归纳与整理名师教学设计2

第2节

分子结构与性质

1.了解共价键的形成、极性、类型(σ键和π键)。了解配位键的含义。

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理论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，能列举存在氢键的物质，并能解释氢键对物质性质的影响。

考点一

共价键

[知识梳理] 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

形成共价键的原子轨道重叠方式

σ键

π键

极性键

形成共价键的电子对是否偏移

非极性键

单键

原子间共用电子对的数目

双键

三键

3.共价键类型的判断

(1)σ键与π键

①依据强度判断：σ键的强度较大，较稳定；π键活泼，比较容易断裂。

②共价单键都是σ键；共价双键中含有一个σ键、一个π键；共价三键中含有一个σ键、两个π键。

(2)极性键与非极性键

看形成共价键的两原子，不同种元素的原子之间形成的是极性共价键，同种元素的原子之间形成的是非极性共价键。

4．键参数

(1)键参数对分子性质的影响

类型

原子轨道“头碰头”重叠

原子轨道“肩并肩”重叠

共用电子对发生偏移

共用电子对不发生偏移

原子间有一对共用电子对

原子间有两对共用电子对

原子间有三对共用电子对

(2)键参数与分子稳定性的关系

键能越大，键长越短，分子越稳定。

5．等电子原理

(1)含义：原子总数相同、价电子总数相同的分子(即等电子体)具有相似的化学键特征，它们的许多性质相近，如CO和N2。

(2)常见的等电子体归纳

微粒

CH4、NH4

CO、N2

CO2、SCN、NO2、N3

SO2、O3、NO2

CO23、NO3、SO3

－－－－＋－＋通式

AX4

AX AX2

AX2

AX3

AX3

AX4

价电子总数

8e

10e

16e

18e

24e

26e

32e

－－－－－－－立体构型

正四面体形

直线形

直线形

V形

平面三角形

三角锥形

正四面体形

2PO33、SO3、ClO3

－－－3SO24、PO4

－－[思维拓展] 1．易误辨析

语句描述

(1)共价键的成键原子只能是非金属原子

(2)键长等于成键两原子的半径之和

(3)在任何情况下，都是σ键比π键强度大

(4)分子间作用力越大，分子的稳定性越强

(5)碳碳三键和碳碳双键的键能分别是碳碳单键键能的3倍和2倍

答案：(1)氯化铝中存在共价键

(2)键长等于成键两原子的原子核之间的距离

(3)氮氮三键中的π键比σ键强度大

(4)分子的稳定性与分子间作用力的大小无关，与分子内共价键的键能大小有关

(5)碳碳三键和碳碳双键的键能分别小于碳碳单键键能的3倍和2倍

2．用下列物质填空(填选项字母)。

(1)只含极性键的分子是________；

(2)既含离子键又含共价键的化合物是________；

(3)只存在σ键的分子是________；

(4)同时存在σ键和π键的分子是________。

A．N2

B．CO2

C．CH2Cl2

D．C2H4

E．C2H6

F．CaCl2

G．NH4Cl 答案：(1)BC

(2)G

(3)CE

(4)ABD [演练落实] 错因简析

1．(1)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是______________________。

(2)CS2分子中，共价键的类型有________，C原子的杂化轨道类型是________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子：________。

答案：(1)C有4个价电子且半径小，难以通过得失电子达到稳定电子结构

(2)σ键和π键

sp

CO2、SCN(或COS等) 2．已知CO2为直线形结构，SO3为平面正三角形结构，NF3为三角锥形结构，请推测COS、CO23、PCl3的空间结构：________、________、________。

－－解析：COS与CO2互为等电子体，其结构与CO2相似，所以其为直线形结构；CO23与－SO3互为等电子体，二者结构相似，所以CO23为平面三角形结构；PCl3与NF3互为等电子－体，二者结构相似，所以PCl3为三角锥形结构。

答案：直线形

平面三角形

三角锥形

3．由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体。等电子体的结构相似。根据上述原理，下列各微粒不属于等电子体的是(

) A．CO23和

SO3

－B．NO3和

CO2

D．O3和NO2

－－－3C．SO24和PO4

－－解析：选B。

A．CO23和

SO3二者原子个数相等，最外层电子数分别为4＋6×3＋2＝24、6＋6×3＝24，是等电子体，故错误；B．NO3和

CO2二者原子个数不同，不是等电3子体，故正确；C．SO24和PO4二者原子个数相同，最外层电子数分别为6＋6×4＋2＝32、－－－5＋6×4＋3＝32，是等电子体，故错误；D．O3和NO2二者原子个数相同，最外层电子数分别为6×3＝18，5＋6×2＋1＝18，是等电子体，故错误。

考点二

分子的立体构型

[知识梳理] 1．用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型

(1)用价层电子对互斥理论推测分子的立体构型的关键是判断分子中的中心原子上的价层电子对数。

－

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。

(2)价层电子对互斥理论与分子构型

价层电

子对数

σ键电子对数

孤电子对数

价层电子

对立体构型

分子立体构型

实例

2 3 2 3 2 4 4 3 2 0 0 1 0 1 2 直线形

平面三角形

直线形

平面三角形

V形

四面体形

CO2

BF3

SO2

CH4

NH3

H2O 四面体形正

三角锥形

V形

2.用杂化轨道理论推测分子的立体构型

杂化类型

sp sp2

sp3

杂化轨道数目

2 3 4 杂化轨道间夹角

180°

120°

109°28′

立体构型

直线形

平面三角形

正四面体形

实例

BeCl2

BF3

CH4

3.由杂化轨道数判断中心原子的杂化类型

杂化轨道用来形成σ键和容纳孤电子对，所以有公式：

杂化轨道数＝中心原子的孤电子对数＋中心原子的σ键个数。

代表物

CO2

CH2O CH4

SO2

NH3

H2O 杂化轨道数

0＋2＝2 0＋3＝3 0＋4＝4 1＋2＝3 1＋3＝4 2＋2＝4 中心原子杂化轨道类型

sp sp2

sp3

sp2

sp3

sp3

4.中心原子杂化类型和分子构型的相互判断

分子组成

(A为中心原子) 中心原子的

孤电子对数

0 AB2

1 2 AB3

AB4

5.配位键和配合物

(1)孤电子对：分子或离子中没有跟其他原子共用的电子对。

(2)配位键

0 1 0 中心原子的

杂化方式

sp sp2

sp3

sp2

sp3

sp3

分子立

体构型

直线形

V形

V形

平面三角形

三角锥形

正四面体形

示例

BeCl2

SO2

H2O BF3

NH3

CH4

①配位键的形成：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成共价键。

②配位键的表示：常用“―→”来表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子。

(3)配位化合物：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，如[Cu(NH3)4]SO4。

配体有孤电子对，如H2O、NH3、CO、F、Cl、CN等。中心原子(或离子)有空轨道，如Fe3、Cu2、Zn2、Ag等。

＋＋＋＋－－－[思维拓展] 1．填写下表：

序号

①

②

③

④

⑤

物质

CS2

HCHO NCl3

SO24

－中心原子上的

孤电子对数

价层电

子对数

VSEPR 模型名称

分子或离子

立体构型

中心原子

杂化类型

H3O

＋答案：①0

2

直线形

直线形

sp ②0

3

平面三角形

平面三角形

sp2

③1

4

四面体形

三角锥形

sp3

④0

4

正四面体形

正四面体形

sp3

⑤1

4

四面体形

三角锥形

sp3

2．比较下列分子或离子中键角大小。

(1)H2O________H3O，NH3________NH4。

(2)SO3________CCl4，CS2________SO2。

解析：(1)H2O与H3O，NH3与NH4的中心原子均采用sp3杂化，孤电子对数越多，斥＋＋＋＋力越大，键角越小。

(2)杂化类型不同，键角不同。

答案：(1)＜

＜

(2)＞

＞

[演练落实]

演练一

考查价层电子对互斥理论与杂化轨道理论的综合应用

1．下列离子的VSEPR模型与离子的立体构型一致的是(

) A．SO23

－B．ClO4

－

C．NO2

－D．ClO3

－解析：选B。当中心原子无孤电子对时，VSEPR模型与离子的立体构型一致。A项，1－－SO2的中心原子的孤电子对数＝×(6＋2－3×2)＝1；B项，ClO4的中心原子的孤电子对数3211－＝×(7＋1－4×2)＝0；C项，NO2的中心原子的孤电子对数＝×(5＋1－2×2)＝1；D项，221－ClO3的中心原子的孤电子对数＝×(7＋1－3×2)＝1。

22．下列分子所含原子中，既有sp3杂化，又有sp2杂化的是(

) A．乙醛

B．丙烯腈

C．甲醛

D．丙炔

解析：选A。乙醛中甲基中的碳原子采取sp3杂化，醛基中的碳原子采取sp2杂化；丙烯腈中双键连接的两个碳原子采取sp2杂化，另一个碳原子采取sp杂化；甲醛中碳原子采取sp2杂化；丙炔中甲基中的碳原子采取sp3杂化，三键连接的两个碳原子采取sp杂化。

3．氮的最高价氧化物为无色晶体，它由两种离子构成，已知其阴离子的立体构型为平面三角形，则其阳离子的立体构型和阳离子中氮的杂化方式为(

) A．直线形

sp杂化

C．三角锥形

sp3杂化

B．V形

sp2杂化

D．平面三角形

sp2杂化

解析：选A。氮的最高价氧化物为N2O5，根据N元素的化合价为＋5和原子组成可知，阴离子为NO3、阳离子为NO2，NO2中N原子形成了2个σ键，孤电子对数目为0，所以杂化类型为sp，阳离子的立体构型为直线形，故A项正确。

“三方法”判断中心原子的杂化类型

(1)根据杂化轨道的空间分布构型判断

①若杂化轨道在空间的分布为正四面体形或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化。

②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化。

③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化。

(2)根据杂化轨道之间的夹角判断

若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。

(3)根据等电子原理结构相似进行推断

－＋＋

如CO2是直线形分子，SCN、NO2、N3与CO2是等电子体，所以其立体构型均为直线形，中心原子均采用sp杂化。

演练二

考查配位键、配合物理论

4．铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途，如金属铜用来制造电线电缆，五水硫酸铜可用作杀菌剂。

(1)往硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成[Cu(NH3)4]2配离子。已知NF3与NH3的立体＋－＋－构型都是三角锥形，但NF3不易与Cu2形成配离子，其原因是_____________________。

＋(2)胆矾CuSO4·5H2O可写作[Cu(H2O)4]SO4·H2O，其结构示意图如下：

下列有关胆矾的说法正确的是________。

A．所有氧原子都采取sp3杂化

B．氧原子存在配位键和氢键两种化学键

C．Cu2的价电子排布式为3d84s1

＋D．胆矾中的水在不同温度下会分步失去

答案：(1)N、F、H三种元素的电负性：F＞N＞H，在NF3中，共用电子对偏向F原子，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难与Cu2形成配位键

(2)D ＋5．(1)丁二酮肟镍是一种鲜红色沉淀，可用来检验Ni2，其分子结构如图所示。该结构＋中C原子的杂化方式是____________，分子内微粒之间存在的作用力有________(填字母)。

a．离子键

c．配位键

b．共价键

d．氢键

＋(2)醋酸二胺合铜溶液可以吸收CO，生成的CH3COO[Cu(NH3)3·CO] 中与Cu形成配离子的配体为________(填化学式)。

答案：(1)sp2、sp3

bcd

(2)CO、NH3

考点三

分子间作用力与分子的性质

[知识梳理] 1．分子间作用力

(1) 概念：物质分子之间普遍存在的一种相互作用力，称之为分子间作用力，其主要分为范德华力和氢键。

(2)范德华力与物质性质

实质

影响因素

范德华力与

物质性质

范德华力的实质是电性作用，无饱和性和方向性

①一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增大，范德华力逐渐增强；②相对分子质量相近的分子，分子的极性越大，范德华力越强

范德华力主要影响物质的熔沸点、硬度等物理性质。范德华力越强，物质的熔沸点越高、硬度越大

(3)氢键与物质性质

形成

由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间形成的作用力

A—H…B—

表示方法

①A、B为电负性很大的原子，一般为N、O、F三种元素的原子

②A、B可以相同，也可以不同

特征

分类

物质性质

2.分子的极性

(1)非极性分子与极性分子的判断

具有一定的方向性和饱和性

分子内氢键和分子间氢键

分子间氢键使物质的熔、沸点升高，对电离和溶解度等产生影响

(2)键的极性、分子立体构型与分子极性的关系

类型

X2

XY XY2

(X2Y) 实例

H2、N2

HCl、NO CO2、CS2

SO2

H2O、H2S BF3

NH3

CH4、CCl4

键的极性

非极性键

极性键

极性键

极性键

极性键

极性键

极性键

极性键

立体构型

直线形

直线形

直线形

V形

V形

平面正三角形

三角锥形

正四面体形

分子极性

非极性分子

极性分子

非极性分子

极性分子

极性分子

非极性分子

极性分子

非极性分子

XY3

XY4

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。

(2)随着溶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。

4．分子的手性

(1)手性异构体：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，在三维空间里不能重叠，互称为手性异构体。

(2)手性分子：具有手性异构体的分子。

(3)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5．无机含氧酸分子的酸性

对于同一种元素的无机含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。如果把含氧酸的通式写成(HO)mROn，R相同时，n值越大，R的正电性越强，—R—O—H 中的氧原子的电子就会越向R偏移，在水分子的作用下，就越容易电离出H，酸性也就越强。如H2SO3可写成(HO)2SO，n＝1；H2SO4可写成(HO)2SO2，n＝2。所以H2SO4的酸性强于H2SO3。同理，酸性：HNO3＞HNO2，HClO4＞HClO3＞HClO2＞HClO。

[思维拓展] 易误辨析

语句描述

(1)可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子与水分子间形成了氢键

(2)乙醇分子和水分子间只存在范德华力

(3)H2O2分子间不存在氢键

(4)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

(5)氢键的存在一定能使物质的熔、沸点升高

(6)H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键

答案：(1)可燃冰中水分子间存在氢键，但CH4与H2O之间不存在氢键

(2)乙醇分子、水分子中都有—OH，符合形成氢键的条件

(3)H2O2分子中的H几乎为“裸露”的质子，与水分子一样，分子间也存在氢键

(4)卤素氢化物中，HF分子间能形成氢键，其熔、沸点最高

(5)分子内氢键能使物质的熔、沸点降低，而分子间氢键能使物质的熔、沸点升高

(6)H2O比H2S稳定是因为O—H键键能大于S—H键键能，与氢键无关

错因简析

＋中*C为手性碳原子。

[演练落实]

演练一

考查分子极性和化学键极性之间的关系

1．下列叙述中正确的是(

) A．以非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子

B．以极性键结合起来的分子一定是极性分子

C．非极性分子只能是双原子单质分子

D．非极性分子中一定含有非极性共价键

解析：选A。对于抽象的选择题可用反例法，以具体的物质判断正误。A项正确，如O2、H2、N2等；B项错误，以极性键结合起来的分子不一定是极性分子，若分子构型对称，正电中心和负电中心重合，就是非极性分子，如CH4、CO2、CCl4、CS2等；C项错误，某些共价化合物，如CO2、C2H4等也是非极性分子；D项错误，非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2等。

2．下列化合物中，化学键的类型和分子的极性(极性或非极性)皆相同的是(

) A．CO2和SO2

C．BF3和NH3

B．CH4和CH2Cl2

D．HCl和HI 解析：选D。A项，CO2为极性键构成的非极性分子，SO2为极性键构成的极性分子；B项，CH4为极性键构成的非极性分子，CH2Cl2为极性键构成的极性分子；C项，BF3为极性键构成的非极性分子，NH3为极性键构成的极性分子；D项，HCl和HI均为极性键构成的极性分子。

演练二

考查分子间作用力、氢键及其对物质性质的影响

3．若不断地升高温度，实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。在变化的各阶段被破坏的粒子间的主要相互作用依次是(

) A．氢键

氢键

极性键

B．氢键

氢键

非极性键

C．氢键

极性键

分子间作用力

D．分子间作用力

氢键

非极性键

答案：A 4．下列物质变化，只与范德华力有关的是________。

A．干冰熔化

C．乙醇与丙酮混溶

E．碘溶于四氯化碳

F．石英熔融

解析：范德华力存在分子之间，不含氢键的分子晶体符合题目要求。乙酸、乙醇分子间存在氢键，HCON(CH3)2溶于水时与水分子间会形成氢键，石英为原子晶体，熔融时破坏的是共价键。

B．乙酸汽化

D．HCON(CH3)2溶于水

答案：AE 5．按要求回答下列问题：

(1)HCHO分子的立体构型为________形，它与氢气加成产物的熔、沸点比CH4的熔、沸点高，其主要原因是(须指明加成产物是何物质)___________________________。

(2)S位于周期表中________族，该族元素氢化物中，H2Te比H2S沸点高的原因是________________________________________________________________________，H2O比H2Te沸点高的原因是_______________________________________________。

(3)有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷。硅烷的沸点与相对分子质量的关系如图所示，呈现这种变化的原因是________________________________________________。

(4)氨是一种易液化的气体，请简述其易液化的原因：_________________________。

(5)硫的氢化物在乙醇中的溶解度小于氧的氢化物的原因是_____________________。

答案：(1)平面三角

加成产物CH3OH分子之间能形成氢键

(2)ⅥA

两者均为分子晶体且结构相似，H2Te相对分子质量比H2S大，分子间作用力更强

两者均为分子晶体，H2O分子中存在氢键

(3)硅烷为分子晶体，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高

(4)氨分子间存在氢键，分子间作用力大，因而易液化

(5)H2O与乙醇分子间形成氢键，溶解度增大

范德华力、氢键和共价键的比较

作用粒子

强度比较

①相对分子质量相近的分子，分子极性越大，范德华影响其强

度的因素

力越大

②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大

对于A—H…B—，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，键能越大

成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定

范德华力

分子

氢键

氢原子与氟、氮或氧原子(分子内，分子间) 共价键>氢键>范德华力

共价键

原子

①影响物质的熔、沸点和溶解度等物理性质

对物质性

质的影响

①分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在①影响分子的稳定性

②共价键键能越大，分子稳定性越强

②组成和结构相似的物质，水中的溶解度增大，如随相对分子质量的增大，物质熔、沸点升高，如F2

熔、沸点：H2O>H2S；HF>HCl；NH3>PH3

②分子内氢键使物质的熔、沸点降低

演练三

考查无机含氧酸的酸性

6．判断含氧酸酸性强弱的一条经验规律是含氧酸分子结构中含非羟基氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强。如下表所示：

含氧酸酸性强弱与非羟基氧原子数的关系

次氯酸

含氧酸

磷酸

硫酸

高氯酸

Cl—OH

2 强酸

3 最强酸

0 弱酸

1 中强酸

非羟基氧原子数

酸性

(1)亚磷酸H3PO3和亚砷酸H3AsO3分子式相似，但它们的酸性差别很大，H3PO3是中强酸，H3AsO3既有弱酸性又有弱碱性。由此可推出它们的结构简式分别为______________，__________________。

(2)分别写出H3PO3和H3AsO3与过量的NaOH溶液反应的化学方程式：

①________________________________________________________________________，

②________________________________________________________________________。

(3)在H3PO3和H3AsO3中分别加入浓盐酸，分析反应情况：____________________，写出化学方程式：___________________________________________________。

答案：(1)

(2)①H3PO3＋2NaOH===Na2HPO3＋2H2O ②H3AsO3＋3NaOH===Na3AsO3＋3H2O (3)H3PO3为中强酸，不与盐酸反应，H3AsO3具有弱碱性，可与盐酸反应

H3AsO3＋3HCl===AsCl3＋3H2O

1．[2018·高考全国卷Ⅰ，35(3)]LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子立体构型是________、中心原子的杂化形式为________。LiAlH4中，存在________(填标号)。

A．离子键

C．π键

－B．σ键

D．氢键

解析：[AlH4]中Al采用sp3杂化，呈正四面体结构。四氢铝锂中存在离子键、配位键和共价键，配位键也是σ键。

答案：正四面体

sp3

AB 2．(2018·高考江苏卷)臭氧(O3)在[Fe(H2O)6]2催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化＋为SO24和NO3，NOx也可在其他条件下被还原为N2。

－－(1)SO24中心原子轨道的杂化类型为________；NO3的立体构型为________(用文字描－－述)。

(2)与O3分子互为等电子体的一种阴离子为________(填化学式)。

(3)N2分子中σ键与π键的数目比n(σ键)∶n(π键)＝________。

(4)[Fe(H2O)6]2与NO反应生成的[Fe(NO)(H2O)5]2中，NO以N原子与Fe2形成配位键。＋＋＋请在[Fe(NO)(H2O)5]2结构示意图的相应位置补填缺少的配体。

＋

3解析：(1)SO24中S原子的价层电子对数为4，所以采取sp杂化。NO3中氮原子上无孤－－电子对，成键电子对数为3，即N采取sp2杂化，NO3的立体构型为平面(正)三角形。(2)等－电子体是指价电子总数和原子数均相同的分子、离子或原子团，O3与NO2均为3原子18价电子的粒子，故二者互为等电子体。(3)N2分子中含有1个σ键和2个π键。(4)注意[Fe(NO)(H2O)5]2中N原子与Fe2形成配位键即可。

＋＋－答案：(1)sp3

平面(正)三角形

(2)NO2

(3)1∶2 －(4)

3．[2017·高考全国卷Ⅱ，35(3)]我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。经X射线衍射测得化合物R的晶体结构，其局部结构如图所示。

(1)从结构角度分析，R中两种阳离子的相同之处为___________，不同之处为______。(填标号) A．中心原子的杂化轨道类型

C．立体结构

－B．中心原子的价层电子对数

D．共价键类型

(2)R中阴离子N5中的σ键总数为________个。分子中的大π键可用符号Пnm表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为П66)，则N5中的大π键应表示为____________。

－(3)图中虚线代表氢键，其表示式为(NH4)N—H…Cl、____________、______________。

解析：(1)结合题图可知，晶体R中两种阳离子为NH4和H3O，两种阳离子的中心原子均采取sp3杂化；NH4中成键电子对数为4，H3O中含1对孤电子对和3对成键电子对，＋＋＋＋＋即中心原子的价层电子对数均为4；两种阳离子中均存在极性键，不存在非极性键。NH4和H3O分别为正四面体结构和三角锥形结构，即立体结构不同。(2)从图中可以看出，阴离子N5呈五元环状结构，其含有的σ键总数为5个；N5中参与形成大π键的电子数为6，故可6将其中的大π键表示为П5。

－－＋＋答案：(1)ABD

C

(2)5

П65

(3)(H3O)O—H…N(N5)

(NH4)N—H…N(N5) 4．[2017·高考全国卷Ⅲ，35(2)(3)(4)]研究发现，在CO2低压合成甲醇反应(CO2＋3H2=== CH3OH＋H2O)中，Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性，显示出良好的应用前景。回答下列问题：

(1)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为________和________。

(2)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为____________，原因是＋－＋－______________________________________________________________________。

(3)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料，Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在________________。

解析：(1)CO2分子中C的价层电子对数为2，故为sp杂化；CH3OH分子中C的价层电子对数为4，故为sp3杂化。(2)水和甲醇均为极性分子，常温常压下两种物质均呈液态；二氧化碳和氢气均为非极性分子，常温常压下两种物质均呈气态，根据四种物质在相同条件下的状态可以判断出水、甲醇的沸点均高于二氧化碳、氢气的沸点。由于水分子中的2个氢原子都能参与氢键的形成，而甲醇分子中只有羟基上的氢原子能够形成氢键，所以水中的氢键比甲醇多，则水的沸点高于甲醇的沸点。二氧化碳和氢气都属于分子晶体，但由于二氧化碳的相对分子质量大于氢气，所以二氧化碳的沸点高于氢气的沸点。(3)Mn(NO3)2是离子化合物，存在离子键；此外在NO3中，3个O原子和中心原子N之间还形成一个4中心6电子的大π键(Π64键)，所以Mn(NO3)2中的化学键有σ键、π键和离子键。

－

答案：(1)sp

sp3

(2)H2O>CH3OH>CO2>H2

H2O与CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比甲醇多；CO2与H2均为非极性分子，CO2分子量较大，范德华力较大

(3)离子键和π键(Π64键) 5．[2016·高考全国卷Ⅰ，37(2)(5)]锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：

(1)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_________________________________________。

(2)Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为__________，微粒之间存在的作用力是_________________________________________________。

答案：(1)Ge原子半径大，原子间形成的σ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π键

(2)sp3

共价键

6．[2016·高考全国卷Ⅱ，37(2)]东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。

(1)[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是________。

(2)在[Ni(NH3)6]2中Ni2与NH3之间形成的化学键称为________，提供孤电子对的成键＋＋原子是________。

(3)氨的沸点________(填“高于”或“低于”)膦(PH3)，原因是__________________；氨是________分子(填“极性”或“非极性”)，中心原子的轨道杂化类型为__________。

解析：(1)SO2立体构型为正四面体形。(2)[Ni(NH3)6]2为配离子，Ni24中S无孤电子对，－＋＋与NH3之间形成的化学键为配位键。配体NH3中提供孤电子对的为N。(3)NH3分子间存在氢键，故沸点比PH3高。NH3中N有一对孤电子对，立体构型为三角锥形，因此NH3为极性分子，N的杂化轨道数为3＋1＝4，杂化类型为sp3。

答案：(1)正四面体形

(2)配位键

N

(3)高于

NH3分子间可形成氢键

极性

sp3

[课后作业] 一、选择题

1．下列说法中不正确的是(

) A．σ键比π键重叠程度大，形成的共价键强

B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键

C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键

D．N2分子中有一个σ键，两个π键

解析：选C。单键均为σ键，双键和三键中各存在一个σ键，其余均为π键。稀有气体

单质中，不存在化学键。

2．(2019·安徽师大附中模拟)现有下列两组命题，②组命题正确，且能用①组命题正确解释的是(

) 选项

A B C D ①组

H—I键的键能大于H—Cl 键的键能

H—I键的键能小于H—Cl键的键能

HI分子间的范德华力大于HCl的

HI分子间的范德华力小于HCl的

②组

HI比HCl稳定

HI比HCl稳定

HI的沸点比HCl的高

HI的沸点比HCl的低

解析：选C。HCl比HI稳定，是由于H—Cl键的键能大于H—I键的键能，故A、B错误；HI的沸点比HCl高，是由于HI的相对分子质量大于HCl的相对分子质量，HI分子间的范德华力大于HCl分子间的范德华力，故C正确，D错误。

3．N2的结构可以表示为下列说法中不正确的是(

) A．N2分子与CO分子中都含有三键

B．CO分子中有一个π键是配位键

C．N2与CO互为等电子体

D．N2与CO的化学性质相同

解析：选D。N2化学性质相对稳定，CO具有比较强的还原性，两者化学性质不同。

4．CH3、—CH3、CH3都是重要的有机反应中间体，下列有关它们的说法中错误的是(

) A．它们互为等电子体，碳原子均采取sp2杂化

B．CH3与NH3、H3O互为等电子体，几何构型均为三角锥形

C．CH3中的碳原子采取sp2杂化，所有原子均共面

＋－＋＋－，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，D．两个—CH3或一个CH3和一个CH3结合均可得到CH3CH3

解析：选A。CH3、—CH3、CH3三者原子数相等，但价电子数分别为6、7、8，故它们不是等电子体，A选项说法错误；CH3与NH3、H3O均具有8个价电子、4个原子，互为等电子体，几何构型均为三角锥形，B选项说法正确；根据价层电子对互斥理论，CH3中C原子的价层电子对数为3，碳原子采取sp2杂化，其空间构型是平面三角形，C选项说法正确；两个—CH3或一个CH3和CH3结合都能得到CH3CH3, D选项说法正确。

5．通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的空间结构相同，则下列有关说法中正确的是(

) A．CH4和NH4是等电子体，键角均为60°

B．NO3和CO23是等电子体，均为平面三角形结构

－－＋＋－＋－＋＋－＋－

C．H3O和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构

D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道

解析：选B。CH4和NH4是等电子体，均为正四面体形结构，键角是109°28′，A错；NO3和CO23是等电子体，均为平面三角形结构，B对；H3O和PCl3的价电子总数不相等，－－＋＋＋不互为等电子体，C错；B3N3H6和苯是等电子体，苯分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道，故B3N3H6分子中也存在，D错。

6．用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的立体构型，有时也能用来推测键角大小，下列判断正确的是(

) A．SO2、CS2、HI都是直线形分子

B．BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°

C．CH2O、BF3、SO3都是平面三角形分子

D．PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形分子

解析：选C。A．SO2是V形分子，CS2、HI是直线形分子，错误；B．BF3键角为120°，是平面三角形结构，而Sn原子价电子数是4，在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键，还有一对孤电子对，对成键电子有排斥作用，使键角小于120°，错误；C．CH2O、BF3、SO3都是平面三角形分子，正确；D．PCl3、NH3都是三角锥形分子，而PCl5是三角双锥形结构，错误。

7．某化合物的分子式为AB2，A属于第ⅥA族元素，B属于第ⅦA族元素，A和B在同一周期，它们的电负性值分别为3.44和3.98，已知AB2分子的键角为103.3°。下列推断不正确的是(

) A．AB2分子的立体构型为V形

B．A—B键为极性共价键，AB2分子为非极性分子

C．AB2与H2O相比，AB2的熔点、沸点比H2O的低

D．AB2分子中无氢原子，分子间不能形成氢键，而H2O分子间能形成氢键

解析：选B。根据A、B的电负性值及所处位置关系，可判断A元素为O，B元素为F，该分子为OF2。O—F键为极性共价键，因为OF2分子的键角为103.3°，OF2分子中键的极性不能抵消，所以为极性分子。

8．通常状况下，NCl3是一种油状液体，其分子立体构型与氨分子相似，下列有关NCl3的叙述正确的是(

) A．NCl3分子中N—Cl键的键长比CCl4分子中C—Cl键的键长长

B．NCl3分子是非极性分子

C．NCl3分子中的所有原子均达到8电子稳定结构

D．NBr3比NCl3易挥发

解析：选C。因碳原子半径比氮原子半径大，故N—Cl键的键长比C—Cl键的键长短；

NCl3分子立体构型类似NH3，故NCl3是极性分子；NBr3与NCl3二者结构相似，由于NBr3的相对分子质量较大，分子间作用力较大，所以NBr3的沸点比NCl3高，因此NBr3比NCl3难挥发。

二、非选择题

9．(1)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。

①NH3分子的立体构型是________；N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是________。

②肼可用作火箭燃料，燃烧时发生的反应是

N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 038.7 kJ·mol1

－若该反应中有4 mol N—H键断裂，则形成的π键有________mol。

③肼能与硫酸反应生成N2H6SO4。N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同，则N2H6SO4晶体内不存在________(填字母)。

a．离子键

c．配位键

b．共价键

d．范德华力

(2)第ⅥA族元素氧、硫、硒(Se)的化合物在研究和生产中有许多重要用途。

①H2Se的酸性比H2S________(填“强”或“弱”)。气态SeO3分子的立体构型为________，SO23离子的立体构型为________。

－②H2SeO3的K1和K2分别为2.7×10为1.2×10－3－3和2.5×108，H2SeO4第一步几乎完全电离，K2－，请根据结构与性质的关系解释H2SeO4比H2SeO3酸性强的原因：________________________________________________________________________。

解析：(1)①NH3分子中氮原子的杂化方式为sp3杂化，其分子的立体构型为三角锥形；氨基(—NH2)中氮原子的杂化方式也为sp3杂化，其分子的立体构型为V形。N2H4的结构为H2N—NH2，相当于2个氨基，所以氮原子的杂化方式也为sp3杂化。②1个N2H4分子含有4个N—H键，即4 mol N—H键断裂同时生成1.5 mol N2，N2的结构式为N≡N，含1个σ2键和2个π键，所以形成3 mol π键。③N2H6SO4和(NH4)2SO4都是离子晶体，N2H26和SO4＋＋－之间存在离子键，N2H2N和N之间形成6中N和H之间形成6个共价键(其中2个配位键)，共价键，SO24中S和O之间形成共价键，不含范德华力。

－(2)①Se的原子半径大于S的原子半径，H2Se与H2S相比，H2Se中Se原子对H原子的作用力较弱，H2Se在水中更容易电离出H，所以其酸性较强；SeO3中Se原子采取sp2杂＋3化，不含孤电子对，故其立体构型为平面三角形；SO23中S原子采取sp杂化，含有一对孤－电子对，故其立体构型为三角锥形。

②H2SeO3中Se为＋4价，而H2SeO4中Se为＋6价，故H2SeO4中Se的正电性更高，导致Se—O—H中O原子的电子更易向Se原子偏移，因而在水分子的作用下，也就越容易

电离出H，即酸性越强。

答案：(1)①三角锥形

sp3

②3

③d (2)①强

平面三角形

三角锥形

②H2SeO3和H2SeO4可表示为(HO)2SeO和(HO)2SeO2，H2SeO3中的Se为＋4价，而H2SeO4中的Se为＋6价，故H2SeO4中Se的正电性更高，导致Se—O—H中O的电子更易向Se偏移，越易电离出H

10．X、Y、Z、Q、E五种元素中，X原子核外的M层中只有两对成对电子，Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素，Q的核电荷数是X与Z的核电荷数之和，E在元素周期表的各元素中电负性最大。请回答下列问题：

(1)X、Y的元素符号依次为________、________。

(2)XZ2与YZ2分子的立体构型分别是________和________，相同条件下两者在水中的溶解度较大的是________(填分子式)，理由是_____________________________________。

(3)Q的元素符号是________，它的基态原子的核外电子排布式为________________，在形成化合物时它的最高化合价为________。

(4)用氢键表示式写出E的氢化物水溶液中存在的所有氢键：___________________。

解析：(1)X原子核外的M层中只有两对成对电子，则M层的电子排布图为，＋＋故X为S，Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，则Y原子的核外电子排布式为1s22s22p2，故Y为C。(2)Z是地壳内含量(质量分数)最高的元素，则Z为O，SO2、CO2的立体构型分别为V形、直线形。(3)Q的核电荷数为24，为Cr，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1，其价电子排布式为3d54s1，则最高化合价为＋6。(4)元素周期表中F的电负性最强，HF溶液中，HF与HF、H2O与H2O、HF与H2O之间存在氢键。

答案：(1)S

C (2)V形

直线形

SO2

CO2是非极性分子，SO2和H2O都是极性分子，根据“相似相溶”原理，SO2在H2O中的溶解度较大

(3)Cr

1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)

＋6 (4)F—H…F、F—H…O、O—H…F、O—H…O 11．科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。

(1)下列关于CH4和CO2的说法正确的是________(填字母)。

a．固态CO2属于分子晶体

b．CH4分子中含有极性共价键，是极性分子

c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2

d．CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp (2)在Ni基催化剂作用下，CH4和CO2反应可获得化工原料CO和H2。Ni能与CO形成

正四面体形的配合物Ni(CO)4，1 mol Ni(CO4)中含有________mol σ键。

(3)一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。

参数

分子

CH4

CO2

分子直径/nm 0.436 0.512 分子与H2O的结合能E/(kJ·mol1) －16.40 29.91 ①“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是__________________________________。

②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是__________________________________________________________________。

解析：(1)CO2是由非金属元素形成的分子晶体，a选项正确；CH4分子是正四面体结构，其为非极性分子，b选项错误；CH4和CO2都是分子晶体，分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高，与键能无关，c选项错误；CH4为正四面体结构，故碳原子的杂化类型是sp3，CO2为直线形分子，故碳原子的杂化类型是sp，d选项正确。

(2)1个CO分子中存在1个σ键，而Ni(CO)4中Ni与CO之间还存在4个σ键，故1 mol Ni(CO)4中含有8 mol σ键。

(3)①“可燃冰”中存在范德华力，另外水分子间还存在氢键。②分子与H2O的结合能越大表明越容易与H2O结合，且CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径。

答案：(1)ad

(2)8 (3)①氢键、范德华力

②CO2的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4 12．周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：

(1)a和其他元素形成的二元共价化合物中，分子呈三角锥形，该分子的中心原子的杂化方式为________；分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键的化合物是________(填化学式，写出两种)。

(2)这些元素形成的含氧酸中，分子的中心原子的价层电子对数为3的酸是________；酸根呈三角锥结构的酸是________。(填化学式)

(3)这五种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图所示)。

该化合物中，阴离子为________，阳离子中存在的化学键类型有________________；该化合物加热时首先失去的组分是________，判断理由是___________________________。

解析：a、b、c、d、e为前四周期元素，a的核外电子总数与其周期数相同，且原子序c的最外层电子数为其内层电子数的3倍，数最小，故a为H元素；内层电子数为2，即，故c为O元素；b的价电子层中的未成对电子有3个，且原子序数小于氧元素，则b为N元素；e的原子序数最大，且最外层只有1个电子，次外层有18个电子，位于第四周期，共有29个电子，推知e为Cu元素；d与c同族，且原子序数比O大比Cu小，推知d为S元素。

(1)a为H，O、S可形成二元共价化合物分别为NH3(三角锥形)、H2O(V形)、H2S(V与N、形)，其中呈三角锥形的分子的中心原子的杂化方式，可利用价层电子对互斥理论先求价层13电子对数为3＋2×(5－3×1)＝4，故为sp杂化；还能形成既含极性共价键，又含非极性共N2H4价键的化合物H2O2(H—O—O—H)、N—N为非极性键。

(2)这些元素可形成含氧酸HNO2、HNO3、H2SO3、H2SO4，分子的中心原子的价层电子1－对数为3的酸是HNO2、HNO3；SO23的价层电子对数为3＋×(6＋2－3×2)＝4，且有一对2孤电子对，故酸根呈三角锥结构的为H2SO3。

(3)含有H、N、O、S、Cu五种元素的化合物，结合络合物有关知识以及题目所给信息，观察阳离子中心为1个Cu2，周围为4个NH3分子和2个H2O分子，得到该化合物的化学＋H—O、H—N为极性键，O—O、，式为[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4，加热时，由于H2O和Cu2作用力较弱会先失去。

＋答案：(1)sp3

H2O2、N2H4(答案合理即可) (2)HNO2、HNO3

H2SO3

22(3)SO24

共价键和配位键

H2O

H2O与Cu的配位键比NH3与Cu的弱

－＋＋13．在人类文明的历程中，许多物质发挥过重要作用，如铁、硝酸钾、青霉素、聚乙烯、二氧化硅、富勒烯、含铬物质等。

(1)Fe3在基态时，价电子排布式为________。

＋(2)KNO3中NO3的立体构型为________，写出与NO3互为等电子体的另一种阴离子的－－

化学式：_______________________________________________________________。

(3)6-氨基青霉烷酸的结构如图所示。结构中S原子的杂化方式是____________；组成中C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是________。

(4)富勒烯(C60)的结构如图所示，该物质能与氯气反应形成C60Cl10分子，1 mol C60Cl10分子中含有碳碳单键的数目为________。

(5)已知配合物CrCl3·6H2O中心离子Cr3配位数为6，向含0.1 mol CrCl3·6H2O的溶＋液中滴加2 mol·L1 AgNO3溶液，反应完全后共消耗AgNO3溶液50 mL，则该配离子的化学－式为_________________________________________________________________。

3答案：(1)3d5

(2)平面三角形

CO23

(3)sp

N>O>C

(4)65NA

(5)[CrCl2(H2O)4]

－＋14．(2019·衡水模拟)第四周期的元素，如铁(26Fe)、砷、硒等及其相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：

(1)SCN离子可用于Fe3的检验，其对应的酸有两种，分别为硫氰酸(H—S—C≡N)和－＋异硫氰酸(H—N==C==S)。

①写出与SCN互为等电子体的一种微粒：____________________(分子或离子)；

②硫氰酸分子中π键和σ键的个数之比为________；

③异硫氰酸的沸点比硫氰酸沸点高的原因是_________________________________。

(2)成语“信口雌黄”中的雌黄分子式为As2S3，分子结构如图，As原子的杂化方式为________；雌黄和SnCl2在盐酸中反应转化为雄黄(As4S4)和SnCl4并放出H2S气体，写出该反应的化学方程式：_______________________________________________________；SnCl4分子的立体构型为______________。

－

(3)离子化合物CaC2的一种晶体结构如图所示。该物质的电子式为____________。一个晶胞含有的π键平均有____________个。

解析：(1)①与SCN互为等电子体的一种微粒是N2O、CO2、CS2或OCN等；②硫氰酸(H—S—C≡N)中π键和σ键的个数之比为

2∶3；③异硫氰酸分子间可以形成氢键，故其沸点比硫氰酸沸点高。

(2)雌黄分子式为As2S3，As有四对价层电子对，故As原子的杂化方式为sp3杂化；雌黄和SnCl2在盐酸中反应转化为雄黄(As4S4)和SnCl4并放出H2S气体，故其反应的化学方程式为2As2S3＋2SnCl2＋4HCl===As4S4＋2SnCl4＋2H2S↑；SnCl4分子中Sn原子的价电层电子4－4×1对数为4＋＝4，无孤电子对，故其立体构型为正四面体形。

2(3)CaC2为离子化合物，电子式为2－22；一个晶胞含有4个Ca＋，4个C2－，－－一个C2中有两个π键，一个晶胞含有的π键平均有8个。

答案：(1)①N2O(或CO2、CS2、OCN，任写一种即可) ②2∶3 ③异硫氰酸分子间可以形成氢键

(2)sp3杂化

2As2S3＋2SnCl2＋4HCl===As4S4＋2SnCl4＋2H2S↑

正四面体形

(3)

8 －