)碳碳叁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。(　　)答案 (1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√　(6)√(7)×　(8)×2.实验室中可用乙醇在P2O5作用下脱水制备乙烯。(1)乙烯分子中碳原子为　　　　　杂化,分子中σ键和π键个数比为　　　　　。 (2)乙醇分子中共价键的类型有　　　　　　　　　,1 mol C2H5OH含有σ键数目为　　　　。 答案 (1)sp2　5∶1　(2)非极性键、极性键　8NA 解析 (1)乙烯的结构式为 ,碳原子为sp2杂化,分子中含有5个σ键和1个π键,因此σ键和π键个数比为5∶1。(2)乙醇分子中的碳碳键为非极性键,碳氢键、碳氧键、氧氢键均为极性键。1 mol C2H5OH含有8 mol σ键。关键能力 考向突破　考向1　共价键类别分析【典例1】 (2020广东电白第一中学模拟)下列关于σ键和π键的理解不正确的是(　　)A.含有π键的分子在进行化学反应时,分子中的π键比σ键活泼B.在有些分子中,共价键可能只含有π键而没有σ键C.有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键,不能形成π键D.当原子形成分子时,首先形成σ键,可能形成π键答案 B　解析 同一分子中的π键不如σ键牢固,反应时比较容易断裂,A项正确;π键不能单独存在,含有π键的分子中一定含有σ键,B项错误,D项正确;氢原子、氯原子等跟其他原子形成分子时只能形成σ键,C项正确。对点演练1含碳元素的物质是化学世界中最庞大的家族。(1)CH4中的化学键从形成过程来看,属于　　　(填“σ”或“π”)键,从化学键是否具有极性来看属于　　　　键。 (2)已知CN-与N2结构相似,推算HCN分子中σ键与π键数目之比为　　　　。 (3)C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成共价键,且每个碳原子最外层都满足8电子稳定结构,则C60分子中π键的数目为　　　　。 (4)利用CO可以合成化工原料COCl2,COCl2分子的结构式为 ,每个COCl2分子内含有的σ键、π键数目为　　　　。 A.4个σ键B.2个σ键、2个π键C.2个σ键、1个π键D.3个σ键、1个π键答案 (1)σ　极性　(2)1∶1　(3)30　(4)D 归纳总结 (1)在分子中,有的只存在极性键,如HCl、NH3等,有的只存在非极性键,如N2、H2等,有的既存在极性键又存在非极性键,如H2O2、C2H4等;有的不存在化学键,如稀有气体分子。(2)在离子化合物中,一定存在离子键,有的存在极性共价键,如NaOH、Na2SO4等;有的存在非极性共价键,如Na2O2、CaC2等。(3)通过物质的结构式,可以快速有效地判断化学键的种类及数目;根据成键方式判断化学键数目时要注意共价单键全为σ键,双键中有一个σ键和一个π键,叁键中有一个σ键和两个π键。考向2　分子空间构型与键参数【典例2】 已知键能、键长部分数据如下表:(1)下列推断正确的是　　　　(填字母,下同)。 A.稳定性:HF>HCl>HBr>HIB.氧化性:I2>Br2>Cl2C.沸点:H2O>NH3D.还原性:HI>HBr>HCl>HF(2)下列有关推断正确的是　　　　。 A.同种元素形成的共价键,键能:叁键>双键>单键B.同种元素形成双键键能一定小于单键的2倍C.键长越短,键能一定越大D.氢化物中化学键的键能越大,其稳定性越弱(3)在HX(X表示卤素原子)分子中,键长最短的是　　　　,最长的是　　　　;O—O键的键长　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)O==O键的键长。 答案 (1)ACD　(2)A　(3)HF　HI　大于 解析 (1)根据表中数据,同主族元素气态氢化物的键能从上至下逐渐减小,稳定性逐渐减弱,A项正确;从键能看,氯气、溴单质、碘单质的稳定性逐渐减弱,由原子结构知,氧化性也逐渐减弱,B项错误;水分子间氢键强于NH3分子间氢键,在常温下,H2O为液态而NH3为气体,所以H2O的沸点比NH3高,C项正确;还原性与失电子能力有关,还原性:HI>HBr>HCl>HF,D项正确。(2)由碳碳键的数据知A项正确;由O—O、O=O的键能知,B项错误;C—H的键长大于N—H的键长,但是N—H键的键能反而较小,C项错误;一般来说,氢化物中键能越大,氢化物稳定性越强,D项错误。对点演练2(2020山东潍坊高密一中模拟)已知几种共价键的键能如下: 下列说法错误的是(　　)A.键能:N≡N>N==N>N—NB.H(g)+Cl(g) ==HCl(g)　ΔH=-431 kJ·mol-1C.H—N键能小于H—Cl键能,所以NH3的沸点高于HClD.2NH3(g)+3Cl2(g) ==N2(g)+6HCl(g)　ΔH=-456 kJ·mol-1答案 C　解析 A项,同一元素的原子形成的叁键键长小于双键键长小于单键键长,键长越短,键能越大,所以键能:N≡N>N=N>N—N,正确;B项,H(g)+Cl(g)==HCl(g)的焓变ΔH=-431 kJ·mol-1,正确;C项,NH3的沸点高于HCl是由于NH3形成分子间氢键,而HCl不能,与键能无关,错误;D项,根据ΔH=E(反应物键能总和)-E(生成物键能总和),则2NH3(g)+3Cl2(g) ==N2(g)+6HCl(g)　ΔH=6E(N—H)+3E(Cl—Cl)-E(N≡N)-6E(H—Cl)=-456 kJ·mol-1,正确。归纳总结键长、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,已知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构型。常见几种分子的空间构型及键角如下:考向3　等电子体、等电子原理的应用【典例3】 (1)写出与CO分子互为等电子体的两种离子的化学式:　　　　　　　　　。 (2)C 的空间构型为　　　　　　,与其互为等电子体的分子的电子式为　　　　　　,与其互为等电子体的一种阳离子的电子式为　　　　　　　。 (3)写出与N 互为等电子体的一种非极性分子的化学式:　　　　　。 (4)已知CO2为直线形结构,SO3为平面正三角形结构,NF3为三角锥形结构,请推测COS、C 、PCl3的空间构型分别为　　　　　、　　　　　　　　、　　　　　。 归纳总结 常见等电子体与空间构型 对点演练3互为等电子体的微粒结构相似、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,只要其原子总数和价电子总数相同,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(　　)答案 C　解析 C选项中,CO2与N 具有相同的原子总数,但价电子总数不同,CO2为16,而N 为18,故二者不能互称为等电子体。必备知识 自主预诊　知识梳理1.价电子对互斥理论(1)理论要点。①价电子对在空间上彼此相距最远时,排斥力最小,体系的能量最低。②孤电子对对成键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)用价电子对互斥理论(VSEPR理论)推测分子空间构型的关键是判断分子中中心原子上的价电子对数。其中,a是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数),b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,x是与中心原子结合的原子数。(3)价电子对互斥理论与分子的空间构型。 微点拨 价电子对互斥理论说明的是价电子对的空间构型,而分子的空间构型指的是成键电子对的空间构型,不包括孤电子对。2.杂化轨道理论(1)杂化轨道的定义:在外界条件的影响下,原子内部能量相近的原子轨道重新组合的过程叫原子轨道的杂化,组合后形成的一组新的原子轨道,叫杂化轨道。(2)杂化轨道的类型与分子空间构型的关系。 109.5° (3)由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型。杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对,所以有公式:杂化轨道数=中心原子的孤电子对数+中心原子形成的σ键个数。3.配位键与配位化合物(1)配位键。①配位键的形成:成键原子一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成共价键。②配位键的表示:常用→”来表示配位键,箭头指向接受孤电子对的原子,如N 可表示为[ ]+,在N 中,虽然有一个N—H键与其他3个N—H键形成过程不同,但是一旦形成之后,4个共价键就完全相同了。(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形成条件:③组成:以[Cu(NH3)4]SO4为例:自我诊断1.已知H2O、NH3、CH4三种分子的键角由大到小的顺序是CH4>NH3>H2O,请分析可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 提示 CH4分子中的碳原子没有孤电子对,NH3分子中氮原子上有1个孤电子对,H2O分子中氧原子上有2个孤电子对,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.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,氮原子发生sp2杂化。(　　)(4)只要分子空间构型为平面三角形,中心原子均为sp2杂化。(　　)(5)中心原子是sp杂化的,其分子空间构型不一定为直线形。(　　)答案 (1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 3.填表。 答案 0　sp3　正四面体　1　sp3　三角锥形　2　sp3　V形 关键能力 考向突破　考向1　价电子对互斥理论、杂化轨道理论及应用【典例】 回答下列问题。(1)(2020江苏化学,21节选)NH3分子中氮原子的杂化轨道类型是　　　。 (2)(2020全国1,35节选)磷酸根离子的空间构型为　　　　　　,其中P的价电子对数为　　　　　　,杂化轨道类型为　　　　　　。 (3)(2019全国1,35节选)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,分子中氮、碳的杂化类型分别是　　　　、　　　　　。乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是　　　　　(填“Mg2+”或“Cu2+”)。 (4)(2019江苏化学,21节选)抗坏血酸的分子结构如图所示,分子中碳原子的杂化轨道类型为　　　　;推测抗坏血酸在水中的溶解性:　　　　　　　(填“难溶于水”或“易溶于水”)。 (5)(2018全国1,35节选)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间构型是　　　　,中心原子的杂化轨道类型为　　　　。LiAlH4中存在　　　　　(填标号)。 A.离子键 B.σ键C.π键 D.氢键(6)(2018全国2,35节选)①根据价电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价电子对数不同于其他分子的是　　　　　。 ②气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的空间构型为　　　　形,其中共价键的类型有　　　　种;固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子,该分子中硫原子的杂化轨道类型为　　　　。 (7)(2018全国3,35节选)《中华本草》等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中,阴离子空间构型为　　　　,碳原子的杂化轨道类型为　　　　。 答案 (1)sp3　(2)正四面体形　4　sp3(3)sp3　sp3　乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键　Cu2+(4)sp3、sp2　易溶于水(5)正四面体形　sp3　AB(6)①H2S　②平面三角　2　sp3(7)平面三角形　sp2解析 (1)NH3分子中氮原子上有1个孤电子对,价电子对数为1+3=4,则氮原子为sp3杂化。(2)P 的中心原子不含孤电子对,成键电子对数为4,价电子对数为4,因此其空间构型为正四面体形,磷原子是采用sp3杂化方式形成4个sp3杂化轨道。(3)乙二胺中氮原子形成3个单键,含有1个孤电子对,属于sp3杂化;碳原子形成4个单键,不存在孤电子对,也是sp3杂化;由于乙二胺的两个氮原子可提供孤电子对与金属离子形成配位键,因此乙二胺能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定的环状离子,由于铜离子的半径较大且含有的空轨道多于镁离子,因此与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是Cu2+。(4)根据抗坏血酸的分子结构,该结构中有两种碳原子,分别是全形成单键的碳原子和形成双键的碳原子,全形成单键的碳原子为sp3杂化,形成双键的碳原子为sp2杂化;根据抗环血酸分子结构,分子中含有4个—OH,能与水形成分子间氢键,因此抗坏血酸易溶于水。(5)LiAlH4中的阴离子是Al ,中心原子铝原子含有的价电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=4+0=4,所以空间构型是正四面体形,中心原子的杂化轨道类型是sp3杂化。阴离子、阳离子间存在离子键,Al与H之间还有共价单键(即σ键),不存在π键和氢键。(6)①根据价电子对互斥理论分析,H2S分子中硫原子有2个成键电子对和2个孤电子对,价电子对数为4;SO2分子中硫原子有2个成键电子对和1个孤电子对,价电子对数为3;SO3分子中硫原子有3个成键电子对,不含孤电子对,价电子对数为3。②气态SO3分子中硫原子周围有3个成键电子对,不含孤电子对,则硫原子采取sp2杂化,分子的空间构型为平面三角形:三氧化硫分子中所含共价键有两种,分别为σ键和π键。由固体三氧化硫的三聚分子结构可知,每个硫原子形成4个σ键,则硫原子采取sp3杂化。(7)C 中碳原子的价电子对数为3,故碳原子采取sp2杂化,且无孤电子对,故C 的空间构型为平面三角形。对点演练1(2020山东化学,7)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是(　　)A.其熔点主要取决于所含化学键的键能B.形成大π键的电子全部由N提供C.分子中B和N的杂化方式相同D.分子中所有原子共平面答案 A　 解析 由题意知,无机苯与苯结构相似,应属于分子晶体,其熔点取决于范德华力,A项错误;分子中所有原子共平面,D项正确;根据价键原理和题干信息,无机苯的结构式为 ,该分子属于平面形分子,分子中N原子和硼B原子都属于sp2杂化,N形成4个价键,故大π键的电子全部由N原子提供。方法技巧 “四方法”判断分子或离子中心原子的杂化轨道类型(1)根据杂化轨道的空间构型判断。①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形,则分子或离子的中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形,则分子或离子的中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道在空间的分布呈直线形,则分子或离子的中心原子发生sp杂化。(2)根据杂化轨道之间的夹角判断。①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。②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。③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。(3)根据中心原子的价电子对数判断。①若中心原子的价电子对数为4,是sp3杂化。②若中心原子的价电子对数为3,是sp2杂化。③若中心原子的价电子对数为2,是sp杂化。(4)根据分子或离子中有无π键及π键数目判断。若没有π键为sp3杂化,含1个π键为sp2杂化,含2个π键为sp杂化。考向2　配位键、配合物理论【典例2】 Ⅰ.铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途,如金属铜用来制造电线电缆,五水合硫酸铜可用作杀菌剂。(1)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu(OH)4]2-。不考虑空间构型,[Cu(OH)4]2-的结构可用示意图表示为　　　　　　　　　　。 (2)胆矾(CuSO4·5H2O)可写成[Cu(H2O)4]SO4·H2O,其结构示意图如下:下列有关胆矾的说法正确的是　　　　。 A.所有氧原子都采取sp3杂化B.氧原子存在配位键和氢键两种化学键C.Cu2+的价电子排布式为3d84s1D.胆矾中的水会在不同温度下分步失去Ⅱ.经研究表明,Fe(SCN)3是配合物,Fe3+与SCN-不仅能以1∶3的个数比配合,还可以其他个数比配合。请按要求回答问题:(1)所得Fe3+和SCN-的配合物中,主要是Fe3+与SCN-以个数比1∶1配合所得离子显红色。该离子的离子符号是　　　　　　。 (2)若Fe3+与SCN-以个数比1∶5配合,则FeCl3与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)DⅡ.(1)[Fe(SCN)]2+　(2)FeCl3+5KSCN==K2[Fe(SCN)5]+3KCl解析 Ⅰ.(1)Cu2+中存在空轨道,而OH-中氧原子有孤电子对,故O与Cu之间以配位键结合。(2)A项,与S相连的氧原子没有杂化;B项,氢键不是化学键;C项,Cu2+的价电子排布式为3d9;D项,由图可知,胆矾中有H2O与其他粒子以氢键结合,易失去,也有H2O与Cu2+以配位键结合,较难失去。Ⅱ.(1)Fe3+与SCN-按1∶1配合所得离子的化学式为[Fe(SCN)]2+。(2)根据题意分析可得,FeCl3与KSCN反应的化学方程式为FeCl3+5KSCN==K2[Fe(SCN)5]+3KCl。对点演练2(1)配位化学创始人维尔纳发现,取CoCl3·6NH3(黄色)、CoCl3·5NH3(紫红色)、CoCl3·4NH3(绿色)和CoCl3·4NH3(紫色)四种化合物各1 mol ,分别溶于水,加入足量硝酸银溶液,立即产生氯化银白色沉淀,沉淀的量分别为3 mol 、2 mol 、1 mol 和1 mol 。①请根据实验事实用配合物的形式写出它们的化学式。CoCl3·6NH3　　　　　　　,CoCl3·4NH3(绿色和紫色)　　　　　　　　。 ②上述配合物中,中心离子的配位数都是　　　。 (2)向棕黄色的三氯化铁溶液中加入无色的KSCN溶液,溶液变成红色,该反应在有的教材中用化学方程式FeCl3+3KSCN==Fe(SCN)3+3KCl表示。经研究表明,Fe(SCN)3是配合物,Fe3+与SCN-不仅能以1∶3的个数比配合,还可以其他个数比配合,请按要求填空:Fe3+与SCN-反应时,Fe3+提供　　　　　　,SCN-提供　　　　　　,二者通过配位键结合。 答案 (1)①[Co(NH3)6]Cl3　[Co(NH3)4Cl2]Cl　②6(2)空轨道　孤电子对解析 (1)根据题意分析可知,每个CoCl3·6NH3分子中有3个Cl-为外界离子,配体为6个NH3,则该配合物的化学式为[Co(NH3)6]Cl3;每个CoCl3·4NH3(绿色和紫色)中有1个Cl-为外界离子,配体为4个NH3和2个Cl-,则该配合物化学式均为[Co(NH3)4Cl2]Cl。②题给几种配合物的化学式分别是[Co(NH3)6]Cl3、[Co(NH3)5Cl]Cl2、[Co(NH3)4Cl2]Cl、[Co(NH3)4Cl2]Cl,其配位数都是6。(2)Fe3+与SCN-反应时,Fe3+提供空轨道,SCN-提供孤电子对,二者通过配位键结合。归纳总结 配位化合物的形成条件 形成条件— 深度指津 1.判断分子或离子空间构型的“三步曲”第一步:确定中心原子上的价电子对数a为中心原子的价电子数,b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,x为与中心原子结合的原子数。如NH3的中心原子为N,a=5,b=1,x=3,所以NH3的中心原子孤电子对数第二步:确定价电子对的空间构型由于价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,因此根据已知价电子对的数目,就可以确定它们的空间构型。第三步:分子空间构型的确定价电子对有成键电子对和孤电子对之分,用价电子对的总数减去成键电子对数可得孤电子对数。根据成键电子对数和孤电子对数,可以确定相应粒子的较稳定的空间构型。2.“五方法”判断分子或离子中心原子的杂化类型(1)根据杂化轨道的空间分布构型判断。(2)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°,则分子的中心原子发生sp杂化。(3)根据等电子原理进行判断。如CO2是直线形分子,CNS-、 均与CO2互为等电子体,所以CNS-、 的空间构型均为直线形,中心原子均采用sp杂化。(4)根据分子或离子中有无π键及π键数目判断。若没有π键为sp3杂化,含1个π键为sp2杂化,含2个π键为sp杂化。必备知识 自主预诊　知识梳理1.分子间作用力(1)定义: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:分子间作用力最常见的是范德华力和氢键。(3)强弱:范德华力