归纳与整理国家获奖教案

《分子的结构和性质》教案（第1/2/3课时）

临沧市第二中学

郑双元

一、教学目标

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、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。

4、了解杂化轨道理论及简单的杂化轨道类型(sp、sp2、sp3)。

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。

二、化学核心素养分析

1、宏观辨识与微观探析：能从不同层次认识分子的构型，并对共价键进行分类，能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，能多角度、动态地分析分子的立体结构及性质，并运用相关理论解决实际问题。

3、证据推理与模型认知：能运用价层电子对互斥模型和杂化轨道理论等解释分子的立体结构及性质，揭示现象的本质与规律。

4、

科学探究与创新意识：能发现和提出有探究价值的关于分子的结构、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。

三、教学重难点

重点：价层电子对互斥理论推测简单分子或离子的空间结构

难点：价层电子对互斥理论和杂化轨道理论

三、教学过程

第1课时

共价键及其参数

[预习案] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)(2017·高考江苏卷改编)1 mol丙酮

()分子中含有σ键的数目为8NA。( ) (2)(2016·高考江苏卷改编)1 mol HCHO分子中含有σ键的数目为3 mol。( ) (3)只有非金属原子之间才能形成共价键。( ) (4)σ键比π键的电子云重叠程度大，形成的共价键弱。( ) (5)在任何情况下，都是σ键比π键强度大。( ) (6)在所有分子中都存在化学键。( ) (7)分子的稳定性与分子间作用力的大小无关。( ) (8)ss σ键与sp σ键的电子云形状对称性相同。( ) (9)σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成。( )

(10)σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转。( ) (11)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。( ) (12)所有的共价键都有方向性。( ) 答案：(1)×

(2)√

(3)×

(4)×

(5)×

(6)×

(7)√

(8)√

(9)√

(10)√

(11)×

(12)×

2．现有以下物质：①HF；②Cl2；③H2O；④N2；⑤C2H4；⑥C2H6；⑦H2；⑧H2O2；⑨HCN(H—C≡N)。只有σ键的是____________(填序号，下同)；既有σ键，又有π键的是____________；含有由两个原子的s轨道重叠形成的σ键的是____________；含有由一个原子的s轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是____________；含有由一个原子的p轨道与另一个原子的p轨道重叠形成的σ键的是____________。

答案：①②③⑥⑦⑧

④⑤⑨

⑦

①③⑤⑥⑧⑨

②④⑤⑥⑧⑨

[探究案（复习案）] 1．共价键的本质和特征

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．共价键的分类

分类依据

形成共价键的原子轨道重叠方式

形成共价键的电子对是否偏移

σ键

π键

极性键

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。

特别提醒：

只有两原子的电负性相差不大时，才能通过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，这时形成离子键。

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

4．键参数

(1)概念

(2)键参数对分子性质的影响

(3)键参数与分子稳定性的关系：键长越短，键能越大，分子越稳定。

5．等电子原理

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＋多性质是相近的，如N2与CO、O3与SO2、N2O与CO2、CH4与NH4等。

[训练案] 演练一

共价键参数的理解和应用

1．(2019·烟台高三模拟)能用共价键键能大小来解释的是( ) A．通常情况下，Br2呈液态，碘呈固态

B．CH4分子是正四面体立体构型

C．NH3分子内3个N—H键的键长、键角都相等

D．N2稳定性强于O2

解析：选D。单质通常情况下的状态与键能大小无关；CH4分子是正四面体立体构型，与键角和键长有关，与键能无关；NH3分子内的3个N—H键的键长、键角都相等，与键能无关；N2稳定性强于O2，是因为N2分子中的键能大于O2分子中的键能，D正确。

2．(2019·开封高三联考)已知键能、键长部分数据如下表：

共价键

键能/ (kJ·mol－1Cl—Cl Br—Br I—I H—F H—Cl H—Br H—I H—O

242.7 193.7 152.7 568 431.8 366 298.7 462.8

) 198 C—C 228 C===C 267

C≡C

C—H

N—H

N===O

O—O 96

O===O

键长/pm 共价键

键能/ (kJ·mol－1347.7 615 812 413.4 390.8 607 142 497.3 ) 154 133 120 109 101

键长/pm (1)下列有关性质的比较正确的是________(填字母，下同)。

A．稳定性：HF>HCl>HBr>HI B．氧化性：I2>Br2>Cl2

C．沸点：H2O>NH3

D．还原性：HI>HBr>HCl>HF (2)下列有关推断正确的是________。

A．同种元素形成的共价键稳定性：三键>双键>单键

B．同种元素形成的双键键能一定小于单键的2倍

C．键长越短，键能一定越大

D．氢化物的键能越大，其稳定性一定越强

(3)在HX(X为卤素)分子中，键长最短的是________，最长的是________；O—O键的键长________(填“大于”“小于”或“等于”)O===O键的键长。

解析：(1)根据表中数据，同主族元素气态氢化物的键能从上到下逐渐减小，稳定性逐渐减弱，A项正确；从键能看，氯单质、溴单质、碘单质的稳定性逐渐减弱，由原子结构知，氧化性也逐渐减弱，B项错误；H2O在常温下为液态，NH3在常温下为气态，则H2O的沸点比NH3高，C项正确；还原性与失电子能力有关，还原性：HI>HBr>HCl>HF，D项正确。(2)由碳碳键的数据知A项正确；由O—O键、O===O键的键能知B项错误；C—H键的键长大于N—H键的键长，但是N—H键的键能反而较小，C项错误；由C—H键、N—H键的键能知，CH4的键能较大，而稳定性CH4比NH3弱，D项错误。

答案：(1)ACD

(2)A

(3)HF

HI

大于

演练二

等电子原理的理解和应用

3．(2019·黄冈模拟)等电子体之间结构相似、物理性质也相近。根据等电子原理，由短周期元素组成的粒子，只要其原子总数和原子最外层电子总数相同，均可互称为等电子体。下列各组粒子不能互称为等电子体的是( ) 2－－A．CO3和NO3

B．O3和SO2

－－－C．CO2和NO2

D．SCN和N3

－解析：选C。C选项中，CO2与NO2具有相同的原子总数，但最外层电子总数不同，－CO2为16，而NO2为18，故二者不能互称为等电子体。

4．(教材改编题)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2－构，请推测COS、CO3、PCl3的立体结构。

2－解析：COS与CO2互为等电子体，结构相似，所以COS为直线形结构；CO3与SO32－互为等电子体，结构相似，所以CO3为平面正三角形结构；PCl3与NF3互为等电子体，结构相似，所以PCl3为三角锥形结构。

2－答案：COS为直线形结构；CO3为平面正三角形结构；PCl3为三角锥形结构。

5．回答下列问题。

(1)根据等电子原理，仅由第二周期元素形成的共价分子中，互为等电子体的是________和________；________和________。

－(2)在短周期元素组成的物质中，与NO2互为等电子体的分子有________、________。

(3)与H2O互为等电子体的一种阳离子为________(填化学式)，阴离子为________。

(4)与N2互为等电子体的阴离子是________，阳离子是________。

答案：(1)N2

CO

N2O

CO2

(2)SO2

O3

－2－－＋(3)H2F

NH2

(4)CN(或C2)

NO

＋[反思归纳] 记忆等电子体，推测等电子体的性质

(1)常见的等电子体汇总

微粒

＋－－CO2、SCN、NO2、N3

2－－CO3、NO3、SO3

－SO2、O3、NO2

2－3－4－SO4、PO4、SiCl4、SiO4

3－2－－PO3、SO3、ClO3

CO、N2

＋CH4、NH4

价电子总数

16e

24e

18e

32e

26e

10e

8e

－－－－－－－立体构型

直线形

平面三角形

V形

正四面体形

三角锥形

直线形

正四面体形

(2)根据已知的一些分子结构推测另一些与它互为等电子体的微粒的立体结构，并推测

其物理性质。

①(BN)x与(C2)x，N2O与CO2等也是等电子体；

②硅和锗是良好的半导体材料，它们的等电子体磷化铝(AlP)和砷化镓(GaAs)也是很好的半导体材料；

③白锡(βSn2)与锑化铟是等电子体，它们在低温下都可转变为超导体；

4－2－3－④SiCl4、SiO4、SO4、PO4的原子数目和价电子总数都相等，它们互为等电子体，中心原子都是sp3杂化，都形成正四面体形立体构型。

[注意]

等电子体结构相同，物理性质相近，但化学性质不同。

第2课时

[预习案] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。( ) (2)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。( ) (3)NH3分子为三角锥形，N原子发生sp2杂化。( ) (4)只要分子构型为平面三角形，中心原子均为sp2杂化。( ) (5)中心原子是sp杂化的，其分子构型不一定为直线形。( ) (6)价层电子对互斥理论中，π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。( ) 答案：(1)√

(2)×

(3)×

(4)√

(5)×

(6)√

2．填写下列表格。

孤电序号

化学式

子对数

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

CO2

ClO

HCN H2O SO3

2－CO3

－NO3

－σ键电子对数

价层电子对数

VSEPR模型名称

分子或离子的立体构型名称

中心原子杂化类型

答案：①0

2

2

直线形

直线形

sp

②3

1

4

四面体形

直线形

sp3

③0

2

2

直线形

直线形

sp ④2

2

4

四面体形

V形

sp3

⑤0

3

3

平面三角形

平面三角形

sp2

⑥0

3

3

平面三角形

平面三角形

sp2

⑦0

3

3

平面三角形

平面三角形

sp2

[探究案（复习案）] 1．价层电子对互斥理论(VSEPR) (1)理论要点

①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。

②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)判断分子中的中心原子上的价层电子对数的方法

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)，x是与中心原子结合的原子数，b是与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子等于“8－该原子的价电子数”。

(3)价层电子对互斥理论与分子构型

中心原子价层电子对数

σ键电子对数

上的孤电子对数

2 2 3 2 4 4 0 0 1 0 四面体3 2 1 2 形

VSEPR模型名称

直线形

平面三角形

分子立体构型

直线形

平面三角形

V形

正四面体形

三角锥形

V形

实例

CO2

BF3

SO2

CH4

3 NH3

H2O

特别提醒：

价层电子对互斥理论说明的是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型

指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。

(1)当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致；

(2)当中心原子有孤电子对时，两者的构型不一致。

2．杂化轨道理论

(1)理论要点

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)杂化轨道的类型与分子立体构型的关系

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′

分子立体构型

直线形

平面三角形

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＝中心原子上的孤电子对数＋中心原子的σ键个数。

代表物

CO2

CH2O CH4

SO2

NH3

H2O 3.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

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，如NH4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

可表示为[＋]＋，在NH4中，虽然有一个N—H键形成过程与其他3个N—H

键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。

(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。

＋＋＋＋－－－

[训练案] 演练一

分子的立体构型及中心原子杂化类型的判断

1．原子形成化合物时，电子云间的相互作用对物质的结构和性质会产生影响。请回答下列问题：

(1)BF3分子的立体构型为____________，NF3分子的立体构型为____________。

(2)碳原子有4个价电子，在形成化合物时价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四种分子中，碳原子采取sp杂化的分子是____________(写结构简式，下同)，采取sp2杂化的分子是____________________，采取sp3杂化的分子是____________。试写出一种有机物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子：________________________________________________________________________。

(3)已知H2O、NH3、CH4三种分子中，键角由大到小的顺序是CH4>NH3>H2O，请分析可能的原因是______________________________________________。

解析：(1)BF3分子中的B原子采取sp2杂化，所以其分子的立体构型为平面三角形；NF3分子中的N原子采取sp3杂化，其中一个杂化轨道中存在一对孤电子对，所以其分子的立体构型为三角锥形。(2)乙烷分子中的碳原子采取sp3杂化，乙烯、苯分子中的碳原子均采取sp2杂化，乙炔分子中的碳原子采取sp杂化；同时含有三种不同杂化方式的碳原子的有机物分子中应该同时含有烷基(或环烷基)、碳碳双键(或苯环)和碳碳三键。(3)CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1对孤电子对，H2O分子中O原子上有2对孤电子对，孤电子对越多，对成键电子对的排斥作用越大，键角越小。

答案：(1)平面三角形

三角锥形

(3)CH4分子中的C原子没有孤电子对，NH3分子中N原子上有1对孤电子对，H2O分

子中O原子上有2对孤电子对，孤电子对越多，对成键电子对的排斥作用越大，键角越小

2．(2019·南昌莲塘一中月考)(1)下列说法正确的是________________。

A．HOCH2CH(OH)CH2OH与CH3CHClCH2CH3都是手性分子

＋B．NH4和CH4的立体构型相似

C．BF3与都是平面形分子

D．CO2和H2O都是直线形分子

(2)石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。

①图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。

②图乙中，1号C的杂化方式是__________，该C与相邻C形成的键角________(填“>”“<”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。

(3)碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：

①金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为______________。

②金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化方式分别为________、________。

解析：(1)A项，HOCH2CH(OH)CH2OH分子中没有手性碳原子，不属于手性分子，错误；B项，两种微粒均为正四面体结构，正确；C项，BF3为平面正三角形结构，苯为平面正六边形结构，两者均属于平面形分子，正确；D项，CO2分子为直线形结构，H2O分子为V形结构，错误。

(2)①石墨烯是层状结构，每一层上每个碳原子都是以σ键和相邻3个碳原子连接。

②图乙中1号碳形成了4个共价键，故其杂化方式为sp3；图甲中的键角为120°，而图乙中1号碳原子与甲烷中的碳原子类似，其键角接近109°28′。

(3)①金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们的组成相同，结构、性质不同，互称为同素异形体。②金刚石中的碳原子与四个碳原子形成4个共价单键(即碳

原子采取sp3杂化方式)，构成正四面体；石墨烯中的碳原子采取sp2杂化方式与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六边形的平面层状结构。

答案：(1)BC (2)①3

②sp3

< (3)①同素异形体

②sp3

sp2

演练二

配位理论及其应用

3．(2019·茂名调研)向盛有硫酸铜溶液的试管中滴加氨水，先生成难溶物，继续滴加氨水，难溶物溶解，得到深蓝色透明溶液。下列对此现象的说法正确的是( ) A．反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后Cu2的浓度不变

＋B．沉淀溶解后，生成深蓝色的配离子[Cu(NH3)4]2

＋C．配位化合物中只有配位键

D．在[Cu(NH3)4]2配离子中，Cu2给出孤电子对，NH3提供空轨道

＋＋解析：选B。NH3与Cu2形成配位键，Cu2提供空轨道，NH3提供孤电子对。

＋＋4．F、K和Fe3三种离子组成的化合物K3FeF6，其中化学键的类型有________________；－＋＋该化合物中存在一个复杂离子，该离子的化学式为________，配体是________。

答案：离子键、配位键

[FeF6]3

F

－－5．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 b．共价键 c．配位键 d．氢键

答案：sp2、sp3

bcd [总结归纳] 三种方法判断分子或离子的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呈正四面体形或三角锥形，则分子或离子的中心原子发生sp3杂化。

②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子或离子的中心原子发生sp2杂化。

③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子或离子的中心原子发生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′，则分子或离子的中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道

之间的夹角为120°，则分子或离子的中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子或离子的中心原子发生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互为等电子体，所以其立体构型均为直线形，中心原子均采用sp杂化。

第3课时

分子间作用力与分子的性质

[预习案] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)以极性键结合起来的分子不一定是极性分子。( ) (2)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。( ) (3)乙醇分子和水分子间只存在范德华力。( ) (4)碘化氢的沸点高于氯化氢的沸点是因为碘化氢分子间存在氢键。( ) (5)H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键。( ) (6)氢键具有方向性和饱和性。( ) 答案：(1)√

(2)×

(3)×

(4)×

(5)×

(6)√

2．(1)[2018·高考全国卷Ⅲ，35(3)]ZnF2具有较高的熔点(872

℃)，其化学键类型是________；ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，原因是________________________________________________________________________。

(2)[2017·高考全国卷Ⅲ，35(3)]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。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_________________________。

解析：(1)根据ZnF2晶体的熔点较高可知，ZnF2为离子晶体，含有离子键，不溶于有机溶剂，而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小，故能够溶解在有机溶剂中。

(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。

答案：(1)离子键

ZnF2为离子化合物，ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小

(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

[探究案(复习案)] 1．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：最常见的是范德华力和氢键。

(3)强弱：范德华力<氢键<化学键。

(4)范德华力：主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质。范德华力越强，物质的熔点、沸点越高，硬度越大。一般来说，组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增大；相对分子质量相近的分子，分子的极性越大，范德华力越大。

(5)氢键

①形成：已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子(该氢原子几乎为裸露的质子)与另一个分子中电负性很强的原子之间的作用力，称为氢键。

②表示方法：A—H…B。

特别提醒：

a．A、B为电负性很强的原子，一般为N、O、F三种元素的原子。b.A、B可以相同，也可以不同。

③特征：具有一定的方向性和饱和性。

④分类：氢键包括分子内氢键和分子间氢键两种。

⑤分子间氢键对物质性质的影响：主要表现为使物质的熔、沸点升高，对电离和溶解度等产生影响。

2．分子的性质

(1)分子的极性

类型

形成原因

存在的共价键

分子内原子排列

(2)分子的溶解性

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。

非极性分子

正电中心和负电中心重合

非极性键或极性键

对称

极性分子

正电中心和负电中心不重合

非极性键或极性键

不对称

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。

(3)分子的手性

①手性异构：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，在三维空间里不能重叠的现象。

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

(4)无机含氧酸分子的酸性

无机含氧酸的通式可写成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，则n值越大，R的正电性越高，导致R—O—H中O的电子向R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，如酸性：HClO

[训练案] 演练一

共价键的极性与分子极性的判断

1．(教材改编题)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键

解析：选A。采用反例法判断正误。A项正确，如O2、H2、N2等；B项错误，若分子结构对称，正、负电荷中心重合，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CH4、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．(2019·揭阳高三联考)已知H和O可以形成H2O和H2O2两种化合物，试根据有关信息回答下列问题：

(1)水是维持生命活动所必需的一种物质。

①1 mol冰中有________mol氢键。

②用球棍模型表示的水分子结构是________。

(2)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93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。

试回答：

①H2O2分子的电子式是________________，结构式是________________。

②H2O2分子是含有________键和________键的________(填“极性”或“非极性”)分子。

③H2O2难溶于CS2，简要说明理由：__________________________________。

④H2O2中氧元素的化合价是____________________________，简要说明原因：

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案：(1)①2

②B ···(2)①H·•·•·H

H—O—O—H

②极性

非极性

极性

③H2O2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O—O键为非极性键，而O—H键为极性键，共用电子对偏向氧，故氧为－1价

演练二

范德华力、氢键对物质性质的影响

3．按要求回答下列问题：

(1)HCHO分子的立体构型为________形，它与氢气的加成产物的熔、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位于周期表中第________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_____________________。

(6)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如下图所示。化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是__________________________________。

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，分子间范德华力更强

两者均为分子晶体，H2O分子间存在氢键

(3)硅烷为分子晶体，随相对分子质量的增大，分子间范德华力增强，熔、沸点升高

(4)氨分子间存在氢键，分子间作用力大，易液化

(5)H2O与乙醇分子间可形成氢键

(6)化合物乙分子间可形成氢键

4．(1)[2018·高考全国卷Ⅱ，35(3)]硫及其化合物有许多用途，相关物质的物理常数如下表所示：

熔点/℃

沸点/℃

H2S －85.5 －60.3 S8

115.2 444.6 FeS2

>600(分解) SO2

－75.5 －10.0 SO3

16.8 45.0 H2SO4

10.3 337.0 如图为S8的结构，其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多，主要原因为________________________________________________________________________。

(2)关于化合物A．分子间可形成氢键

B．分子中既有极性键又有非极性键

C．分子中有7个σ键和1个π键

，下列叙述正确的是________。

D．该分子在水中的溶解度大于2丁烯

(3)已知苯酚()具有弱酸性，其Ka＝1.1×10－10；水杨酸第一级电离形成的离子能形成分子内氢键，据此判断，相同温度下电离平衡常数Ka2(水杨酸)__________Ka(苯酚)(填“＞”或“＜”)，其原因是____________________。

(4)H2O分子内的O—H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：(1)S8和SO2均为分子晶体，分子间存在的作用力均为范德华力，S8的相对分子质量大，分子间范德华力强，故熔点和沸点高。

(2)题给化合物不能形成分子间氢键，A错误；是非极性键，C—H、

C===O是极性键，B正确；该有机物的结构式为，σ键数目为9，π键数目为3，C错误；该有机物与H2O能形成分子间氢键，D正确。

(3)氧的电负性较大，则能形成分子内氢键，即O—H…O(或—COO－中双键氧与羟基氢之间形成氢键)，其强弱介于化学键和范德华力之间，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)氢键弱于共价键而强于范德华力。对羟基苯甲醛形成分子间氢键，邻羟基苯甲醛形成分子内氢键，分子间氢键使分子间作用力增大，沸点升高。

答案：(1)S8相对分子质量大，分子间范德华力强

(2)BD ＋(3)< 能形成分子内氢键，使其更难电离出H

＋(4)O—H键>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

演练三

无机含氧酸的酸性判断

5．S有两种常见的含氧酸，较高价的酸性比较低价的酸性________，理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：强

S的正电性越高，导致S—O—H中O的电子向S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

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

磷酸

硫酸

高氯酸

＋含氧酸

Cl—OH

非羟基氧原子数

酸性

3 最强酸

2 强酸

0 弱酸

1 中强酸

(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可与盐酸反应

H3AsO3＋3HCl===AsCl3＋3H2O

[归纳总结]

分类

分子间作用力

范德华力

分子或原子(稀有气体) 无方向性、饱和性

氢键(包括分子内氢键、分子间氢键)

氢原子与氧原子、氮原子或氟原子

有方向性、饱和性

共价键>氢键>范德华力

随着分子极性和相对影响其强度的因素

分子质量的增大而增大

①影响物质的熔、沸点和溶解度等物理性质；

分子间氢键的存在，②组成和结构相似的对物质性质的影响

物质，随相对分子质量的增大，物质熔、沸点升高，如熔、沸点：F2

同一种元素的含氧酸酸性强弱规律

H2SO4与HNO3是强酸，其—OH上的H原子能够完全电离成为H。而同样是含氧酸的H2SO3和HNO2却是弱酸，即酸性：H2SO3

共价键的极性与分子极性的关系

＋共价键

极性共价键、非极性共价键

原子

有方向性、饱和性

作用粒子

特征

强度比较

对于A—H…B，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，作用力越大

成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定

使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸点：H2O>H2S，HF>HCl，NH3>PH3

影响分子的稳定性，共价键键能越大，分子稳定性越强

[模块高考真题强化训练] 1．(1)[2017·高考全国卷Ⅲ，35(4)]Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外，还存在________________________。

(2)[2016·高考全国卷Ⅰ，37(2)]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________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)[2016·高考全国卷Ⅱ，37(2)]硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。

①[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的空间构型是_________________________________。

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)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6原子N之间还形成一个4中心6电子的大π键(Π4键)，所以Mn(NO3)2中的化学键有σ键、π键和离子键。

(2)本题从单键、双键、三键的特点切入，双键、三键中都含有π键，原子之间难以形成双键、三键，实质是难以形成π键。锗的原子半径较大，形成σ单键的键长较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，故锗原子难以形成π键。

2－＋＋(3)①SO4中S无孤电子对，立体构型为正四面体。②[Ni(NH3)6]2为配离子，Ni2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。③NH3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。

6答案：(1)离子键和π键(Π4键) (2)Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，pp轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键

(3)①正四面体

②配位键

N

③高于

NH3分子间可形成氢键

极性

sp3

2．(1)[2018·高考全国卷Ⅰ，35(3)]LiAlH4是有机合成中常用的还原剂，LiAlH4中的阴离子空间构型是__________________________________________，

中心原子的杂化形式为________。LiAlH4中，存在________(填标号)。

A．离子键

B．σ键

D．氢键

C．π键

(2)[2018·高考全国卷Ⅱ，35(2)(4)]①根据价层电子对互斥理论，H2S、SO2、SO3的气态分子中，中心原子价层电子对数不同于其他分子的是________。

②气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的立体构型为________形，其中共价键的类型有________种；固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为________。

(3)[2018·高考全国卷Ⅲ，35(4)]《中华本草》等中医典籍中，记载了炉甘石(ZnCO3)入药，可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中，阴离子空间构型为__________，C原子的杂化形式为________。

＋＋(4)[2017·高考全国卷Ⅰ，35(3)]X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I3离子。I3离子的几何构型为________，中心原子的杂化形式为________。

(5)[2017·高考全国卷Ⅲ，35(2)]CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为________和________。

(6)[2016·高考全国卷Ⅲ，37(3)]AsCl3分子的立体构型为____________，其中As的杂化轨道类型为________。

解析：(1)[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。(2)①价层电子对数包括成键电子对数和孤电子对数，H2S6－1×2中S的成键电子对数为2，孤电子对数为2＝2，故价层电子对数为4，同理，SO2中6－2×26－2×3S的价层电子对数为2＋2＝3，SO3中S的价层电子对数为3＋2＝3，H2S中S的价层电子对数不同于SO2、SO3。②气态SO3为单分子，分子中S无孤电子对，其分子的立体构型为平面三角形，S和O之间形成双键，故共价键有σ键和π键两种。固体SO3中存在三聚分子，分子中每个S与4个O成键，S无孤电子对，故S原子的杂化轨道类型为2－2－sp3。(3)CO3中碳原子的价层电子对数为3，中心碳原子采取sp2杂化，故CO3的空间构＋1型为平面三角形。(4)I3中I原子为中心原子，则其孤电子对数为2×(7－1－2×1)＝2，且其＋形成了2个σ键，中心原子采取sp3杂化，I3为V形结构。(5)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。(6)AsCl3

的1中心原子(As原子)的价层电子对数为3＋2×(5－3×1)＝4，所以是sp3杂化。AsCl3分子的

立体构型为三角锥形。

答案：(1)正四面体

sp3

AB (2)①H2S

②平面三角

2

sp3

(3)平面三角形

sp2

(4)V形

sp3

(5)sp

sp3

(6)三角锥形

sp3

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

B．中心原子的价层电子对数

C．立体结构

D．共价键类型

－n(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Пm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6－可表示为П6)，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)结合图示可知，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个孤电子对和3个成键电子对，＋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＋

6可将其中的大π键表示为П5。

6答案：(1)ABD

C

(2)5

П5

－＋－＋(3)(H3O)O—H…N(N5)

(NH4)N—H…N(N5)