2022届高三统考化学人教版一轮课件：选修3 第2节　分子结构与性质

这是一份2022届高三统考化学人教版一轮课件：选修3 第2节　分子结构与性质，共60页。PPT课件主要包含了-2-，-3-，考点一，考点二，基础梳理，考点突破，考点三，-4-，共价键的种类，-5-等内容，欢迎下载使用。
考纲要求:1.了解共价键的形成、极性、类型(σ键和π键),了解配位键的含义。　2.能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。　3.了解杂化轨道理论及简单的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)。　4.能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测简单分子或离子的空间结构。　5.了解范德华力的含义及对物质性质的影响。　6.了解氢键的含义,能列举存在氢键的物质,并能解释氢键对物质性质的影响
共价键1.共价键的本质与特征共价键的本质是原子之间形成共用电子对;方向性和饱和性是共价键的特征。
4.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,它们的许多性质相似,如CO和N2。
自主巩固判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)气体单质中一定存在σ键,可能存在π键。( × )(2)只有非金属原子之间才能形成共价键。 ( × )(3)在所有分子中都存在化学键。 ( × )(4)一般来说,σ键比π键的电子云重叠程度大,形成的共价键强。 ( √ )(5)σ键能单独形成,而π键一定不能单独形成。( √ )(6)碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键键能的3倍和2倍。 ( × )
(7)键长等于成键两原子的半径之和。( × )(8)所有的共价键都有方向性。( × )(9)O2分子中仅含非极性键。 ( √ )(10)CH4与 互为等电子体。( √ )
1.σ键与π键的判断方法(1)依据重叠方式判断:s电子与s电子、p电子形成的共价键一定是σ键。(2)依据单、双键进行判断:共价单键是σ键,共价双键中含有一个σ键和一个π键;共价三键中含有一个σ键和两个π键。(3)依据强度方式判断:一般情况下,σ键的强度较大,较稳定。π键较活泼,较容易断裂。注意N≡N中的π键强度较大。2.极性键与非极性键的判断(1)看形成共价键的两原子:不同种元素的原子之间形成的是极性共价键;同种元素的原子之间形成的是非极性共价键。(2)看电子对的偏移:有偏移的为极性键,无偏移的为非极性键。(3)看电负性:成键原子电负性不同,即不同种元素形成的为极性键。
4.根据已知的一些分子的结构推测另一些与它等电子的微粒的立体构型,并推测其物理性质。(1)(BN)x与(C2)x,N2O与CO2等也是等电子体;(2)硅和锗是良好的半导体材料,它们的等电子体磷化铝(AlP)和砷化镓(GaAs)也是很好的半导体材料;(3)白锡(β-Sn2)与锑化铟是等电子体,它们在低温下都可转变为超导体;(4)SiCl4、 的原子数目和价电子总数都相等,它们互为等电子体,都形成正四面体形。特别提醒等电子体结构相同,物理性质相近,但化学性质不同。
例1已知反应Cl2(g)+3F2(g)═2ClF3(g)　ΔH=-313 kJ·ml-1,F—F键的键能为159 kJ·ml-1,Cl—Cl键的键能为242 kJ·ml-1,则ClF3中Cl—F键的平均键能为　　　　 kJ·ml-1。 (2)碳在形成化合物时,其键型以共价键为主,原因是 　 。 CS2分子中,共价键的类型有　。 
答案:(1)172　(2)C有4个价电子且半径小,难以通过得或失电子达到稳定电子结构　σ键和π键
方法技巧反应热与键能:ΔH=反应物总键能-生成物总键能。
跟踪训练1.ⅤA族的氮、磷、砷(As)等元素在化合物中常表现出多种氧化态,含ⅤA族元素的化合物在医药生产中有许多重要用途。请回答下列问题:(1)基态氮原子的价电子排布图(或轨道表示式)是　　　　　　;基态砷原子的电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　　　。(2)砷与同周期ⅦA族的溴的第一电离能相比,较大的是　　　　。(3)AsH3是无色稍有大蒜味的气体。AsH3的沸点高于PH3,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。 
(4)①肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。则N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是　　　　　。 ②Na3AsO4可作杀虫剂。 的立体构型为　　　　　　　　,与其互为等电子体的一种分子为　　　　　　　　　　　　　。 
答案:(1) 1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3(2)溴(3)AsH3的相对分子质量大于PH3的相对分子质量,故AsH3分子间作用力大于PH3分子间作用力(4)①sp3　②正四面体形　CCl4(或其他合理答案)
解析:(1)氮原子的最外层有5个电子,其价电子排布图(或轨道表示式)为 。砷为33号元素,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3。(2)同周期元素,从左到右,第一电离能呈现增大趋势,砷与溴的第一电离能相比,较大的是溴。(3)AsH3与PH3均为分子晶体,分子间不存在氢键,AsH3的相对分子质量大于PH3的相对分子质量,AsH3分子间作用力大于PH3分子间作用力,故AsH3的沸点高于PH3的沸点。(4)①NH3分子中氮原子的杂化方式为sp3杂化,氨基(—NH2)中氮原子的杂化方式也为sp3杂化,N2H4的结构简式为H2N—NH2,相当于两个氨基相结合,所以氮原子的杂化方式也为sp3杂化。②根据价层电子对互斥理论知, 的立体构型为正四面体形,与其互为等电子体的分子有CCl4、SiCl4等。
2.O3能吸附有害紫外线,是人类赖以生存的保护伞。O3分子的结构如图所示。呈V形,键角116.5°。三个氧原子以一个氧原子为中心,与另外两个氧原子分别构成一个非极性共价键:中间氧原子提供2个电子,旁边两个氧原子分别各提供1个电子,构成一个特殊的化学键——三个氧原子均等地享有这4个电子。请回答:
(1)题中非极性共价键是　　　(填“σ”或“π”,下同)键,特殊的化学键是　　　键。 
(2)1919年,Langmuir提出等电子体的概念:由短周期元素组成的粒子,只要其原子数相等,各原子外层电子数之和相等,也可互称为等电子体。等电子体的结构相似,物理性质相近,根据等电子原理:下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是　　　(填字母)。 A.H2OB.CO2C.SO2D.BeCl2(3)原子中没有跟其他原子共用的电子对叫孤电子对,则O3分子有　　　对孤电子对。 (4)下列有关说法中正确的是　　　(填字母)。 A.臭氧和氧气互为同素异形体,它们在水中的溶解度相近B.臭氧和氧气的相互转化能保持大气中臭氧的含量基本稳定C.臭氧转化为氧气和氧气转化为臭氧均需要吸收能量D.向大气中排放氮的氧化物和氟氯代烃均能加快臭氧的分解答案:(1)σ　π　(2)C　(3)5　(4)BD
解析:(1)特殊的化学键为π键,而相邻的氧原子之间的非极性共价键为σ键。(2)O3、SO2是均由3个原子组成,价电子数均为18的等电子体。(3)在O3中,根据图示,形成共价键的电子共有8个,所以孤电子对数为5。(4)O2与O3互为同素异形体,O2为非极性分子,O3为极性分子,所以O3在水中的溶解度较大,A错误;O3转化为O2释放能量,O2转化为O3吸收能量,C错误。
分子的空间结构1.价层电子对互斥理论(1)理论要点。①价层电子对在球面上彼此相距最远时,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)价层电子对互斥理论与分子构型。
2.杂化轨道理论当原子成键时,原子的价电子轨道相互混杂,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。sp杂化—sp杂化轨道由1个s轨道和1个p轨道组合而成,杂化轨道间夹角为180°,呈直线形,如H—C≡C—H。∣sp2杂化—sp2杂化轨道由1个s轨道和2个p轨道组合而成,杂化轨道间夹角为120°,呈平面三角形,如HCHO。∣sp3杂化—sp3杂化轨道由1个s轨道和3个p轨道组合而成,杂化轨道间夹角为190°28',呈正四面体形,如CH4。
3.配位键与配合物(1)配位键。①孤电子对。分子或离子中没有与其他原子共用的电子对称孤电子对。②配位键。成键原子一方提供孤电子对,另一方提供空轨道。含有孤电子对的微粒有:分子如CO、NH3、H2O等;离子如Cl-、CN-、 等。含有空轨道的微粒有:过渡金属的原子或离子。③配位键的表示方法:如A→B。A表示提供孤电子对的原子,B表示接受孤电子对的原子。
(2)配位化合物(配合物)。①定义:由金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以 配位键结合而成的化合物。②组成。 ③形成条件。a.中心离子(或原子)有空轨道,如Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+等。b.配位体有孤电子对,如H2O、NH3、CO、F-、Cl-、CN-等。
④立体构型(只含一种配体)。配位数是2时:直线形,如[Ag(NH3)2]+;配位数是3时:平面三角形,如[HgI3]-;配位数是4时:正四面体形,如[ZnCl4]2-;平面正方形,如[PtCl4]2-。
1.判断分子或离子中心原子的杂化类型的五种方法(1)根据杂化轨道的空间分布构型判断。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。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。
(3)根据等电子原理进行判断。如CO2是直线形分子,CNS-、 与CO2是等电子体,所以这些离子的立体构型均为直线形,中心原子均采用sp杂化。(4)根据中心原子的价电子对数判断。如中心原子的价电子对数为4,是sp3杂化,价电子对数为3,是sp2杂化,价电子对数为2,是sp杂化。(5)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。
2.判断分子或离子立体构型的“三步”(1)确定中心原子上的价层电子对数。
(2)确定价层电子对的立体构型。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,就可以确定它们的立体构型。(3)分子或离子立体构型的确定。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。根据成键电子对数和孤电子对数,可以确定相应的较稳定的分子立体构型。
例2(1)(2018全国Ⅰ节选改编)Li是最轻的固体金属,采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能,得到广泛应用。①Li+与H-具有相同的电子构型,r(Li+)小于r(H-),原因是　 。②LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子立体构型是　　　　　　　、中心原子的杂化形式为　　　　　　。LiAlH4中,存在　　　　(填字母)。 A.离子键B.σ键C.π键D.氢键(2)(2018全国Ⅱ节选)硫及其化合物有许多用途,相关物质的物理常数如下表所示:
回答下列问题:①根据价层电子对互斥理论,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是　　　　　　。 ②图(a)为S8的结构,其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主要原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
③气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的立体构型为　　形,其中共价键的类型有　　　　　种;固态三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为　　　　　　。
答案 (1)①Li+核电荷数较大　②正四面体形　sp3　AB(2)①H2S　②S8相对分子质量大,分子间范德华力强　③平面三角　2　sp3
解析 (1)①Li+核电荷数较大,对核外电子的吸引力大,导致其半径小于H- 。②根据价层电子对互斥理论,LiAlH4中阴离子的立体构型是正四面体形,中心原子采用sp3杂化,LiAlH4中存在离子键和σ键。(2)①H2S、SO2、SO3中心原子价层电子对数分别为4、3、3,故H2S分子的中心原子价层电子对数不同于SO2、SO3。②S8分子的相对分子质量比SO2大,分子间范德华力强,故其熔点和沸点比SO2高很多。③气态三氧化硫中心原子价层电子对数为3,孤电子对数为0,故其分子的立体构型为平面三角形,共价键有σ键和π键两种类型;根据图(b)所示,固态三氧化硫每个硫原子与四个氧原子形成4个σ键,故S原子的杂化轨道类型为sp3。
跟踪训练3.人类文明的发展历程,也是化学物质认识和发现的历程,其中铁、二氧化碳、青霉素、硝酸钾、乙醇、氨等物质的发现对人类文明的发展意义重大。(1)基态铁原子外围电子排布式为　　　　　　。 (2)CO2的电子式为　　　　　　,1 ml CO2分子中含有σ键的物质的量为　　　　　　　。 
(3)6-氨基青霉烷酸的结构如图所示:①其中C、N、O原子半径的大小关系为　　　　　,电负性的大小关系为　　　　　　; ②其中采用sp3杂化的原子有C、　　　　　　。 
(5)乙醇的相对分子质量比氯乙烷小,但其沸点比氯乙烷高,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　。 (6)铁和氨气在640 ℃可发生置换反应,产物之一的晶胞结构如图所示,若两个最近的Fe原子间的距离为a cm,则该晶体的密度计算式为　　　　　　 g·cm-3(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。 
4.已知A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素,它们的核电荷数依次增多。其中A、B、C都是能层数为2的非金属元素。化合物DC为离子化合物,D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构。AC2为非极性分子。E的核外电子排布中有6个未成对电子,是同周期中最多的,ECl3能与B、C的氢化物形成六配体的配合物,且两种配体的物质的量之比为2∶1,三个氯离子位于外界。试用相应的元素符号或式子填空:
(1)写出元素的名称:A　　　　,E　　　　。 (2)A、B、C的第一电离能由小到大的顺序为　　　　　　　　。B的氢化物分子的中心原子采取　　　　杂化;该分子的立体构型为　　　　　　　。 (3)化合物AC2与一种由B、C组成的化合物X互为等电子体,则X的化学式为　　　　;完全由B的原子组成的某粒子与AC2也属于等电子体,该粒子的化学式为　　　　,其立体构型为　　　　。 (4)ECl3形成的配合物的化学式为　　　　　　　。 (5)D的单质在AC2中可以燃烧生成一种白色固体和一种黑色固体,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。 
解析:C是能层数为2的非金属元素,化合物DC为离子化合物,D的二价阳离子与C的阴离子具有相同的电子层结构,D为镁、C为氧;AC2为非极性分子,AC2为CO2,A为碳元素;因A、B、C的核电荷数依次增多,则B为氮元素;E的核外电子排布中有6个未成对电子,是同周期中最多的,则E为铬元素。
(1)A是碳元素、E是铬元素;(2)C、N、O的第一电离能呈增大趋势,而N的2p能级为半充满结构,更稳定,则C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为CO>C。(3)NH3分子间可以形成氢键,NH3的沸点高于CH4的沸点,NH3中氮原子价层电子对数是4,氮原子的杂化类型为sp3,CH4分子的立体构型为正四面体。(4)CO2分子的结构是O=C=O,双键中有1个σ键和1个π键,二氧化碳中σ键与π键数目之比为1∶1。
1.共价键的3种分类(1)极性键和非极性键;(2)π键和σ键;(3)单键、双键、三键。2.极性分子和非极性分子的区别结构是否对称,正负电荷中心是否重合。3.原子轨道杂化的3种常见方式sp杂化,sp2杂化,sp3杂化。4.作用力大小比较的一种关系共价键>氢键>范德华力。
1.研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2═CH3OH+H2O)中,C氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问题:(1)C基态原子核外电子排布式为　　　　　　　　。元素Mn与O中,第一电离能较大的是　　　　,基态原子核外未成对电子数较多的是　　　　。 (2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为　　　和　　　。(3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为　　　　　　　　　　　,原因是　 　　　　　 　。 (4)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料,Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外,还存在　。 
(5)MgO具有NaCl型结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为　　　nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn2+)为　　　 nm。 
答案:(1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2　O　Mn(2)sp　sp3(3)H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多;CO2与H2均为非极性分子,CO2相对分子质量较大,范德华力较大(4)离子和π键( 键)(5)0.148　0.076
解析:(1)C是27号元素,其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。一般元素的非金属性越强,第一电离能越大,金属性越强,第一电离能越小,故第一电离能O>Mn。氧原子价电子排布式为2s22p4,其核外未成对电子数是2,锰原子价层电子排布式为3d54s2,其核外未成对电子数是5,故基态原子核外未成对电子数较多的是Mn。(2)CO2和CH3OH中的中心原子碳原子的价层电子对数分别是2和4,故碳原子的杂化方式分别为sp和sp3。(3)四种物质固态时均为分子晶体,H2O、CH3OH都可以形成分子间氢键,一个水分子中两个H都可以参与形成氢键,而一个甲醇分子中只有羟基上的H可用于形成氢键,所以水的沸点高于甲醇。CO2的相对分子质量大于H2的,所以CO2分子间范德华力大于H2分子间的,则沸点CO2高于H2,故沸点H2O>CH3OH>CO2>H2。
2.(2016课标全国乙,节选)锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛。Ge与C是同族元素,碳原子之间可以形成双键、三键,但锗原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析,原因是  　。 
答案:锗原子半径大,原子间形成的σ键较长,p—p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成π键
3.(2016课标全国甲,节选)东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。(1)[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是　　　　　　　　　。 (2)在[Ni(NH3)6]2+中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为　　　　,提供孤电子对的成键原子是　　　　。 (3)氨的沸点　　　(填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是　　　　　;氨是　　　　　分子(填“极性”或“非极性”),中心原子的轨道杂化类型为　　　　　　。 
答案:(1)正四面体　(2)配位键　N　(3)高于　NH3分子间可形成氢键　极性　sp3
(2)[Ni(NH3)6]2+为一种配离子,Ni2+与NH3之间以配位键结合,NH3中的氮原子提供孤电子对。(3)NH3分子间存在氢键,而PH3分子间只存在范德华力,氢键的强度大于范德华力,故氨的沸点高于PH3。氨分子为三角锥形分子,为极性分子,中心原子氮原子采用sp3杂化。
4.砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。AsCl3分子的立体构型为　　　　　　　,其中As的杂化轨道类型为　　　　。 
答案:三角锥形　sp3解析:AsCl3分子中砷原子杂化轨道类型为sp3杂化,三个sp3杂化轨道分别与三个氯原子成键,还有一个sp3杂化轨道上有一对孤电子对,故AsCl3分子的立体构型为三角锥形。
答案 (1)正四面体　sp3　(2)①4　异硫氰酸分子间可形成氢键,而硫氰酸分子间不能形成氢键　②a