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课件 高考化学一轮复习第六单元 物质结构 元素周期律 第二十四讲 化学键 分子结构与性质
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这是一份课件 高考化学一轮复习第六单元 物质结构 元素周期律 第二十四讲 化学键 分子结构与性质，共60页。PPT课件主要包含了考点一化学键，夯实必备知识，化学键，共价键，极性键，阳离子，非金属，饱和性，方向性，头碰头等内容，欢迎下载使用。
第24讲 化学键 分子结构与性质
考点一 化学键考点二 分子的空间结构考点三 分子间作用力与物质性质经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
(1)化学键的定义及分类
(2)离子键和共价键的比较
(1)特征具有 和 。 (2)分类
(3)键参数①概念②键参数对分子性质的影响a.键能越 ,键长越 ,分子越稳定。 b.
(1)电子式概念在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子(价电子)的式子。(2)电子式的书写
(3)用电子式表示化合物的形成过程①离子化合物:左边是原子的电子式,右边是离子化合物的电子式,中间用“ → ”连接,相同的原子或离子不合并,用弯箭头表示出电子的转移情况。如NaCl: 。②共价化合物:左边是原子的电子式,右边是共价化合物的电子式,中间用“ → ”连接,不必标出电子的转移。如HCl: 。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键,但多个原子间也可能形成离子键( )(2)共价键、离子键都具有方向性和饱和性( )(3)C = C键能等于 C—C 键能的2倍( )(4)键长等于成键两原子的半径之和( )(5)原子最外层只有一个电子的元素原子跟卤素原子结合时,所形成的化学键一定是离子键( )
(6)在CH2 = CHCN中含有6个σ键和3个π键( )(7)所有的物质中均含化学键,因此有化学键断裂的变化一定是化学变化( )(8)AsH3的电子式为 ,HClO的电子式为 ( )
2.[2024·辽宁抚顺六校协作体联考] 下列有关化学键的说法中错误的是( )A.HCl中的σ键为s-p σ键B.非极性键只存在于同种元素原子之间C.金属键、离子键均没有方向性D.气体分子中一定有σ键,不一定有π键
[解析] HCl中H原子1s轨道与Cl原子3p轨道头碰头重叠形成s-p σ键,故A正确;共用电子对不偏移的共价键是非极性键,非极性键只能存在于同种元素原子之间,故B正确;金属键中自由电子在整个晶体中自由移动,离子键只有阴阳离子间的作用力,均没有方向性和饱和性,故C正确;单原子分子如氦中没有化学键,故D错误。
题组一 化学键与物质类别、变化
1.[2024·广东中山七校联考] 一定条件下,氨与氟气发生反应:4NH3+3F2 = NF3+3NH4F,其中NF3的空间结构与NH3相似。下列说法错误的是( )A.除F2外,其他三种物质均为共价化合物B.NF3中各原子均满足最外层8电子稳定结构C.NF3中只含极性共价键D.NH4F中既含有离子键又含有共价键
2.有下列十种物质:①CaF2;②KOH;③Na2O2;④NH4NO3;⑤N2H4;⑥AlCl3;⑦CO2;⑧O2;⑨H2O;⑩Na2CO3。(1)只含离子键的物质有 (填写序号,下同),只含共价键的物质有 。 (2)属于离子化合物的有 ,属于共价化合物的有 。 (3)含极性键的离子化合物有 ,含非极性键的化合物有 。
3.在下列变化中:①I2升华;②烧碱熔化;③NaCl溶于水;④HCl溶于水;⑤O2溶于水;⑥Na2O2溶于水。(填序号)未发生化学键破坏的是 ,仅发生离子键破坏的是 ,仅发生共价键破坏的是 ,既发生离子键破坏,又发生共价键破坏的是 。
[解析] ①I2升华属于物理变化,化学键未被破坏;②烧碱熔化电离出阴、阳离子,离子键被破坏;③NaCl溶于水电离出阴、阳离子,离子键被破坏;④HCl溶于水电离出阴、阳离子,共价键被破坏;⑤O2溶于水属于物理变化,化学键未被破坏;
⑥Na2O2溶于水生成氢氧化钠和氧气,离子键和共价键均被破坏;据此分析作答。根据以上分析可知,未发生化学键破坏的是①⑤;仅发生离子键破坏的是②③;仅发生共价键破坏的是④;既发生离子键破坏,又发生共价键破坏的是⑥。
【归纳总结】 物质变化中化学键的变化关系
题组二 共价键类型及键参数
4.下列有关共价键的键参数的说法不正确的是( )A.CH4、C2H4、CO2分子中的键角依次增大B.HF、HCl、HBr分子中的键长依次增长C.H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小D.分子中共价键的键能越大,分子的熔、沸点越高
[解析] CH4、C2H4、CO2三者的键角分别为109°28'、120°、180°,依次增大,A项正确;F、Cl、Br的原子半径依次增大,故三者与H形成共价键的键长依次增长,B项正确;
O、S、Se的原子半径依次增大,故三者与H形成共价键的键长依次增长,键能依次减小,C项正确;分子的熔沸点与分子间作用力有关,与共价键的键能无关,D项错误。
5.(1)CH4中的化学键从形成过程来看,属于 (填“σ”或“π”)键,从其极性来看属于 键。 (2)已知CO和CN-与N2结构相似,CO分子内σ键与π键个数之比为 。HCN分子中σ键与π键数目之比为 。
[解析] (2)N2的结构式为N≡N,则CO的结构式为C≡O,含有1个σ键、2个π键,即CO分子内σ键与π键个数之比为1∶2;CN-的结构式为[C≡N]-,HCN分子的结构式为H—C≡N,HCN分子中σ键与π键均为2个,即HCN分子内σ键与π键个数之比为1∶1。
(3)C、H元素形成的某化合物分子中共有16个电子,该分子中σ键与π键的个数之比为 。 (4)1 ml乙醛分子中含σ键的个数为 ,1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为 。
[解析] (3)设分子式为CmHn,则6m+n=16,合理的是m=2,n=4,即分子式为C2H4,结构式为 ,所以一个C2H4分子中共含有5个σ键和1个π键,即该分子中σ键与π键的个数之比为5∶1。(4)1个乙醛分子中存在1个碳氧双键、5个单键,1个CO(NH2)2分子中存在1个碳氧双键、6个单键,故1 ml乙醛中含有σ键的个数为6NA,1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。
【归纳总结】 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,共价双键中有一个σ键和一个π键,共价三键中有一个σ键和两个π键。
6.[2024·江西九江名校联盟联考] 据报道,我国科学家发明了低压高效电催化还原CO2的新方法,其总反应为NaCl+CO2 CO+NaClO。下列有关化学用语表示错误的是( )
【易错警示】 电子式书写常见的6大误区
考点二 分子的空间结构
(1)红外光谱当一束红外线透过分子时,分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率 的红外线,再记录到图谱上呈现 。通过和已有谱图库比对,或通过 计算,可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。
(2)相对分子质量的测定——质谱法①基本原理在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的离子具有不同的相对质量,它们在高压电场加速后,通过狭缝进入磁场得以分离,在记录仪上呈现一系列峰,对这些峰进行系统分析,便可得知样品分子的相对分子质量。②质荷比(粒子的 与其 的比值) 即为该物质的相对分子质量。
2. 应用价层电子对互斥模型推测分子空间结构
(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)用价层电子对互斥模型推测分子或离子的空间结构的关键是判断分子或离子中的中心原子上的价层电子对数。注:多重键只计其中的σ键电子对,不计π键电子对。其中a是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数),b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(氢为1,其他原子等于“8-该原子的价电子数”),x是与中心原子结合的原子数。
(3)价层电子对数和分子或离子空间结构的关系
[微点拨] 价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间结构,而分子或离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,二者的空间结构一致。(2)当中心原子有孤电子对时,二者的空间结构不一致。
(1)理论要点当原子成键时,其价层原子轨道相互混杂,形成能量相同且与原轨道数相等的杂化轨道。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。
(2)杂化轨道与分子空间结构的关系
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)价层电子对互斥模型中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数( )(2)孤电子对的排斥力较大,孤电子对越多,排斥力越强,键角越大( )(3)原子内部能量相近的原子轨道发生杂化,且杂化前后轨道的数目不变( )(4)分子的中心原子若通过sp3杂化轨道成键,则该分子一定为正四面体结构( )(5)NH3分子为三角锥形,N原子发生sp2杂化( )(6)只要分子的空间结构为平面三角形,中心原子均为sp2杂化( )
2.应用价层电子对互斥模型和杂化轨道理论填写表格中对应内容:
题组一 价层电子对互斥模型及其应用
1.[2023·天津十二校联考] 根据价层电子对互斥模型,判断下列分子或离子的空间结构正确的是( )A.①② B.②③ C.③④ D.①④
【归纳总结】利用价层电子对互斥模型比较键角的大小
题组二 中心原子杂化类型的判断
3.下列分子或离子空间结构和中心原子的杂化方式错误的是( )
4.(1)[2023·全国甲卷节选] 气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在,其空间结构如图所示,二聚体中Al的轨道杂化类型为 。 (2)[2023·全国乙卷节选] SiCl4的空间结构为 。其中Si的轨道杂化形式为 。
【方法技巧】 判断中心原子杂化轨道类型的方法(1)根据中心原子价层电子对数判断
(2)根据杂化轨道之间的夹角判断(3)根据分子或离子的空间结构判断
考点三 分子间作用力与物质性质
1. 范德华力与物质的性质
2. 氢键与物质的性质
(2)强弱及对物质性质的影响
(1)分子的极性①非极性分子、极性分子
②键的极性对化学性质的影响羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量,相同条件下pKa越小,酸性 。羧酸的酸性强弱与其分子的组成和结构有关。 a.三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸,这是因为氟的电负性 氯的电负性,F—C的极性大于Cl—C的极性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基的极性 ,更易电离出氢离子。 b.烃基(符号R—)是推电子基团,烃基越长推电子效应 ,使羧基中的羟基的极性 ,羧酸的酸性 ,则甲酸的酸性大于乙酸的酸性,乙酸的酸性大于丙酸的酸性。
(2)溶解性①“相似相溶”的规律非极性溶质一般能溶于 ,极性溶质一般能溶于 。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键,氢键作用力越大,则溶质的溶解性 。 ②随着溶质分子中憎水基个数的增大,溶质在水中的溶解度减小。如甲醇、乙醇和水以任意比例互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。③如果溶质与水发生反应,将增大物质的溶解度,如SO2等。
原子或基团
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)氢键是氢元素与其他元素形成的化学键( ) (2)乙醇分子和水分子间可以形成氢键( )(3)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( )
[解析] (1)氢键不是化学键。
[解析] (3)HF分子间存在氢键,其沸点高于HCl。
(4)分子内共价键越强,分子越稳定,其熔、沸点也越高 ( )(5)可燃冰(CH4·nH2O,6≤n≤8)中甲烷分子与水分子间形成了氢键( )(6)H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键( )
[解析] (5)可燃冰中水分子间存在氢键,但CH4与H2O之间不存在氢键。
[解析] (6)H2O比H2S稳定是因为O—H键能大于S—H键能,而与氢键无关。
2.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
[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项错误;N与N的π键比P与P的强,故N≡N的稳定性比P≡P的高,B项正确;N的电负性比P大,NH3中成键电子对距离N比PH3中成键电子对距离P近,NH3中成键电子对间的斥力大,因此NH3的键角比PH3的大,C项正确;
HNO3和H3PO4均为分子晶体,相对分子质量:HNO3
1.关于分子结构和性质的说法不正确的是( )A.干冰和AlCl3升华,所克服的作用力相同B.邻羟基苯甲酸的沸点比对羟基苯甲酸的沸点低C.碘易溶于浓碘化钾溶液、甲烷难溶于水,都可用“相似相溶”规律解释D.氟的电负性大于氯,导致三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸
2.在2022年冬奥会上滑冰运动场馆中使用了美丽的透光气囊材料,该材料由乙烯(CH2 CH2)与四氟乙烯(CF2 CF2)的共聚物制成,同时采用了最新的环保技术——“二氧化碳跨临界直冷制冰”。回答下列问题:(1)三氟乙酸(CF3COOH)的酸性 (填“强”或“弱”)于乙酸,原因是 。
[解析] (1)氟元素的电负性强于氢元素,使得三氟乙酸中羧基电离出氢离子易于乙酸,酸性强于乙酸。
—CH3是推电子基团,—CF3是吸电子基团,使得三氟乙酸的羧基中羟基的极性更大,更易电离出氢离子,酸性更强
(2)利用该技术将H2O制成冰的过程中发生改变的是 (填字母)。 A.共价键数目B.范德华力大小C.氢键数目D.分子种类
[解析] (2)水转化为冰的过程为物理变化,转化过程中分子的种类、共价键的数目均没有变化,而氢键的数目增多使得冰中水分子间的空隙增大,水分子间的范德华力减小,故选BC。
(3)适当条件下,CO2可以转化为CH3OH:CO2+3H2 → CH3OH+H2O,CH3OH的相对分子质量比H2O的大,但CH3OH的沸点比水的低,主要原因是
[解析] (3)相同物质的量的水分子中氢键数目多于甲醇,水分子间的作用力强于甲醇,所以水的沸点高于甲醇。
相同物质的量的水分子中氢键数目多于甲醇
【归纳总结】 粒子间作用力对物质性质的影响
题组二 分子极性与共价键极性的关系
3.[2024·湖北武汉部分重点中学联考] 某课题组合成CuO/ZnO纳米材料提高了有机硅单体合成反应的选择性和产率,化学反应如下:下列有关叙述正确的是( )A.甲分子是正四面体形的非极性分子B.丙分子中含有3种极性键C.催化剂中元素的第一电离能:Cu>Zn>OD.物质的沸点:甲>丙
[解析] 甲分子的4个共价键不完全相同,呈四面体形,是极性分子,A错误;丙分子中含有3种极性键,分别为Si—Cl、Si—C、C—H,B正确;三种元素中O的第一电离能最大,铜、锌基态原子价层电子排布分别为3d104s1、3d104s2,Cu易失去一个电子变为3d10的全半充满结构,则锌的第一电离能大于铜,C错误;甲和丙分子之间都存在范德华力,丙的相对分子质量大于甲,则甲分子间的范德华力小于丙,故沸点:甲<丙,D错误。
4.[2024·福建南平质检] 如图所示,六氟化硫分子呈正八面体形。若分子中有—个 —F被 —CF3取代,则会变成温室气体SF5—CF3。下列说法正确的是( )A.SF5—CF3分子中有σ键也有π键B.SF5—CF3分子中存在极性键和非极性键C.SF6分子是非极性分子D.SF6易溶于水,难溶于四氯化碳
[解析] SF6分子中只含S—F,—CF3中只含C—F,—F被—CF3取代变成SF5—CF3,推测SF5—CF3分子中只含σ键,不含π键,A错误;SF5—CF3分子存在S—F、C—F和S—C,只有极性键,不含非极性键,B错误;SF6分子中只含S—F,分子呈正八面体形,正电中心与负电中心重合,故属于非极性分子,C正确;SF6、CCl4是非极性分子,H2O是极性分子,根据“相似相溶”规律推测,SF6难溶于水,易溶于四氯化碳,D错误。
【归纳总结】 共价键的极性与分子极性的关系
5.下列化合物中含3个手性碳原子的是( )
[解析] 手性碳原子是指有机物分子中连有4个不同原子或原子团的碳原子,图中标“*”的碳原子均为手性碳原子: 、 、 , 中不含手性碳原子,故选C。
6.丙氨酸(C3H7NO2)分子为手性分子,它存在手性异构体,如图所示:下列关于丙氨酸的两种手性异构体(Ⅰ和Ⅱ)的说法正确的是( )A.Ⅰ和Ⅱ分子中均存在2个手性碳原子B.Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称,具有相同的分子极性C.Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子,只含有极性键,不含非极性键D.Ⅰ和Ⅱ的化学键相同,其分子的性质也相同
[解析] Ⅰ和Ⅱ分子中都只含有1个手性碳原子,都是极性分子,分子中都含有极性键和非极性键,二者互为手性异构体,具有相同的化学性质、不完全相同的物理性质。
2. [2023·北京卷] 下列事实不能通过比较氟元素和氯元素的电负性进行解释的是( )A.F—F键的键能小于Cl—Cl键的键能B.三氟乙酸的Ka大于三氯乙酸的KaC.氟化氢分子的极性强于氯化氢分子的极性D.气态氟化氢中存在(HF)2,而气态氯化氢中是HCl分子
[解析] F原子半径小,电子云密度大,两个原子间的斥力较强,F—F键不稳定,因此F—F键的键能小于Cl—Cl键的键能,与电负性无关,A符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,F—C键的极性大于Cl—C键的极性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大,更容易电离出氢离子,酸性更强,B不符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,F—H键的极性大于Cl—H键的极性,导致HF分子极性强于HCl,C不符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,与氟原子相连的氢原子可以与另外的氟原子形成分子间氢键,因此气态氟化氢中存在(HF)2,D不符合题意。
3. [2023·湖南卷] 下列有关物质结构和性质的说法错误的是( )A.含有手性碳原子的分子叫作手性分子B.邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛的沸点C.酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可发生水解反应D.冠醚(18-冠-6)的空穴与K+尺寸适配,两者能通过弱相互作用形成超分子
[解析] 有手性异构体的分子叫作手性分子,一般只含有1个手性碳原子的分子是手性分子,若含有多个手性碳原子,可能没有手性异构,A错误;邻羟基苯甲醛形成分子内氢键,对羟基苯甲醛形成分子间氢键,分子间氢键可以使物质的沸点升高,因此邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛的沸点,B正确;酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可发生水解反应,酸性条件下生成羧酸和铵盐,碱性条件下生成羧酸盐和氨,C正确;冠醚(18-冠-6)的空腔直径大小为260~320 pm,可以适配K+(直径为276 pm),冠醚与碱金属离子之间以弱相互作用形成超分子,D正确。
5. (1)[2022·山东卷节选] 在水中的溶解度,吡啶( )远大于苯,主要原因是① , ② 。 (2)[2022·全国甲卷节选] 固态氟化氢中存在(HF)n形式,画出(HF)3的链状结构: 。
吡啶能与H2O分子形成分子间氢键
吡啶和H2O均为极性分子,而苯为非极性分子
(3)[2022·浙江卷节选] 两种有机物的相关数据如下表:HCON(CH3)2的相对分子质量比HCONH2的大,但其沸点反而比HCONH2的低,主要原因是 。
HCON(CH3)2分子间只有一般的分子间作用力,HCONH2分子间存在氢键,破坏一般的分子间作用力更容易,所以沸点低
6. (1)[2022·浙江卷节选] 乙醇的挥发性比水的强,原因是 。 (2)[2022·广东卷节选] H2Se的沸点低于H2O,其原因是 。 (3)[2022·海南卷节选] 邻苯二甲酸酐( )和邻苯二甲酰亚胺( )都是合成酞菁的原料,后者熔点高于前者,主要原因是 。
乙醇分子间形成氢键的数量比水分子间形成氢键的数量少,分子间作用力小
两者都是分子晶体,由于水存在分子间氢键,沸点高
两者均为分子晶体,后者能形成分子间氢键,使分子间作用力增大,熔点更高
1. 下列关于物质的结构或性质的描述及解释都正确的是 ( )A.键角:H3O+>H2O,是由于H3O+中O上孤电子对数比H2O中O上的少B.沸点:对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛,是由于对羟基苯甲醛分子间范德华力更强C.溶解度:O3在水中的溶解度比在CCl4中的溶解度更大,是由于O3是弱极性分子D.酸性:CH2ClCOOH>CH3COOH,是由于CH2ClCOOH的羧基中羟基极性更小
O3是V形结构,属于弱极性分子,根据“相似相溶”规律,臭氧在水中的溶解度比在CCl4中的溶解度更小,C错误;Cl的电负性大于H,电负性越大,形成共价键的极性越强,因此,C—Cl的极性大于C—H的极性,导致CH2ClCOOH的羧基中的羟基极性更大,更容易电离出氢离子,酸性CH2ClCOOH>CH3COOH,D错误。
2. SF6可用作高压发电系统的绝缘气体,分子呈正八面体结构,如图所示。下列有关SF6的说法正确的是( )A.是非极性分子 B.键角∠FSF都等于90°C.S与F之间共用电子对偏向S D.S原子满足8电子稳定结构
[解析] 结构对称、正电中心和负电中心重合的分子为非极性分子,SF6分子呈正八面体结构,S原子位于正八面体的中心,该分子结构对称、正电中心和负电中心重合,所以为非极性分子,故A正确;由图可知,∠FSF为180°和90°,B错误;由于F的电负性比S的大,S与F之间共用电子对偏向F,C错误;中心S原子形成6个共价键,则S原子不是8电子稳定结构,D错误。
(3)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为 。OF2分子的空间结构为 。
1. 现有6种物质:①N2;②NaOH;③C2H4;④Na2O2;⑤H2O2;⑥NH4Cl。下列说法正确的是( )A.既存在单键又存在双键的分子有③⑤B.既存在非极性键又存在极性键的是④⑤C.既存在σ键又存在π键的分子只有①③D.既存在离子键又存在极性共价键的是②④⑥
[解析] H2O2中只含单键,A错误;Na2O2中存在离子键和非极性键,C2H4、H2O2中都存在非极性键和极性键,B错误;N2分子含有三键,C2H4含有双键,故二者都存在σ键和π键,C正确;NaOH和NH4Cl含有离子键和极性键,Na2O2中存在离子键和非极性键,D错误。
2. 三硫化磷(P4S3)是黄绿色针状晶体,易燃、有毒,分子结构之一如图所示,下列有关P4S3的说法中不正确的是( )A.P4S3属于共价化合物 B.分子中含有极性键和非极性键C.稳定性:P—P>P—S D.1 ml P4S3分子中含有9 ml σ键
[解析] 只含共价键的化合物为共价化合物,则P4S3属于共价化合物,A正确;由题图可知,分子中存在极性键(P—S)和非极性键(P—P),B正确;P原子半径大于S原子半径,则P—P的键长大于P—S,故P—S更稳定,C错误;1个P4S3分子中有6个P—S、3个P—P,则1 ml P4S3分子中含有9 ml σ键,D正确。
3. [2024·河北沧州部分学校联考] PH3分子与NH3分子的空间结构相同,下列关于PH3和NH3的说法正确的是( )A.PH3和NH3分子中都含有σ键和π键B.PH3和NH3的空间结构均为平面三角形C.PH3中H—P—H的键角小于NH3中H—N—H的键角D.PH3中P—H的键能大于NH3中N—H的键能
[解析] PH3分子中只存在P—H、NH3分子中只存在N—H,故只含σ键,不存在π键,A错误。PH3和NH3的中心原子价层电子对数均为3+1=4,都含1个孤电子对,则其空间结构均为三角锥形,B错误。由于N的电负性大于P,所以NH3中N原子的成键电子对偏向N的程度大于PH3中P原子的成键电子对偏向P的程度,NH3分子中N原子的成键电子对的排斥作用力大于PH3,故NH3的键角大于PH3,C正确。P原子半径大于N原子,则P—H的键长大于NH3中N—H的键长,P—H的键能小于N—H,D错误。
4. (1)[2023·湖北卷节选] 导致SiCl4比CCl4易水解的因素有 (填标号)。 a.Si—Cl键极性更大b.Si的原子半径更大c.Si—Cl键键能更大d.Si有更多的价层轨道
[解析] (1)Si—Cl极性更大,则 Si—Cl更易断裂,因此,SiCl4比CCl4易水解,a有关;Si的原子半径更大,因此,SiCl4中的共用电子对更加偏向于Cl,从而导致Si—Cl极性更大,且Si原子更易受到水电离出的OH-的进攻,因此SiCl4比CCl4易水解,b有关;通常键能越大,化学键越稳定且不易断裂,因此,Si—Cl键能更大不能说明Si—Cl更易断裂,故不能说明SiCl4比CCl4易水解,c无关;Si有更多的价层轨道,因此更易与水电离出的OH-形成化学键,从而导致SiCl4比CCl4易水解,d有关。
[解析] (2)由结构模型可知,富马酸的结构简式为HOOCCH = CHCOOH,分子中的单键为σ键,双键中含有1个σ键和1个π键,则分子中σ键和π键的数目比为11∶3。
(2)[2022·湖南卷节选] 富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示。富马酸分子中σ键与π键的数目比为 。
7. [2024·河北保定重点高中联考] 我国科学家成功利用CO2和H2人工合成了淀粉,使淀粉的生产方式从农业种植转为工业制造成为可能,其原理如图所示。下列说法不正确的是( )A.CO2分子中σ键和π键个数比为1∶1B.步骤Ⅱ中碳原子的杂化方式由sp3变为sp2C.H2O2中O原子采取sp杂化,故H2O2的空间结构为直线形D.二羟基丙酮分子中碳原子的杂化类型为sp2、sp3
8. (1)[2023·湖南卷节选] Et2O为乙醚,比较分子中的C—Ga—C键角大小:Ga(CH3)3 Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“=”),其原因是 。
[解析] (1)分子中的C—Ga—C键角:Ga(CH3)3>Ga(CH3)3(Et2O),其原因是Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化,为平面结构,而Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化,为四面体结构,sp3杂化轨道的夹角小于sp2杂化轨道。
Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化,为平面结构,而Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化,为四面体结构
ClO2分子中Cl—O的键长小于Cl2O中Cl—O的键长,ClO2分子中既存在σ键,又存在大π键,原子轨道重叠的程度较大,而Cl2O只存在σ键,因此ClO2中Cl—O的键长较小
根据价层电子对互斥模型可知,价层电子对数=4时,VSEPR模型为四面体形,价层电子对数=3时,VSEPR模型为平面三角形,sp2杂化的键角一定大于sp3的,因此,虽然ClO2和Cl2O均为V形结构,但O—Cl—O键角大于Cl—O—Cl键角,孤电子对对成键电子对的排斥作用也改变不了这个结论。ClO2分子中既存在σ键,又存在大π键,原子轨道重叠的程度较大,而Cl2O只存在σ键,因此ClO2中Cl—O的键长较小。
9. [2024·河北石家庄新乐一中模拟] 下列各组物质性质的比较,结论正确的是( )A.在水中的溶解度:CH3CH2Br>CH3CH2OHB.沸点: > C.分子的极性:BCl3>NCl3D.溶液酸性:CF3COOHCCl3COOH,D错误。
10. [2024·山东临沂六校联考] 第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素简单氢化物的沸点变化趋势与第ⅣA族元素简单氢化物的沸点变化趋势不同,如图所示。下列说法中不正确的是( )A.第ⅣA族元素简单氢化物的沸点随范德华力的增大而逐渐升高B.H2O、HF和NH3均形成氢键,其沸点在同族元素简单氢化物中最高C.HF和H2O中H2O的沸点高,其原因是H2O分子形成的氢键多D.图中横坐标的数值表示的是中心原子所在周期数
[解析] 第ⅣA族元素简单氢化物分子间只存在范德华力,随相对分子质量增大,范德华力增大,其沸点逐渐升高,A正确;H2O、HF和NH3均形成氢键,但NH3的沸点在同族元素简单氢化物中并不是最高的,B错误;HF和H2O中H2O分子间形成的氢键多,故其沸点高,C正确;据图可知,横坐标的数值表示中心原子所在周期数,D正确。
11. 下列对分子的性质的解释,不正确的是( )A.碘易溶于四氯化碳,甲烷难溶于水都可用“相似相溶”规律解释B.水在结冰时体积膨胀,是由于冰晶体中水分子之间存在的氢键比液态水中多C.SiCl4分子中硅氯键的极性比CCl4中碳氯键的弱D.青蒿素的分子结构如图所示,该分子中包含7个手性碳原子
[解析] 碘是非极性分子,易溶于非极性溶剂四氯化碳,甲烷属于非极性分子,难溶于极性溶剂水,所以都可用“相似相溶”规律解释,A正确;水在结冰时体积膨胀,是由于冰晶体中水分子之间形成的氢键比液态水中多,B正确;碳元素的电负性大于硅元素,因此Si、Cl间的电负性差别较大,Si—Cl的极性强,C错误;手性碳原子是指连有4个不同的原子或原子团的碳原子,根据青蒿素的结构图知,该分子中包含7个手性碳原子,D正确。
考点四 分子结构与性质综合考查
HCN的中心C原子形成2个σ键,不含孤电子对,则C原子采取sp杂化,B错误;NH3与H2O形成分子间氢键且二者均为极性分子,则NH3易溶于水,CH4是非极性分子,不易溶于水,故NH3在水中的溶解度大,C错误;XZ3、TY2分别为NCl3、CO2,其分子结构分别为三角锥形、直线形,故NCl3是极性分子,CO2是非极性分子,D正确。
13. [2023·湖北武汉部分学校调研] 下列关于物质的结构或性质及解释均正确的是( )
[解析] 随着孤电子对数增多,孤电子对与成键电子对之间的斥力增大,键角减小,H2O和NH3的键角大小为H2OHCl,但解释错误,故B错误;共价晶体中,键长越短,键能越大,熔点越高,碳化硅和金刚石的熔点大小为金刚石>碳化硅,故C错误;C—F的极性大于C—Br的极性,导致CF3COOH的羧基中的羟基极性更大,更容易电离出氢离子,CF3COOH的酸性大于CBr3COOH,故D正确。
14. 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。(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为 。 (2)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型为 ,碳原子的杂化轨道类型为 。
[解析] (1)根据构造原理可知,氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知,有2个氮原子均形成3个单键,孤电子对数为1,属于sp3杂化;剩余1个氮原子形成2个σ键,孤电子对数为1,属于sp2杂化;吡啶环、苯环及碳氧双键中碳原子均采取sp2杂化。
(3)查文献可知,可用2-氯-4-氨基吡啶与异氰酸苯酯反应,生成氯吡苯脲。反应过程中,每生成1 ml氯吡苯脲,断裂 个σ键,断裂 个π键。(设NA为阿伏伽德罗常数的值)
[解析] (3)根据反应方程式可以看出,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中N C中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H σ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分子比NH3分子稳定的原因: 。
[解析] (4)①O、N属于同周期元素,H—O的键能大于H—N的键能,所以H2O分子比NH3分子稳定。
H—O的键能大于H—N的键能
第24讲 化学键 分子结构与性质
考点一 化学键考点二 分子的空间结构考点三 分子间作用力与物质性质经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
(1)化学键的定义及分类
(2)离子键和共价键的比较
(1)特征具有 和 。 (2)分类
(3)键参数①概念②键参数对分子性质的影响a.键能越 ,键长越 ,分子越稳定。 b.
(1)电子式概念在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子(价电子)的式子。(2)电子式的书写
(3)用电子式表示化合物的形成过程①离子化合物:左边是原子的电子式,右边是离子化合物的电子式,中间用“ → ”连接,相同的原子或离子不合并,用弯箭头表示出电子的转移情况。如NaCl: 。②共价化合物:左边是原子的电子式,右边是共价化合物的电子式,中间用“ → ”连接,不必标出电子的转移。如HCl: 。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键,但多个原子间也可能形成离子键( )(2)共价键、离子键都具有方向性和饱和性( )(3)C = C键能等于 C—C 键能的2倍( )(4)键长等于成键两原子的半径之和( )(5)原子最外层只有一个电子的元素原子跟卤素原子结合时,所形成的化学键一定是离子键( )
(6)在CH2 = CHCN中含有6个σ键和3个π键( )(7)所有的物质中均含化学键,因此有化学键断裂的变化一定是化学变化( )(8)AsH3的电子式为 ,HClO的电子式为 ( )
2.[2024·辽宁抚顺六校协作体联考] 下列有关化学键的说法中错误的是( )A.HCl中的σ键为s-p σ键B.非极性键只存在于同种元素原子之间C.金属键、离子键均没有方向性D.气体分子中一定有σ键,不一定有π键
[解析] HCl中H原子1s轨道与Cl原子3p轨道头碰头重叠形成s-p σ键,故A正确;共用电子对不偏移的共价键是非极性键,非极性键只能存在于同种元素原子之间,故B正确;金属键中自由电子在整个晶体中自由移动,离子键只有阴阳离子间的作用力,均没有方向性和饱和性,故C正确;单原子分子如氦中没有化学键,故D错误。
题组一 化学键与物质类别、变化
1.[2024·广东中山七校联考] 一定条件下,氨与氟气发生反应:4NH3+3F2 = NF3+3NH4F,其中NF3的空间结构与NH3相似。下列说法错误的是( )A.除F2外,其他三种物质均为共价化合物B.NF3中各原子均满足最外层8电子稳定结构C.NF3中只含极性共价键D.NH4F中既含有离子键又含有共价键
2.有下列十种物质:①CaF2;②KOH;③Na2O2;④NH4NO3;⑤N2H4;⑥AlCl3;⑦CO2;⑧O2;⑨H2O;⑩Na2CO3。(1)只含离子键的物质有 (填写序号,下同),只含共价键的物质有 。 (2)属于离子化合物的有 ,属于共价化合物的有 。 (3)含极性键的离子化合物有 ,含非极性键的化合物有 。
3.在下列变化中:①I2升华;②烧碱熔化;③NaCl溶于水;④HCl溶于水;⑤O2溶于水;⑥Na2O2溶于水。(填序号)未发生化学键破坏的是 ,仅发生离子键破坏的是 ,仅发生共价键破坏的是 ,既发生离子键破坏,又发生共价键破坏的是 。
[解析] ①I2升华属于物理变化,化学键未被破坏;②烧碱熔化电离出阴、阳离子,离子键被破坏;③NaCl溶于水电离出阴、阳离子,离子键被破坏;④HCl溶于水电离出阴、阳离子,共价键被破坏;⑤O2溶于水属于物理变化,化学键未被破坏;
⑥Na2O2溶于水生成氢氧化钠和氧气,离子键和共价键均被破坏;据此分析作答。根据以上分析可知,未发生化学键破坏的是①⑤;仅发生离子键破坏的是②③;仅发生共价键破坏的是④;既发生离子键破坏,又发生共价键破坏的是⑥。
【归纳总结】 物质变化中化学键的变化关系
题组二 共价键类型及键参数
4.下列有关共价键的键参数的说法不正确的是( )A.CH4、C2H4、CO2分子中的键角依次增大B.HF、HCl、HBr分子中的键长依次增长C.H2O、H2S、H2Se分子中的键能依次减小D.分子中共价键的键能越大,分子的熔、沸点越高
[解析] CH4、C2H4、CO2三者的键角分别为109°28'、120°、180°,依次增大,A项正确;F、Cl、Br的原子半径依次增大,故三者与H形成共价键的键长依次增长,B项正确;
O、S、Se的原子半径依次增大,故三者与H形成共价键的键长依次增长,键能依次减小,C项正确;分子的熔沸点与分子间作用力有关,与共价键的键能无关,D项错误。
5.(1)CH4中的化学键从形成过程来看,属于 (填“σ”或“π”)键,从其极性来看属于 键。 (2)已知CO和CN-与N2结构相似,CO分子内σ键与π键个数之比为 。HCN分子中σ键与π键数目之比为 。
[解析] (2)N2的结构式为N≡N,则CO的结构式为C≡O,含有1个σ键、2个π键,即CO分子内σ键与π键个数之比为1∶2;CN-的结构式为[C≡N]-,HCN分子的结构式为H—C≡N,HCN分子中σ键与π键均为2个,即HCN分子内σ键与π键个数之比为1∶1。
(3)C、H元素形成的某化合物分子中共有16个电子,该分子中σ键与π键的个数之比为 。 (4)1 ml乙醛分子中含σ键的个数为 ,1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为 。
[解析] (3)设分子式为CmHn,则6m+n=16,合理的是m=2,n=4,即分子式为C2H4,结构式为 ,所以一个C2H4分子中共含有5个σ键和1个π键,即该分子中σ键与π键的个数之比为5∶1。(4)1个乙醛分子中存在1个碳氧双键、5个单键,1个CO(NH2)2分子中存在1个碳氧双键、6个单键,故1 ml乙醛中含有σ键的个数为6NA,1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。
【归纳总结】 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,共价双键中有一个σ键和一个π键,共价三键中有一个σ键和两个π键。
6.[2024·江西九江名校联盟联考] 据报道,我国科学家发明了低压高效电催化还原CO2的新方法,其总反应为NaCl+CO2 CO+NaClO。下列有关化学用语表示错误的是( )
【易错警示】 电子式书写常见的6大误区
考点二 分子的空间结构
(1)红外光谱当一束红外线透过分子时,分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率 的红外线,再记录到图谱上呈现 。通过和已有谱图库比对,或通过 计算,可分析出分子中含有何种化学键或官能团的信息。
(2)相对分子质量的测定——质谱法①基本原理在质谱仪中使分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子等粒子。由于生成的离子具有不同的相对质量,它们在高压电场加速后,通过狭缝进入磁场得以分离,在记录仪上呈现一系列峰,对这些峰进行系统分析,便可得知样品分子的相对分子质量。②质荷比(粒子的 与其 的比值) 即为该物质的相对分子质量。
2. 应用价层电子对互斥模型推测分子空间结构
(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)用价层电子对互斥模型推测分子或离子的空间结构的关键是判断分子或离子中的中心原子上的价层电子对数。注:多重键只计其中的σ键电子对,不计π键电子对。其中a是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数),b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(氢为1,其他原子等于“8-该原子的价电子数”),x是与中心原子结合的原子数。
(3)价层电子对数和分子或离子空间结构的关系
[微点拨] 价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间结构,而分子或离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,二者的空间结构一致。(2)当中心原子有孤电子对时,二者的空间结构不一致。
(1)理论要点当原子成键时,其价层原子轨道相互混杂,形成能量相同且与原轨道数相等的杂化轨道。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。
(2)杂化轨道与分子空间结构的关系
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)价层电子对互斥模型中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数( )(2)孤电子对的排斥力较大,孤电子对越多,排斥力越强,键角越大( )(3)原子内部能量相近的原子轨道发生杂化,且杂化前后轨道的数目不变( )(4)分子的中心原子若通过sp3杂化轨道成键,则该分子一定为正四面体结构( )(5)NH3分子为三角锥形,N原子发生sp2杂化( )(6)只要分子的空间结构为平面三角形,中心原子均为sp2杂化( )
2.应用价层电子对互斥模型和杂化轨道理论填写表格中对应内容:
题组一 价层电子对互斥模型及其应用
1.[2023·天津十二校联考] 根据价层电子对互斥模型,判断下列分子或离子的空间结构正确的是( )A.①② B.②③ C.③④ D.①④
【归纳总结】利用价层电子对互斥模型比较键角的大小
题组二 中心原子杂化类型的判断
3.下列分子或离子空间结构和中心原子的杂化方式错误的是( )
4.(1)[2023·全国甲卷节选] 气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在,其空间结构如图所示,二聚体中Al的轨道杂化类型为 。 (2)[2023·全国乙卷节选] SiCl4的空间结构为 。其中Si的轨道杂化形式为 。
【方法技巧】 判断中心原子杂化轨道类型的方法(1)根据中心原子价层电子对数判断
(2)根据杂化轨道之间的夹角判断(3)根据分子或离子的空间结构判断
考点三 分子间作用力与物质性质
1. 范德华力与物质的性质
2. 氢键与物质的性质
(2)强弱及对物质性质的影响
(1)分子的极性①非极性分子、极性分子
②键的极性对化学性质的影响羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量,相同条件下pKa越小,酸性 。羧酸的酸性强弱与其分子的组成和结构有关。 a.三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸,这是因为氟的电负性 氯的电负性,F—C的极性大于Cl—C的极性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基的极性 ,更易电离出氢离子。 b.烃基(符号R—)是推电子基团,烃基越长推电子效应 ,使羧基中的羟基的极性 ,羧酸的酸性 ,则甲酸的酸性大于乙酸的酸性,乙酸的酸性大于丙酸的酸性。
(2)溶解性①“相似相溶”的规律非极性溶质一般能溶于 ,极性溶质一般能溶于 。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键,氢键作用力越大,则溶质的溶解性 。 ②随着溶质分子中憎水基个数的增大,溶质在水中的溶解度减小。如甲醇、乙醇和水以任意比例互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。③如果溶质与水发生反应,将增大物质的溶解度,如SO2等。
原子或基团
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)氢键是氢元素与其他元素形成的化学键( ) (2)乙醇分子和水分子间可以形成氢键( )(3)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( )
[解析] (1)氢键不是化学键。
[解析] (3)HF分子间存在氢键,其沸点高于HCl。
(4)分子内共价键越强,分子越稳定,其熔、沸点也越高 ( )(5)可燃冰(CH4·nH2O,6≤n≤8)中甲烷分子与水分子间形成了氢键( )(6)H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键( )
[解析] (5)可燃冰中水分子间存在氢键,但CH4与H2O之间不存在氢键。
[解析] (6)H2O比H2S稳定是因为O—H键能大于S—H键能,而与氢键无关。
2.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
[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项错误;N与N的π键比P与P的强,故N≡N的稳定性比P≡P的高,B项正确;N的电负性比P大,NH3中成键电子对距离N比PH3中成键电子对距离P近,NH3中成键电子对间的斥力大,因此NH3的键角比PH3的大,C项正确;
HNO3和H3PO4均为分子晶体,相对分子质量:HNO3
1.关于分子结构和性质的说法不正确的是( )A.干冰和AlCl3升华,所克服的作用力相同B.邻羟基苯甲酸的沸点比对羟基苯甲酸的沸点低C.碘易溶于浓碘化钾溶液、甲烷难溶于水,都可用“相似相溶”规律解释D.氟的电负性大于氯,导致三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸
2.在2022年冬奥会上滑冰运动场馆中使用了美丽的透光气囊材料,该材料由乙烯(CH2 CH2)与四氟乙烯(CF2 CF2)的共聚物制成,同时采用了最新的环保技术——“二氧化碳跨临界直冷制冰”。回答下列问题:(1)三氟乙酸(CF3COOH)的酸性 (填“强”或“弱”)于乙酸,原因是 。
[解析] (1)氟元素的电负性强于氢元素,使得三氟乙酸中羧基电离出氢离子易于乙酸,酸性强于乙酸。
—CH3是推电子基团,—CF3是吸电子基团,使得三氟乙酸的羧基中羟基的极性更大,更易电离出氢离子,酸性更强
(2)利用该技术将H2O制成冰的过程中发生改变的是 (填字母)。 A.共价键数目B.范德华力大小C.氢键数目D.分子种类
[解析] (2)水转化为冰的过程为物理变化,转化过程中分子的种类、共价键的数目均没有变化,而氢键的数目增多使得冰中水分子间的空隙增大,水分子间的范德华力减小,故选BC。
(3)适当条件下,CO2可以转化为CH3OH:CO2+3H2 → CH3OH+H2O,CH3OH的相对分子质量比H2O的大,但CH3OH的沸点比水的低,主要原因是
[解析] (3)相同物质的量的水分子中氢键数目多于甲醇,水分子间的作用力强于甲醇,所以水的沸点高于甲醇。
相同物质的量的水分子中氢键数目多于甲醇
【归纳总结】 粒子间作用力对物质性质的影响
题组二 分子极性与共价键极性的关系
3.[2024·湖北武汉部分重点中学联考] 某课题组合成CuO/ZnO纳米材料提高了有机硅单体合成反应的选择性和产率,化学反应如下:下列有关叙述正确的是( )A.甲分子是正四面体形的非极性分子B.丙分子中含有3种极性键C.催化剂中元素的第一电离能:Cu>Zn>OD.物质的沸点:甲>丙
[解析] 甲分子的4个共价键不完全相同,呈四面体形,是极性分子,A错误;丙分子中含有3种极性键,分别为Si—Cl、Si—C、C—H,B正确;三种元素中O的第一电离能最大,铜、锌基态原子价层电子排布分别为3d104s1、3d104s2,Cu易失去一个电子变为3d10的全半充满结构,则锌的第一电离能大于铜,C错误;甲和丙分子之间都存在范德华力,丙的相对分子质量大于甲,则甲分子间的范德华力小于丙,故沸点:甲<丙,D错误。
4.[2024·福建南平质检] 如图所示,六氟化硫分子呈正八面体形。若分子中有—个 —F被 —CF3取代,则会变成温室气体SF5—CF3。下列说法正确的是( )A.SF5—CF3分子中有σ键也有π键B.SF5—CF3分子中存在极性键和非极性键C.SF6分子是非极性分子D.SF6易溶于水,难溶于四氯化碳
[解析] SF6分子中只含S—F,—CF3中只含C—F,—F被—CF3取代变成SF5—CF3,推测SF5—CF3分子中只含σ键,不含π键,A错误;SF5—CF3分子存在S—F、C—F和S—C,只有极性键,不含非极性键,B错误;SF6分子中只含S—F,分子呈正八面体形,正电中心与负电中心重合,故属于非极性分子,C正确;SF6、CCl4是非极性分子,H2O是极性分子,根据“相似相溶”规律推测,SF6难溶于水,易溶于四氯化碳,D错误。
【归纳总结】 共价键的极性与分子极性的关系
5.下列化合物中含3个手性碳原子的是( )
[解析] 手性碳原子是指有机物分子中连有4个不同原子或原子团的碳原子,图中标“*”的碳原子均为手性碳原子: 、 、 , 中不含手性碳原子,故选C。
6.丙氨酸(C3H7NO2)分子为手性分子,它存在手性异构体,如图所示:下列关于丙氨酸的两种手性异构体(Ⅰ和Ⅱ)的说法正确的是( )A.Ⅰ和Ⅱ分子中均存在2个手性碳原子B.Ⅰ和Ⅱ呈镜面对称,具有相同的分子极性C.Ⅰ和Ⅱ分子都是极性分子,只含有极性键,不含非极性键D.Ⅰ和Ⅱ的化学键相同,其分子的性质也相同
[解析] Ⅰ和Ⅱ分子中都只含有1个手性碳原子,都是极性分子,分子中都含有极性键和非极性键,二者互为手性异构体,具有相同的化学性质、不完全相同的物理性质。
2. [2023·北京卷] 下列事实不能通过比较氟元素和氯元素的电负性进行解释的是( )A.F—F键的键能小于Cl—Cl键的键能B.三氟乙酸的Ka大于三氯乙酸的KaC.氟化氢分子的极性强于氯化氢分子的极性D.气态氟化氢中存在(HF)2,而气态氯化氢中是HCl分子
[解析] F原子半径小,电子云密度大,两个原子间的斥力较强,F—F键不稳定,因此F—F键的键能小于Cl—Cl键的键能,与电负性无关,A符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,F—C键的极性大于Cl—C键的极性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大,更容易电离出氢离子,酸性更强,B不符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,F—H键的极性大于Cl—H键的极性,导致HF分子极性强于HCl,C不符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,与氟原子相连的氢原子可以与另外的氟原子形成分子间氢键,因此气态氟化氢中存在(HF)2,D不符合题意。
3. [2023·湖南卷] 下列有关物质结构和性质的说法错误的是( )A.含有手性碳原子的分子叫作手性分子B.邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛的沸点C.酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可发生水解反应D.冠醚(18-冠-6)的空穴与K+尺寸适配,两者能通过弱相互作用形成超分子
[解析] 有手性异构体的分子叫作手性分子,一般只含有1个手性碳原子的分子是手性分子,若含有多个手性碳原子,可能没有手性异构,A错误;邻羟基苯甲醛形成分子内氢键,对羟基苯甲醛形成分子间氢键,分子间氢键可以使物质的沸点升高,因此邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛的沸点,B正确;酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可发生水解反应,酸性条件下生成羧酸和铵盐,碱性条件下生成羧酸盐和氨,C正确;冠醚(18-冠-6)的空腔直径大小为260~320 pm,可以适配K+(直径为276 pm),冠醚与碱金属离子之间以弱相互作用形成超分子,D正确。
5. (1)[2022·山东卷节选] 在水中的溶解度,吡啶( )远大于苯,主要原因是① , ② 。 (2)[2022·全国甲卷节选] 固态氟化氢中存在(HF)n形式,画出(HF)3的链状结构: 。
吡啶能与H2O分子形成分子间氢键
吡啶和H2O均为极性分子,而苯为非极性分子
(3)[2022·浙江卷节选] 两种有机物的相关数据如下表:HCON(CH3)2的相对分子质量比HCONH2的大,但其沸点反而比HCONH2的低,主要原因是 。
HCON(CH3)2分子间只有一般的分子间作用力,HCONH2分子间存在氢键,破坏一般的分子间作用力更容易,所以沸点低
6. (1)[2022·浙江卷节选] 乙醇的挥发性比水的强,原因是 。 (2)[2022·广东卷节选] H2Se的沸点低于H2O,其原因是 。 (3)[2022·海南卷节选] 邻苯二甲酸酐( )和邻苯二甲酰亚胺( )都是合成酞菁的原料,后者熔点高于前者,主要原因是 。
乙醇分子间形成氢键的数量比水分子间形成氢键的数量少,分子间作用力小
两者都是分子晶体,由于水存在分子间氢键,沸点高
两者均为分子晶体,后者能形成分子间氢键,使分子间作用力增大,熔点更高
1. 下列关于物质的结构或性质的描述及解释都正确的是 ( )A.键角:H3O+>H2O,是由于H3O+中O上孤电子对数比H2O中O上的少B.沸点:对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛,是由于对羟基苯甲醛分子间范德华力更强C.溶解度:O3在水中的溶解度比在CCl4中的溶解度更大,是由于O3是弱极性分子D.酸性:CH2ClCOOH>CH3COOH,是由于CH2ClCOOH的羧基中羟基极性更小
O3是V形结构,属于弱极性分子,根据“相似相溶”规律,臭氧在水中的溶解度比在CCl4中的溶解度更小,C错误;Cl的电负性大于H,电负性越大,形成共价键的极性越强,因此,C—Cl的极性大于C—H的极性,导致CH2ClCOOH的羧基中的羟基极性更大,更容易电离出氢离子,酸性CH2ClCOOH>CH3COOH,D错误。
2. SF6可用作高压发电系统的绝缘气体,分子呈正八面体结构,如图所示。下列有关SF6的说法正确的是( )A.是非极性分子 B.键角∠FSF都等于90°C.S与F之间共用电子对偏向S D.S原子满足8电子稳定结构
[解析] 结构对称、正电中心和负电中心重合的分子为非极性分子,SF6分子呈正八面体结构,S原子位于正八面体的中心,该分子结构对称、正电中心和负电中心重合,所以为非极性分子,故A正确;由图可知,∠FSF为180°和90°,B错误;由于F的电负性比S的大,S与F之间共用电子对偏向F,C错误;中心S原子形成6个共价键,则S原子不是8电子稳定结构,D错误。
(3)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为 。OF2分子的空间结构为 。
1. 现有6种物质:①N2;②NaOH;③C2H4;④Na2O2;⑤H2O2;⑥NH4Cl。下列说法正确的是( )A.既存在单键又存在双键的分子有③⑤B.既存在非极性键又存在极性键的是④⑤C.既存在σ键又存在π键的分子只有①③D.既存在离子键又存在极性共价键的是②④⑥
[解析] H2O2中只含单键,A错误;Na2O2中存在离子键和非极性键,C2H4、H2O2中都存在非极性键和极性键,B错误;N2分子含有三键,C2H4含有双键,故二者都存在σ键和π键,C正确;NaOH和NH4Cl含有离子键和极性键,Na2O2中存在离子键和非极性键,D错误。
2. 三硫化磷(P4S3)是黄绿色针状晶体,易燃、有毒,分子结构之一如图所示,下列有关P4S3的说法中不正确的是( )A.P4S3属于共价化合物 B.分子中含有极性键和非极性键C.稳定性:P—P>P—S D.1 ml P4S3分子中含有9 ml σ键
[解析] 只含共价键的化合物为共价化合物,则P4S3属于共价化合物,A正确;由题图可知,分子中存在极性键(P—S)和非极性键(P—P),B正确;P原子半径大于S原子半径,则P—P的键长大于P—S,故P—S更稳定,C错误;1个P4S3分子中有6个P—S、3个P—P,则1 ml P4S3分子中含有9 ml σ键,D正确。
3. [2024·河北沧州部分学校联考] PH3分子与NH3分子的空间结构相同,下列关于PH3和NH3的说法正确的是( )A.PH3和NH3分子中都含有σ键和π键B.PH3和NH3的空间结构均为平面三角形C.PH3中H—P—H的键角小于NH3中H—N—H的键角D.PH3中P—H的键能大于NH3中N—H的键能
[解析] PH3分子中只存在P—H、NH3分子中只存在N—H,故只含σ键,不存在π键,A错误。PH3和NH3的中心原子价层电子对数均为3+1=4,都含1个孤电子对,则其空间结构均为三角锥形,B错误。由于N的电负性大于P,所以NH3中N原子的成键电子对偏向N的程度大于PH3中P原子的成键电子对偏向P的程度,NH3分子中N原子的成键电子对的排斥作用力大于PH3,故NH3的键角大于PH3,C正确。P原子半径大于N原子,则P—H的键长大于NH3中N—H的键长,P—H的键能小于N—H,D错误。
4. (1)[2023·湖北卷节选] 导致SiCl4比CCl4易水解的因素有 (填标号)。 a.Si—Cl键极性更大b.Si的原子半径更大c.Si—Cl键键能更大d.Si有更多的价层轨道
[解析] (1)Si—Cl极性更大,则 Si—Cl更易断裂,因此,SiCl4比CCl4易水解,a有关;Si的原子半径更大,因此,SiCl4中的共用电子对更加偏向于Cl,从而导致Si—Cl极性更大,且Si原子更易受到水电离出的OH-的进攻,因此SiCl4比CCl4易水解,b有关;通常键能越大,化学键越稳定且不易断裂,因此,Si—Cl键能更大不能说明Si—Cl更易断裂,故不能说明SiCl4比CCl4易水解,c无关;Si有更多的价层轨道,因此更易与水电离出的OH-形成化学键,从而导致SiCl4比CCl4易水解,d有关。
[解析] (2)由结构模型可知,富马酸的结构简式为HOOCCH = CHCOOH,分子中的单键为σ键,双键中含有1个σ键和1个π键,则分子中σ键和π键的数目比为11∶3。
(2)[2022·湖南卷节选] 富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示。富马酸分子中σ键与π键的数目比为 。
7. [2024·河北保定重点高中联考] 我国科学家成功利用CO2和H2人工合成了淀粉,使淀粉的生产方式从农业种植转为工业制造成为可能,其原理如图所示。下列说法不正确的是( )A.CO2分子中σ键和π键个数比为1∶1B.步骤Ⅱ中碳原子的杂化方式由sp3变为sp2C.H2O2中O原子采取sp杂化,故H2O2的空间结构为直线形D.二羟基丙酮分子中碳原子的杂化类型为sp2、sp3
8. (1)[2023·湖南卷节选] Et2O为乙醚,比较分子中的C—Ga—C键角大小:Ga(CH3)3 Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“=”),其原因是 。
[解析] (1)分子中的C—Ga—C键角:Ga(CH3)3>Ga(CH3)3(Et2O),其原因是Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化,为平面结构,而Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化,为四面体结构,sp3杂化轨道的夹角小于sp2杂化轨道。
Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化,为平面结构,而Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化,为四面体结构
ClO2分子中Cl—O的键长小于Cl2O中Cl—O的键长,ClO2分子中既存在σ键,又存在大π键,原子轨道重叠的程度较大,而Cl2O只存在σ键,因此ClO2中Cl—O的键长较小
根据价层电子对互斥模型可知,价层电子对数=4时,VSEPR模型为四面体形,价层电子对数=3时,VSEPR模型为平面三角形,sp2杂化的键角一定大于sp3的,因此,虽然ClO2和Cl2O均为V形结构,但O—Cl—O键角大于Cl—O—Cl键角,孤电子对对成键电子对的排斥作用也改变不了这个结论。ClO2分子中既存在σ键,又存在大π键,原子轨道重叠的程度较大,而Cl2O只存在σ键,因此ClO2中Cl—O的键长较小。
9. [2024·河北石家庄新乐一中模拟] 下列各组物质性质的比较,结论正确的是( )A.在水中的溶解度:CH3CH2Br>CH3CH2OHB.沸点: > C.分子的极性:BCl3>NCl3D.溶液酸性:CF3COOH
10. [2024·山东临沂六校联考] 第ⅤA族、第ⅥA族、第ⅦA族元素简单氢化物的沸点变化趋势与第ⅣA族元素简单氢化物的沸点变化趋势不同,如图所示。下列说法中不正确的是( )A.第ⅣA族元素简单氢化物的沸点随范德华力的增大而逐渐升高B.H2O、HF和NH3均形成氢键,其沸点在同族元素简单氢化物中最高C.HF和H2O中H2O的沸点高,其原因是H2O分子形成的氢键多D.图中横坐标的数值表示的是中心原子所在周期数
[解析] 第ⅣA族元素简单氢化物分子间只存在范德华力,随相对分子质量增大,范德华力增大,其沸点逐渐升高,A正确;H2O、HF和NH3均形成氢键,但NH3的沸点在同族元素简单氢化物中并不是最高的,B错误;HF和H2O中H2O分子间形成的氢键多,故其沸点高,C正确;据图可知,横坐标的数值表示中心原子所在周期数,D正确。
11. 下列对分子的性质的解释,不正确的是( )A.碘易溶于四氯化碳,甲烷难溶于水都可用“相似相溶”规律解释B.水在结冰时体积膨胀,是由于冰晶体中水分子之间存在的氢键比液态水中多C.SiCl4分子中硅氯键的极性比CCl4中碳氯键的弱D.青蒿素的分子结构如图所示,该分子中包含7个手性碳原子
[解析] 碘是非极性分子,易溶于非极性溶剂四氯化碳,甲烷属于非极性分子,难溶于极性溶剂水,所以都可用“相似相溶”规律解释,A正确;水在结冰时体积膨胀,是由于冰晶体中水分子之间形成的氢键比液态水中多,B正确;碳元素的电负性大于硅元素,因此Si、Cl间的电负性差别较大,Si—Cl的极性强,C错误;手性碳原子是指连有4个不同的原子或原子团的碳原子,根据青蒿素的结构图知,该分子中包含7个手性碳原子,D正确。
考点四 分子结构与性质综合考查
HCN的中心C原子形成2个σ键,不含孤电子对,则C原子采取sp杂化,B错误;NH3与H2O形成分子间氢键且二者均为极性分子,则NH3易溶于水,CH4是非极性分子,不易溶于水,故NH3在水中的溶解度大,C错误;XZ3、TY2分别为NCl3、CO2,其分子结构分别为三角锥形、直线形,故NCl3是极性分子,CO2是非极性分子,D正确。
13. [2023·湖北武汉部分学校调研] 下列关于物质的结构或性质及解释均正确的是( )
[解析] 随着孤电子对数增多,孤电子对与成键电子对之间的斥力增大,键角减小,H2O和NH3的键角大小为H2O
14. 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。(1)氯元素基态原子核外电子的未成对电子数为 。 (2)氯吡苯脲晶体中,氮原子的杂化轨道类型为 ,碳原子的杂化轨道类型为 。
[解析] (1)根据构造原理可知,氯元素基态原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p5,所以未成对电子数为1。(2)根据氯吡苯脲的结构简式可知,有2个氮原子均形成3个单键,孤电子对数为1,属于sp3杂化;剩余1个氮原子形成2个σ键,孤电子对数为1,属于sp2杂化;吡啶环、苯环及碳氧双键中碳原子均采取sp2杂化。
(3)查文献可知,可用2-氯-4-氨基吡啶与异氰酸苯酯反应,生成氯吡苯脲。反应过程中,每生成1 ml氯吡苯脲,断裂 个σ键,断裂 个π键。(设NA为阿伏伽德罗常数的值)
[解析] (3)根据反应方程式可以看出,断裂的化学键为异氰酸苯酯分子中N C中的π键和2-氯-4-氨基吡啶分子中的N—H σ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分子比NH3分子稳定的原因: 。
[解析] (4)①O、N属于同周期元素,H—O的键能大于H—N的键能,所以H2O分子比NH3分子稳定。
H—O的键能大于H—N的键能
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