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1、第3课时分子结构与性质1.能说出微粒间作用(离子键、共价键和分子间作用力等)的主要类型、特征和实质;能说明不同类型的微粒间作用的联系与区别;能说明典型物质的成键类型。2.能利用电负性判断共价键的极性,能根据共价分子的结构特点说明简单分子的某些性质;能运用离子键、金属键等模型,解释离子化合物、金属等物质的某些典型性质;能说明分子间作用力(含氢键)对物质熔、沸点等性质的影响,能列举含有氢键的物质及其性质特点。3.能根据给定的信息分析常见简单分子的空间结构;能利用相关理论解释简单的共价分子的空间结构;能根据分子结构特点和键的极性来判断分子的极性,并据此对分子的一些典型性质及其应用作出解释。4.能从微
2、粒的空间排布及其相互作用的角度对生产、生活、科学研究中的简单案例进行分析;能举例说明物质结构研究的应用价值,如氢键对于生命的重大意义。化学键1.化学键(1)定义及分类(2)离子键、共价键、金属键的比较项目离子键共价键金属键成键粒子阴、阳离子原子金属阳离子、自由电子成键方式通过得失电子形成阴、阳离子形成共用电子对多个原子共用电子成键条件活泼金属元素与活泼非金属元素一般在非金属原子之间金属原子之间作用力实质静电作用存在实例离子化合物,如NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、ZnSO4、NaOH等非金属单质,如H2、O2等;共价化合物,如HCl、CO2、CH4等;某些离子化合物,如NaOH、Na
3、2O2等金属单质、合金(3)化学反应的本质:反应物的旧化学键断裂与生成物的新化学键形成。(4)离子化合物与共价化合物化合物类型定义与物质分类的关系特征性质表现举例离子化合物含有离子键的化合物包括强碱、绝大多数盐及活泼金属的氧化物熔融(破坏离子键)导电NaCl、Na2O2、NaOH、Na2O等共价化合物只含有共价键的化合物包括酸、弱碱、极少数盐、气态氢化物、非金属氧化物、大多数有机物等只在水溶液中电离导电(破坏共价键)H2S、SO2、CH3COOH、H2SO4、NH3H2O等 关于化学键的几点说明:(1)物质中并不一定都存在化学键,如He等稀有气体分子。(2)离子键中的“静电作用”既包括静电吸引
4、力又包括静电排斥力。(3)由活泼金属与活泼非金属形成的化学键不一定都是离子键,如AlCl3中AlCl键为共价键。两原子的电负性相差不大时,才能形成共用电子对,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,而形成离子键。2.共价键及其参数(1)本质:在原子之间形成共用电子对(电子云的重叠)。(2)特征:具有饱和性和方向性。(3)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双键原子间有两对共用电子对三键
5、原子间有三对共用电子对(4)键参数概念键参数对分子性质的影响键能越大,键长越短,分子越稳定。 原子形成共价键时优先形成键,成键原子半径越大,越难形成键,如Si等难形成双键。3.电子式(1)概念:在元素符号周围用“”或“”来表示原子的最外层电子的式子。(2)书写方法(3)用电子式表示化合物的形成过程离子化合物如NaCl:。共价化合物如HCl:H+ClHCl。理解辨析1.想一想(1)NaHSO4溶解和熔化过程中化学键是否被破坏?哪类化学键发生变化?提示:NaHSO4溶解和熔化过程中化学键被破坏;溶解过程中破坏的化学键类型是离子键、共价键,熔化过程中破坏的化学键类型是离子键。(2)两种非金属元素原子
6、不可能构成离子化合物,这种说法对吗?提示:不对,如NH4H。2.做一做书写下列物质的电子式:(1)N2:。(2)CO2:。(3)H2S:。(4)NaOH:。(5)Na2O2:。(6)H2O2:。(7)HClO:。(8)联氨(N2H4):。(9)光气的化学组成为COCl2,每个原子均达到8电子稳定结构,其电子式为。(10)用电子式表示MgCl2的形成过程:。答案:(1)NN(NN)(2)OCO(3)HSH(4)Na+OH-(5)Na+OO2-Na+(6)HOOH(7)HOCl(8)HNHNHH(9)ClCO Cl(10) 化学键与化合物关系判断1.下列有关离子化合物的说法正确的是(B)A.离子化
7、合物中一定含有金属元素,含金属元素的化合物一定是离子化合物B.离子键只存在于离子化合物中,离子化合物中一定含有离子键C.离子化合物中不可能含有共价键D.离子化合物受热熔化破坏化学键,吸收能量,属于化学变化解析:离子化合物中不一定含有金属元素,例如氯化铵等,含金属元素的化合物也不一定是离子化合物,例如氯化铝等,A错误。离子键只存在于离子化合物中,离子化合物中一定含有离子键,B正确。离子化合物中可能含有共价键,例如氢氧化钠等,C错误。离子化合物受热熔化破坏化学键,吸收能量,但并没有生成新物质,不属于化学变化,D错误。2.科学家合成了一系列具有独特化学性质的氢铝化合物(AlH3)n,常用作还原剂。已
8、知,最简单的氢铝化合物的化学式为Al2H6,它的熔点为150 且熔融状态不能导电,燃烧时放出大量的热量。Al2H6的球棍模型如图所示。下列说法正确的是(D)A.Al2H6中Al为-3价,H为+1价B.Al2H6中含有离子键和极性共价键C.Al2H6为离子化合物D.Al2H6在空气中完全燃烧,产物为氧化铝和水解析:A项,在Al2H6中Al为+3价,H为-1价,错误;B项,Al2H6中含有的化学键都是极性共价键,错误;C项,Al2H6为共价化合物,错误;D项,Al2H6在空气中完全燃烧,根据元素守恒可知燃烧产物为氧化铝和水,正确。 共价键类型的判断3.在下列物质中:HClN2NH3Na2O2H2O
9、2NH4ClNaOHArCO2C2H4(1)只存在非极性键的分子是;既存在非极性键又存在极性键的分子是;只存在极性键的分子是。(2)只存在单键的分子是,存在三键的分子是,只存在双键的分子是,既存在单键又存在双键的分子是。(3)只存在键的分子是,既存在键又存在键的分子是。(4)不存在化学键的是。(5)既存在离子键又存在极性键的是;既存在离子键又存在非极性键的是。答案:(1)(2)(3)(4)(5)4.从微观上对成键情况进行分析判断有利于我们认识和理解物质的性质。(1)(2021河北沧州三模)已知:Co(CN)64-是强还原剂,与水反应能生成Co(CN)63-,CN-中含有键与键的数目之比为。(2
10、)(2021湖南高三模拟)SCN-常用于检验Fe3+,其对应酸有硫氰酸(HSCN)和异硫氰酸(HNCS)两种。硫氰酸分子中键与键的数目之比为。(3)(2021广东广州三模)C20分子是由许多正五边形构成的空心笼状结构,如图所示,分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键。则1个C20分子中含个键。(4)(2021山东八校联考)H5O2+的结构如图所示。H5O2+含有共价键的类型是。1 mol H5O2+含有化学键的个数为。H+(5)Ge与C是同族元素,C原子之间可以形成双键、三键,但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析,原因是。解析:(1)CN-中C、N以三键连接,三键中含有
11、1个键,2个键,故键与键的数目之比为12;(2)根据结构简式可知每个HSCN分子中有3个键和2个键,故键与键数目之比为32。(3)类比金刚石的成键原理,C20中每个碳原子与3个C连接,即每个C周围形成3个键,由于涉及共用,故1个C周围实际占有1.5个键,所以1个C20分子中共有201.5=30(个)键。(4)通过结构图可知,H5O2+只有极性共价键;一个H5O2+中有4个共价键、2个配位键,所以1 mol H5O2+含有化学键的个数为6NA。(5)锗虽然与碳为同族元素,但比碳多了两个电子层,因此锗的原子半径大,原子间形成的单键较长,p-p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成键。答案:
12、(1)12(2)32(3)30(4)极性共价键6NA(5)Ge原子半径大,原子间形成的单键较长,p-p 轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成键 键参数及应用5.(2022江西南昌质检)已知几种共价键的键能如下表:化学键HNNNClClHCl键能/(kJmol-1)390.8946242.7431.8下列说法错误的是(C)A.键能:NNNNNNB.H(g)+Cl(g)HCl(g)H=-431.8 kJmol-1C.HN键能小于HCl键能,所以NH3的沸点高于HClD.2NH3(g)+3Cl2(g)N2(g)+6HCl(g)H=-463.9 kJmol-1解析:A项,三键键长小于双键键长
13、,双键键长小于单键键长,键长越短,键能越大,所以键能大小顺序为NNNNNN,正确;B项,H(g)+Cl(g)HCl(g)的焓变为HCl键能的相反数,则H=-431.8 kJmol-1,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,由分子构成的物质,溶、沸点与键能无关,错误;D项,根据H=E(反应物总键能)-E(生成物总键能),则2NH3(g)+3Cl2(g)N2(g)+6HCl(g)H=6E(NH)+3E(ClCl)-E(NN)-6E(HCl)=-463.9 kJmol-1,正确。6.已知H2、O2、Cl2、N2分子中共价键的键能依次为436 kJmol-1、49
14、7 kJmol-1、243 kJmol-1、946 kJmol-1,下列叙述正确的是(D)A.NN键键能为13946 kJmol-1315.3 kJmol-1B.氮分子中共价键的键长比氢分子中共价键的键长短C.氧分子中氧原子是以共价单键结合的D.氮分子比氯分子稳定解析:NN键由一个键和两个键构成,键与键的键能不相等,所以NN键键能不等于 315.3 kJmol-1,A不正确;NN键键能比HH键键能大,但由于H原子的原子半径小,所以NN键的键长大于HH键的键长,O2中氧原子间是以双键结合,C不正确,键能越大,分子越稳定,D正确。分子的空间结构1.价层电子对互斥(VSEPR)理论(1)理论要点价层
15、电子对在空间上彼此相距越远时,排斥力越小,体系的能量越低,如CO2为直线形。孤电子对的排斥力较大,孤电子对数越多,排斥力越大,键角越小,如键角H2ONH3氢键范德华力。 (1)氢键属于一种较强的分子间作用力,但不属于化学键。其键长一般定义为AHB的长度,而非HB的长度。(2)氢键对物质熔、沸点的影响:分子间氢键使物质熔、沸点升高,分子内氢键使物质熔、沸点降低。氢键对物质溶解度的影响:氢键的存在使物质的溶解性增大。例如NH3极易溶解于水,主要是由于氨分子和水分子之间形成了氢键。氢键的存在会引起密度的变化。例如水结冰时体积膨胀、密度减小的反常现象可用氢键解释。2.分子的性质(1)分子极性非极性分子
16、与极性分子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键的极性、分子空间结构与分子极性的关系类型实例键的极性空间结构分子极性X2H2、N2非极性键直线形非极性分子XYHCl、NO极性键直线形极性分子XY2(X2Y)CO2、CS2极性键直线形非极性分子SO2极性键V形极性分子H2O、H2S极性键V形极性分子XY3BF3极性键平面三角形非极性分子NH3极性键三角锥形极性分子XY4CH4、CCl4极性键正四面体形非极性分子(2)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
17、溶质一般能溶于极性溶剂。若能形成分子间氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。“相似相溶”还适用于分子结构相似或相近,如乙醇和水互溶(C2H5OH和H2O中的羟基相近),而戊醇在水中的溶解度明显减小。“相似相溶”规律可用于解释我们以前所学习的一些物质溶解现象,如HCl(极性分子)易溶于H2O(极性溶剂),可做喷泉实验;苯(非极性溶剂)可萃取水(极性溶剂)中的溴(非极性分子)。分子与H2O反应,也能促进分子在水中的溶解度,如SO2、NO2等。(3)分子的手性手性异构(对映异构):具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如同左手和右手一样互为镜像,却在三维空间里不能重叠的现象。手性分子
18、:具有手性异构的分子。手性碳原子:在有机物分子中,连有四个不同基团或原子的碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子,如。理解辨析1.判一判(正确的打“”,错误的打“”)(1)卤素单质、卤素氢化物、卤素碳化物(即CX4)的熔、沸点均随着相对分子质量的增大而增大。()(2)氢键不是化学键,因此不具有方向性和饱和性。()(3)可燃冰(CH4nH2O,6n8)中甲烷分子与水分子间形成了氢键。()(4)氢键的存在一定能使物质的熔、沸点升高。()(5)H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键。()解析:(1)卤素氢化物HF的沸点较高,是因为HF分子间存在氢键。(2)氢键不是化学键,但有一定的方向性和饱和性。
19、(3)可燃冰中水分子间存在氢键,但CH4与H2O之间不存在氢键。(4)分子内氢键能使物质的熔、沸点降低。(5)H2O比H2S稳定是因为OH键键能大于SH键键能,而与氢键无关。答案:(1)(2)(3)(4)(5)2.想一想(1)NH3极易溶于水的原因有哪些?提示:NH3是极性分子,易溶于极性溶剂H2O中;NH3与H2O之间形成分子间氢键;NH3可与水反应。(2)第A族元素氢化物中,H2O、H2S、H2Te都是分子晶体,结构相似,其沸点高低顺序如何?原因是什么?提示:沸点高低顺序为H2OH2TeH2S,三者均为分子晶体且结构相似,H2O分子之间存在氢键,H2Te相对分子质量比H2S大,范德华力更强
20、。 分子间作用力对物质性质的影响1.完成下列填空。(1)(2021重庆新高考适应性考试)氧化镁载体及镍催化反应中涉及CH4、CO2和CH3OH等物质。上述三种物质的分子中碳原子杂化类型不同于其他两种的是,立体构型为正四面体的分子是,沸点最高的是CH3OH,其原因是。(2)(2021河北唐山三模)P与N同主族,气态氢化物的沸点:NH3PH3(填“”或“PH3。(3)A中含N的杂环,类似苯环结构,是平面结构,所以N采取sp2杂化;A易溶于水,与含有的OH与水分子间能形成氢键有关。(4)S的电负性大于Se,电负性越大与氢结合得越牢固,形成的化学键越不易断裂,电离就越困难,导致氢化物的酸性越弱,因此酸
21、性H2Se大于H2S。答案:(1)CO2CH4甲醇为极性分子,且甲醇分子间能形成氢键(2)P与N同主族,但NH3分子间存在氢键,故气态氢化物的沸点NH3PH3(3)sp2A含有的OH与水分子间能形成氢键(4)H2SeS的电负性大于Se,电负性越大与氢结合得越牢固,不易断键 分子极性、手性的比较与判断2.下列各组分子中,都属于含极性键的非极性分子的是(B)A.CO2、H2SB.C2H4、CH4C.Cl2、BeCl2D.NH3、HCl解析:H2S、NH3、HCl都是含极性键的极性分子;Cl2是含有非极性键的非极性分子;CO2、CH4、BeCl2是只含有极性键的非极性分子;C2H4是含有极性键和非极
22、性键的非极性分子。3.已知H2O2分子的结构如图所示:H2O2分子不是直线形的,两个氢原子犹如在半展开的书的两面上,两个氧原子在书脊位置上,书页夹角为9352,而两个OH键与OO键的夹角均为9652。试回答:(1)H2O2分子的电子式是。(2)H2O2分子是含有键和键的(填“极性”或“非极性”)分子。(3)H2O2难溶于CS2,简要说明理由:。(4)H2O2中氧元素的化合价是,简要说明原因。答案:(1)HOOH(2)极性非极性极性(3)因H2O2为极性分子,而CS2为非极性溶剂,根据“相似相溶”规律,H2O2难溶于CS2(4)-1价 因OO键为非极性键,而OH键为极性键,共用电子对偏向氧,故氧
23、为-1价4.(2019全国卷,36改编)(1)碳原子上连有4个不同的原子或基团时,该碳称为手性碳。下列分子中含有“手性碳原子”的是。A.CH3CH2CH2OHB.C.D.CH2(OH)CH(OH)CH2(OH)(2)写出所选分子的结构简式并用星号()标出手性碳。答案:(1)C(2)ABn型分子极性的判断(1)一般情况下,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,则该分子为非极性分子,否则为极性分子。(2)中心原子A最外层电子若全部成键(即无孤电子对),此分子一般为非极性分子;分子中的中心原子A最外层电子若未全部成键(即存在孤电子对),此分子一般为极性分子。如CH4、BF3、CO2等
24、分子中的中心原子的最外层电子均全部成键,它们都是非极性分子;而H2O、NH3、NF3等分子中的中心原子的最外层电子均未全部成键,它们都是极性分子。1.(2021山东卷,9)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2的结构与性质,下列说法错误的是(B)A.CH3OH为极性分子B.N2H4空间结构为平面形C.N2H4的沸点高于(CH3)2NNH2D.CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N杂化方式均相同解析:甲醇可看成是甲烷中的一个氢原子被羟基取代得到的,为四面体结构,是由极性键组成的极性分子,A正确;N2H4中N原子的杂化方式为sp3,不是平面形,B错误;N2H4分子中连接N原子的H原子
25、数多,存在氢键的数目多,而偏二甲肼(CH3)2NNH2只有一端可以形成氢键,另一端的两个甲基基团比较大,影响了分子的排列,沸点较N2H4的低,C正确;CH3OH为四面体结构,OH 结构类似于水的结构,(CH3)2NNH2的结构简式为,两者分子中C、O、N杂化方式均为sp3,D正确。2.(2020山东卷,7)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,也有大键。下列关于B3N3H6的说法错误的是(A)A.其熔点主要取决于所含化学键的键能B.形成大键的电子全部由N提供C.分子中B和N的杂化方式相同D.分子中所有原子共平面解析:无机苯是分子晶体,其熔点主要取决于分子间的作用力,A错误;B原子最外层3个电子
26、,与其他原子形成3个键,N原子最外层5个电子,与其他原子形成3个键,还剩余2个电子,故形成大键的电子全部由N原子提供,B正确;无机苯与苯等电子体,分子中含有大键,故分子中B和N均为sp2杂化,所以分子中所有原子共平面,C、D正确。3.(2021山东卷,16节选)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)O、F、Cl电负性由大到小的顺序为;OF2分子的空间构型为;OF2的熔、沸点(填“高于”或“低于”)Cl2O,原因是。(2)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)。A
27、.spB.sp2C.sp3D.sp3d解析:(1)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,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理论有2+6-122=4,去掉2对孤电子对,可知OF2分子的空间构型是角(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。(2)XeF2易升华,所以是分子晶体,其中心原子的价层电子对数为2+8-122=5,其中心原子的杂化方式应为sp3d。答案:(1)FOCl角(V)形低于OF2与Cl2O为同类型非金属氧化物,其中Cl2O的相对分子质量大,范德华力大
28、,Cl2O的熔、沸点高(2)5D4.(2020山东卷,17节选)(1)Sn为A族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4空间构型为。(2)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为(填化学式,下同),还原性由强到弱的顺序为,键角由大到小的顺序为。解析:(1)Sn为第A族元素,由于常温下SnCl4为液体,故SnCl4为分子晶体;SnCl4分子中中心原子的孤电子对数为12(4-41)=0,键电子对数为4,价层电子对数为4,故SnCl4分子的空间构型为正四面体形。(2)NH3、PH3、AsH3的结构相似,结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越
29、强,物质的沸点越高,但是NH3分子间能形成氢键,故这三种物质的沸点NH3AsH3PH3;N、P、As这三种元素位于元素周期表中第A族,原子序数依次增大,同一主族从上到下,随着核电荷数的增加,原子半径逐渐增大,非金属性逐渐减弱,氢化物的还原性逐渐增强,故这三种物质的还原性由强到弱的顺序为AsH3PH3NH3;NH3、PH3、AsH3中中心原子都是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,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;答案:(1)正四面体形(2)NH3、AsH3、PH3AsH3、PH3、NH3NH3、PH3、AsH35.(2021广东卷,20)很多含巯基(SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如,解毒剂化合物可与氧化汞生成化合物。(1)H2S、CH4、H2O的沸点由高到低顺序为 。