归纳与整理教学设计范文

第二章

分子结构与性质

章末重难点专题突破

一、共价键的“六大要点”解读

共价键是化学键的一种重要类型，是原子之间通过共用电子对形成的相互作用。

1．共价键的类型

(1)根据共用电子对是否偏移，共价键分为极性键和非极性键。

(2)根据共用电子对数，共价键分为单键、双键和三键。

(3)根据原子轨道的重叠方式不同，可分为σ键(头碰头重叠)和π键(肩并肩重叠)。

(4)配位键是一种特殊的共价键。它是成键元素原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道。

【典例1】

M、N、X、Y四种主族元素在周期表里的相对位置如下图所示，已知它们的原子序数总和为46。

M

(1)M与Y形成的化合物中含________键，属__________(填“极性”或“非极性”)分子。

(2)N元素形成的单质分子中的化学键类型及数目是__________________(填“σ键”或“π键”，下同)，在化学反应中________易断裂。

(3)由N、Y的氢化物相互作用所生成的物质的电子式为____________________________。其中的化学键有__________________________。

(4)写出M单质与X元素最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

解析

设M的质子数是x，则N的质子数是x＋1，X的质子数是x＋10，Y的质子数是x＋11,4x＋22＝46，x＝6，四种元素分别是C、N、S、Cl。M与Y形成的化合物CCl4，分子中化学键是极性键，是非极性分子。N2分子中有一个σ键、两个π键，其中π键不稳定易断裂。碳与浓硫酸反应生成CO2、SO2和H2O。

答案

(1)极性

非极性

(2)一个σ键、两个π键

π键

N

X

Y (3)△

离子键、共价键、配位键

(4)C＋2H2SO4(浓)=====CO2↑＋2SO2↑＋2H2O

2．共价键的特征

(1)共价键的饱和性

①按照共价键的共用电子对理论，一个原子有几个未成对电子，便可和几个自旋方向相反的电子配对成键，这就是共价键的“饱和性”。H原子、Cl原子都只有一个未成对电子，因而只能形成H2、HCl、Cl2分子，不能形成H3、H2Cl、Cl3等分子。

②共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成。

(2)共价键的方向性

①共价键形成时，两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠，而且原子轨道重叠越多，电子在两核间出现概率越大，形成的共价键越牢固。电子所在的原子轨道都有一定的形状，所以要取得最大重叠，共价键必然有方向性。

②共价键的方向性决定了分子的立体构型。

3．共价键存在范围

(1)非金属单质分子(稀有气体除外)。如：O2、F2、H2、C60等。

(2)非金属元素形成的化合物中。如：H2SO4、CO2、H2O2、有机物分子等。

(3)某些金属与非金属形成的化合物中。如：BeCl2、HgCl2、AlCl3等。

(4)部分离子化合物中。如：Na2O2、NaOH、Na2SO4、NH4Cl等。

4．共价键强弱的判断

影响共价键强弱的主要因素是键能、核间距和共用电子对的多少。判断共价键的强弱可依据下列几条：

(1)由原子半径和共用电子对数判断：成键原子的半径越小，共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有共价键的分子越稳定。如原子半径：FH—Cl>H—Br>H—I，稳定性：HF>HCl>HBr>HI。

(2)由键能判断：共价键的键能越大，表示破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。

(3)由键长判断：共价键的键长越短，破坏共价键消耗的能量越多，则共价键越牢固。

【典例2】

实验测得不同物质中O—O键的键长和键能数据如下表。其中X、Y的键能数据尚未测定，但可根据规律性推导键能的大小顺序为W>Z>Y>X。

O—O键

数据

键长/(10－12O22

－O2

128 Y

－O2

121 Z＝494 O2

112 W＝628 ＋m) －149 X

键能/(kJ·mol1)

(1)键长与键能的关系规律是_______________________________________________。

(2)键长与电子总数的关系规律是___________________________________________。

(3)键能与电子总数的关系规律是___________________________________________。

解析

利用题中提供的信息去伪存真是找到正确规律的基本方法，是学习中着重提高的能力。2电子数由多到少的顺序为O22>O2>O2>O2，键长由大到小的顺序为O2>O2>O2>O2，键能由－－＋－－＋大到小的顺序为O2>O2>O2>O22。综合三者之间关系可得出电子数与键能、键长之间的关系＋－－为键长越长，键能越小，电子数越多。

答案

(1)键长越长，键能越小

(2)键长越长，电子总数越多

(3)键能越大，电子总数越少(答案合理即可) 5．共价键的键能与化学反应热

化学反应过程伴随着能量的变化，热能是能量变化的表现形式之一。在化学反应过程中，旧化学键的断裂需要吸收热量，新化学键的形成一般是放出热量。一个反应是吸热还是放热，就是比较吸收的总能量和释放的总能量的大小。

(1)放热反应：旧键断裂吸收的总能量小于新键形成放出的总能量。

(2)吸热反应：旧键断裂吸收的总能量大于新键形成放出的总能量。

(3)反应热(ΔH)与键能的关系：

ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和

ΔH>0时，为吸热反应；ΔH<0时，为放热反应。

6．共价键分子中8个电子稳定结构的判断

判断分子结构中各原子最外层电子是否满足8电子稳定结构的简捷方法如下：

(1)分子中若含有氢元素，则氢原子不能满足8电子稳定结构。

(2)某元素化合价绝对值与其原子最外层电子数之和等于8，则该元素的原子最外层满足8电子稳定结构。如：

①C原子最外层电子数为4，CO2中C为＋4价，二者之和为8；O原子最外层电子数为6，CO2中O为－2价(绝对值是2)，二者之和为8，则CO2分子中所有原子都满足最外层8电子稳定结构。

②N原子最外层5个电子，NO2中，N为＋4价，二者之和为9，故N原子不满足最外层8电子稳定结构。

③B原子最外层3个电子，BF3中，B为＋3价，二者之和为6，故B原子不满足最外层8电子稳定结构。

【典例3】

下列分子中所有原子的价电子层都满足最外层8电子稳定结构的是(

) A．六氟化氙(XeF6)

C．二氯化硫(S2Cl2)

B．次氯酸(HClO) D．三氟化硼(BF3) 解析

8电子(氢是2电子)是稳定结构，但并不是所有分子中的所有原子的价电子层都会达到8电子结构。A项，XeF6中必然有6对共用电子，Xe不会是8电子结构；B项，HClO的电子式为，其中Cl、O达到8电子结构，而H只有2个电子；C项，S2Cl2的电子

式为，可见S、Cl都达到8电子结构；D项，BF3的电子式为，可见B原子不满足8电子结构。

答案

C 二、价层电子对互斥理论的应用——判断分子或离子的立体构型

价层电子对互斥理论认为，在一个共价分子中，中心原子周围电子对排布的立体构型主要决定于中心原子的价电子层中电子对的数目。所谓价层电子对包括成键的σ电子对和未成键的孤电子对。价层电子对各自占据的位置倾向于彼此分离的尽可能地远些，这样电子对彼此之间的排斥力最小，整个分子最为稳定。这样也就决定了分子的立体构型。因此利用价层电子对互斥理论可以预测简单分子或离子的立体构型。

利用VSEPR模型推断分子或离子的立体构型的具体步骤如下：

1．确定中心原子A价层电子对数目

A原子的价电子数＋B原子提供的价电子总数±电荷数ABn型分子的价层电子对数m＝

2利用上式计算A原子价层电子对数时，需注意：

(1)氧族元素的原子作为中心原子A时提供6个价电子，作为配位原子B时不提供价电子。

(2)卤素原子作为中心原子A时提供7个价电子，作为配位原子B时提供1个价电子。

5＋1×4－1＋(3)若为分子，电荷数为0；若为阳离子，则减去电荷数，如NH4，m＝＝4；若为26＋2－阴离子，则加上电荷数，如SO2＝4。

4，m＝22．确定价层电子对的立体构型

由于价层电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能地相互远离。价层电子对的立体构型与价层电子对数目的关系如下表所示：

价层电子对数目

2 3 4 5 6

这样已知价层电子对的数目，就可以确定它们的立体构型。

3．确定分子的立体构型

价层电子对有成键电子对和孤电子对之分，价层电子对的总数减去成键电子对数，得孤电子价层电子对构型

直线形

三角形

四面体形

三角双锥形

八面体形

对数。根据成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子立体构型。

判断分子立体构型时应注意：

(1)如果在价层电子对中出现孤电子对时，价层电子对立体构型还与下列斥力顺序有关：孤对—孤对>孤对—键对>键对—键对。因此，价层电子对立体构型为正三角形和正四面体时，孤电子对的存在会改变键对电子的分布空间。

(2)对于分子中有双键、三键等多重键时，使用价层电子对理论判断其分子构型时，双键的两对电子和三键的三对电子只能作为一对电子来处理。或者说在确定中心原子的价电子层电子对总数时，不包括形成π键的电子。

实例分析：判断HCHO分子和HCN分子的立体构型。

HCHO分子中有1个双键，看作1对成键电子，2个C—H单键为2对成键电子，C原子的价层电子对数为3，且无孤电子对，所以HCHO分子的立体构型为平面三角形。

HCN分子的结构式为H—C≡N，含有1个C≡N三键，看作1对成键电子，1个C—H单键为1对成键电子，故C原子的价层电子对数为2，且无孤电子对，所以HCN分子的立体构型为直线形。

【典例4】

用价层电子对互斥理论判断SO3的分子构型为(

) A．正四面体形

C．三角锥形

B．V形

D．平面三角形

解析

SO3中的S原子的价电子全部用于形成了共价键，S周围有3个氧原子，故选D。

答案

D 【典例5】

价层电子对互斥理论(简称VSEPR模型)可用于预测简单分子的立体构型。请回答下列问题：

(1)利用价层电子对互斥理论推断下列分子或离子的立体构型：

SeO3________；SCl2________；NO2________；

NO2________；HCHO________；HCN________。

(2)利用价电子对互斥理论推断键角的大小：

①甲醛中H—C—H的键角________(填“>”“<”或“＝”，下同)120°；

②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角________120°；

③PCl3分子中，Cl—P—Cl的键角________109°28′。

(3)有两种活性反应中间体微粒，它们的微粒中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式：

－＋

A：________；B：________。

(4)按要求写出第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式：

平面形分子__________，三角锥形分子____________，四面体形分子__________。

1解析

(1)SeO3中，Se的价层电子对数为×(6＋0)＝3，孤电子对数为0，SeO3为平面三角形；21＋SCl2中，S的价层电子对数为×(6＋2)＝4，孤电子对数为2，SCl2为V形；NO2中，N的价21＋－层电子对数为×(5－1)＝2，孤电子对数为0，NO2为直线形；NO2中，N的价层电子对数为21－×(5＋1)＝3，孤电子对数为1，NO2为V形；HCHO分子中有1个2双键，看作1对成键电子，2个C—H单键为2对成键电子，C原子的价层电子对数为3，且无孤电子对，所以HCHO分子的立体构型为平面三角形；HCN分子的结构式为H—C≡N，含有1个C≡N三键，看作1对成键电子，1个C—H单键为1对成键电子，故C原子的价层电子对数为2，且无孤电子对，所以HCN分子的立体构型为直线形。

(2)甲醛为平面形分子，由于C===O与C—H之间的排斥作用大于2个C—H之间的排斥作用，所以甲醛分子中C—H键与C—H键的夹角小于120°。

4＋2SnBr2分子中，Sn原子的价电子对数目是＝3，成键电子对数为2，孤电子对数为1，故2SnBr2立体构型为V形，键角<120°。

1PCl3分子中，P的价层电子对数为×(5＋3)＝4，含有1对孤电子对，由于孤电子对与P—Cl2键的排斥作用大于P—Cl键间的排斥作用，所以Cl—P—Cl的键角小于109°28′。

(3)AB3型微粒，中心原子无孤电子对的呈平面三角形，有一对孤电子对的或者有一成单电子的呈三角锥形，所以化学式分别是CH3、CH3或—CH3。

(4)第二周期的五种非金属元素B、C、N、O、F构成的中性分子中，平面形分子为BF3，三角锥形分子为NF3，四面体形分子为CF4。

答案

(1)平面三角形

V形

直线形

V形

平面三角形

直线形

(2)①<

②<

③<

(3)CH3

CH3

(4)BF3

NF3

CF4

三、配合物的结构简介

配合物是一个庞大的化合物家族，其已知配合物的品种超过数百万。这类物质大多是由过渡金属的原子或离子(价电子层的部分d轨道和p轨道是空轨道)与含有孤电子对的分子或离子＋－＋－

通过配位键构成。例如：[Ag(NH3)2]OH、[Cu(NH3)4]SO4等。

1．配合物的结构

(1)配离子的立体结构

配位数

2 配合单元的立体结构

＋实例

[Cu(NH3)2]2、[Ag(NH3)2]、[Ag(CN)2]

＋－[ZnCl4]2、[Cd(NH3)4]2

－＋4

[Zn(NH3)4]2、[Cd(CN)4]2、[CoCl4]

＋－－[PtCl4]2、Pt(NH3)2Cl2、[Ni(CN)4]2

－－

6

注：图中“○”代表中心原子，“”代表配体。

从表中看出，不仅配位数不同时，配离子的立体构型不同，即使配位数相同，由于中心离子和配体的种类以及相互作用的情况不同，立体构型也可能不同。例如[ZnCl4]2为正四面体形，－[Co(NH3)6]3、[AlF6]3、[SiF6]2…(最多) ＋－－而[PtCl4]2则为平面正方形。

－(2)配合物的结构：化学组成相同的配合物可以有不同的结构，这就是配合物的异构现象。如Pt(NH3)2Cl2有顺式和反式两种异构体：

。

2．血红蛋白中的配位键

在血液中氧气的输送是由血红蛋白来完成的。载氧前，血红蛋白中的Fe2与血红蛋白中的氮＋原子通过配位键相连；载氧后，氧分子通过配位键与Fe2结合而进入血液。当一氧化碳进入＋人体后，由于一氧化碳分子也能通过配位键与血红蛋白中的Fe2结合，并且结合能力比氧分＋子与Fe2的结合能力强得多，从而导致血红蛋白失去载氧能力，所以一氧化碳能导致人体因＋缺氧而中毒。

【典例6】

下表中实线是元素周期表的部分边界，其中上边界并未用实线标出。

根据信息回答下列问题：

(1)周期表中基态Ga原子的最外层电子排布式为____________。

(2)Fe元素位于周期表的________区；Fe与CO易形成配合物Fe(CO)5，在Fe(CO)5中铁的化合价为________；已知：原子数目和电子总数(或价电子总数)相同的微粒互为等电子体，等电子体具有相似的结构特征。与CO分子互为等电子体的分子和离子分别为________和________(填化学式)。

(3)在CH4、CO、CH3OH中，碳原子采取sp3杂化的分子有________________。

(4)根据VSEPR模型预测ED4的立体构型为____________________。B、C、D、E原子相互化合形成的分子中，所有原子都满足最外层8电子稳定结构的分子式为___________(写2种)。

解析

配合物Fe(CO)5中铁原子是中心原子，一氧化碳是配体，铁的化合价是0价。10个价电子的双原子分子、离子分别是N2、CN。形成4个单键的C原子采取sp3杂化。由A、B、－－C、D、E在元素周期表中的位置可知，它们分别是H、C、N、O、Cl。ClO4中1个Cl原子结合4个氧原子，是正四面体形。B、C、D、E原子相互化合形成的分子中，所有原子都满足最外层8电子稳定结构的有CO2、NCl3、CCl4等。

答案

(1)4s24p1

(2)d

0

N2

CN

(3)CH4、CH3OH

(4)正四面体形

CO2、NCl3、CCl4(任－－写2种即可) 理解感悟

注意配合物中的中心原子可以是原子或离子，配体可以是分子或离子。双键中的C原子采取sp2杂化，三键中的C原子采取sp杂化，形成4个单键中的C原子采取sp3杂化。

四、五种方法判断分子的极性

分子极性的判断：看一个分子是否是极性分子，就要看整个分子里的电荷分布是否对称，电荷均匀分布为非极性分子，不均匀分布为极性分子。分子是否有极性，不能仅由键的极性决定，也取决于分子的立体构型。分子的极性可以从以下几方面来判断：

1．看化学键类型

只由非极性键构成或不含共价键的分子(O3除外)一定是非极性分子；只含有极性键的分子可能是极性分子也可能是非极性分子；含有非极性键的分子也可能是极性分子；极性分子一定含有极性键，也可能含有非极性键等，这些说法应准确理解。

2．看键角

以极性键结合的多原子分子中，有些属于极性分子，有些属于非极性分子，这取决于分子中各键的空间排列，而键角是决定分子立体构型的因素之一。三原子分子CO2、CS2及四原子分子C2H2，虽然都含有极性键，但分子中键角均为180°，因电荷分布完全对称，所以是非极性分子。而同样是三原子分子的H2O、H2S、HCN等分子，由于电荷分布不对称，都是极性分子。

3．看分子的对称性

如CH4分子的正四面体形和BF3分子的平面正三角形都是完全对称的立体构型，虽然分子中

有极性键，键有极性，但分子立体构型的对称性从整体看，键的极性相互抵消，分子没有极性。而CHCl3、NH3等分子因分子立体结构不对称而为极性分子。

4．看化合价

分子内中心原子的化合价绝对值(或可理解为共价单键数目，一个双键看作两个单键)等于其主族序数(即最外层电子数)时，分子为非极性分子，如BF3、CH4、CO2、PCl5、SiCl4、SO3、BeCl2等均为非极性分子，其他的如NO2、CO、SO2、NH3、NF3等为极性分子。

5．看孤电子对

分子内中心原子的最外层无孤电子对(非共用电子对)时，分子为非极性分子，如CO2、CS2、BeCl2、CCl4、BCl3、PCl5等均为非极性分子。另外，上述分子中除了BeCl2、BCl3、PCl5分子外，其余的分子中所有成键原子的最外层均达8个电子的稳定结构。而BeCl2分子中的Be原子最外层只有4个电子，BCl3分子中的B原子最外层只有6个电子，PCl5分子中P原子的最外层电子肯定超过8个，但它们都能稳定存在，说明原子通过得失电子或共用电子对而达到稳定结构时不一定都要满足最外层2个电子或8个电子的饱和结构。

【典例7】

下列各组分子中，都是由极性键构成的极性分子的一组是(

) A．CH3Cl和Cl2

C．H2S与CS2

B．NH3和H2O D．CO2与HI 解析

此题考查的是极性键和极性分子的知识。A中Cl2是非极性键构成的非极性分子；C中CS2是极性键构成的非极性分子；D中CO2是极性键构成的非极性分子。

答案

B 【典例8】

下列关于粒子结构的描述不正确的是(

) A．H2S和NH3均是价电子总数为8的极性分子

B．HS和HCl均是含有一个极性键的18电子粒子

C．CH2Cl2和CCl4均是四面体构型的非极性分子

D．1 mol D216O中含中子、质子、电子各10NA(NA代表阿伏加德罗常数的值) 解析

本题主要考查原子与分子的组成与结构。H2S、NH3的价电子总数皆为8，H2S为V形分子，NH3为三角锥形分子，故二者皆为极性分子，A项正确；不同元素间所形成的共价键皆为极性键，显然HS、HCl均含有18电子，B项正确；CH2Cl2和CCl4均是四面体构型，但因CH2Cl2正负电荷的中心不能重合，为极性分子，故C项不正确；1个D216O分子中含中子、质子、电子各10个，可知D项正确。

答案

C －－