新高考化学复习专题八化学键分子和晶体的结构与性质教学课件

这是一份新高考化学复习专题八化学键分子和晶体的结构与性质教学课件，共60页。
考点1　化学键、分子间作用力一、化学键
1.共价键(1)共价键类型 注意　共价键成键规律:共价单键是σ键;1个共价双键中有1个σ键、1个π键;1个共价三 键中有1个σ键、2个π键。
(2)共价键的键参数及对分子性质的影响(3)配位键:一种特殊的共价键,由一方提供孤电子对,另一方提供空轨道接受孤电子对 形成“电子对给予—接受”键。配位键可表示为A→B,其中A是能够提供孤电子对的 原子或离子,B是具有能够接受孤电子对的空轨道的原子或离子。配合物:通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或 配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物,简称配合物。如:
2.离子键、金属键(1)离子键:阴、阳离子之间的静电作用。成键条件为成键原子所属元素电负性差值较 大。(2)金属键:金属阳离子和自由电子之间的一种电性作用,存在于同种金属元素原子之 间或不同种金属元素原子之间(合金)。
3.物质的表示方法(1)电子式:在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子最外层电子的式子。电子式的书写方法如下:
(2)结构式:电子式中共用电子对用短线“—”代替,省略未成键电子,如HCl→H—Cl, NH3→H ,HClO→H—O—Cl,CO2→O C O。
二、分子间作用力1.范德华力一般来说,组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越强,物质的熔、沸点 越高;相对分子质量接近时,分子极性越强,范德华力越强。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与另一个电负性很大 的原子之间的作用力。(2)表示方法:X—H…Y—,X、Y分别可为N、O、F,“—”表示共价键,“…”表示形 成的氢键。(3)氢键不属于化学键,但影响物质的熔、沸点,溶解性等。注意　氢键(X—H…Y—)中的三个原子在一条直线上时,作用力最强;但三个原子不在一条直线上时,也能形成氢键。
考点2　分子结构与性质1.价层电子对互斥(VSEPR)模型(1)理论要点①价层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孤电子对的排斥力较大,孤电子对越多,排斥力越强,键角越小。(2)中心原子价层电子对数(n)计算方法n=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数①计算法:中心原子上的孤电子对数= (a-xb)。对于中性分子,式中a为中心原子的价电子数;对于阳离子,a为中心原子的价电子数减去离子所带的电荷数;对于阴离子,a为
中心原子的价电子数加上离子所带的电荷数。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。σ键电子对数由化学式确定,σ键电子对数=与中心原子结合的原子个数。②电子式或结构式法:写出电子式或结构式,观察σ键电子对数和中心原子上的孤电子 对数,两者相加即可。
2.杂化轨道理论(1)理论要点:中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来,重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。(2)杂化轨道的类型
(3)中心原子的杂化轨道数杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对,所以有关系式:杂化轨道的数目=中心原子上的孤电子对数+中心原子的σ键电子对数(与中心原子直
接相连的原子个数)=中心原子的价层电子对数(4)分子(ABn型)、离子(A 型)的空间结构分析示例
3.分子的性质(1)分子的手性:当碳原子所连接的四个原子或原子团均不相同时,这样的碳原子称为 手性碳原子(不对称碳原子)。含有手性碳原子的分子不一定为手性分子;有手性异构 体的分子为手性分子。注意　手性碳原子一定是饱和碳原子。(2)分子的极性①极性分子:正、负电中心不重合。如NH3、H2O、HCl。②非极性分子:正、负电中心重合。如H2、Cl2、BF3、CH4、CO2。点拨　双原子单质分子为非极性分子,双原子化合物分子为极性分子。
(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。如卤素单质可溶于CCl4,乙醇、甲醛可溶于水。②氢键:溶质与溶剂形成氢键时可以增强溶质的溶解性。4.超分子(1)概念:超分子是由两个或两个以上的分子相互“结合”在一起形成的具有特定结构 和功能的聚集体。(2)超分子内分子间的作用力:超分子内部分子之间通过非共价键相结合,包括氢键、 静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。(3)超分子的重要特征:分子识别,自组装。(4)超分子的应用:“杯酚”分离C60和C70,冠醚识别碱金属离子。
考点3　晶体结构与性质1.晶体(1)结构特征:原子在三维空间里呈周期性有序排列。(2)性质特征:有自范性、固定熔点、各向异性。(3)获得途径:熔融态物质凝固、气态物质凝华、溶质从溶液中析出。(4)结构测定:X射线衍射实验。2.晶胞(1)概念:描述晶体结构的基本单元。(2)常见晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”,一般为平行六面体。
4.过渡晶体和混合型晶体(1)过渡晶体:四类典型晶体是分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体,但大多数 晶体是它们之间的过渡晶体。离子晶体和共价晶体的过渡晶体中,化学键中离子键成 分的百分数越大,过渡晶体在性质上与纯粹的离子晶体接近,通常当作离子晶体处理; 离子键成分的百分数越小,过渡晶体在性质上与纯粹的共价晶体越接近,通常当作共 价晶体处理。四种晶体都有过渡型。注意　电负性的差值越大,离子键成分的百分数越大。(2)混合型晶体:像石墨这样,既有共价键又有范德华力,同时还存在类似金属键的作用 力,兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体,称为混合型晶体。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)金属元素和非金属元素间一定形成离子键,非金属元素之间只形成共价键。 (        )(2)气体单质中一定存在σ键,可能存在π键。 (　    )(3)σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转。 (　    )(4)极性分子中不含非极性键,非极性分子中不含极性键。 (　    )(5)卤素单质、卤素氢化物的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而增大。 (　    )(6)H2O的沸点比H2S高得多,原因是O—H键比S—H键的键能大。 (　    )
(7)具有规则几何外形的固体一定是晶体。 (　    )(8)通过X射线衍射实验可以区分晶体和非晶体。 (　    )(9)FeCl3常温下为固体,熔点282 ℃,沸点315 ℃,在300 ℃以上易升华,易溶于乙醚、丙 酮等有机溶剂,则FeCl3晶体是分子晶体。 (　    )(10)金属晶体的熔点一定比分子晶体的熔点高。 (　    )(11)在NaCl晶胞中,每个Na+周围与其距离最近的Na+有6个。 (　    )(12)含有一个手性碳原子的分子一定是手性分子。 (　    )
2.碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂,其结构如图所示。下列有关 该物质的说法正确的是 (　    )A.属于共价化合物B.1个该分子中含6个σ键C.该分子中只有极性键D.8.6 g该物质完全燃烧得到6.72 L CO2
3.用价层电子对互斥(VSEPR)模型预测H2S和COCl2的立体结构,两个结论都正确的是  (　    )A.直线形;三角锥形B.V形;三角锥形C.直线形;平面三角形D.V形;平面三角形
 4.下列物质的性质中,可证明某晶体是离子晶体的是 (　    )A.易溶于水B.晶体不导电,熔融时能导电C.熔点较高D.晶体不导电,水溶液能导电
5.(2023北京朝阳三模,3)NaCl广泛应用于食品、氯碱工业等领域,其晶胞如下图所示。下列说法不正确的是 (　    )A.a表示Cl-,b表示Na+B.每个晶胞中含有4个Cl-和4个Na+C.NaCl由固态变成气态,需要吸收能量破坏离子键D.基态Na+与Cl-最外层电子排布符合ns2np6,二者位于周期表的p区
考法1　杂化轨道类型及分子极性判断一、杂化轨道类型判断1.根据中心原子杂化轨道的空间结构判断
2.根据杂化轨道之间的夹角判断
3.根据中心原子的价层电子对数判断
4.根据中心碳原子形成的π键数目判断一般情况下:
二、分子极性分析1.共价键极性与分子极性的关系
2.判断ABn型分子极性的经验规律①若中心原子A的化合价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。②若中心原子上无孤电子对,则该分子为非极性分子;有孤电子对,则为极性分子。
例 (2024届江西南昌开学考,10)我国某科学团队利用二维氮化硼陶瓷片在特定方向上具有超高热导率的性质造出一款新型热界面材料。以天然硼砂为起始物,可制备 得到BF3和BN,制备流程如图所示。下列叙述错误的是 (　    )A.硼酸分子间存在氢键B.NH3与BF3都含有极性键,但前者为极性分子,后者为非极性分子C.平面二维氮化硼BN中,B、N都为sp2杂化D.NH3分子与NF3分子的键角,后者大于前者
  解题导引    判断ABn型分子是否为极性分子最快、最直接的方法就是看中心A原子有无孤电子对,若有孤电子对,则是极性分子;若无孤电子对,则是非极性分子。
  解析    硼酸分子的结构为 ,含有—OH,分子间可形成氢键,A项正确。NH3分子中中心N原子上有1个孤电子对,是由极性键构成的极性分子;BF3分子中中心B原子上没有孤电子对,正电中心和负电中心重合,是由极性键构成的非极性分子,B项正确。平面二维氮化硼BN为平面结构,故B与N均采取sp2杂化,C项正确。NH3、NF3中心N原子均为sp3杂化,都有1个孤电子对,空间构型均为三角锥形,电负性:F>N>H,NH3中共用电子对偏向中心N原子,NF3中共用电子对偏向F原子,故键角NH3>NF3,D项错误。
考法2　键参数大小比较　大π键分析一、键参数大小的比较1.键长长短比较(1)看共价键强度,共价键强度越大,键长越短;(2)看原子半径,原子半径越小,键长越短;(3)看化学键数目,两原子间成键数量越多,键长越短;(4)看其他原子的诱导效应,引入吸电子的原子或原子团,会使键长变短;引入供电子原 子或原子团,会使键长变长。
2.键角大小比较(1)不同杂化轨道类型的键角:sp>sp2>sp3。(2)
(3)在同一分子中,π键电子斥力大,键角大。例如二氯甲醛(COCl2)分子中键角大小:单键—双键>单键—单键。
二、大π键分析1.大π键的概念:3个及3个以上原子构成的离子或分子中,原子有彼此平行的未参与杂 化的p轨道,这些p轨道相互重叠形成大π键,又称为离域π键。2.大π键的形成条件:原子在同一平面,中心原子采取sp杂化或sp2杂化 。3.大π键的表示: (m指参与形成大π键的原子数;n指参与形成大π键的电子数,且nSi—O,推测原子半径:Si>OB.依据键能:O—H>Si—O,推测沸点:H2O>SiO2C.依据键长,推测水分子间O…H距离大于分子内O—H键键长D.依据氢键键能及沸点,推测等物质的量水或乙醇中,水中氢键数目多
  解题导引    注意氢键键长的定义,氢键键长为X—H…Y的长度,而不是H…Y的长度。分子晶体中若含有氢键,氢键的数目及氢键键能都会对熔、沸点产生影响,一般 氢键键能越大,物质熔、沸点越高;氢键数目越多,物质熔、沸点越高;若两个因素都有, 要分清哪个是主要影响因素。
  解析    原子半径越大,键长越长,A项正确;SiO2为共价晶体,H2O为分子晶体,共价晶体沸点大于分子晶体,故沸点:SiO2>H2O,B项错误;由表中数据及题干信息知,水分子间O…H距离为(276-96) pm=180 pm,大于O—H键键长(96 pm),C项正确;由表中数据知,氢 键键能:H2OC2H5OH,可说明水中氢键数目多,D项正确。
例2(双选)(2022海南,10,4分)已知CH3COOH+Cl2  ClCH2COOH+HCl,ClCH2COOH的酸性比CH3COOH强。下列有关说法正确的是     (　    )A.HCl的电子式为H+[·· ··]-B.Cl—Cl键的键长比I—I键短C.CH3COOH分子中只有σ键D.ClCH2COOH的酸性比ICH2COOH强
例3 (2023山东济宁二模,5)物质 中环上所有原子共面,下列说法错误的是 (　    )A.电负性:N>C>HB.分子中2个N原子均易与H2O形成分子间氢键C.分子中的大π键可表示为 D.分子中两个N原子的杂化方式相同
  解题导引    氢键的本质是强极性键(X—H)上的氢核与电负性较大且含孤电子对并带有部分负电荷的原子Y(如F、O、N)之间的静电引力。所有参与形成大π键的原子 在同一平面上,环上原子采取sp2杂化。
  解析    元素非金属性越强,电负性越大,故电负性:N>C>H,A项正确;与乙基相连的N原子上的孤电子对参与形成了大π键,由氢键的本质可知此N原子不能与H2O形成分子 间氢键,B项错误;该分子中形成大π键的原子数为5个,五元环上每个原子有1个p轨道垂 直于环平面形成大π键,参与形成大π键的电子数为6,C项正确;环上所有原子共平面,环 上原子均为sp2杂化,D项正确。
考法3　物质熔、沸点高低比较1.同类型晶体(1)共价晶体:成键原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的熔、沸点越高。例如熔、 沸点:金刚石>SiC>单晶Si。(2)离子晶体:一般阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,熔、沸点 越高。例如熔、沸点:MgO>NaCl>CsCl。(3)分子晶体①首先看能否形成分子间氢键,若能形成分子间氢键,则熔、沸点较高;形成的分子间 氢键越多、越强,则熔、沸点越高,例如熔、沸点:H2O>H2S,HOCH2CH2OH>CH3CH2OH;若形成分子内氢键反而会降低其熔、沸点,例如熔、沸点:邻羟基苯甲醛HBr>HCl;相对分子质量接近的物质,分子的极性越 大,范德华力越强,熔、沸点越高,例如熔、沸点:CO>N2。(4)金属晶体:金属离子半径越小,价电子数越多,金属键越强,熔、沸点越高。2.不同类型晶体熔、沸点高低一般规律:共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体熔、沸点分布范围 较广。
例1 (2023上海徐汇二模,5)下列物质沸点的比较,正确的是 (　    )A.CH3CH2CH2CH3KCl,D项错误。
例2 (2024届湖北武汉硚口区起点考,7)下列有关氢键的说法中不正确的是 (　    )A.由于氢键的存在,HF的稳定性强于H2SB.由于氢键的存在,乙醇比甲醚(CH3—O—CH3)更易溶于水C.由于氢键的存在,沸点:HF>HI>HBr>HClD.由于氢键的存在,冰能浮在水面上
  解析    稳定性与氢键没有关系,A项错误;乙醇分子可以与水分子形成分子间氢键,故乙醇比甲醚更易溶于水,B项正确;组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间 作用力越大,熔、沸点越高,因HF分子间有氢键,导致其沸点升高,故沸点:HF>HI>HBr> HCl,C项正确;由于氢键的存在,使得冰中的水分子间空隙变大,密度小于液态水,所以 冰能浮在水面上,D项正确。
知识拓展典型晶体的结构、微粒间作用力及性质比较
微专题　晶胞结构分析与计算1.均摊法计算晶胞中粒子的数目(1)立方晶胞中某个微粒为n个晶胞所共用,则该微粒有 属于这个晶胞。
(2)非立方体形结构单元若结构单元不是立方体形,则微粒对结构单元的贡献视情况而定,计算顶点及侧棱上 的微粒时与立方晶胞有所不同。
以右图的正三棱柱形结构单元为例,12个三棱柱才能将一个顶点完全盖住,所以顶点为12个结构单元共用,侧棱被6个结构单元共用,上下边被4个结构单元共用,有A:4× = 　B:3× +6× =2C:1×1=1。A、B、C三种微粒的个数比为1∶6∶3。
2.立方晶胞中粒子周围的粒子个数 
(1)A周围有4个B,B周围有12个A(2)A周围有2个C,C周围有6个A(3)B周围有6个D,D周围有2个B(4)B周围有8个C,C周围有8个B(5)C周围有12个D,D周围有4个C(6)A周围有4个D,D周围有4个A
3.截距法判断原子的分数坐标(1)原子的分数坐标:以晶胞参数为单位长度(不论晶胞边长大小,都是1)建立的坐标系。(2)确定某原子坐标的方法:通过该原子可以作出三个平行于坐标轴的平面,三个平面 在三条坐标轴上的截距占晶胞边长的分数,即该原子的分数坐标。如图,通过B点原子的三个面分别是BEFC(在x轴上没有截距)、BEGA(在y轴上没有截 距)、BCDA(在z轴上的截距是1),故B点原子的分数坐标是(0,0,1);通过右面心M点的三 个面,在x轴上的截距是 ,在y轴上的截距是1,在z轴上的截距是 ,故M点原子的分数坐标是( ,1, )。
 得关系式:ρ= (a表示晶胞边长,ρ表示密度,NA表示阿伏加德罗常数,N表示一个晶胞所含基本粒子或特定组合的数目,M表示摩尔质量)。注意　1 pm=10-10 cm=10-12 m;1 nm=10-7 cm=10-9 m。
4.晶体密度的计算根据晶胞的结构特点和有关数据,求算晶体的密度。对于立方晶胞,可建立如下求算途径:
5.原子间距的计算方法已知立方晶胞的边长为a,原子半径为r,根据原子间位置关系计算原子间的距离。(1)四种常见类型
(2)根据截距法求出两原子的分数坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2),再按照公式d=  ×a进行计算。(3)在晶胞结构图中作出适当的辅助线,构建直角三角形进行计算。6.常见晶胞结构模型图的坐标轴方向(俯视图)和体对角线方向投影图(1)体心立方晶胞
俯视图:8个顶点投影在正方形4个顶点上,体心投影在正方形中心。体对角线方向投影图(A→B):6个顶点投影在正六边形顶点上,投影方向上的2个顶点 和体心重叠在正六边形中心。
(2)面心立方晶胞俯视图:8个顶点投影在正方形4个顶点上,前后左右4个面心投影在正方形4个边的中 点,上下2个面心投影在正方形中心。体对角线方向投影图(A→B):6个顶点投影在大正六边形顶点上,6个面心投影在小正 六边形顶点上,投影方向上的2个顶点重叠在正六边形中心。 
(3)金刚石晶胞俯视图:8个顶点投影在正方形4个顶点上,前后左右4个面心投影在正方形4个边的中 点,上下2个面心投影在正方形中心,体内的4个投影在4个小正方形中心。体对角线方向投影图(A→B):6个顶点投影在大正六边形顶点上,6个面心投影在小正 六边形顶点上,3个小立方体体心投影在正六边形互不相邻的3个顶点上,投影方向上 的2个顶点和1个小体心重叠在正六边形中心。 
例1 (2024届贵州高三入学考试,11)钛酸钙是一种具有优异介电特性、温度特性、机械 特性以及光学特性的基础无机介电材料,其晶胞结构如图所示。已知A的原子坐标为 (0,0,0),Ca的原子坐标为( , , );钛酸钙晶胞棱长为a pm。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法不正确的是(　    ) 
A.阳离子的半径:Ca2+>Ti4+B.钛酸钙晶胞中与Ca2+距离最近的Ti4+有8个C.B的原子坐标为(0, ,0)D.钛酸钙晶体的密度ρ=  g·cm-3
  解题导引    对于立方晶胞,a3×ρ×NA=N×M,a表示晶胞的棱长,ρ表示密度,NA表示阿伏加德罗常数,N表示1个晶胞中所含基本粒子或特定组合的数目,M表示摩尔质量;a3×ρ× NA表示1 ml晶胞的质量。
  解析    Ca2+、Ti4+核外电子排布相同,核电荷数Ca2+Ti4+,A项正确;Ca2+位于体心,与晶胞顶点上的8 个Ti4+距离相等且最近,B项正确;B原子位于y轴上晶胞边的中点,原子坐标为(0, ,0),C项正确;利用均摊法知,一个晶胞中Ca、Ti、O个数分别为1、1、3,化学式为CaTiO3,则 钛酸钙晶体的密度为  g·cm-3=  g·cm-3,D项错误。
例2 (2023湖北,15,3分)镧La和H可以形成一系列晶体材料LaHn,在储氢和超导等领域具 有重要应用。LaHn属于立方晶系,晶胞结构和参数如图所示。高压下,LaH2中的每个H 结合4个H形成类似CH4的结构,即得到晶体LaHx。下列说法错误的是 (　    ) 
A.LaH2晶体中La的配位数为8B.晶体中H和H的最短距离:LaH2>LaHxC.在LaHx晶胞中,H形成一个顶点数为40的闭合多面体笼D.LaHx单位体积中含氢质量的计算式为  g·cm-3