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1、第十八章 分子结构与性质 学案 分子结构与性质,轻松学教材,一共价键 1.共价键的本质及特征 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.共价键的类型 (1)按成键原子间共用电子对的数目分为单键双键三键 (2)按共用电子对是否偏移分为极性键非极性键 (3)按原子轨道的重叠方式分为键键,前者的电子云具有轴对称性,后者的电子云具有镜像对称性,3.键参数 (1)键能:气态基态原子形成1 mol 化学键释放的最低能量,键能越大,化学键越稳定 (2)键长:形成共价键的两个原子之间的核间距,键长越短,共价键越稳定 (3)键角:在原子数超过2的分子中,两个共价键之间的夹角,4.等
2、电子原理 原子总数相同价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征,它们的许多性质相近,二分子的空间结构 1.价层电子对互斥模型的两种类型 价层电子对互斥模型说明的是价层电子对的空间构型,而分子的空间构型指的是成键电子对空间构型,不包括孤对电子 (1)当中心原子无孤对电子时,两者的构型一致; (2)当中心原子有孤对电子时,两者的构型不一致,2.杂化轨道理论 当原子成键时,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,形成分子的空间构型不同,3.价层电子对互斥模型杂化轨道理论与分子空间构型的关系,4.配合物理论简介 (1)配位键的形成条件 提供共
3、用电子对的原子有孤对电子,接受共用电子对的原子有空轨道 (2)配位化合物 定义:金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物 组成:如对于OH,中心原子为Ag,配体为NH3,配位数为2,三分子的性质 1.范德华力氢键及共价键比较,特别提醒:有氢键的分子间也有范德华力,但有范德华力的分子间不一定有氢键 一个氢原子只能形成一个氢键,这就是氢键的饱和性 氢键主要影响物质的物理性质,2.分子的极性 (1)极性分子:正电中心和负电中心不重合的分子 (2)非极性分子:正电中心和负电中心重合的分子 3.溶解性 (1)“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
4、溶于极性溶剂若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好 (2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小,4.手性 具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如左手和右手一样互为镜像,在三维空间里不能重叠的现象 5.无机含氧酸分子的酸性 无机含氧酸可写成(HO)mROn,如果成酸元素R相同,则n值越大,R的正电性越高,使ROH中O的电子向R偏移,在水分子的作用下越易电离出H+,酸性越强,如HClOHClO2HClO3HClO4,体验热身,1.关于氢键,下列说法正确的是( ) A.每一个水分子内含有两个氢键 B.冰水和水蒸气中都存在氢键 C.D
5、NA中的碱基互补配对是通过氢键来实现的 D.H2O是一种非常稳定的化合物,这是由于氢键所致,答案:C,解析:水分子内不存在氢键,水分子间可形成氢键,A不正确;气态物质分子之间无相互作用(理想气体模型),因而气体(包含水蒸气)中无氢键存在,B不正确;DNA的双螺旋结构是靠碱基配对形成的,而含氮原子的碱基之间的互补配对,则是通过氢键来实现的,C正确;水分子之所以非常稳定,是由于水分子中OH键是共价键,而非H2O分子之间的氢键所致,D不正确,2.下列说法正确的是( ) A.含有非极性键的分子一定是非极性分子 B.非极性分子中一定含有非极性键 C.由极性键形成的双原子分子一定是极性分子 D.键的极性与
6、分子的极性无关,答案:C,解析:含有非极性键的分子不一定是非极性分子,如H2O2,非极性分子中不一定含有非极性键,如CH4CO2均是非极性分子,却都只含有极性键分子的极性除与键的极性有关外,还与分子空间构型有关,3.下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液,不能产生AgCl沉淀的是( ),A.Co(NH3)4Cl2Cl B.Co(NH3)3Cl3 C.Co(NH3)6Cl3 D.Co(NH3)5ClCl2,答案:B,解析:ACD的外界均为Cl-,其水溶液中均含有自由移动的Cl-,加入AgNO3溶液可生成AgCl沉淀,而B中Cl-在配合物的内界,不易电离,加入AgNO3溶液也不能生成AgCl沉淀,
7、4.下列化合物中,按沸点由高到低的顺序排列,正确的是( ) A. B. C. D.,答案:C,解析:邻羟基苯甲酸分子内可以形成氢键,分子间不存在氢键,熔沸点最低;对羟基苯甲酸分子内不能形成氢键,主要是在分子间形成氢键,熔沸点最高,5.写出Ag(NH3)2OH的中心原子配体配位数,并写出它电离的离子方程式 答案:中心原子:Ag 配体:NH3 配位数:2,Ag(NH3)2OH= Ag(NH3)2+OH-,解析:Ag(NH3)2OH的中心原子是Ag,配体是NH3,配位数是 2由于配合物的内界是以配位键形成的,一般不电离,而内界和外界之间是通过离子键相结合的,可以完全电离所以电离方程式为,Ag(NH3
8、)2 OH= Ag(NH3)2+OH-,6.说明下列分子是由哪些轨道或杂化轨道重叠成键的,并指明分子的空间构型 (1)ICl_;(2)NI3_; (3)CH3Cl_;(4)CO2_,答案:见解析,解析:(1)ICl:Cl以一个3p轨道与I以一个5p轨道重叠成键,形成的双原子分子为直线形 (2)NI3:N原子不等性sp3杂化,除一对孤对电子,另外的三个杂化轨道分别与三个I原子的各一个5p轨道重叠成键;空间构型为三角锥形,(3)CH3Cl:C原子通过sp3杂化形成四个杂化轨道,其中三个sp3杂化轨道与三个H原子的1s轨道重叠形成三个sp3s共价键,另一杂化轨道与Cl原子的含单电子的3p轨道重叠,形
9、成一个sp3p共价键;空间构型为四面体形,(4)CO2:C原子的一个2s轨道与一个2p轨道采取sp杂化,形成两个成分相同能量相等的sp杂化轨道,再与两个O原子中各一个含单电子的2p轨道重叠,形成spp键;C原子中余下的两个2p轨道(各含一个电子)再分别与一个O原子(共两个)中的另一个2p轨道重叠形成spp键因此每一对碳氧原子组合间含有一个键和一个键,为双键结构;三个原子在同一条直线上,为直线形分子,7.美国科学家威廉诺尔斯伯利沙普利斯和日本化学家野依良治因通过使用快速和可控的重要化学反应来合成某些手性分子的方法而获得2001年的诺贝尔化学奖所谓手性 分子是指在分子结构 中,abxy为彼此互不相
10、 同的原子或原子团时,称此分子为手性分子,中心碳原子为手性碳原子例如:普通氨基酸中的丙氨酸(如下图所示)即为手性分子,它有两种形状:S-丙氨酸和R丙氨酸,它们互为镜像不管我们如何旋转这些图形,都不能让它们互相重叠,这种现象称为对映异构乳酸 是人体生理活动的一种代谢产物,它是否存在对映异构体?乳酸分子中可能处于同一平面的原子数目最多有几个?,答案:存在7个,重点探究,两种共价键类型键和键的比较,型分子极性的判断方法,1.化合价法 ABn型分子中中心原子的化合价的绝对值等于该原子的价电子数时,该分子为非极性分子,此时分子的空间结构对称;若中心原子的化合价的绝对值不等于其价电子数目,则分子的空间结构
11、不对称,其分子为极性分子,具有实例如下:,2.根据所含键的类型及分子的空间构型判断 当ABn型分子的空间构型是空间对称结构时,由于分子中正负电中心重合,故为非极性分子,如CO2(直线形),BF3(平面正三角形)CH4(正四面体形)等均为非极性分子当ABn型分子的空间构型不是空间对称结构时,一般为极性分子,如H2O(V形)NH3(三角锥形),它们均为极性分子,(1)AA型分子一定是非极性分子,如N2Cl2 (2)AB型分子一定是极性分子,如HClHF (3)AB2型分子除线型结构BAB为非极性分子外,其他均为极性分子如CO2CS2为非极性分子,H2SH2O为极性分子,(4)AB3型分子除平面正三
12、角形结构 为极性分子 外,其他均为极性分子如BF3为非极性分子,NH3PH3为极性分子 (5)AB4型除正四面体结构 及平面正四边形结构 为非极性分子外,其他均为极性分子如CH4 CCl4SiF4为非极性分子,3.据中心原子最外层电子是否全部成键判断 中心原子即其他原子围绕它成键的原子分子中的中心原子最外层电子若全部成键,此分子一般为非极性分子;分子中的中心原子最外层电子未全部成键,此分子一般为极性分子如CH4BF3CO2等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H2ONH3NF3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,命题聚焦,聚焦1 共价键的概念和
13、类型,【例1】 下列对HClCl2H2ONH3CH4一组分子中共价键形成方式的分析正确的是( ) A.都是键,没有键 B.都是键,没有键 C.既有键,又有键 D.除CH4外,都是键,答案:A,聚焦2 价层电子对互斥理论杂化轨道理论及空间构型的关系,【例2】 元素X和Y属于同一主族负二价的元素X和氢形成的化合物在通常状况下是一种液体,其中X的质量分数为88.9%;元素X和Y可以形成两种化合物,在这两种化合物中,X的质量分数分别为50%和60%,(1)确定XY两种元素在周期表中的位置 _ (2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中,X质量分数为50%的化合物的化学式为_;该分子中中心原子以_杂化
14、,是_分子,分子构型为_,X:第二周期A族;Y:第三周期,A族,SO2,sp2,极性,V形,(3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式_;该分子中中心原子以_杂化,是_分子,分子构型为_ (4)由元素氢XY三种元素形成的化合物常见的有两种,其水溶液均呈酸性,试分别写出其分子式_,并比较酸性强弱:_,SO3,sp2,非极性,平面三角形,H2SO3H2SO4,H2SO4H2SO3,解析:根据氢化物化学式H2X和X的质量分数可推知,X的相对原子质量为16,则X为O,Y为S,则其氧化物分别为SO2SO3,根据杂化轨道理论易确定其分子构型极性三种元素组成的化合物为H2SO3H2SO4,由无机含氧酸的
15、判断知酸性:H2SO4H2SO3,方法归纳:根据分子构型可以判断分子的极性,但必须注意键对极性的影响例如,同是直线形的O=C=O和HCN,前者为非极性分子,后者为极性分子;同是四面体形的CH4和CH3Cl,前者为非极性分子,后者为极性分子,聚焦3 微粒间作用力及其对物质性质的影响,【例3】 ABCD四种元素处于同一短周期,在同族元素中,A的气态氢化物的沸点最高,B的最高价氧化物对应的水化物的酸性在同周期中是最强的,C的电负性介于AB之间,D与B相邻,(1)C的原子的价电子排布式为_ (2)在B的单质分子中存在_个键,_个键 (3)已知B的气态氢化物很容易与H+结合,B原子与H+间形成的键叫_,形成的离子空间构型为_,其中B原子采取的杂化方式是_
