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1、第3讲化学键分子结构与性质复习目标核心素养1.了解共价键的形成、极性和类型(键和键)。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，能列举含有氢键的物质，并能解释氢键对物质性质的影响。1.宏观辨识与微观探析：从不同层次认识分子的空间结构，并对共价键进行分类，从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。2变化观念与平衡思想：认识共价键的本质及类型，多角度、动态地分析分子的空间结构及性质，并运用相关理论解决
2、实际问题。3证据推理与模型认知：运用价层电子对互斥模型和杂化轨道理论等，解释分子的空间结构及性质，揭示现象的本质与规律。4科学探究与创新意识：发现和提出有探究价值的分子的结构、性质的问题，设计探究方案进行探究分析，面对异常现象敢于提出自己的见解。考点一化学键1离子键和离子化合物(1)离子键的形成和存在离子键的含义带相反电荷离子之间的相互作用成键粒子阴、阳离子成键实质静电作用成键元素通常是活泼的金属元素和活泼的非金属元素间易形成离子键离子键的存在存在于离子化合物中(2)离子化合物概念：由离子键构成的化合物。常见物质：a强碱：如NaOH、KOH、Ba(OH)2等。b绝大多数盐：如NaCl、NH4C
3、l、KNO3等。c金属氧化物：如Na2O、MgO、CaO等。(3)表示方法电子式：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。a原子，如Na的电子式为Na；S的电子式为。b离子，如Na的电子式为Na；S2的电子式为。c化合物，如NaCl的电子式为；MgCl2的电子式为。用电子式表示离子化合物的形成过程：2共价键和共价化合物(1)共价键的形成和存在共价键的概念原子间通过共用电子对所形成的相互作用成键粒子原子成键元素同种或不同种非金属元素分类极性键：共用电子对发生偏移非极性键：共用电子对不发生偏移存在非金属元素的多原子单质，如O2、N2等共价化合物，如H2O、CO2等某些离子
4、化合物，如NaOH、NH4Cl等(2)共价化合物概念：以共用电子对形成分子的化合物。常见物质：a酸，如HNO3、H2SO4等。b非金属氢化物，如NH3、CH4等。c非金属氧化物，如CO2、SO2等。(3)表示方法用电子式表示HCl的形成过程：3化学键(1)概念：相邻的原子之间强烈的相互作用。(2)化学键的分类与成因化学键(3)化学反应的本质：一个化学反应的过程，本质上就是旧化学键的断裂和新化学键的形成的过程。(1)所有物质中都存在化学键。()(2)非金属元素组成的化合物中只含共价键。()(3)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键，多个原子间可能形成离子键。()(4)由活泼金属元素与活泼非金属
5、元素形成的化学键都是离子键。()(5)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)离子化合物中可能含有共价键，共价化合物中一定不含离子键。()题点一化学键与物质类别的关系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CCO2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【解析】Na2CO3和NaOH都是离子化合物，熔化时破坏的都是离子键，A项正确；蒸发氯化钾水溶液的过程中，水从液态变成气态，破坏了分子间作用力，B项正确；CO2溶于水，一
6、部分CO2与水反应生成H2CO3，有共价键的断裂和生成，C项错误；在石墨晶体结构中，层与层之间存在分子间作用力，层内存在共价键，故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，D项正确。【答案】C母题变式(1)如何判断离子化合物和共价化合物？(2)同素异形体之间的变化是化学变化吗？提示：(1)熔融状态能导电的化合物是离子化合物(2)同素异形体之间的变化是化学变化对点训练1(1)请用下列10种物质的序号填空。O2H2NH4NO3K2O2Ba(OH)2CH4CO2NaFNH3I2其中既含离子键又含非极性键的是_；既含离子键又含极性键的是_。(2)X、Y两种主族元素能形成XY2型化
7、合物，已知XY2中共有38个电子，若XY2为常见元素形成的离子化合物，其电子式为_；若XY2为共价化合物时，其结构式为_。(3)氯化铝的物理性质非常特殊，如氯化铝的熔点为190 ，但在180 就开始升华。据此判断，氯化铝是_(填“共价化合物”或“离子化合物”)，可以证明你的判断正确的实验依据是_。解析：(2)12型离子化合物，通常X为2价，Y为1价，故X可能是Mg2或Ca2，Y可能是F或Cl，结合XY2中含有38个电子可推出XY2为CaF2。12型共价化合物一般是碳族元素与氧族元素化合形成的，如CO2、CS2等，再由XY2中共有38个电子，可推出XY2为CS2。答案：(1)(3)共价化合物氧化
8、铝在熔融状态下不能导电归纳拓展1.离子化合物、共价化合物的判断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。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。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。题点二电子式的书写与正误判断(2021南京模拟)下列表达正确的是()【解
9、析】因HClO为共价化合物，根据共价键成键的特点，氢原子形成一对共用电子对，氧原子形成两对共用电子对，氯原子形成一对共用电子对，HClO的电子式为，故A错误；H2S为共价化合物，硫原子中最外层有8个电子达到稳定结构，分子中存在两个HS键，其正确的电子式为，故B错误；Na2O为离子化合物，用电子式表示Na2O的形成过程为，故C错误，BaCl2为离子化合物，只含离子键，电子式为，故D正确。【答案】D母题变式下列有关化学用语表示正确的是()解析：B相同离子不能合并，故其电子式为，故A错误；氯化镁由1个镁离子和2个氯离子构成，故其电子式为，故B正确；硫化钠是离子化合物，故其电子式为，故C错误；H2S是
10、共价化合物，故其形成过程为，故D错误。对点训练2下列有关化学用语表示正确的是()答案：C对点训练3下列粒子中所有原子的最外层都达到8电子稳定结构的是（填序号）。BF3NCl3H3OSiCl4PCl3,PCl5NO2XeF4SO2HClON2N2H4CO2答案：方法技巧电子式的书写方法考点二共价键及其参数1本质和特征共价键的本质是在原子之间形成共用电子对，其特征是具有饱和性和方向性。2分类分类依据类型形成共价键的原子轨道重叠方式键电子云“头碰头”重叠键电子云“肩并肩”重叠形成共价键的电子对是否偏移极性键共用电子对发生偏移非极性键共用电子对不发生偏移原子间共用电子对的数目单键原子间有一对共用电子对
11、双键原子间有两对共用电子对三键原子间有三对共用电子对3.键与键的判断由物质的结构式判断通过物质的结构式可以快速有效地判断共价键的种类及数目。共价单键全为键，双键中有一个键和一个键，三键中有一个键和两个键由成键轨道类型判断s轨道形成的共价键全部是键；杂化轨道形成的共价键全部为键4.大键的简介(1)简介：大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”重叠形成的键。(2)表达式：。其中m代表参与形成大键的原子数，n代表参与形成大键的电子数。(3)一般判断：对于多电子的粒子，若中心原子的杂化不是sp3杂化，中心原子与配位原子可能形成大键。(4)示例：，CH2=CHCH=CH2；，
12、NO：，SO2：，O3：，CO：。5共价键的键参数(1)定义键能：气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。键角：两个共价键之间的夹角。(2)键参数对分子性质的影响键能越大，键长越短，分子越稳定。(3)利用键能(E)计算H的公式：HE(反应物)E(生成物)。(1)氯气的化学式是Cl2而不是Cl3，是由共价键的饱和性决定的。()(2)共价键只能是非金属原子之间成键。()(3)N2分子中键与键的个数比是21。()(4)键能单独形成，而键一定不能单独形成。()(5)Zn的氯化物与氨水反应可形成配合物Zn(NH3)4Cl2，1 mol该配合物中含有键的数目
13、为14NA。()(6)碳碳双键的键能是碳碳单键键能的2倍。()(7)实验测得H2S为共价化合物，HSH的夹角为92，键长相同，则H2S是V形分子。()题点一共价键及其分类下列关于键和键的理解不正确的是()A含有键的分子在进行化学反应时，分子中的键比键活泼B在有些分子中，共价键可能只含有键而没有键C有些原子在与其他原子形成分子时只能形成键，不能形成键D当原子形成分子时，首先形成键，可能形成键【解析】同一分子中的键不如键牢固，反应时比较容易断裂，A项正确；在共价单键中只含有键，而含有键的分子中一定含有键，B项错误，D项正确；氢原子、氯原子等跟其他原子形成分子时只能形成键，C项正确。【答案】B母题变
14、式(1)为什么Si、O难形成键？(2)键一定比键稳定吗？(3)共价键都有方向性吗？(4)配位键属于键吗？答案：(1)当成键原子半径越大，键越难形成，如Si、O难形成双键。(2)键与键由于原子轨道的重叠程度不同从而导致了两者的稳定性不同，一般键比键稳定，但N2中键较稳定。(3)并不是所有的共价键都有方向性，如ss 键没有方向性。(4)配位键也属于键。对点训练1(1)以铁、硫酸、柠檬酸、双氧水、氨水等为原料可制备柠檬酸铁铵(NH4)3Fe(C6H5O7)2。柠檬酸的结构简式如图所示。1 mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的键的数目为_mol。(2)硫及其化合物有许多用途。气态三氧化硫以单分子形式
15、存在，其分子的空间结构为_形，其中共价键的类型有_种。解析：(1)COOH中，C与O形成双键以及C与O形成单键，1 molCOOH中含有2 mol 键，C与羟基相连为单键，为一个键，所以1 mol柠檬酸中碳与氧共有7 mol 键。(2)根据价层电子对互斥理论，SO3中心原子价层电子对数为3，孤电子对数为0，因此分子为平面三角形。分子中存在键和键，其中键为大键。答案：(1)7(2)平面三角2题点二共价键的键参数下列说法正确的是()A键角：BF3CH4H2ONH3B分子或离子中键角：H2OH3O，NH3NHC键能(作用能)：氢键范德华力共价键D键长：CHNH孤电子对和成对电子对间的排斥力成对电子对
16、间的排斥力，所以键角：BF3CH4NH3H2O，故A错误；B.H2O、H3O的VSEPR模型为四面体，但H2O有2对孤电子对、H3O有1对孤电子对，NH3、NH的VSEPR模型为四面体，NH3有1对孤电子对，NH无孤电子对，由于孤电子对间排斥力孤电子对和成对电子对间的排斥力成对电子对间的排斥力，所以键角：H2OH3O，NH3NO，原子半径越大，键长越大，所以键长：CHNHOH，故D错误。【答案】B思维建模 键角比较的三种思维模板(1)杂化类型不同spsp2sp3。(3)在同一分子中，键电子斥力大，键角大。对点训练2(2021济宁一模)已知几种共价键的键能如下：化学键HNNNClClHCl键能/
17、kJmol1390.8946242.7431.8下列说法错误的是()A键能：NNN=NNNBH(g)Cl(g)=HCl(g)H431.8 kJmol1CHN键能小于HCl键能，所以NH3的沸点高于HClD2NH3(g)3Cl2(g)=N2(g)6HCl(g)H463.9 kJmol1解析：CA项，三键键长小于双键键长小于单键键长，键长越短，键能越大，所以键能：NNN=NNN，正确；B项，H(g)Cl(g)=HCl(g)的焓变为HCl键能的相反数，则H431.8 kJmol1，正确；C项，NH3的沸点高于HCl是由于NH3形成分子间氢键，而HCl不能，键能不是主要原因，错误；D项，根据HE(反应
18、物)E(生成物)，则2NH3(g)3Cl2(g)=N2(g)6HCl(g)H6E(NH)3E(ClCl)E(NN)6E(HCl)463.9 kJmol1，正确。考点三分子的空间结构1价层电子对互斥模型(1)理论要点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。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)分子中的中心原子上的价层电子对数的计算其中：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，x是与中心原子结合的原子数。(3)示例分析价层电子对数键电子对数孤电子对数VSEPR模型名称分子空间结构名
19、称实例220直线形直线形CO2330平面三角形平面三角形BF321V形SO2440四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O550三角双锥三角双锥PCl523三角双锥V形XeF2660正八面体正八面体SF62.杂化轨道理论(1)理论要点原子成键时，原子的价电子轨道相互混杂，形成与原轨道数目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。(2)杂化轨道的类型(3)杂化轨道与分子空间结构的关系杂化类型杂化轨道数目杂化轨道间夹角分子空间结构名称实例sp2180直线形BeCl2sp23120平面三角形BF3sp3410928四面体形CH4sp3d512
20、0，90三角双锥PCl5sp3d26180，90正八面体SF6(1)sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道。()(2)中心原子采取sp3杂化的分子，其空间结构可能是四面体形、三角锥形或V形。()(3)H2S与H2O杂化方式和分子构型相同，键角也相同。()(4)杂化轨道只用于形成键和容纳未参与成键的孤电子对。()(5)只要分子构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化。()(6)中心原子是sp杂化的，其分子构型不一定为直线形。()题点一微粒空间结构的判断(1)Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝
21、尔化学奖。磷酸根离子的空间结构为_，其中P的价层电子对数为_、杂化轨道类型为_。(2)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料。NH3、 PH3、AsH3的键角由大到小的顺序为_。(3)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。LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间结构是_、中心原子的杂化形式为_。LiAlH4中，存在_(填标号)。A离子键B键C键 D氢键【解析】(1)经过计算，PO中不含孤电子对，成键电子对数目为4，价层电子对数为4，因此其构型为正四面体形，P原子是采用sp3杂化方式形成的4个sp3杂化轨道；(
22、2)NH3、PH3、AsH3中心原子都是sp3杂化，都有1对孤电子对，中心原子的电负性越小，成键电子对之间的斥力越小，键角越小，所以这三种物质键角由大到小的顺序为NH3PH3AsH3；(3)LiAlH4中的阴离子是AlH，中心原子铝原子含有的价层电子对数是4，且不存在孤电子对，所以空间结构是正四面体，中心原子的杂化轨道类型是sp3杂化；阴、阳离子间存在离子键，Al与H之间还有共价单键，不存在双键和氢键，答案选A、B。【答案】(1)正四面体形4sp3(2)NH3、PH3、AsH3(3)正四面体sp3A、B母题变式下列判断正确的是_。中心原子的价层电子对数为3时VSEPR模型为平面三角形VSEPR
23、模型与粒子结构一定相同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NH3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化只要分子空间结构为平面三角形，中心原子均为sp2杂化答案：对点训练1非金属氟化物在生产、生活和科研中应用广泛。回答下列问题：(1)基态F原子核外电子的运动状态有_种。(2)O、F、Cl电负性由大到小的顺序为_；OF2分子的空间结构为_；OF2的熔、沸点_(填“高于”或“低于”)Cl2O，原因是_。解析：(1)基态F原子共有9个核外电子，则每个电子都有对应的轨道和自旋状态，所以核外电子的运动状态有9种；(2)电负性一定程度上相当于得电子能力，半径越小，得电子能力越强，
24、电负性越大，半径由小到大的顺序为F、O、Cl，所以电负性大小顺序为FOCl；根据VSEPR模型有24，去掉2对孤对电子，知OF2分子的空间结构是V形；OF2和Cl2O都是分子晶体，结构相似，Cl2O的相对分子质量大，Cl2O的熔、沸点高。答案：(1)9(2)FOClV形低于OF2和Cl2O都是分子晶体，结构相似，Cl2O的相对分子质量大，Cl2O的熔、沸点高对点训练2(双选)用价层电子对互斥模型(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是()ASO2、CS2、HI都是直线形的分子BBF3键角为120，SnBr2键角大于120CCH2O、BF3、SO
25、3都是平面三角形的分子DNCl3的键角大于PCl3的键角解析：CDA项，SO2为V形分子，错误；B项，SnBr2中有一个孤电子对，键角小于120，错误。题点二杂化轨道类型的判断(1)(2020全国卷)有机碱CH3NH中，N原子的杂化轨道类型是_。(2)(2020全国卷)氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：3NH3BH36H2O=3NHB3O9H2B3O的结构为。在该反应中，B原子的杂化轨道类型由_变为_。(3)(2021山东卷)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_，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是_(填标号)。AspBsp2C
26、sp3 Dsp3d【解析】(1)CH3NH中N形成4个键，N杂化类型为sp3。(2)NH3BH3中B形成四个键，为sp3杂化，B3O中B形成3个键，为sp2杂化。(3)XeF2中心原子的价层电子对数为25，其中心原子的杂化方式应为sp3d。【答案】(1)sp3(2)sp3sp2(3)5D对点训练3下列分子中，各分子的空间结构和中心原子的杂化方式均正确的是()ANH3平面三角形sp3杂化BCCl4正四面体sp2杂化CH2OV形sp3杂化DCO三角锥形sp3杂化解析：CNH3分子中中心原子的价层电子对数3(531)4，N的杂化方式为sp3，含有一个孤电子对，分子的空间结构为三角锥形，选项A错误；B
27、.CCl4分子中中心原子的价层电子对数4(441)4，C的杂化方式为sp3，没有孤电子对，分子的空间结构为正四面体，选项B错误；H2O分子中中心原子的价层电子对数2(621)4，O的杂化方式为sp3，含有两对孤电子对，分子的空间结构为V形，选项C正确；CO离子中中心原子的价层电子对数3(4232)3，C的杂化方式为sp2，没有孤电子对，分子的空间结构为平面三角形，选项D错误。归纳拓展“四方法”判断中心原子的杂化类型(1)根据杂化轨道的空间结构直线形sp，平面三角形sp2，四面体形sp3。(2)根据杂化轨道间的夹角10928sp3，120sp2，180sp。(3)利用价层电子对数确定三种杂化类型
28、(适用于中心粒子)2对sp杂化，3对sp2杂化，4对sp3杂化。(4)根据键数与孤电子对数(适用于结构式已知的粒子)含C有机化合物：2个sp，3个sp2，4个sp3。含N化合物：2个sp2，3个sp3。含O(S)化合物：2个sp3。考点四分子结构与物质的性质1分子的性质(1)分子的极性类型非极性分子极性分子形成原因正电中心和负电中心重合的分子正电中心和负电中心不重合的分子存在的共价键非极性键或极性键非极性键或极性键分子内原子排列对称不对称(2)物质的溶解性“相似相溶”的规律：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度增大。随着溶
29、质分子中憎水基个数的增多，溶质在水中的溶解度减小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶，而戊醇在水中的溶解度明显减小。2键的极性对化学性质的影响键的极性对物质的化学性质有重要影响。例如，羧酸是一大类含羧基(COOH)的有机酸，羧基可电离出H而呈酸性。羧酸的酸性可用pKa的大小来衡量，pKa越小，酸性越强。羧酸的酸性大小与其分子的组成和结构有关，如下表所示：不同羧酸的pKa羧酸pKa丙酸(C2H5COOH)4.88乙酸(CH3COOH)4.76甲酸(HCOOH)3.75氯乙酸(CH2ClCOOH)2.86二氯乙酸(CHCl2COOH)1.29三氯乙酸(CCl3COOH)0.65三氟乙酸(CF3COOH)
30、0.233.分子间作用力(1)概念：物质分子之间普遍存在的相互作用力。(2)分类：范德华力和氢键。(3)强弱：范德华力氢键”或“”)，其原因是_。(4)化合物NH3的沸点比化合物CH4的高，其主要原因是_。(5)H2O分子内的OH键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为_。的沸点比高，原因是_。解析：(2)题给化合物不能形成分子间氢键，A错误；是非极性键，CH、C=O是极性键，B正确；该有机化合物的结构式为，键数目为9，键数目为3，C错误；该有机化合物与H2O能形成分子间氢键，D正确。(3)氧的电负性较大，则中形成分子内氢键，即OHO(或COO中双键氧与羟基氢之间形成氢键)，其大小介于化学键和
31、范德华力之间，使其更难电离出H，则水杨酸第二步电离常数小于苯酚的电离常数。(4)分子间氢键能使分子间作用力增大，使物质的熔、沸点升高。(5)氢键弱于共价键而强于范德华力。前者形成分子间氢键，后者形成分子内氢键。答案：(1)水分子与乙醇分子之间能形成氢键(2)BD(3)氢键范德华力形成分子内氢键，而形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大，沸点升高题点三手性分子已知化合物M是某合成路线中的中间产物，其结构简式如图所示，下列有关M的叙述不正确的是()A分子中含有非极性键，且为极性分子B分子中的碳的杂化方式有2种C与足量氢气反应所得产物中含有3个手性碳原子DM的同分异构体中存在同时含有羟基、醛基和碳碳三键的芳香族化合物【解析】M与足量氢气反应所得产物中只含有两个手性碳原子(六元环上与乙基相连的两个碳原子)。【答案】C对点训练3(2021南京模拟)维生素C的结构简式是，它能防治坏血病，该分子中有几个手性碳原子()A1B2C3 D4解析：B该分子中属于手性碳原子的是左边第二、三号碳，它们均是连接四个不同原子或原子团的碳原子，所以含有2个手性碳原子。题点四共价键的极性对化学性质的影响下列说法中正确的是()A互为手性异构体的分子互为镜像，且分子组成相同，性质也相同