2024年高考化学一轮总复习 第10单元 第3讲　化学键　分子结构与性质 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ）

这是一份2024年高考化学一轮总复习 第10单元 第3讲　化学键　分子结构与性质 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ），共33页。学案主要包含了化学键，化学键与物质类别的关系，分子的手性等内容，欢迎下载使用。
第3讲　化学键　分子结构与性质
复习目标
1．了解化学键的含义、分类与形成过程，能够用电子式表示其形成过程。
2.了解共价键的形成、极性和类型(σ键和π键)，能用键长、键能、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模型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。
考点一　化学键

一、化学键
1．化学键

化学键既包括静电吸引力，又包括静电排斥力。
2．离子键
(1)概念：带相反电荷离子之间的相互作用。
(2)成键粒子：阴、阳离子。
(3)成键实质：静电作用。
(4)形成条件：通常是活泼金属元素与活泼非金属元素的原子相结合。
(5)表示方法
①用电子式表示
Na2O2：
NaOH：
NH4Cl：
CaC2：
NaClO：
②用电子式表示离子化合物的形成过程
CaF2：
Na2S：
3．共价键
(1)共价键的定义与特征
①定义：原子间通过共用电子对所形成的相互作用。
②特征：具有方向性和饱和性。
共价键的方向性决定着分子的空间结构，共价键的饱和性决定着每个原子所能形成的共价键的总数或以单键连接的原子数目是一定的。
(2)共价键的分类

分类依据
类型
特点
形成共价键的电子对是否偏移
极性共价键
由不同种元素的原子形成，电子对偏向吸引电子能力强的一方
非极性共价键
由同种元素的原子形成，电子对不偏向任何一个原子
形成共价键的原子轨道重叠方式
σ键
原子轨道“头碰头”重叠
π键
原子轨道“肩并肩”重叠
原子间共用电子对的数目
单键
原子间有1对共用电子对
双键
原子间有2对共用电子对
三键
原子间有3对共用电子对
(3)表示方法
①电子式、结构式
化学式
电子式
结构式
Cl2

Cl—Cl
N2

N≡N
CO2

O===C===O
NH3


H2O2

H—O—O—H
C2H2

H—C≡C—H
②用电子式表示共价化合物的形成过程
H2O：
HF：
(4)键参数——键能、键长、键角
①概念

②键参数对分子性质的影响
a．同一类型的共价键键能越大，键长越短，化学键越强、越牢固，分子越稳定。
b.
二、化学键与物质类别的关系
1．化学键与物质类别的关系

2．化学键对物质性质的影响
(1)对物理性质的影响
金刚石、晶体硅、石英、金刚砂等物质硬度大、熔点高，就是因为其中的共价键很强，破坏时需消耗很多的能量。
NaCl等部分离子化合物，有很强的离子键，故熔点也较高。
(2)对化学性质的影响
N2分子中有很强的共价键，故在通常状况下，N2很稳定，H2S、HI等分子中的共价键较弱，故它们受热时易分解。
　请指出下列各说法的错因
(1)共价键都具有方向性和饱和性。
错因：共价键不一定都具有方向性和饱和性。如s－s__σ键不具有方向性。
(2)共价键的成键原子只能是非金属原子。
错因：Al与Cl之间形成共价键。
(3)某元素的原子最外层只有一个电子，它跟卤素结合时，所形成的化学键一定是离子键。
错因：H原子最外层只有1个电子，其与卤素形成的HX中含共价键。
(4)共价键只存在于共价化合物中，离子键只存在于离子化合物中。
错因：如NaOH属于离子化合物，既含有离子键也含有共价键。
(5)s­s σ键与s­p σ键的电子云形状和对称性都不同。
错因：s－s__σ键与s－p__σ键均为轴对称，对称性相同，但电子云形状不同。
(6)CHN中含有一个σ键、三个π键。
错因：H—C≡N中含有2个σ键，2个π键。
(7)σ键、π键都能单独形成。
错因：π键不能单独形成。

1．化学键与物质类别的关系
(1)物质中不一定含有化学键，如稀有气体分子中不含化学键。
(2)存在离子键的化合物一定是离子化合物。离子化合物中一定存在离子键，可能存在共价键，如NaOH、Na2O2、(NH4)2SO4等。
(3)共价化合物中只有共价键，一定没有离子键。存在共价键的物质不一定是共价化合物，如非金属单质N2、P4、O2，离子化合物CaC2等。
(4)全部由非金属元素组成的化合物可能是离子化合物，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐，铵根离子和酸根离子之间以离子键结合。由金属元素和非金属元素形成的化合物也可能是共价化合物，如AlCl3。
(5)只含共价键的物质
①只含非极性共价键的物质：同种非金属元素组成的单质，如I2、N2、P4、金刚石、晶体硅等。
②只含极性共价键的物质：一般是不同种非金属元素组成的共价化合物，如HCl、NH3、SiO2、CS2等。
③既有极性键又有非极性键的物质：如H2O2、C2H2、CH3CH3等。
(6)只含离子键的物质
活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物，如Na2S、CsCl、K2O等。
(7)既含离子键又含共价键的物质
①既有离子键又有非极性共价键的物质：如Na2O2、CaC2等。
②由离子键、极性共价键构成的物质：如NaOH、NH4Cl等。
2．物质熔化、溶解时化学键的变化
(1)离子化合物的溶解或熔化过程
离子化合物溶于水或熔化后均电离出自由移动的阴、阳离子，离子键被破坏。
(2)共价化合物的溶解过程
①有些共价化合物溶于水后，能与水反应，其分子内共价键被破坏，如CO2和SO2等。
②有些共价化合物溶于水后，与水分子作用形成水合离子，从而发生电离，形成阴、阳离子，其分子内的共价键被破坏，如HCl、H2SO4等。
③有些共价化合物溶于水后，其分子内的共价键不被破坏，如蔗糖(C12H22O11)、酒精(C2H5OH)等。
3．电子式的书写方法

4．大π键的简介
简介
大π键一般是三个或更多个原子间形成的，是未杂化轨道中原子轨道“肩并肩”重叠形成的π键
表达式
Π，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数
一般判断
对于多电子的粒子，若中心原子的杂化方式不是sp3杂化，中心原子与配位原子可能形成大π键
示例
：Π；CH2===CH—CH===CH2：Π；NO：Π；SO2：Π；O3：Π；CO：Π

角度一　化学键类型与物质类别的关系
1．下列说法正确的是(　　)
A．共价化合物中可能含有离子键
B．区别离子化合物和共价化合物的方法是看其水溶液是否能够导电
C．离子化合物中只含有离子键
D．离子化合物在熔融状态下能电离出自由移动的离子，而共价化合物不能
答案　D
2．下列说法不正确的是(　　)
A．纯碱和烧碱熔化时克服的化学键类型相同
B．加热蒸发氯化钾水溶液的过程中有分子间作用力的破坏
C．CO2溶于水和干冰升华都只有分子间作用力改变
D．石墨转化为金刚石既有共价键的断裂和生成，也有分子间作用力的破坏
答案　C
3．有以下9种物质：①Ne　②HCl　③P4　④H2O2　⑤Na2S　⑥NaOH　⑦Na2O2　⑧NH4Cl　⑨AlCl3。
请用上述物质的序号填空：
(1)不存在化学键的是________。
(2)只存在极性共价键的是________。
(3)只存在非极性共价键的是________。
(4)既存在非极性共价键又存在极性共价键的是________。
(5)只存在离子键的是________。
(6)既存在离子键又存在共价键的是________。
(7)属于共价化合物的是________。
(8)常温常压下，分子之间存在氢键的是________。
答案　(1)①　(2)②⑨　(3)③　(4)④　(5)⑤　(6)⑥⑦⑧　(7)②④⑨　(8)④
离子化合物、共价化合物的判断

角度二　电子式的书写和判断
4．下列物质的电子式书写正确的是(　　)
A． B．
C． D．
答案　A
5．下列关于电子式的表述正确的是(　　)
A．HClO的电子式为
B．SCl2的电子式为
C．用电子式表示HCl的形成过程为
D．已知SCN－中每个原子都达到8电子结构，则其电子式为

答案　D
电子式书写的常见错误
(1)漏写未参与成键的电子，如：N2：N⋮⋮N，正确应为N⋮⋮N。
(2)化合物类型不清楚，漏写或多写[　　]及错写电荷数，如：
，正确应为
。
(3)书写不规范，错写共用电子对，如：CO2的电子式为，不能写成；N2的电子式为，不能写成。
(4)原子结合顺序写错，如：HClO的电子式为，不能写成
。
(5)复杂阳离子与简单阳离子混淆不清，如：Na＋电子式的正确表示应为Na＋，误写成；NH电子式的正确表示应为，误写成NH。
(6)不考虑AB2型离子化合物中2个B是分开写还是一起写，如：CaBr2、CaC2的电子式分别为。
角度三　共价键的分类与键参数
6．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
7．下列说法中正确的是(　　)
A．键长越长，键能越大，分子越稳定
B．H—Cl的键能为431.8 kJ·mol－1，H—I的键能为298.7 kJ·mol－1，这可以说明HCl分子比HI分子稳定
C．水分子可表示为H—O—H，分子的键角为180°
D．H—O键键能为462.8 kJ·mol－1，即18 g H2O分解成H2和O2时，消耗能量为2×462.8 kJ
答案　B
(1)并不是所有的共价键都有方向性，如s­s σ键无论s轨道从哪个方向重叠都相同，因此这种共价键没有方向性。
(2)原子形成共价键时，优先形成σ键，σ键可以单独形成，π键不能单独形成。
(3)共价键的成键原子半径越小，键长越短，其形成的共价键越牢固。
(4)σ键形成过程中电子云重叠程度比π键大，更稳定，故含有π键的分子发生化学反应时先断裂π键。
(5)通过物质的结构式，可以快速有效地判断键的种类及数目；判断成键方式时，需掌握：共价单键全为σ键，双键中有一个σ键和一个π键，三键中有一个σ键和两个π键。
考点二　分子的空间结构

1．价层电子对互斥模型
(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孤电子对间的排斥力较大，孤电子对越多，排斥力越强，键角越小。
(2)价层电子对的计算

式中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(H为1，其他原子为“8－该原子的价电子数”)，对于阳离子来说a为中心原子的价电子数减去离子的电荷数，对于阴离子来说a为中心原子的价电子数加上离子的电荷数(绝对值)。
如SO的中心原子为S，a＝6＋2＝8，b＝2，x＝4，中心原子上的孤电子对数＝×(8－4×2)＝0，价层电子对数为4。
(3)价层电子对互斥(VSEPR)模型与分子空间结构的关系

价层电子对数
成键电子对数
孤电子对数
VSEPR模型名称
分子空间结构
实例
2
2
0
直线形
直线形
CO2
3
3
0
平面
三角形
平面三角形
BF3
2
1
V形
SO2
4
4
0
四面体形
四面体形
CH4
3
1
三角锥形
NH3
2
2
V形
H2O
2.杂化轨道理论
(1)杂化轨道概念：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，叫杂化原子轨道，简称杂化轨道。
(2)杂化轨道与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。杂化轨道只能用来形成σ键和用来容纳未参与成键的孤电子对，不能形成π键。
(3)杂化轨道的类型与分子空间结构

　请指出下列各说法的错因
(1)AB3型分子的中心原子的杂化方式一定为sp2。
错因：不一定，如NH3中心原子的杂化方式为sp3。
(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。
错因：如NH3中N原子发生sp3杂化，但其分子结构为三角锥形。
(3)NH3分子结构为三角锥形，N原子发生sp2杂化。
错因：NH3分子中，N原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数＝3＋×(5－3×1)＝4，为sp3杂化。
(4)分子结构为V形，中心原子一定为sp3杂化。
错因：SO2的分子结构为V形，但S为sp2杂化。
(5)价层电子对互斥模型中，π键电子对数计入中心原子的价层电子对数。
错因：价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数，所以π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。
(6)中心原子杂化类型相同时，孤电子对数越多，键角越大。
错因：中心原子杂化类型相同时，孤电子对数越多，键角越小。

1．价层电子对互斥模型指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。
(1)当中心原子无孤电子对时，两者的结构一致。
(2)当中心原子有孤电子对时，两者的结构不一致。
如中心原子采取sp3杂化的分子，其价层电子对互斥模型为四面体形，其分子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)。
2．判断分子中中心原子的杂化轨道类型的方法
(1)根据分子的空间结构判断
①若分子的空间结构为正四面体形或三角锥形，则分子的中心原子发生sp3杂化。
②若分子的空间结构呈平面三角形，则分子的中心原子发生sp2杂化。
③若分子的空间结构呈直线形，则分子的中心原子发生sp杂化。
(2)根据键角判断
若键角为109°28′，则分子的中心原子发生sp3杂化；若键角为120°，则分子的中心原子发生sp2杂化；若键角为180°，则分子的中心原子发生sp杂化。
(3)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，为3是sp2杂化，为2，则是sp杂化。
(4)根据σ键数与孤电子对数(适用于结构式已知的粒子)
①含C有机物：2个σ—sp，3个σ—sp2，4个σ—sp3。
②含N化合物：2个σ—sp2，3个σ—sp3。
③含O(S)化合物：2个σ—sp3。
3．分子键角的大小比较
(1)杂化类型不同→sp>sp2>sp3。
(2)杂化类型相同
孤电子对数越多，键角越小，如H2OP—H，因此NH3的稳定性大于PH3
B．键角：NOH2O B．稳定性：H2Se三氯乙酸>乙酸
C．基态碳原子核外有三种能量不同的电子
D．区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验
答案　A
解析　水汽化破坏的是分子间作用力，水分解需要破坏共价键，A错误。
5．下列描述正确的是(　　)
①CH3OH是手性分子　②ClO的空间结构为平面三角形　③SF6中有6对完全相同的成键电子对　④SiF4和SO的中心原子均为sp3杂化　⑤HCHO分子中既含σ键又含π键
A．①②③ B．②③④
C．③④⑤ D．①④⑤
答案　C
6．(2022·南京市高三学情调研)下列有关SO2、SO3、SO、H2SO4说法正确的是(　　)
A．SO2转化为SO3时没有破坏共价键
B．SO3的空间结构为三角锥形
C．SO与SO3中的键角相等
D．浓H2SO4中H2SO4分子间能形成氢键
答案　D
解析　A项，SO2与O2反应生成SO3，O2中的共价键被破坏，错误；B项，SO3中S没有孤电子对，为sp2杂化，SO3的空间结构为平面三角形，错误；C项，SO中S没有孤电子对，为sp3杂化，SO为正四面体形结构，键角为109°28′，SO3的键角为120°，错误；D项，浓H2SO4中H2SO4主要以分子形式存在，H2SO4的结构为，分子中存在O—H键，故H2SO4可以形成分子间氢键，正确。
7．(2021·湖北高考)下列有关N、P及其化合物的说法错误的是(　　)
A．N的电负性比P的大，可推断NCl3分子的极性比PCl3的大
B．N与N的π键比P与P的强，可推断N≡N的稳定性比P≡P的高
C．NH3的成键电子对间排斥力较大，可推断NH3的键角比PH3的大
D．HNO3的分子间作用力较小，可推断HNO3的熔点比H3PO4的低
答案　A
解析　P和Cl的电负性差值比N和Cl的电负性差值大，因此PCl3分子的极性比NCl3分子的极性大，A错误。
8．下列说法正确的是(　　)
A．碘晶体受热转变为碘蒸气，吸收的热量用于克服碘原子间的作用力
B．硫酸钾和硫酸溶于水都电离出硫酸根离子，所以它们在熔融状态下都能导电
C．N2、CO2和SiO2中都存在共价键，它们都是由分子构成
D．H2和Cl2在光照条件下反应生成HCl，反应中一定有共价键的断裂和形成
答案　D
解析　A项，碘晶体受热转变为碘蒸气，吸收的热量用于克服分子间作用力，碘原子间是共价键，错误；B项，硫酸是共价化合物，在熔融状态下不能导电，错误；C项，N2、CO2都是由分子构成，SiO2是由原子构成，错误。
9．尿的主要成分是尿素，化学式为CO(NH2)2，结构简式可表示为。下列有关说法正确的是(　　)
A．1 mol CO(NH2)2分子中含有3 mol σ键
B．CO(NH2)2分子中C原子、N原子的轨道杂化类型均为sp3
C．组成尿素的四种元素第一电离能由大到小的顺序是N、O、H、C
D．根据结构推测，尿素可能易溶于水，熔、沸点高于丙酮()
答案　D
二、非选择题
10．我国科学家借助自主研制的新型钨钴铁合金催化剂攻克了单壁碳纳米管结构的可控制备难题。海底金属软泥是在海底覆盖着的一层红棕色沉积物，蕴藏着大量的金属资源，含有钨、铁、锰、锌、钴等金属元素。
(1)基态钴原子的价层电子排布图为________________________________。单壁碳纳米管可看作石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体，其碳原子的杂化方式为________。
(2)纳米结构氧化钴可在室温下将甲硫醛(CH2S)完全催化氧化，甲硫醛分子属________(填“极性”或“非极性”)分子，其中心原子的VSEPR模型名称为________。
(3)多原子分子中各原子若在同一平面内，且有相互平行的p轨道，则p电子可在多个原子间运动，形成“离域π键”。下列物质中存在“离域π键”的是____________(填字母)。
A．苯 B．二氧化硫
C．四氯化碳 D．环己烷
答案　(1)　sp2
(2)极性　平面三角形　(3)AB
解析　(1)石墨是平面层状结构，石墨烯可看作单层石墨，单壁碳纳米管可看作石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体，则碳原子均形成3个C—C键，杂化轨道数目为3，碳原子杂化方式为sp2。
(3)苯分子中每个碳原子都采用sp2杂化，则6个碳原子均有未参与杂化的相互平行的p轨道，故苯环上的C原子可以形成“离域π键”，其“离域π键”为Π，故选A；二氧化硫分子中S上的孤电子对数为＝1，价层电子对数为2＋1＝3，故中心原子为sp2杂化，空间结构为V形，中心原子S与两个O原子中有相互平行的p轨道，可以形成“离域π键”，其“离域π键”为Π，故选B；四氯化碳分子中只存在σ键，不存在π键，故不选C；环己烷分子中只存在σ键，不存在π键，故不选D。
11．(2022·江西省重点中学高三第一次联考)(1)钒(V)固氮酶种类众多，其中一种结构如图所示：

①配体CH3CN中碳的杂化类型为________，所含σ键与π键数目之比为________。
②V位于周围六个原子构成的六面体中心，则该物质中V的杂化方式最可能为________。
A．sp2杂化 B．sp3杂化
C．dsp3杂化 D．d2sp3杂化
③该物质中几种非金属简单氢化物中NH3沸点最高，原因为_______________。键角：CH4>NH3>H2S，原因为_________________________。
(2)二氧化硒主要用于电解锰行业，其中一种制备方法为2NiSeO42NiSeO3＋O2↑、NiSeO3NiO＋SeO2。下列分子或离子的VSEPR模型为平面三角形的是________(填字母)。
A．SeO　　　B．SeO　　　C．SeO2
(3)草酸镍可用于制镍粉和镍的催化剂等，加热分解的化学方程式为NiC2O4NiO＋CO↑＋CO2↑，属于非极性分子的产物是________，等物质的量的CO(C≡O)与CO2分子中的π键比为________。
答案　(1)①sp3、sp　5∶2　②D　③氨气分子间能形成氢键　三种分子的中心原子均为sp3杂化，但中心原子上的孤电子对数分别为0、1、2，所以键角：CH4>NH3>H2S
(2)C
(3)CO2　1∶1

氯吡苯脲是一种常用的膨大剂，其结构简式为
，它是经国家批准使用的植物生长调节剂。请回答下列问题：
(1)基态氯原子核外未成对电子数为________。
(2)氯吡苯脲分子中，氮原子的杂化类型为________，碳原子的杂化类型为________，该分子________(填“是”或“不是”)手性分子。
(3)查阅文献知，可用2­氯­4­氨基吡啶与异氰酸苯酯反应生成氯吡苯脲。反应方程式如下：

反应过程中，每生成1 mol氯吡苯脲，断裂______个σ键、______个π键。
(4)膨大剂能在动物体内代谢，其产物较为复杂，其中有H2O、NH3、CO2等。
①请用共价键知识解释H2O比NH3稳定的原因：______________________。
②CO2的水溶液中含有CO，则该阴离子的VSEPR模型名称为________，中心原子的杂化类型为________。
答案　(1)1　(2)sp2、sp3　sp2　不是
(3)6.02×1023　6.02×1023
(4)①H—O键的键能大于H—N键的键能　②平面三角形　sp2
解析　(3)反应过程中，每生成1分子氯吡苯脲，异氰酸苯酯分子断裂N===C中的1个π键，2­氯­4­氨基吡啶分子断裂1个σ键(N—H键)。