第二章 分子结构与性质【过知识】-2022-2023学年高二化学单元复习（人教版2019选择性必修2）

这是一份第二章 分子结构与性质【过知识】-2022-2023学年高二化学单元复习（人教版2019选择性必修2），共17页。试卷主要包含了共价键的概念和特征，共价键的类型，乙烷、乙烯、乙炔成键情况，羧酸的酸性比较等内容，欢迎下载使用。
1．共价键的概念和特征
(1)概念：原子间通过共用电子对所形成的相互作用。
(2)特征：
①饱和性：决定分子的组成
②方向性：决定了分子的立体构型；并不是所有共价键都具有方向性，如两个s电子形成共价键时就没有方向性。
2．共价键的类型
按成键原子的原子轨道重叠方式分类，分为σ键和π键。
(1)σ键
(2)π键
(3)判断σ键、π键的一般规律
共价单键为σ键；共价双键中有一个σ键，另一个是π键；共价三键由一个σ键和两个π键构成。
3．乙烷、乙烯、乙炔成键情况
【典例1】有以下物质：①HF ②Cl2 ③H2O ④N2 ⑤C2H4 ⑥C2H6 ⑦H2 ⑧H2O2 ⑨H—C≡N ⑩Na2O2。只含有σ键的是________；既含有σ键又含有π键的是________；含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是______________。
答案：①②③⑥⑦⑧ ④⑤⑨ ⑦
解析：只存在单键的分子中只含有σ键；存在双键或三键的分子中既含有σ键又含有π键；只有H2中含有两个原子的s轨道重叠形成的σ键。
【特别提示】分子中σ键与π键的判断方法
(1)根据成键原子的价电子数来判断能形成几个共用电子对。
(2)如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对时，则先形成1个σ键，另外的原子轨道形成π键。
考点02 键参数——键能、键长与键角
1．键能
(1)概念：键能是指气态分子中1 ml化学键解离成气态原子所吸收的能量。键能的单位是kJ·ml－1。键能通常是298.15K、101kPa条件下的标准值。
(2) 键能的应用
①表示共价键的强弱：键能越大，断开化学键时需要的能量越多，则化学键越稳定。
②判断分子的稳定性：结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。
③判断化学反应的能量变化：在化学反应中，旧化学键的断裂吸收能量，新化学键的形成释放能量，因此反应焓变与键能的关系为ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和；ΔH＜0时，为放热反应；ΔH＞0时，为吸热反应。
2．键长
(1)概念：键长是构成化学键的两个原子的核间距，因此原子半径决定化学键的键长，原子半径越小，共价键的键长越短。
(2)键长与共价键的稳定性之间的关系：共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定。
(3)键长的比较方法
①根据原子半径比较，同类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短。
②根据共用电子对数比较，相同的两个原子间形成共价键时，单键键长＞双键键长＞三键键长。
3．键角
(1)键角是指在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角。在多原子分子中的键角是一定的，这表明共价键具有方向性。键角是描述分子空间结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。
(2)常见分子的键角与空间结构
【典例2】下列说法正确的是( )
A．分子的结构是由键角决定的
B．共价键的键能越大，共价键越牢固，由该键形成的分子越稳定
C．CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X(X＝F、Cl、Br、I)的键长、键角均相等
D．H2O分子中两个O—H的键角为180°
答案：B
解析：分子的结构是由键角、键长共同决定的，A项错误；由于F、Cl、Br、I的原子半径不同，故C—X(X＝F、Cl、Br、I)键的键长不相等，C项错误；H2O分子中两个O—H的键角为105°，D项错误。
【特别提示】
(1)键能越大，键长越短，分子越稳定。
(2)分子的稳定性，由键长和键能决定；分子的空间结构由键长和键角决定。
考点03 多样的分子空间结构
1．三原子分子的立体构型
三原子分子的立体构型有直线形和V形两种。
2．四原子分子的立体构型
四原子分子大多数采取平面三角形和三角锥形两种立体构型。
3．五原子分子的立体构型
五原子分子的立体构型更多，最常见的是四面体形。
【典例4】硫化氢(H2S)分子中，两个H—S键的夹角接近90°，H2S分子的空间结构为_________；二硫化碳(CS2)分子中，两个C=S键的夹角是180°，CS2分子的空间结构为__________。
答案：V形 直线形
解析：根据键角判断分子的空间结构。
考点04 价层电子对互斥模型
1．价层电子对互斥模型
分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对”相互排斥的结果。
2．价层电子对
VSEPR的“价层电子对”是指分子中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。
3．价层电子对确定方法
价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数。其中，σ键电子对数＝B原子的个数(以ABx型分子为例，σ键电子对数＝x)，孤电子对数＝ eq \f(1,2) (a－xb)
(1)a表示中心原子的价电子数。
对于主族元素：a＝原子的最外层电子数。
对于阳离子：a＝中心原子的价电子数－离子的电荷数。
对于阴离子：a＝中心原子的价电子数＋离子的电荷数(绝对值)。
(2)x表示与中心原子结合的原子数。
(3)b表示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＝8－该原子的价电子数。
4．VSEPR模型与分子或离子的空间结构
【典例5】下列分子或离子的中心原子，带有一对孤电子对的是( )
A．H2O B．BeCl2 C．CH4 D．PCl3
答案：D
解析：四种物质的电子式依次为。H2O有两对孤电子对，BeCl2和CH4没有孤电子对，PCl3有一对孤电子对。
考点05 利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构
1．价层电子对互斥模型要点
(1)对于ABx型分子中，几何构型主要取决于中心原子A价层电子对的相互排斥。价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数。
(2)中心原子的价层电子对数和立体构型的关系
(3)价层电子对之间相互排斥作用大小
孤电子对—孤电子对＞孤电子对—成键电子对＞成键电子对—成键电子对
2．用价层电子对互斥模型判断共价分子或离子立体构型
(1)确定中心原子的价层电子对数
①对于ABx型分子，σ键电子对＝B原子的个数，如H2O的中心原子是O，有2对σ键电子对。
②中心原子上的孤电子对数＝ eq \f(1,2) (a－xb)，其中a为中心原子的价电子数，x为B原子的个数，b为B最多能接受的电子数。
③对于阳(或阴)离子来说，a为中心原子的价电子数减去(或加上)离子的电荷数。
④中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋中心原子的孤电子对数
(2)根据中心原子价层电子对数确定VSEPR模型
(3)略去孤电子对，确定分子构型
σ键电子对数＋孤电子对数＝价层电子对数eq \(―――――→,\s\up7(价层电子对),\s\d7(互斥理论))VSEPR模型eq \(――――――→,\s\up7(略去孤电子对))分子或离子的空间结构。
3．价层电子对之间的斥力大小
(1)由于孤电子对比成键电子对更靠近中心原子的原子核，因而价层电子对之间的斥力大小顺序：孤电子对与孤电子对之间的斥力>孤电子对与成键电子对之间的斥力>成键电子对与成键电子对之间的斥力。
(2)孤电子对数越多，与成键电子对斥力越大，成键原子所形成的键角越小。例如H3O＋和H2O键角大小，H3O＋中O只有一个孤电子对，而H2O中O有两个孤电子对，所以H3O＋的键角大于H2O分子的键角。
(3)结构相同的物质，元素的电负性越大，吸引电子的能力越强，成键电子对距离中心原子较近，成键电子对之间的斥力越大，键角越大。例如NH3、PH3、AsH3中，中心原子都是sp3杂化，都有1对孤电子对，NH3分子的中心原子N的电负性大，成键电子对距离中心原子较近，键角越大，所以这三种物质键角由大到小的顺序为NH3＞PH3＞AsH3。
【典例6】用价层电子对互斥模型可以判断许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是( )
A．SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 中心原子的价层电子对数为3，是平面三角形结构
B．BF3键角为120°，SnBr2的键角大于120°
C．CH2O是平面三角形的分子
D．PCl3、PCl5都是三角锥形的分子
答案：C
解析：SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 的中心原子的价层电子对数为4，孤电子对数＝ eq \f(1,2) (6＋2－3×2)＝1，是三角锥形结构，A错误；BF3分子中心原子价层电子对数＝3＋ eq \f(1,2) (3－3×1)＝3，是平面三角形结构，键角为120°，SnBr2是V形结构，键角小于120°，B错误；CH2O是平面三角形的分子，C正确；PCl3是三角锥形的分子，PCl5分子中心原子价层电子对数＝5＋ eq \f(1,2) (5－5×1)＝5，孤电子对数是0，是三角双锥结构，D错误。
【特别提示】利用价层电子对互斥模型判断分子或离子的空间结构规律
(1)若ABn型分子中，A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成，只计算构成σ键的电子对数。
(2)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律：孤电子对－孤电子对＞孤电子对－成键电子对＞成键电子对－成键电子对。孤电子对数越多，对成键电子对的排斥力越大，键角也减小。如CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。
【典例7】硼砂是含结晶水的四硼酸钠，请根据模型回答有关问题：
(1)硼砂中阴离子Xm－(含B、O、H三种元素)的球棍模型如图所示，则在Xm－中的2号硼原子的价层电子对数为________；m＝________(填数字)。
(2)硼可以与氮形成BN，其中B的化合价为________，请解释原因：____________________________。
(3)BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 的空间结构为________；NaBF4的电子式为_____________。
答案：(1)3 2
(2)＋3 N的电负性大于B的电负性
(3)正四面体形
解析：(1)根据图示可知，2号B原子的价层电子对数为3，且无孤电子对；根据图示可知，该阴离子的化学式为[H4B4O9]m－，其中H显＋1价，B显＋3价、O显－2价，所以m＝2。(2)由于电负性：N>B，所以BN中B显＋3价。(3)BF eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) 的空间结构为正四面体形，NaBF4的电子式为。
考点06 杂化轨道理论
1．用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成
在形成CH4分子时，碳原子的2s轨道和3个2p轨道发生混杂，得到4个新的能量相同、方向不同的轨道，各指向正四面体的4个顶角，夹角109°28′，称为sp3杂化轨道，碳原子以4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个C—Hσ键，呈现正四面体的空间结构。
2．杂化轨道的形成及其特点
(1)杂化轨道的形成：杂化原子内部能量相近的原子轨道重新组合的过程，杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道。
(2)杂化轨道的特点：
①杂化轨道数等于参与杂化的原子轨道数。
②杂化改变了原子轨道的形状、方向。
③杂化使原子轨道的成键能力增强。
3．杂化轨道类型及其空间结构
(1)sp3杂化轨道
(2)sp2杂化轨道
(3)sp杂化轨道
【典例8】下列有关杂化轨道理论的说法中正确的是( )
A．NCl3分子呈三角锥形，这是氮原子采取sp2杂化的结果
B．sp3杂化轨道是由能量相近的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道
C．中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构一定是四面体形
D．AB3型的分子空间结构必为平面三角形
答案：B
解析：NCl3分子中氮原子上的价层电子对数＝3＋ eq \f(5－3×1,2) ＝4，因此NCl3分子中氮原子采取sp3杂化，A错误；sp3杂化轨道是能量相近的原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道“混杂”起来，形成能量相等、成分相同的4个轨道，B正确；一般中心原子采取sp3杂化的分子所得到的VSEPR模型为四面体形，如甲烷分子，若中心原子有孤电子对，则空间结构发生变化，如NH3、PCl3分子是三角锥形，C错误，D错误。
考点07 杂化类型及分子空间结构的判断
1．原子轨道的杂化过程
2．杂化类型与分子构型
(1)当杂化轨道全部用于形成σ键时
(2)当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。在杂化轨道的基础上，略去孤电子对，即为分子的立体构型。
(3)sp、sp2两种杂化形式中还有未参与杂化的p轨道，可用于形成π键，而杂化轨道只用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对。
3．中心原子轨道杂化类型的判断
(1)利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断成为分子构型的思路：
价层电子对eq \(—————→,\s\up7(判断))VSEPR模型eq \(—————→,\s\up7(判断))杂化轨道构型。
(2)根据VSEPR模型判断：
(3)有机物中碳原子杂化类型的判断：饱和碳原子采取sp3杂化，连接双键的碳原子采取sp2杂化，连接三键的碳原子采取sp杂化。
4．等电子原理
原子总数相同、价电子总数相同的分子，具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。满足等电子原理的分子称为等电子体。例如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体。
【典例9】下列关于NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 、NH3、NH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 三种微粒的说法不正确的是( )
A．三种微粒所含有的电子数相等
B．三种微粒中氮原子的杂化方式相同
C．三种微粒的立体构型相同
D．键角大小关系：NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) >NH3>NH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2))
答案：C
解析：NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 、NH3、NH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 含有的电子数均为10，A正确；NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 、NH3、NH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 三种微粒中氮原子的杂化方式均为sp3杂化，B正确；NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 立体构型为正四面体形，NH3为三角锥形，NH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 为V形，C项错误；NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 、NH3、NH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 三种微粒的键角大小关系为NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) >NH3>NH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ，D正确。
【特别提示】键角大小比较
(1)比较键角时，先看中心原子杂化类型，杂化类型不同时一般键角按sp、sp2、sp3顺序依次减小；
(2)杂化类型相同时，中心原子孤电子对数越多，键角越小。
【典例10】(1)蓝矾(CuSO4·5H2O)的结构如图所示：
SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 的空间结构是__________，其中S原子的杂化轨道类型是__________。
(2)气态SO3分子的空间结构为________；将纯液态SO3冷却到289.8 K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构如图，此固态SO3中S原子的杂化轨道类型是__________。
答案：(1)正四面体形 sp3杂化 (2)平面三角形 sp3杂化
解析：(1)SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 中S有4个σ键，孤电子对数是 eq \f(6＋2－2×4,2) ＝0，因此价层电子对数为4，空间结构是正四面体形，杂化轨道数＝价层电子对数＝4，即杂化类型为sp3杂化。(2)SO3中价层电子对数为3，没有孤电子对，空间结构为平面三角形；图中固态SO3中S原子形成4个共价单键，其杂化轨道类型是sp3杂化。
考点08 共价键的极性
1．共价键的极性和分子的极性
(1)共价键的极性
(2)极性分子和非极性分子
极性分子：正电中心和负电中心不重合的分子。
非极性分子：正电中心和负电中心重合的分子。
2．化学键极性和分子极性的关系
3．分子极性的判断方法
(1)只含有非极性键的双原子分子或多原子分子大多数是非极性分子。如O2、H2、P4、C60。
(2)含有极性键的双原子分子都是极性分子。如HCl、HF、HBr。
(3)含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；空间结构不对称的是极性分子。
(4)判断ABn型分子极性的经验规律：
①若中心原子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；若不等，则为极性分子。
②若中心原子有孤电子对，则为极性分子；若无孤电子对，则为非极性分子。如CS2、BF3、SO3、CH4为非极性分子；H2S、SO2、NH3、PCl3为极性分子。
4．键的极性对化学性质的影响
(1)共价键的极性越强，键的活泼性也越强，容易发生断裂，易发生相关的化学反应。
(2)成键元素的原子吸引电子能力越强，电负性越大，共价键的极性就越强，在化学反应中该分子的反应活性越强，在化学反应中越容易断裂。
5．羧酸的酸性比较
羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量，pKa越小，酸性越强。羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关。
(1)三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸的，这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F3—C的极性大于Cl3—C的极性，导致三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大，更易电离，酸性更强。
(2)烃基是推电子基团，烃基越长推电子效应越大，使羧基中的烃基的极性越小，羧酸的酸性越弱。甲酸的酸性大于乙酸的，乙酸的酸性大于丙酸的……随着烃基加长，酸性的差异越来越小。
【典例11】已知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)该氮氢化合物的结构式为____________，其中N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气态物质，在该反应的反应物和生成物中既含有极性键又含有非极性键的是________，只含有非极性键的是________，只含有极性键的是________。
答案：(1) sp3 极性 (2)N2H4和H2O2 N2 H2O
解析：(1)由该物质的相对分子质量和氢元素的质量分数可知其分子式为N2H4，它的结构可看作是NH3分子中的一个H原子被—NH2取代后所得，分子的结构式为，分子中的键全部是单键，故N原子的杂化方式与NH3分子中的N原子杂化方式相同，也是sp3杂化，该分子为极性分子。(2)两者反应后生成的物质无毒又不污染环境，故得到的是N2和H2O，反应的化学方程式为N2H4+2H2O2===N2+4H2O，两种反应物中都含有极性键和非极性键，在生成物H2O中只含有极性键，N2中只含有非极性键。
【特别提示】
(1)极性分子中一定有极性键，非极性分子中不一定含有非极性键。例如CH4是非极性分子，只含有极性键。含有非极性键的分子不一定为非极性分子，如H2O2是含有非极性键的极性分子。
(2)键的极性只取决于成键原子的元素种类或电负性的差异，与其他因素无关。
(3)分子的极性判断的方法
考点9 分子间作用力
1．范德华力
(1)概念及实质
范德华力是普遍存在于分子之间的一种作用力，其实质是电性作用。
(2)特征
范德华力很弱，比化学键弱得多。范德华力没有方向性和饱和性。
(3)影响因素
①分子结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。
②分子的极性越大，范德华力越大。
(4)对物质性质的影响
范德华力主要影响物质的物理性质，范德华力越强，物质的熔点、沸点越高。
2．氢键
(1)概念：氢键是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子(如水分子中的氢)与另一个电负性很大的原子(如水分子中的氧)之间形成的作用力。
(2)表示方法：通常用X—H…Y—表示氢键，其中X、Y为N、O、F，“—”表示的共价键，“…”表示的氢键。例如：
(3)氢键的分类及其特征
①氢键分为分子间氢键和分子内氢键；
②氢键不属于化学键，属于一种较弱的作用力，比化学键的键能小1～2个数量级。
(4)氢键对物质性质的影响
当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将升高。
【典例12】下列物质的性质或数据与氢键无关的是( )
A．乙酸极易溶于水
B．邻羟基苯甲酸()的熔点为159 ℃，对羟基苯甲酸()的熔点为213 ℃
C．乙醚微溶于水，而乙醇可与水以任意比互溶
D．HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多
答案：D
解析：乙酸与H2O分子之间可以形成氢键，增大了乙酸在水中的溶解度；邻羟基苯甲酸形成分子内氢键，对羟基苯甲酸形成分子间氢键，熔、沸点比邻羟基苯甲酸的高；乙醚分子结构中无羟基，不能与水分子形成氢键，在水中的溶解度比乙醇小得多；HF分解时吸收的热量比HCl分解时吸收的热量多的原因是H—F键的键能比H—Cl键的大，与氢键无关。
考点10 分子间作用力对物质性质的影响
1．范德华力对物质性质的影响
(1)对物质熔、沸点的影响
①通常组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点通常越高。如熔、沸点：F2