专题04 分子结构与性质（一）-高二化学选择性必修2疑难剖析、突破与练习

这是一份专题04 分子结构与性质（一）-高二化学选择性必修2疑难剖析、突破与练习，共16页。

1.共价键是如何形成的？
自旋相反的未成对电子可配对形成共价键，共价键的本质是在原子之间形成共用电子对(电子云的重叠)，成键原子间原子轨道尽可能达到最大程度的重叠，重叠程度越大,体系能量降低越多,所形成的共价键越稳定。形成共价键的原子可以是非金属与非金属元素原子,也可以是金属与非金属元素原子。只有两原子的电负性相差不大时，才能通过共用电子对形成共价键，当两原子的电负性相差很大(大于1.7)时，不会形成共用电子对，这时形成离子键。
2.如何理解共价键的特征？
共价键具有饱和性和方向性。为满足最大重叠原理,两原子间形成共价键时,两原子轨道要沿着一定方向重叠,因此形成的共价键有一定方向性；两原子间形成共价键的数目是一定的，两原子各有1个未成对电子,可形成共价单键，若各有2个或3个未成对电子,则可形成双键或三键，这就是共价键的“饱和性”。注意所有的共价键都有饱和性，但不是所有的共价键都有方向性，如两个1s轨道H原子与H原子重叠形成的s­sσ键没有方向性。
3.σ键与π键有什么不同？
两原子轨道沿键轴方向进行重叠,所形成的键称为σ键，重叠部位在两原子核间、键轴处,重叠程度较大，成键电子有s-s、s-p、p-p等,存在于单键、双键、三键中。两原子轨道沿键轴方向在键轴两侧平行重叠所形成的键称为π键，重叠部位在键轴上、下方,键轴处为零,重叠程度较小，成键电子有p-p等,存在于双键、三键中。共价分子中可以只存在σ键但不能只存在π键，因为两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键，也就是说π键必须与σ键共存。
4.乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成？乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼呢？
（1）乙烷分子由7个σ键组成，乙烯分子由5个σ键和1个π键组成，乙炔分子由3个σ键和2个π键组成。
（2）乙烯的碳碳双键和乙炔的碳碳三键中分别含有1个和2个π键，π键原子轨道重叠程度小，不稳定，容易断裂。而乙烷中没有π键，σ键稳定，不易断裂。
5.基态C原子有两个未成对电子，所以只能形成两个共价键吗？
碳原子2s轨道中的1个电子被激发到2p轨道中，此时碳原子有4个未成对电子，形成4个共价键。
6.如何判断分子中的σ键与π键？
根据成键原子的价电子数来判断能形成几个共用电子对。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。
7.共价键参数有哪些应用？
键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键长和键角是描述分子立体构型的参数。键能可以表示共价键的强弱（键能越大，断开化学键时需要的能量越多，化学键越稳定）、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）、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）；一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子越稳定；键长和键角决定分子的空间构型。用键角可直接判断分子的立体构型，如三原子分子键角为180°时为直线形，小于180°时为V形，五原子分子键角约109.5°时，立体构型为正四面体形。
8.如何判断共价键的强弱？
由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的原子半径越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定；由键能判断：共价键的键能越大，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多；由键长判断：共价键的键长越短，共价键越牢固，破坏共价键消耗的能量越多；由电负性判断：元素的电负性越大，该元素的原子对共用电子对的吸引力越大，形成的共价键越稳定。
9.电子数相同的微粒与等电子体是否相同？
电子数相同的微粒是指微粒中所有的电子数之和相同，但微粒中原子的数目不一定相同，如18电子的微粒有S2－、HS－、Cl－、Ar、K＋、Ca2＋、H2S、H2O2、N2H4、C2H6、CH3OH等。等电子体是指原子总数相等、价电子总数相同的微粒，其电子总数不一定相同。如N2O与CO2，其原子数、价电子数、电子总数相等；SO2和O3其原子数相同、价电子数相同，但SO2电子总数为32，O3电子总数为24，显然电子总数不同。
10.如何确定等电子体？
将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n＝1,2等)个原子，如N2与CO、Neq \\al(－,3)和CNO－互为等电子体；将粒子中的一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N2O和Neq \\al(－,3)互为等电子体；同主族元素最外层电子数相同，故可将粒子中一个或几个原子换成同主族元素原子，如O3与SO2、CO2与CS2互为等电子体；互为等电子体的微粒分别再增加一个相同的原子或同主族元素的原子，如N2O与CO2互为等电子体。等电子原理可以判断某些分子或离子的立体构型,如NH3和H3O+,SiCl4、SiO44-和SO42-的空间构型相似,分别是三角锥形和正四面体形，等电子原理对制造新材料也是有启发的,例如晶体硅、锗是良好的半导体材料,它们的等电子体:磷化铝(AlP)、砷化镓(GaAs)也都是良好的半导体材料。
11.如何应用价层电子对互斥（VSEPR）理论确定分子的空间构型？
（1）中心原子上的价电子都用于形成共价键。如CO2、CH2O、CH4等分子，它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测,对ABn型分子:n=2时是直线形分子(如CO2),n=3 时是平面三角形分子(如CH2O),n=4时是正四面体形分子(如CH4)。
（2）中心原子上存在孤对电子，先依据价层电子对互斥理论判断VSEPR模型(与上述构型类似),只考虑成键原子的形状可得出分子空间构型。
12.如何计算 ABm型分子中的价层电子对数和孤电子对数？
（1）ABm型分子的价层电子对数n＝，利用上式计算A原子价层电子对数时，需注意：氧族元素的原子作为中心原子A时提供6个价电子，作为配位原子B时不提供价电子；卤素原子作为中心原子A时提供7个价电子，作为配位原子B时提供1个价电子；若为分子，电荷数为0，若为阳离子，则减去电荷数，如NHeq \\al(＋,4)，n＝eq \f(5＋1×4－1,2)＝4；若为阴离子，则加上电荷数，如SOeq \\al(2－,4)，n＝eq \f(6＋2,2)＝4。
（2）ABm型分子的孤电子对数m=，如NHeq \\al(＋,4)，m＝＝0；若为阴离子，则加上电荷数，如SOeq \\al(2－,4)，m＝＝0。
13.价层电子对的立体构型与分子的立体构型一定相同吗？二者之间有何规律存在？
价层电子对的立体构型与分子的立体构型不一定一致，分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。
14.如何理解杂化轨道理论？
在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的杂化，双原子分子中，不存在杂化过程。杂化轨道理论要点是：只有能量相近的原子轨道才能杂化，如2s与3p不在同一能级，能量相差较大，不能形成杂化轨道；杂化轨道数目和参与杂化的原子轨道数目相等，杂化轨道能量相同；杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固，如NH3分子中N原子的价电子排布式为2s22p3，1个2s轨道和3个2p经杂化后形成4个sp3杂化轨道，其中3个杂化轨道中各有1个未成对电子，分别与H原子的1s轨道形成共价键，另1个杂化轨道中是成对电子，不与H原子形成共价键，sp3杂化轨道为正四面体形，但由于孤电子对的排斥作用，使3个N—H键的键角变小，成为三角锥形的立体构型；杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同，如CH4、NH3、H2O中心原子都采取sp3杂化，中心原子的孤电子对数依次为0个、1个、2个，由于孤电子对对共用电子对的排斥作用使键角变小，孤电子对数越多排斥作用越大，键角越小；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；未参与杂化的p轨道可用于形成π键。注意轨道杂化的目的是降低分子的能量,理论强调的是“轨道杂化”,而非电子杂化,一个轨道不管有没有电子,只要符合杂化的条件就可以参与杂化。
15.如何判断成键原子的杂化方式？
（1）依据VSEPR理论判断成键原子的杂化方式。对ABn型分子,且中心原子A无孤对电子:n=2时是直线形分子(如CO2),中心原子采取sp杂化;n=3时是平面三角形分子(如CH2O),中心原子采取sp2杂化;n=4时是正四面体形分子(如CH4),中心原子采取sp3杂化。
（2）依据碳原子的成键情况判断成键原子的杂化方式。只含键的碳原子采取sp3杂化;含键的碳原子采取sp2杂化;含键的碳原子采取sp杂化。对于含氮化合物等也可采取类似的方法。
（3）依据分子构型、键角判断成键原子的杂化方式。sp3杂化的键角接近或等于109°28';sp2杂化的键角接近或等于120°;sp杂化的键角等于180°，对于杂化轨道,由于成键原子的不同或由于孤对电子的影响,使键角与理论值有一定差距。
16.配位键与一般共价键有什么区别? 形成配位键的条件有哪些?
（1）形成一般共价键的电子对分别由成键两原子各提供一个电子,形成配位键的电子对是完全由配体提供，配位键是特殊的共价键。
（2）形成的条件是一方有空轨道,另一方有孤对电子。过渡金属的原子或离子提供空轨道能接受孤电子对做中心原子，含有孤对电子的分子(如CO、NH3、H2O等)或离子(如Cl-、CN-、NO2-等)做配体，直接同中心原子配位的原子或离子的数目叫中心原子的配位数，如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数为6，[Cu(NH3)4]Cl2中Cu2＋的配位数为4。配合物具有一定的稳定性。配合物中的配位键越强，配合物越稳定。 当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。
17.如何比较极性键的极性强弱?
一般情况下,成键原子的电负性相差越大,电子对偏移程度越大,键的极性越强,在化学反应中越易断裂。如卤族元素形成的氢化物中键的极性强弱关系为H—F键>H—Cl键>H—Br键>H—I键。
18.如何判断共价键是极性键还是非极性键？
A—A(或、)型即为非极性键,(、)型即为极性键;离子键可认为是比极性键极性更强的化学键。
19.如何判断分子是极性分子还是非极性分子？
只含有非极性键的双原子分子或多原子分子大多是非极性分子，如O2、H2、P4、C60；含有极性键的双原子分子都是极性分子，如HCl、HF、HBr；含有极性键的多原子分子，空间结构对称的是非极性分子；立体结构不对称的是极性分子；判断ABn型分子若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则中心原子无孤电子对为非极性分子，若不等，则中心原子有孤电子对为极性分子，如CS2、BF3、SO3、CH4、PCl5为非极性分子，H2S、SO2、NH3、PCl3为极性分子。
20.范德华力对物质性质有什么影响？
范德华力是物质分子之间普遍存在的一种相互作用力,又称分子间作用力,它无方向性、无饱和性。物质在发生物理变化时，分子内部结构不被破坏，范德华力（分子间作用力）主要影响由分子构成的物质的物理性质，如熔、沸点、溶解性等。物质在发生化学变化时，分子被破坏，因此化学性质主要受化学键的影响。范德华力随着分子极性和相对分子质量的增大而增大，组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大。组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,物质的熔、沸点就越高，如Cl2、Br2、I2的组成和结构相似,但由于相对分子质量逐渐增大,所以范德华力逐渐增大,故熔、沸点逐渐升高,状态由气态→液态→固态；物质的极性越大,范德华力就越大,物质的熔、沸点就越高，如CO的沸点高于N2。极性分子易溶于极性溶剂中，非极性分子易溶于非极性溶剂中。
21.范德华力、氢键及共价键有什么不同？
22.水结成冰时,为什么冰浮在水面上? 为什么NH3极易溶于水?
（1）在水蒸气中水以单个的水分子形式存在;在液态水中,经常是几个水分子通过氢键结合起来,形成(H2O)n;在固态水(冰)中,水分子大范围地存在氢键,形成相当疏松的晶体,从而在结构中有许多空隙,造成体积膨胀,密度减小,因此冰能浮在水面上。
（2）由于氨分子与水分子间能形成氢键,且都是极性分子,所以NH3极易溶于水。
23.为什么HCl极易溶于水,而CCl4难溶于水?
一般情况下,极性溶质易溶于极性溶剂,非极性溶质易溶于非极性溶剂。有机溶剂一般是非极性或弱极性物质,多数无机物的极性较强,所以多数无机物在有机溶剂中的溶解度较小。因为HCl和H2O都为极性分子,而CCl4为非极性分子，HCl极易溶于水,而CCl4难溶于水。
24. 氢键对物质性质有什么影响？
（1）对物质熔、沸点的影响：分子间存在氢键的物质，物质的熔、沸点明显高，如NH3>PH3；同分异构体分子间形成氢键的物质比分子内形成氢键的物质熔、沸点高，如邻羟基苯甲酸<对羟基苯甲酸；
（2）对物质溶解度的影响：溶剂和溶质之间形成氢键使溶质的溶解度增大，如NH3、甲醇、甲酸等易溶于水；
（3）对物质密度的影响：氢键的存在会使某些物质的密度反常，如水的密度比冰的密度大；（4）氢键对物质电离性质的影响：如邻苯二甲酸的电离平衡常数Ka1与对苯二甲酸的电离平衡常数Ka1相差较大。
25.如何比较物质的溶解性？
（1）依据“相似相溶”规律：非极性溶质一般易溶于非极性溶剂，难溶于极性溶剂；极性溶质一般易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂。（2）依据溶质与溶剂之间是否存在氢键：如果溶质与溶剂之间能形成氢键，则溶质溶解度增大且氢键作用力越大，溶解性越好。如：NH3、HF极易溶于水；甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、甲酸、乙酸、甲醛、乙醛、氨基乙酸、乙胺等易溶于水，就是因为它们与水形成分子间氢键。（3）依据分子结构的相似性：溶质与溶剂分子结构的相似程度越大，其溶解度越大。如烃基越大的醇(羧酸、醛)在水中的溶解度越小。
26.如何比较无机含氧酸的酸性强弱？
无机含氧酸分子之所以显酸性,是因为其分子中含有—OH,而—OH上的H在水分子的作用下能够电离出H+,从而显一定的酸性。（1）对同一种元素的含氧酸,该元素的化合价越高,其含氧酸的酸性越强，如酸性：HClO4＞HClO3＞HClO2＞HClO。（2）含氧酸可表示为(HO)mROn,若R相同,n值越大,酸性越强；同主族元素或同周期元素最高价含氧酸的酸性强弱,根据非金属性强弱来比较,如HClO4>H2SO4, H2SO4>H2SeO4。（3）根据羟基氧原子数判断：酸分子中不与氢原子相连的氧原子的数目越多，酸性越强，含氧酸通式[(HO)mROn]中，n＝0，极弱酸，如硼酸(H3BO3)；n＝1，中强酸，如亚硫酸(H2SO3)；n＝2，强酸，如硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)；n＝3，极强酸，如高氯酸(HClO4)。（4）根据电离度判断，如α(H3PO4)>α(HClO),酸性:H3PO4>HClO；（5）根据化学反应判断如H2SO4+Na2SO3=Na2SO4+H2O+SO2↑,酸性:H2SO4>H2SO3，H2O+CO2+Ca(ClO)2=CaCO3↓+2HClO,酸性:H2CO3>HClO。
27.如何判断手性分子？
连接四个不同原子或原子团的碳原子，称为手性碳原子，常用*C表示：如
，R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或原子团。（1）观察实物与其镜像能否重合，如果不能重合，说明是手性分子。如图：
（2）观察有机物分子中是否有手性碳原子，如果有一个手性碳原子，则该有机物分子就是手性分子，具有手性异构体。含有两个手性碳原子的有机物分子不一定是手性分子。
【难点训练】
1．对σ键的认识不正确的是( )
A．s­s σ键与s­p σ键的对称性相同
B．σ键不属于共价键，是另一种化学键
C．分子中含有共价键，则至少含有一个σ键
D．含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同
2．下列说法中能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面的是( )
A．任意两个B—F键间的夹角相等 B．3个B—F键键能相等
C．3个B—F键键长相等 D．任意两个B—F键间的夹角为120°
3．氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，性质与卤素的性质相似，下列叙述正确的是( )
A．分子中既有极性键，又有非极性键 B．分子中N≡C键的键长大于C—C键的键长
C．分子中含有2个σ键和4个π键 D．不和氢氧化钠溶液发生反应
4．用价层电子对互斥理论预测H2O和NOeq \\al(－,3)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
5．下列说法中正确的是( )
A．NO2、SO2、BF3、NCl3分子中没有一个分子中原子的最外层电子都满足了8电子稳定结构
B．P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28′
C．NHeq \\al(＋,4)的电子式为，离子呈平面正方形结构
D．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强
6．了解有机物分子中化学键特征以及成键方式是研究有机物性质的基础。下列关于有机物分子成键方式的描述不正确的是( )
A．烷烃分子中碳原子均采取sp3杂化成键
B．炔烃分子中的碳碳三键由1个σ键、2个π键组成
C．苯分子中所有碳原子均采取sp2杂化成键，苯环中存在6个碳原子共有的大π键
D．甲苯分子中所有碳原子均采取sp2杂化成键
7．下列关于[Cu(NH3)4]SO4的说法中，正确的有( )
A．[Cu(NH3)4]SO4中所含的化学键有离子键、极性共价键和配位键
B．[Cu(NH3)4]SO4含有NH3分子，其水溶液中也含有NH3分子
C．[Cu(NH3)4]SO4的组成元素中第一电离能最大的是氧元素
D．[Cu(NH3)4]SO4中SOeq \\al(2－,4)的空间构型为平面三角形
8．下列关于粒子结构的描述错误的是( )
A．CS2、C2H2、BeCl2都是直线形分子
B．CCl4和CH2Cl2均是四面体构型的非极性分子
C．H2S和NH3均是由极性键构成的极性分子
D．HCl和HS－均是含有一个极性键的18电子粒子
9．下列物质的性质可用范德华力的大小来解释的是( )
A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
B．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次升高
C．、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱
D．CH3—O—CH3、C2H5OH的沸点依次升高
10. 通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同,则下列有关说法中正确的是( )
A.CH4和NH4+是等电子体,键角均为60°
B.NO3-和CO32-是等电子体,均为平面正三角形结构
C.H3O+和PCl3是等电子体,均为三角锥形结构
D.B3N3H6和苯是等电子体,B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道
11．第ⅤA族元素的原子R与A原子结合形成RA3气态分子,其立体结构呈三角锥形。RCl5在气态和液态时,分子结构如图所示,下列关于RCl5分子的说法中不正确的是( )
A.分子中5个R—Cl键的键能不都相同 B.键角(Cl—R—Cl)有90°、120°、180°几种
C.RCl5受热后会分解生成分子立体结构呈三角锥形的RCl3D.每个原子都达到8电子稳定结构
12．下列现象与氢键有关的是( )
①NH3的熔、沸点比第ⅤA族相邻元素的氢化物的高
②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶
③冰的密度比液态水的密度小
④尿素的熔、沸点比醋酸的高
⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低
⑥NH3分子加热难分解
A.①②③④⑤⑥B.①②③④⑤ C.①②③④D.①②③
13．原子序数依次增大的短周期主族元素W、X、Y、Z和M中,W的最外层电子数为其周期数的两倍;X和Z的A2B型氢化物均为V形分子,Y的+1价离子比M的-1价离子少8个电子。根据以上叙述,下列说法中正确的是( )。
A.上述四种元素的原子半径大小为WB.由这些元素形成的三原子分子中,空间结构为直线形的有WX2、WZ2、ZX2
C.元素W与氢形成的原子个数之比1∶1的化合物有很多种
D.X与Y可形成含有非极性共价键的共价化合物
14．近年来,科学家合成了一系列具有独特化学特性的氢铝化合物(AlH3)n。已知,最简单的氢铝化合物的分子式为Al2H6,它的熔点为150 ℃,燃烧热极高。Al2H6的球棍模型如图所示。下列有关说法错误的是( )。
A.化合物Al2H6中存在分子间作用力
B.氢铝化合物可能成为未来的储氢材料和火箭燃料
C.Al2H6在空气中完全燃烧,产物为氧化铝和水
D.Al2H6中含有离子键和极性共价键
15．有关甲醛()、苯、二氧化碳及水的说法中不正确的是( )。
A.苯与B3N3H6互为等电子体,且分子中原子共平面
B.甲醛、苯和二氧化碳中碳原子均采用sp2杂化
C.苯、二氧化碳是非极性分子,水和甲醛是极性分子
D.水的沸点比甲醛高得多,是因为水分子间能形成氢键,而甲醛分子间不能形成氢键
16．等电子体的结构相似、物理性质相近，称为等电子原理。如N2和CO为等电子体。下表为部分元素等电子体分类、空间构型表。
试回答下列问题：
(1)下面物质分子或离子的空间构型：BrOeq \\al(－,3)________，COeq \\al(2－,3)________，POeq \\al(3－,4)________。
(2)由第二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有________。
(3)C2Oeq \\al(2－,4)和________是等电子体，C2Oeq \\al(2－,4)离子具有较强的还原性，它能使酸性KMnO4溶液褪色，Mn原子在元素周期表中的位置是__________，价电子构型为________________。
(4)HN3称为叠氮酸，常温下为无色有刺激性气味的液体。Neq \\al(－,3)的空间构型是________，与Neq \\al(－,3)互为等电子体的分子的化学式为________(写一种)。NHeq \\al(－,2)的电子式为________。
(5)已知H3B·NH3在一定条件下可逐步释放出氢气最终转化为氮化硼，因此可作为储氢材料。H3B·NH3的等电子体的化学式为________。
17.有X、Y、Z三种元素,其中X原子的价电子构型为2s22p2,Y原子的L电子层中有三个未成对电子,且无空轨道,Z的+1价离子是一个质子。试回答下列问题:
(1)ZXY分子中的三个原子除Z原子外均为8电子构型,写出该分子的结构式: ,根据电子云重叠方式的不同,分子里共价键的类型有 。
(2)常温下,YZ3呈气态,但易被液化,且极易溶于水,其原因是 。
(3)液态的YZ3是一种重要的溶剂,其性质与H2O相似,可以与活泼金属反应,写出Na与液态YZ3反应的化学方程式: 。
18.价层电子对互斥理论(简称VSEPR理论)可用于预测简单分子的立体构型。其要点可以概括为： Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成，A为中心原子，X为与中心原子相结合的原子，E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，(n＋m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥，均匀地分布在中心原子周围的空间；Ⅱ.分子的立体构型是指分子中的原子在空间的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对；Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力主要顺序为：ⅰ.孤电子对之间的斥力>孤电子对与共用电子对之间的斥力>共用电子对之间的斥力；ⅱ.双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力；ⅲ.X原子得电子能力越弱，A—X形成的共用电子对之间的斥力越强；ⅳ.其他。请仔细阅读上述材料，回答下列问题：
(1)根据要点Ⅰ可以画出AXnEm的VSEPR理想模型，请填写下表：
(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因： _________________________；
(3)H2O分子的立体构型为 ____，请你预测水分子中∠H—O—H的大小范围并解释原因：____；
(4)用价层电子对互斥理论(VSEPR)判断下列分子或离子的立体构型：
19．完成下列各题：
(1)下列一组微粒中键角按由大到小的顺序排列为________(用编号填写)。
①HCN ②SiF4 ③SCl2 ④COeq \\al(2－,3) ⑤H3O＋
(2)ClO－、ClOeq \\al(－,2)、ClOeq \\al(－,3)、ClOeq \\al(－,4)中，Cl都是以sp3杂化轨道方式与O原子成键，将它们的立体构型填入表格中：
(3)已知等电子体具有相似的结构，请回答以下问题：
①SCN－、NOeq \\al(＋,2)具有相同的原子个数，它们的价电子总数都是16，因此它们的结构与由第二周期两元素组成的________分子的结构相同，微粒呈________形，中心原子都采取________杂化。
②COeq \\al(2－,3)、NOeq \\al(－,3)等微粒具有相同的原子个数，它们的价电子总数都是______，因此它们与由第ⅥA族两元素组成的______分子的结构相同，呈______形，中心原子都采取_______杂化。
(4)S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是________杂化。
(5)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。N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是________杂化，N2H4中的六个原子________(填“在”或“不在”)同一个平面上。
(6)硼酸(H3BO3)溶液呈酸性，是由于H3BO3溶于水，B原子与________形成配位键，形成的配离子是________，使水电离出H＋表现出酸性。
20.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大。其中A与B、A与D在周期表中位置相邻,A原子核外有两个未成对电子,B元素的第一电离能比同周期相邻两种元素都大,C原子在同周期原子中半径最大(稀有气体除外);E与C位于不同周期,E原子核外最外层电子数与C相同,其余各层电子均充满。请根据以上信息,回答下列问题:(填相应的元素符号)
(1)A、B、C、D四种元素电负性由大到小的排列顺序为 。
(2)B的氢化物的结构是 ,其空间构型为 。
(3)E核外电子排布式是 ,E的某种化合物的结构如图所示。
微粒间的相互作用包括化学键和分子间作用力,此化合物中各种粒子间的相互作用力有 。
(4)A与B的气态氢化物的沸点 (填化学式,下同)更高,A与D的气态氢化物的沸点 更高。
(5)A的稳定氧化物中,中心原子的杂化类型为 ,空间构型为 。
参考答案
1.B【解析】化学中σ键是共价键的一种，其特征是：以形成化学键的两个原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，故B项错误。
2.D【解析】键参数中，键能和键长是用于判断共价键稳定性的依据，而键角是判断分子立体构型的依据。3个B—F键间的夹角均为120°时，正好构成一个以B原子为中心的平面结构，因此4个原子共平面。
3.A【解析】分子中N≡C键是极性键；C—C键是非极性键；成键原子半径越小，键长越短，N原子半径小于C原子半径，故N≡C键比C—C键的键长短；(CN)2分子中含有3个σ键和4个π键；由于与卤素性质相似，故可以和氢氧化钠溶液反应。
4.D【解析】H2O分子的中心原子上的孤电子对数＝eq \f(1,2)(6－2×1)＝2，因其σ键电子对数为2，故分子为V形结构；NOeq \\al(－,3)的中心原子上的孤电子对数＝eq \f(1,2)(5＋1－3×2)＝0，因其σ键电子对数为3，则分子为平面三角形。
5.D【解析】NCl3分子的电子式为 , ，分子中各原子都满足8电子稳定结构，A错误；P4为正四面体分子，但其键角为60°，B错误；NHeq \\al(＋,4)为正四面体结构而非平面正方形结构，C错误；NH3分子电子式为，有一对未成键电子，由于未成键电子对成键电子的排斥作用，使其键角为107°，呈三角锥形，D正确。
6.D【解析】烷烃分子中碳原子均采取sp3杂化成键，由甲烷得到的甲基上的碳原子也采取sp3杂化，A正确、D错误；三键一定是由1个σ键、2个π键组成的，B正确；苯环上的碳原子都采取sp2杂化，C正确。
7. A【解析】在[Cu(NH3)4]SO4中含有NH3，但其水溶液中不含有NH3，因为配离子很难再电离；在组成配合物的元素中，N的第一电离能最大，SOeq \\al(2－,4)为正四面体构型。
8. B【解析】由于C—H键的键长小于C—Cl键的键长，故CH2Cl2的空间结构不是对称的正四面体构型，因而属于极性分子，B错误。
9. B【解析】HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于H—X键键能依次减小。F2、Cl2、Br2、I2的相对分子质量依次增大，分子间的范德华力也依次增大，所以其熔、沸点也依次增大。、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱，与O—H键的极性有关。CH3—O—CH3的沸点比C2H5OH的低是由于C2H5OH分子间形成氢键而增大了分子间作用力。
10. B【解析】CH4和NH4+都是正四面体结构,键角均为109°28',A项不正确;NO3-和CO32-是等电子体,均为平面正三角形结构,B项正确;H3O+和PCl3价电子总数不相等,不是等电子体,C项不正确;B3N3H6结构与苯相似,也存在“肩并肩”式重叠的轨道,D项不正确。
11.D【解析】键长越短,键能越大,键长不同,所以键能不同,A项正确;上下两个顶点与中心R原子形成的键角为180°,中间为平面三角形,构成三角形的键角为120°,顶点与平面形成的键角为90°,所以键角(Cl—R—Cl)有90°、120°、180°几种,B项正确;RCl5RCl3+Cl2↑,则RCl5受热后会分解生成分子立体结构呈三角锥形的RCl3,C项正确;R原子最外层有5个电子,形成5个共用电子对,所以RCl5中R的最外层电子数为10,不满足8电子稳定结构,D项错误。
12. B【解析】氢键存在于已经与F、O、N等电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另外分子(或同一分子)中的F、O、N等电负性很大的原子之间,故题中所给物质均能形成氢键,但氢键主要影响物质的物理性质。分子的稳定性由共价键的键能决定,与氢键无关。
13.C【解析】原子序数依次增大的短周期元素W、X、Y、Z和M中,W的最外层电子数为其周期数的2倍,则W只能有2个电子层,最外层电子数为4,故W为碳元素;X和Z的A2B型氢化物均为V形分子,X为氧元素,Z为硫元素;Y的+1价离子比M的-1价离子少8个电子,Y为钠元素,M为氯元素。同周期元素随原子序数逐渐增大,原子半径逐渐减小,同主族元素电子层数越多,原子半径越大,故原子半径:Na>S>Cl>C>O,即X14.D【解析】Al2H6属于分子式,并且Al2H6的熔点为150 ℃,熔点较低,在固态时所形成的晶体存在分子间作用力,A项正确;燃烧时放出大量的热,可能成为未来的储氢材料和火箭燃料,B项正确;根据元素组成可知Al2H6在空气中完全燃烧,产物为氧化铝和水,C项正确;Al2H6为共价化合物,化合物中Al和H之间为共价键,不具有离子化合物的特征,说明不含离子键,D项错误。
15.B【解析】苯与B3N3H6价电子总数相等,原子数也相等,互为等电子体,A项正确;甲醛、苯分子中的碳原子均含有3个σ键,没有孤电子对,采用sp2杂化,二氧化碳中碳原子含有2个σ键,没有孤电子对,采用sp杂化,B项错误;苯、CO2结构对称,正负电荷的中心重合,为非极性分子,水和甲醛的正负电荷中心不重合,为极性分子,C项正确;水的沸点比甲醛高得多,是因为水分子间能形成氢键,D项正确。
16. (1)三角锥形 平面三角形 四面体形(2)Oeq \\al(2－,2)(3)N2O4 第四周期第ⅦB族 3d54s2(4)直线形 CO2(或N2O、CS2，写1个即可) (5)C2H6
【解析】(1)互为等电子体的物质结构相似。BrOeq \\al(－,3)为四原子26电子体，所以其结构与SOeq \\al(2－,3)相似，为三角锥形；COeq \\al(2－,3)为四原子24电子体，与SO3的结构相似，为平面三角形；同理可知POeq \\al(3－,4)为正四面体形。(2)F2为双原子18电子体，所以由第二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有Oeq \\al(2－,2)。(3)用N原子替换C2Oeq \\al(2－,4)中的C的原子可得等电子体N2O4。Mn的原子序数为25，价电子排布式为3d54s2，由周期序数＝电子层数，价电子数＝族序数，Mn位于第四周期第ⅦB族。(4)CO与N2互为等电子体，用CO替换N2，用O替换N－，可知Neq \\al(－,3)与CO2互为等电子体，结构相似，所以是直线形。用S替换CO2中的2个O原子可得等电子体CS2，用N2替换CO2中的CO可得等电子体N2O。用O替换NHeq \\al(－,2)中的N－，可知H2O与NHeq \\al(－,2)互为等电子体。所以NHeq \\al(－,2)为V形空间构型。(5)BN与C2电子数相同，所以用C2替换BN可得H3B·NH3的等电子体C2H6。
17. (1)H—C≡N;σ键、π键(2)NH3和H2O都是极性分子,且二者能形成氢键,NH3又能与H2O发生化学反应,使得NH3极易溶于水(3)2Na+2NH32NaNH2+H2↑
【解析】由“X原子的价电子构型为2s22p2”可推知X是C;“Y原子的L电子层中有三个未成对电子,且无空轨道”可推知Y是N;Z是H。(1)ZXY分子为HCN,其结构式为H—C≡N,分子中含有的共价键为σ键和π键。(2)YZ3分子为NH3,易液化;NH3和H2O都是极性分子,且二者能形成氢键,NH3又能与H2O发生化学反应,使得NH3极易溶于水。(3)由2Na+2H2O 2NaOH+H2↑可类推出:2Na+2NH32NaNH2+H2↑。
18. (1)
(2)CO2属AX2E0，n＋m＝2，故为直线形(3)V形 水分子属AX2E2，n＋m＝4，VSEPR理想模型为正四面体形，价层电子对之间的夹角均为109°28′。根据Ⅲ中的ⅰ，应有∠H—O—H<109°28′(4)
【解析】AXnEm中n＋m＝2时，最理想的模型是直线形，键角是180°；若是正四面体，n＋m＝4；CO2属AX2E0，n＋m＝2，故为直线形。水分子属AX2E2，n＋m＝4，有两对孤电子对，应是V形。又由于孤电子对的作用力强于成键的共用电子对，所以使其角度小于109°28′。
19. (1)①④②⑤③(2)直线形 V形 三角锥形 正四面体形(3)①CO2 直线 sp ②24 SO3 平面三角 sp2(4)sp3 (5)sp3 不在(6)OH－ [B(OH)4]－
【解析】(1)①HCN中的C原子采取sp杂化，键角180°；②SiF4中Si原子杂化轨道数为eq \f(1,2)×(4＋4)＝4，Si原子采取sp3杂化，所以键角为109°28′；③SCl2中S原子杂化轨道数为eq \f(1,2)×(6＋2)＝4，S原子采取sp3杂化，S原子含有2对孤电子对，分子为V形结构，键角接近90°；④COeq \\al(2－,3)中C原子的杂化轨道数eq \f(1,2)×(4＋0＋2)＝3，所以C原子采取sp2杂化，分子为平面三角形结构，键角120°；⑤H3O＋中O原子的杂化轨道数为eq \f(1,2)×(6＋3－1)＝4，所以O原子采取sp3杂化，O原子含有1对孤电子对，分子为三角锥形结构，键角小于109°28′，但大于90°。所以各分子的键角由大到小顺序排列为①④②⑤③。(2)ClO－中双原子构成直线形结构，ClOeq \\al(－,2)、ClOeq \\al(－,3)、ClOeq \\al(－,4)中Cl采取sp3杂化，孤电子对数分别为2个、1个、0个，所以空间构型分别为V形、三角锥形、正四面体形。(3)①中SCN－、NOeq \\al(＋,2)与CO2为等电子体，由于CO2中C原子采用sp杂化，形成直线形分子，所以SCN－、NOeq \\al(＋,2)的中心原子都采取sp杂化。②中COeq \\al(2－,3)、NOeq \\al(－,3)与SO3为等电子体，SO3中S采用sp2杂化形成平面三角形分子。(4)每个硫原子形成2个共价键，且含有2对孤电子对，S原子的杂化轨道数为4，故硫原子采用sp3杂化。(5)NH2—NH2分子中，每个N原子的3个未成对电子与2个H原子和另外1个N原子形成σ键，N原子最外层还有1对孤电子对，故N原子采用sp3杂化，1个N原子和与其相连的2个H原子及另外1个N原子类似于NH3的三角锥形结构，故六个原子不可能共面。(6)硼原子含有空轨道，H3BO3的电离实质是B原子和水中的OH－形成配位键，水产生的H＋表现出酸性。
20. (1)N>C>Si>Na(2);三角锥形(3)1s22s22p63s23p63d104s1{或[Ar]3d104s1};离子键、共价键、配位键、氢键(4)NH3;SiH4(5)sp杂化;直线形
【解析】A、B、D的相对位置为,又因为B的第一电离能比同周期相邻的两种元素大,所以B为半充满结构,B为N,A为C,D为Si,C为Na,E为第四周期的元素,最外层为1个电子,其余各电子层均排满,则E的电子排布式为ls22s22p63s23p63d104s1,为Cu。(1)A、B、C、D分别为C、N、Na、Si,根据电负性的递变规律可知,电负性:N>C>Si>Na。(2)B的气态氢化物为NH3,中心原子N以sp3杂化,空间构型为三角锥形。(3)E为Cu,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。根据图示可判断H2O分子和Cu2+之间存在配位键,同时水分子之间还存在氢键,H2O分子内存在共价键。该化合物还含有阴离子,故有离子键。(4)A与B的气态氢化物分别为CH4和NH3,其沸点高低为NH3>CH4(因NH3分子之间存在氢键),A与D的气态氢化物分别为CH4和SiH4,由于其组成和结构相似,SiH4的相对分子质量大于CH4,故沸点:SiH4>CH4。(5)CO2中C原子的杂化方式为sp杂化,CO2分子呈直线形。范德华力
氢键
共价键
概念
物质分子之间普遍存在的一种相互作用力
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
原子间通过共用电子对所形成的相互作用
分类
分子内氢键、分子间氢键
极性共价键、非极性共价键
特征
无方向性、无饱和性
有方向性、有饱和性
有方向性、有饱和性
强度
比较
共价键>氢键>范德华力
影响因素
随着分子极性和相对分子质量的增大而增大，组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大
对于A—H…B—,A、B的电负性越大,B原子的半径越小,氢键键能越大
成键原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越稳定
分子性质
影响物质的熔、沸点,溶解性等物理性质，组成和结构相似的物质,随相对分子质量的增大,物质的熔、沸点升高。如F2分子间氢键的存在,使物质的熔、沸点升高,在水中的溶解度增大,如熔、沸点:
H2O>H2S,HF>HCl,NH3>PH3
影响分子的稳定性，共价键键能越大,分子稳定性越强
等电子体类型
代表物质
空间构型
四原子24电子等电子体
SO3
平面三角形
四原子26电子等电子体
SOeq \\al(2－,3)
三角锥形
五原子32电子等电子体
CCl4
四面体形
n＋m
2
VSEPR理想模型
正四面体形
价层电子对
之间的理想键角
109°28′
分子或离子
SnCl2
CCl4
ClOeq \\al(－,4)
立体构型
离子
ClO－
ClOeq \\al(－,2)
ClOeq \\al(－,3)
ClOeq \\al(－,4)
立体构型
n＋m
2
4
VSEPR理想模型
直线形
正四面体形
价层电子对之间的理想键角
180°
109°28′
分子或离子
SnCl2
CCl4
ClOeq \\al(－,4)
立体构型
V形
正四面体形
正四面体形