归纳与整理教学评价实录

选修三《物质结构与性质》

第二章

分子结构与性质的归纳与整理教学设计

前郭县第二高级中学

张立军

第

1 页

共

11 页

分子结构与性质的归纳与整理

适用学科

适用区域

知识点

高中化学

人教版

适用年级

课时时长（分钟）

高中二年级

2课时

共价键，离子键，金属键，分子间作用力等的形成，性质，杂化轨道，分子的空间构型

1．了解共价键的形成，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。

2．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)。

能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或教学目标

3．离子的立体构型。

4．了解化学键和分子间作用力的区别。

5．了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含有氢键的物质。

教学重点

1．共价键类型的判断及强弱比较。

2．共价键、范德华力和氢键对物质性质的影响。

3．杂化轨道类型的判断及利用价层电子对互斥理论和杂化轨道理论对分子、离子立体构型的判断和解释。

教学难点

1．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)。

2．能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的立体构型。

教学过程

一、

课堂导入

经过对本章节的学习，我们了解了共价键、离子键、金属键以及分子间作用力的形成，性质，和对物质性质的影响，了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)，能用

第

2 页

共

11 页

价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的立体构型，这节课我们来复习一下本章的内容。

二、复习知识点

1．共价键

②

决定分子的立体构型特征③

决定分子的构成σ键：两个轨道“④

”重叠，

电子云成轴对称成键方式π键：两个轨道“⑤

”重叠，

电子云成镜面对称共价单键——σ键共价键

规律共价双键——1个σ键，1个π键共价叁键——1个σ键，2个π键键能：键能越大，键越⑥

键参数键长：键长越短，键越稳定键角：描述分子空间构型极性键：A—B类型非极性键：A—A特殊形式：配位键A→B2．金属键和离子键

(1)金属键

本质：在原子之间形成①

(2)离子键

第

3 页

共

11 页

3．分子间作用力与分子的空间构型

(1)分子间作用力

(2)分子的空间构型

sp杂化子理论解释sp杂化——杂化轨道理论杂化方式的sp杂化空

V形（HO）间⑰

（BF）构常见分子的空间构型三角锥形（NH）型⑱

（CH）分1232334价电子对互斥理论【答案】

1.①共用电子对

②方向性

③饱和性

④头碰头

⑤肩并肩

⑥稳定

2．⑦金属阳离子

⑧金属离子、自由电子

⑨无饱和性、无方向性

⑩越强

⑪阴、阳离子

⑫阴、阳离子

⑬无饱和性、无方向性

⑭越强

3．⑮越高

⑯升高

⑰平面三角形

⑱四面体形

三、例题精析

【例题1】元素X和元素Y属于同一主族。负二价的元素X和氢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和元素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X、Y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，写出X质量分数为50%的化合物的化学式________；该分子的中心原子以sp2杂化，是________分子，分子构型为________。

(3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式___________；该分子的中心原子以sp2杂化，是________分子，分子构型为________。

第

4 页

共

11 页

(4)由元素氢、X、Y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：________。

(5)由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是________(写分子式)，分子构型为V形的是________(写分子式)。

【答案】(1)X：第二周期，ⅥA族；Y：第三周期，ⅥA族

(2)SO2

极性

V形

(3)SO3

非极性

平面正三角形

(4)H2SO3

H2SO4

H2SO4>H2SO3

(5)H2O2

H2O 【解析】根据氢化物化学式H2X知MrMr＋2×100%＝88.9%，Mr(X)＝16。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SO2、SO3，根据杂化轨道理论易确定其分子立体构型、极性。三种元素组成的化合物为H2SO3、H2SO4，酸性：H2SO4>H2SO3。X元素为O，与H元素形成两种化合物H2O和H2O2，其中H2O的分子构型为V形，H2O2分子中含有非极性键“—O—O—”。

【例题2】已知N、P同属于元素周期表的第ⅤA族元素，N在第二周期，P在第三周期。NH3分子呈三角锥形，N原子位于锥顶，3个H原子位于锥底，N—H键间的夹角是107.3°

。(1)PH3分子与NH3分子的构型关系是________(填“相同”、“相似”或“不相似”)，P—H键________极性(填“有”或“无”)，PH3分子________极性(填“有”或“无”)。

(2)NH3比PH3热稳定性更强的原因是_________________。

(3)NH3与PH3在常温、常压下都是气体，但NH3比PH3易液化，其主要原因是________。

A．键的极性N—H比P—H强

B．分子的极性NH3比PH3强

C．相对分子质量PH3比NH3大

D．NH3分子之间存在特殊的分子间作用力

【答案】

(1)相似

有

有

(2)N—H键比P—H键的键长短、键能大，更稳定

(3)D

【解析】(1)N原子与P原子结构相似，NH3分子与PH3分子的结构也相似，P—H键为不同元素原子之间形成的共价键，为极性键。(2)N—H键比P—H键的键长短，键能大，所以NH3比PH3稳定。(3)NH3比PH3易液化的主要原因是NH3分子间存在氢键。

第

5 页

共

11 页

【例题3】一项科学研究成果表明，铜锰氧化物(CuMn2O4)能在常温下催化氧化空气中的一(1)向一定物质的量浓度的Cu(NO3)2和Mn(NO3)2溶液中加入Na2CO3氧化碳和甲醛(HCHO)。溶液，所得沉淀经高温灼烧，可制得CuMn2O4。①Mn2＋基态的电子排布式可表示为___________。②NO－3的空间构型是______________(用文字描述)。

(2)在铜锰氧化物的催化下，CO被氧化为CO2，HCHO被氧化为CO2和H2O。

①根据等电子体原理，CO分子的结构式为____________。

②H2O分子中O原子轨道的杂化类型为_____________。

③1 mol CO2中含有的σ键数目为_____________________。

(3)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu(OH)4]2。不考虑空间构型，[Cu(OH)4]2－－的结构可用示意图表示为___________________________________________。

22626553【答案】(1)①1s2s2p3s3p3d(或[Ar]3d)

②平面三角形

(2)①C≡O

②sp

③2×6.02×1023个(或2NA) (3)

【解析】(1)Mn的原子序数为25，价电子排布式为3d54s2，先失去4s2能级上的两个电子，－2即得Mn2＋。根据价电子对互斥理论，NO－3中N原子采用sp杂化，所以NO3的空间构型为平面三角形。(2)CO与N2互为等电子体，根据氮气分子的结构式可以写出CO的结构式为C≡O。H2O分子中O原子存在两对孤电子对，配位原子个数为2，价电子对数目为4，所以O原子采用sp3杂化。二氧化碳分子内含有两个碳氧双键，一个双键中含有一个σ键，一个π键，则1 mol CO2中含有2 mol σ键。(3)Cu2＋中存在空轨道，而OH－中O原子上有孤电子对，故O与Cu之间以配位键结合。

【例题4】金属镍在电池、合金、催化剂等方面应用广泛。

(1)下列关于金属及金属键的说法正确的是________。

a．金属键具有方向性与饱和性

b．金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用

c．金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子

d．金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光

(2)过渡金属配合物Ni(CO)n的中心原子价电子数与配体提供电子总数之和为18，则n＝

第

6 页

共

11 页

________。CO与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为________。

(3)甲醛(H2C===O)在Ni催化作用下加氢可得甲醇(CH3OH)。甲醇分子内C原子的杂化方式为________，甲醇分子内的O—C—H键角________(填“大于”“等于”或“小于”)甲醛分子内的O—C—H键角。

【答案】(1)b

(2)4

1∶2

(3)sp3

小于

【解析】(1)金属键没有方向性和饱和性，a错；金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用，b对；金属导电是因为在外加电场作用下自由电子发生定向移动，c错：金属具有光泽是因为自由电子能够吸收并放出可见光，d错。(2)中心原子Ni的价电子数为10，配体CO中1个O提供2个电子，故n＝4。CO中C和O间为三键，含有1个σ键、2个π键。(3)甲醇分子内C为sp3杂化，而甲醛分子内C为sp2杂化，故甲醇分子内O—C—H键角比甲醛分子内O—C—H键角小。

【例题5】ⅥA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：

(1)S单质的常见形式为S8，其环状结构如图所示，S原子采用的轨道杂化方式是________。

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

(3)H2SeO3的K1和K2分别为2.7×10－3和2.5×10－8，H2SeO4第一步几乎完全电离，K2为1.2×10－2，请根据结构与性质的关系解释：

①H2SeO3和H2SeO4第一步电离程度大于第二步电离的原因：_____________________________________；

②H2SeO4比H2SeO3酸性强的原因：________________________________________。

【答案】(1)sp3

(2)强

平面三角形

三角锥形

(3)①第一步电离后生成的负离子较难再进一步电离出带正电荷的氢离子

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，正电性更高，导致Se—O—H中O的电子更向Se偏移，越易电离出H＋

第

7 页

共

11 页

【解析】(1)每个S原子与另外2个S原子形成2个共价单键，所以S原子的杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对对数＝2＋2＝4，故S原子为sp3杂化。(2)Se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杂化且有3个配位原子，故其立体构型－3为平面三角形；SO23中S原子采取sp杂化且有3个配位原子，故其立体构型为三角锥形。(3)所给两种酸均为二元酸，当第一步电离出H＋后，由于生成的阴离子对正电荷有吸引作用，因此较难再电离出H＋。H2SeO3中Se为＋4价，而H2SeO4中Se为＋6价，Se的正电性更高，导致Se—O—H中O原子的电子向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:

四、课程小结

1．了解共价键的形成，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。

2．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)。

3．能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的立体构型。

4．了解化学键和分子间作用力的区别。

5．了解氢键的存在对物质性质的影响，能列举含有氢键的物质。

五、课堂运用

1．E、G、M、Q、T是五种原子序数依次增大的前四周期元素。E、G、M是位于p区的同一周期的元素，M的价层电子排布为nsnnp2n，E与M原子核外的未成对电子数相等；QM2与GM－2为等电子体；T为过渡元素，其原子核外没有未成对电子。请回答下列问题：

(1)与T同区、同周期元素原子的价电子排布式是__________________。

(2)E、G、M均可与氢元素形成氢化物，它们的最简单氢化物在固态时都形成分子晶体，其中晶胞结构与干冰不一样的是__________________(填分子式)。

(3)E、G、M的最简单氢化物中，键角由大到小的顺序为____________(用分子式表示)，其中G的最简单氢化物的VSEPR模型名称为________，M的最简单氢化物的分子立体构型名称为________。

(4)EM、G2互为等电子体，EM的结构式为________(若有配位键，请用“→”表示)。E、M电负性相差1.0，由此可以判断EM应该为极性较强的分子，但实际上EM分子的极性极弱，请解释其原因_____________________________。

第

8 页

共

11 页

【答案】

(1)3d104s1

(2)NH3、H2O (3)CH4>NH3>H2O

四面体形

V形

(4)CO

从电负性分析，CO中的共用电子对偏向氧原子，但分子中形成配位键的电子对是由氧原子单方面提供的，抵消了共用电子对偏向O而产生的极性

【解析】

M的价层电子排布为nsnnp2n，则n＝2，M为O。O有两个未成对电子，E与OE的原子序数小于O且与O同周期，原子核外的未成对电子数相等，则E为C，故G为N。QO2与NO－2为等电子体，则Q为S。第四周期的过渡元素中，原子核外没有未成对电子的(1)Zn与Cu同周期，Cu的价电子排布式为3d104s1。元素为Zn，故T为Zn。且均位于ds区，(2)C、N、O的最简单氢化物分别为CH4、NH3和H2O，在固态时都形成分子晶体，由于干冰和甲烷晶体中只有范德华力，故其晶胞结构一样，而NH3晶体和H2O晶体中存在范德华力和氢键，故其晶胞结构与干冰不一样。(3)CH4、NH3和H2O的中心原子均采取sp3杂化，VSEPR模型均为四面体形，CH4分子中没有孤电子对，分子结构为正四面体形，NH3分子中有一个孤电子对，分子构型为三角锥形，H2O分子中有两个孤电子对，分子构型为V形，含孤电子对数越多，排斥作用越强，键角越小。(4)互为等电子体的分子结构相似，由N2的结构式为N≡N知，CO的结构式为CO。

2．2013年诺贝尔化学奖授予三位美国科学家，以表彰他们在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献。这种模型可以用量子化学计算小区间内(如生物固氮时固氮酶中)的化学反应。

(1)固氮酶有铁蛋白和钼铁蛋白两种，它们不仅能够催化N2还原成NH3，还能将环境底物乙炔(HCCH)催化还原成乙烯。

①乙炔是________(填“非极性”或“极性”)分子。

②碳负离子CH－3的空间构型为________。

③根据等电子原理，NO＋的电子式为________。

(2)钒可用于合成电池电极，也可用于人工合成二价的钒固氮酶(结构如图①)。

第

9 页

共

11 页

①V2＋基态时核外电子排布式为__________________________________。

②钒固氮酶中钒的配位原子有________(填元素符号)。

(3)烟酰胺(结构如图②)可用于合成光合辅酶NADPH，烟酰胺分子中氮原子的杂化轨道类型有________，1 mol该分子中含σ键的数目为________。

(4)12 g石墨烯(结构如图3)中含有的正六边形数目约为________；请你预测硅是否容易形成类似石墨烯的结构，并说明理由：_____________________。

【答案】(1)①非极性

②三角锥形

(2)①1s22s22p63s23p63d3或[Ar]3d3

②S、N (3)sp2、sp3

15NA (4)0.5NA

不容易，硅原子半径大，3p轨道不易形成π键

【解析】(1)①乙炔的结构简式为－

，为四原子直线对称结构，为非极性分子。

1②CH3的价层电子对数为3＋2(4＋1－3×1)＝4，故CH－3的分子为三角锥形。

③NO＋与N2为等电子体，故电子式为(2)根据图①可知V的配位原子为N和S。

(3)根据图②为sp2杂化，为sp3杂化。

。

(4)石墨烯中形成大π键成正六边形结构，而Si的原子半径较大，难形成π键，故不易形成石墨烯结构。

3．(1)用Cr2O3作原料，铝粉作还原剂的铝热法是生产金属铬的主要方法之一，该反应是一个自发放热反应，由此可判断Cr—O键和Al—O键中________键更强。研究发现气态氯化铝(Al2Cl6)是具有配位键的化合物，可溶于非极性溶剂，分子中原子间成键的关系如下图所示。由此可知该分子是________(填“极性”或“非极性”)分子

。请在图中是配位键的斜线上加上箭头。

(2)V2O5是一种常见的催化剂，在合成硫酸、硝酸、邻苯二甲酸酐、乙烯、丙烯中，均使用五氧化二钒作催化剂。

第

10 页

共

11 页

①五氧化二钒的结构式如图所示，则V2O5分子中含有________个σ键和________个π键。

②丙烯(CH3CH===CH2)分子中碳原子的杂化方式为________和________。

【答案】(1)Al—O

非极性

(2)①6

4

②sp3

sp2

【解析】(1)Cr2O3与铝粉反应生成铬和氧化铝，而且该反应是一个自发放热反应，由此可判断Cr—O键比Al—O键弱。根据气态氯化铝的结构与性质(可溶于非极性溶剂)知其是非极性分子，该分子中Cl提供孤电子对，Al提供空轨道，形成1个配位键，配位键用“→”表示，箭头指向有空轨道的原子。(2)①根据V2O5分子的结构式，可以看出分子中含有4个双键，2个单键；每个双键中含有1个σ键和1个π键，单键全部是σ键；故V2O5分子中含有6个σ键，4个π键。②在丙烯(CH3CH===CH2)分子中，双键碳原子为sp2杂化，甲基中的碳原子为sp3杂化。

4．(1)①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________。

②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”)。

(2)乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是___________________________。

【答案】

(1)①配位键、N

②高于、NH3分子间可形成氢键、极性

(2)CH3COOH存在分子间氢键

【解析】

(1)①[Ni(NH3)6]2＋中，由于Ni2＋具有空轨道，而NH3中N原子含有孤电子对，两者可通过配位键形成配离子。

②由于NH3分子间可形成氢键，故NH3的沸点高于PH3。NH3分子中，N原子形成3个σ键，且有1个孤电子对，N原子的轨道杂化类型为sp3，立体构型为三角锥形。由于空间结构不对称，NH3属于极性分子。

(2)乙酸分子之间能形成氢键，乙醛分子之间不能形成氢键，导致乙酸的沸点高于乙醛

第

11 页

共

11 页