第3講

化學鍵分子結構與性質化學蟲子工作室榮譽出品第五章

物質結構元素周期律考點一化學鍵考點二分子的空間結構考點三分子間作用力與物質性質鏈接高考本節目錄1.化學鍵(1)化學鍵的定義及分類共價鍵極性鍵考點一化學鍵

離子鍵共價鍵成鍵粒子

成鍵實質陰、陽離子的靜電作用共用電子對與成鍵原子間的靜電作用形成條件活潑

與活潑

經電子得失,形成離子鍵;銨根離子與酸根離子之間形成離子鍵

元素原子之間成鍵

元素原子之間成鍵

形成的物質離子化合物非金屬單質(稀有氣體除外);某些共價化合物或離子化合物共價化合物或某些離子化合物(2)離子鍵、共價鍵的比較陰、陽離子原子金屬非金屬同種不同種分類依據類型形成共價鍵的原子軌道重疊方式σ鍵軌道“

”重疊

π鍵軌道“

”重疊

形成共價鍵的電子對是否偏移極性鍵共用電子對

偏移

非極性鍵共用電子對

偏移

原子間共用電子對的數目單鍵原子間有一對共用電子對雙鍵原子間有兩對共用電子對三鍵原子間有三對共用電子對2.共價鍵(1)特征具有

和

。

(2)分類飽和性方向性頭碰頭肩并肩發生不發生(3)鍵參數①概念②鍵參數對分子性質的影響a.鍵能越

,鍵長越

,分子越穩定。

b.鍵能鍵長鍵角大短穩定性空間結構3.電子式

(1)電子式概念:在元素符號周圍用“·”或“×”來表示原子的最外層電子(價電子)的式子。(2)電子式的書寫(3)用電子式表示化合物的形成過程①離子化合物:左邊是原子的電子式,右邊是離子化合物的電子式,中間用“→”連接,相同的原子或離子不合并,用彎箭頭表示出電子的轉移情況。如NaCl:

。②共價化合物:左邊是原子的電子式,右邊是共價化合物的電子式,中間用“”連接,不必標出電子的轉移。如HCl:

。

√××√××基礎知識秒殺(正確的打“√”,錯誤的打“×”)2.現有以下物質:①HF,②Cl2,③H2O,④N2,⑤C2H4,⑥C2H6,⑦H2,⑧H2O2,⑨HCN。(1)只含有極性鍵的分子是

(填序號,下同),只含有非極性鍵的分子是

,既含有極性鍵,又含有非極性鍵的分子是

。

(2)只有σ鍵的是

;既有σ鍵,又有π鍵的是

;含有由兩個原子的s軌道重疊形成的σ鍵的是

。①③⑨②④⑦⑤⑥⑧①②③⑥⑦⑧④⑤⑨⑦[方法技巧]

一、離子化合物和共價化合物的判斷方法二、物質變化中化學鍵的變化關系三、電子式書寫常見的6大誤區

內容實例誤區1漏寫未參與成鍵的電子

N2的電子式誤寫為N??N,應寫為:N??N:誤區2化合物類型不清楚,漏寫或多寫[

]及錯寫電荷數

NaCl誤寫為Na+::,應寫為Na+[::]-;HF誤寫為H+[::]-,應寫為H::誤區3書寫不規范,錯寫共用電子對

N2的電子式誤寫為:::或·:·,應寫為:N??N:

內容實例誤區4不考慮原子間的結合順序

HClO的電子式誤寫為H:::,應寫為H:::誤區5不考慮原子最外層有幾個電子,均寫成8電子結構

C的電子式誤寫為

[H::H]+,應寫為

[H::H]+誤區6不考慮AB2型離子化合物中2個B是分開寫還是一起寫

CaBr2的電子式為

[::]-Ca2+[::]-;CaC2的電子式為Ca2+[:C??C:]2-1.分子結構的測定(1)紅外光譜當一束紅外線透過分子時,分子會吸收跟它的某些化學鍵的振動頻率

的紅外線,再記錄到圖譜上呈現

。通過和已有譜圖庫比對,或通過

計算,可分析出分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。

相同吸收峰量子化學考點二分子的空間結構(2)相對分子質量的測定——質譜法①基本原理:在質譜儀中使分子失去電子變成帶正電荷的分子離子和碎片離子等粒子。由于生成的離子具有不同的相對質量,它們在高壓電場加速后,通過狹縫進入磁場得以分離,在記錄儀上呈現一系列峰,對這些峰進行系統分析,便可得知樣品分子的相對分子質量。②質荷比(粒子的

與其

的比值)

即為該物質的相對分子質量。

相對質量電荷數最大值2.應用價層電子對互斥模型推測分子空間結構(1)理論要點①價層電子對在空間上彼此相距最遠時,排斥力最小,體系的能量最低。②孤電子對的排斥力較大,孤電子對越多,排斥力越強,鍵角越小。(2)用價層電子對互斥模型推測分子的空間結構的關鍵是判斷分子中的中心原子上的價層電子對數。其中a是中心原子的價電子數(陽離子要減去電荷數、陰離子要加上電荷數),b是與中心原子結合的原子最多能接受的電子數(氫為1,其他原子等于“8-該原子的價電子數”),x是與中心原子結合的原子數。(3)價層電子對數和分子空間結構的關系價層電子對數σ鍵電子對數孤電子對數VSEPR模型名稱分子空間結構名稱實例220

CO2330

平面三角形BF321

SO2440

正四面體形CH431

NH322

H2O直線形直線形平面三角形V形四面體形三角錐形V形[微點撥]價層電子對互斥模型說明的是價層電子對的空間結構,而分子的空間結構指的是成鍵電子對的空間結構,不包括孤電子對。(1)當中心原子無孤電子對時,二者的空間結構一致;(2)當中心原子有孤電子對時,二者的空間結構不一致。雜化類型雜化軌道數目雜化軌道間夾角空間結構實例sp2180°直線形BeCl2sp23120°

BF3sp34109°28'

CH43.雜化軌道理論(1)理論要點當原子成鍵時,原子的價電子軌道相互混雜,形成與原軌道數相等且能量相同的雜化軌道。雜化軌道數不同,軌道間的夾角不同,形成分子的空間結構不同。(2)雜化軌道與分子空間結構的關系平面三角形四面體形(1)價層電子對互斥模型中,π鍵電子對數不計入中心原子的價層電子對數(

)(2)孤電子對的排斥力較大,孤電子對越多,排斥力越強,鍵角越大(

)(3)原子內部能量相近的原子軌道發生雜化,且雜化前后軌道的數目不變(

)(4)分子的中心原子若通過sp3雜化軌道成鍵,則該分子一定為正四面體結構(

)(5)NH3分子為三角錐形,N原子發生sp2雜化(

)(6)只要分子的空間結構為平面三角形,中心原子均為sp2雜化 (

)√√×××√基礎知識秒殺(正確的打“√”,錯誤的打“×”)2.應用價層電子對互斥模型和雜化軌道理論填寫表格中對應內容:序號物質中心原子上的孤電子對數價層電子對數VSEPR模型名稱分子或離子的空間結構中心原子雜化類型①CS2

②HCHO

③NCl3

④S

⑤H3O+

02直線形直線形sp03平面三角形平面三角形sp214四面體形三角錐形sp304正四面體形正四面體形sp314四面體形三角錐形sp3[方法技巧]判斷中心原子雜化軌道類型的方法(1)根據中心原子價層電子對數判斷(2)根據雜化軌道之間的夾角判斷中心原子價層電子對數234雜化軌道類型spsp2sp3雜化軌道之間的夾角109°28'120°180°雜化軌道類型Sp3sp2sp(3)根據分子或離子的空間結構判斷分子或離子的空間結構雜化類型四面體形或三角錐形sp3平面三角形sp2直線形spV形有2個孤電子對sp3有1個孤電子對sp2實質范德華力的實質是電性作用,無

和

影響因素

①一般來說,組成和結構相似的物質,隨著

的增大,范德華力逐漸增強;

②相對分子質量相近的分子,分子的極性越大,范德華力

范德華力與物質性質范德華力主要影響物質的熔沸點、硬度等物理性質。范德華力越強,物質的熔、沸點

,硬度

1.范德華力與物質的性質飽和性方向性相對分子質量越強越高越大考點三

分子間作用力與物質性質2.氫鍵與物質的性質(1)表示及特征很大氫原子很大飽和方向(2)強弱及對物質性質的影響較弱大降低升高升高3.分子的性質(1)分子的極性①非極性分子、極性分子非極性極性②鍵的極性對化學性質的影響羧酸的酸性可用pKa的大小來衡量,相同條件下pKa越小,酸性

。羧酸的酸性強弱與其分子的組成和結構有關。

a.三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸,這是因為氟的電負性

氯的電負性,F—C的極性大于Cl—C的極性,使F3C—的極性大于Cl3C—的極性,導致三氟乙酸的羧基中的羥基極性

,更易電離出氫離子。

b.烴基(符號R—)是推電子基團,烴基越長推電子效應

,使羧基中的羥基的極性

,羧酸的酸性

,則甲酸的酸性強于乙酸的酸性,乙酸的酸性大于丙酸的酸性。越強大于更大越大越小越弱(2)溶解性①“相似相溶”的規律非極性溶質一般能溶于

,極性溶質一般能溶于

。若溶劑和溶質分子之間可以形成氫鍵,氫鍵作用力越大,則溶質的溶解性

。

②隨著溶質分子中憎水基個數的增大,溶質在水中的溶解度減小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶,而戊醇在水中的溶解度明顯減小。③如果溶質與水發生反應,將增大物質的溶解度,如SO2等。非極性溶劑極性溶劑越好(3)分子的手性鏡像不能重疊手性異構體

原子或基團(2)乙醇分子和水分子間可以形成氫鍵

(

)(3)鹵素單質、鹵素氫化物的熔、沸點均隨著相對分子質量的增大而增大(

)×√×(1)氫鍵是氫元素與其他元素形成的化學鍵(

)[解析]氫鍵不是化學鍵。[解析]HF分子間存在氫鍵,其沸點高于HCl。基礎知識秒殺(正確的打“√”,錯誤的打“×”)[解析]可燃冰中水分子間存在氫鍵,但CH4與H2O之間不存在氫鍵。(4)分子內共價鍵越強,分子越穩定,其熔、沸點也越高(

)(5)可燃冰(CH4·nH2O,6≤n≤8)中甲烷分子與水分子間形成了氫鍵(

)×××[解析]H2O比H2S穩定是因為O—H鍵能大于S—H鍵能,而與氫鍵無關。(6)H2O比H2S穩定是因為水分子間存在氫鍵(

)2.肼(H2N—NH2)和偏二甲肼[H2N—N(CH3)2]均可用作火箭燃料。查閱資料得知,肼是一種良好的極性溶劑,沿肼分子球棍模型的N—N方向觀察,看到的平面圖如圖所示。下列說法不正確的是(

)A.肼分子中的氮原子采用sp3雜化B.肼分子中既有極性鍵又有非極性鍵C.肼分子是非極性分子D.肼與偏二甲肼互稱同系物C[解析]肼分子中每個N原子含有3個σ鍵和1個孤電子對,其價層電子對數是4,則N原子采用sp3雜化,A正確;肼分子中N原子之間存在非極性鍵,N原子和H原子之間存在極性鍵,B正確;肼分子結構不對稱,則正負電中心不重合,是極性分子,C錯誤;肼和偏二甲肼結構相似,在分子組成上相差2個CH2原子團,屬于同系物,D正確。[歸納總結]粒子間作用力對物質性質的影響

范德華力氫鍵共價鍵存在范圍分子間某些含強極性鍵氫化物的分子間(如HF、H2O、NH3)或含F、N、O及H的化合物中或其分子間雙原子或多原子的分子或共價化合物和某些離子化合物中特征(有無方向性和飽和性)無方向性、無飽和性有方向性、有飽和性有方向性、有飽和性強度比較共價鍵>氫鍵>范德華力

范德華力氫鍵共價鍵影響強度的因素

①組成和結構相似的物質,相對分子質量越大,范德華力越大;②隨著分子極性的增大而增大對于A—H…B—,A、B的電負性越大、B原子的半徑越小,氫鍵越牢固成鍵原子半徑越小,鍵長越短,鍵能越大,共價鍵越穩定對物質性質的影響

①影響物質的熔點、沸點、溶解度等物理性質;②組成和結構相似的物質,隨相對分子質量的增大,物質的熔、沸點升高,如熔、沸點:F2<Cl2<Br2<I2,CF4<CCl4<CBr4

①分子間氫鍵的存在,使物質的熔、沸點升高,在水中的溶解度增大,如熔、沸點:H2O>H2S,HF>HCl,NH3>PH3;②分子內氫鍵使物質的熔、沸點降低影響分子的穩定性,共價鍵鍵能越大,分子穩定性越強[歸納總結]共價鍵的極性與分子極性的關系

B鏈接高考

2.

[2021·山東卷]關于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2的結構與性質,下列說法錯誤的是(

)3OH為極性分子

2H4空間結構為平面形2H4的沸點高于(CH3)2NNH23OH和(CH3)2NNH2中C、O、N雜化方式均相同B[解析]甲醇可看成是甲烷中的一個氫原子被羥基取代得到的,為四面體結構,是由極性鍵組成的極性分子,A正確;N2H4中N原子的雜化方式為sp3,不是平面形,B錯誤;N2H4分子中連接N原子的H原子數多,存在氫鍵的數目多,而偏二甲肼[(CH3)2NNH2]只有一端可以形成氫鍵,另一端的兩個甲基基團比較大,影響了分子的排列,其沸點較N2H4的低,C正確;CH3OH為四面體結構,—OH結構類似于水的結構,(CH3)2NNH2的鍵線式為 ,兩者分子中C、O、N雜化方式均為sp3,D正確。3.

[2021·湖北卷]下列有關N、P及其化合物的說法錯誤的是

(

)的電負性比P的大,可推斷NCl3分子的極性比PCl3的大與N的π鍵比P與P的強,可推斷N≡N的穩定性比P≡P的高3的成鍵電子對間排斥力較大,可推斷NH3的鍵角比PH3的大3的分子間作用力較小,可推斷HNO3的熔點比H3PO4的低A[解析]P和Cl的電負性差值比N和Cl的電負性差值大,因此PCl3分子的極性比NCl3分子的極性大,A項錯誤;N與N的π鍵比P與P的強,故N≡N的穩定性比P≡P的高,B項正確;N的電負性比P大,NH3中成鍵電子對距離N比PH3中成鍵電子對距離P近,NH3中成鍵電子對間的斥力大,因此NH3的鍵角比PH3的大,C項正確;HNO3和H3PO4均為分子晶體,相對分子質量:HNO3<H3PO4,且硝酸形成分子內氫鍵,因此HNO3的分子間作用力比磷酸的分子間作用力小,從而導致HNO3的熔點比H3PO4的低,D項正確。4.

[2021·海南卷]SF6可用作高壓發電系統的絕緣氣體,分子呈正八面體結構,如圖所示。有關SF6的說法正確的是 (

)A.是非極性分子

B.鍵角∠FSF都等于90°與F之間共用電子對偏向S原子滿足8電子穩定結構A[解析]結構對稱、正負電中心重合的分子為非極性分子,SF6分子呈正八面體結構,S原子位于正八面體的中心,該分子結構對稱、正負電中心重合,所以為非極性分子,故A正確;由圖可知,∠FSF為180°和90°,B錯誤;由于F的電負性比S的大,S與F之間共用電子對偏向F,C錯誤;中心S原子形成6個共價鍵,則S原子不是8電子穩定結構,D錯誤。5.

(1)[2022·山東卷節選]在水中的溶解度,吡啶()遠大于苯,主要原因是①

,②

。(2)[2022·全國甲卷節選]固態氟化氫中存在(HF)n形式,畫出(HF)3的鏈狀結構:

。吡啶能與H2O分子形成分子間氫鍵吡啶和H2O均為極性分子,而苯為非極性分子[解析](2)固態HF分子間存在氫鍵,則(HF)3的鏈狀結構為

。(3)[2022·浙江卷節選]兩種有機物的相關數據如下表:HCON(CH