专题02 分子结构与性质 （知识梳理+专题过关）（解析版）.docx

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1、专题02分子结构与性质知识梳理分子结构与性质手性分子的结构与物质的性质分子给构对化学性质的影响配位化合物与超分子分子间作用力配位键和配位化的却生活中的配位化的超分子和超分子化学核问第pm图2.1过分子形成过程中的体系能域变化知识详解考点1共价键的形成与性质一、共价键的形成与性质1 .共价键的本质以氢分子的形成过程为例，来认识共价键的本质。理论计算表明，若两个氢原子Is轨道上的单电子呈不同的自旋状态，当两个氢原子从无限远处逐渐相互接近时，它们的IS轨道会发生重叠，其结果是使这对电子在两个原子核之间出现的概率增大，两个原子核与电子对之间的吸引也逐渐增大，从而使体系能量逐渐降低。能量随核间距的变化如

2、图2.1所示。当两个氢原子的核间距为74pm时，体系能量降到最低；若两个氢原子进一步接近，由于两个原子核之间的排斥作用逐渐增强，体系能量又开始上升。这就表明两个氢原子的核间距为74pm时体系处于最稳定状态，形成了氢分子。我们把原子之间通过共用一对自旋状态不同的电子所形成的化学键称为共价键，而共价键的本质就是两个原子核与共用电子对的电性相互作用。2 .共价键的饱和性与方向性每个原子能提供的未成对电子数是一定的，在形成共价键时，通常该原子的若干个未成对电子分别与其他原子相同数目的单电子，以自旋状态不同的方式配对成键，即每个原子可以形成共价键的数目是一定的，因此共价键具有饱和性。例如，氯原子的价层中

3、只有一个未成对电子，只能形成一个共价键，如氯化氢分子中的H。键、氯分子中的QQ键。氮原子有三个未成对电子，能形成三个共价键，如氨分子中的三个N-H键、氮分子中的NN键等。第2周期元素的原子最多形成四个共价键就是共价键具有饱和性的典型例证。共价键是否稳定，与原子轨道的重叠程度有关。只有当它们沿着原子轨道电子云密度最大的方向才能达到最大程度的有效重叠，形成稳定的共价键。原子中的S轨道呈球形对称分布，两个S轨道上的电子相互成键时轨道可沿任意方向发生最大程度的有效重叠，而p、d、f等轨道均有一定的空间伸展方向，这些轨道上的电子相互成键或与s轨道上的电子成键时，必须沿着合适的方向以达到最大程度的有效重叠

4、，才可形成稳定的共价键，所以共价键具有方向性。3 .共价键的类型我们知道氮气的化学性质很不活泼，通常条件下不易发生化学反应，这与氮分子中两个氮原子的原子轨道重叠形成的共价键有关。氮原子的价电子排布式为2s22p3o根据洪特规则可知，2p轨道上的三个电子分别排布在2px、2py和2pz轨道上，所以氮原子有三个未成对电子。若两个氮原子沿X轴相互接近时，它们各自的px轨道沿X轴方向以“头碰头的方式相互重叠，那么两个氮原子的py和pz轨道只能分别在垂直于X轴方向上以相互平行的“肩并肩方式发生重叠原子轨道沿键轴（成键原子核间连线）方向以“头碰头”方式重叠而形成的共价键称为键。原子轨道沿键轴两侧以“肩并肩

5、”的方式重叠而形成的共价键称为键。一般而言，对于确定的两个原子，成键时优先形成键。这是因为形成八键时原子轨道的重叠程度较小，不如形成键稳定。氮分子中含有一个键和两个键（图2.3）,这三个共价键使得两个氮原子结合紧密，因此氮气的化学性质很稳定。图2.3凝分子中的共价键4 .共价键的极性共价键(键的极性方向以箭头指向表示)在氢分子、氯分子等双原子分子中，由于两个原子吸引电子的能力相同，共用电子对不偏向其中任何一个原子,这样的共价键叫做非极性共价键，简称非极性键。不同元素的原子以共价键相结合时，由于两个原子吸引电子的能力不同，共用电子对偏向吸引电子能力强的原子一方，这样的共价键叫做极性共价键，简称极

6、性键，如H-C1键、H-O键等。一般而言，我们可用成键原子的电负性差值粗略地判断键的极性强弱，成键原子的电负性差值越大,共价键的极性越强。键的极性是一向量，其方向由正电荷指向负电荷，常以符号“4”表示。5 .共价键的稳定性化学反应中的能量变化与化学键的断裂和生成密切相关。相同条件下，不同化学反应的反应热不同，说明不同化学键的强度不同。人们常用键能来定量描述共价键的强度，把在IoOkPa、298.15K条件下，Imo1气态AB分子分解成气态A原子和气态B原子所需要的能量称为A-B键的键能，用Ea-B来表示。一般而言，键能越大，断键时所需要的能量越大，键越牢固，由该键构成的分子越稳定。因为NN键的

7、键能大于H-H键的键能，所以氮气比氢气稳定，不易发生化学反应。部分共价键的键能如表2.1所示。H2(g)=2H(g)Eh-H=436kJ-mor,N2(g)=2N(g)ENN=946kJ-mo1-,74Pm原子核共价键的稳定性还能用键长来描述。键长是指两个成键原子的核间距。例如，氢分子中，两个氢原子的核间距就是H-H键的键长，如图2.5所示。一般而言，键长越短,键越强，共价键越稳定。键长可以通过实验测量或理论计算得到，是描述分子空间结构的参数之一。二、分子的空间结构1.二氧化碳分子中两个C=O键的夹角为180。，说明它是一个直线形分子；水分子中两个H-O键的夹角为104.5,说明它是一个角形（

8、V形）分子；氨分子中任意两个N-H键的夹角均为107o18说明它是一个三角锥形分子；甲烷分子中任意两个C-H键的夹角均为109o28说明它是一个正四面体形分子杂化轨道理论指出，原子形成分子时，中心原子中类型不同、能量相近的几个原子轨道（如s和叩轨道）可以进行组合，重新形成数目相同、能量相等或相近的新原子轨道。原子轨道进行组合时，轨道中原来已经成对的电子可以被激发到空轨道上成为单电子。这个重新组合的过程叫做原子轨道的杂化，组合以后形成的新原子轨道称为杂化轨道。杂化轨道的能量和空间伸展方向都发生了变化，使相应的电子云分布更集中，成键时轨道的重叠程度更大，所以成键能力更强。例如，一个ns轨道和一个叩

9、轨道进行杂化。在形成甲烷分子的过程中，碳原子2s轨道上的一个电子受激发进入2p空轨道上，然后能量相近的一个2s轨道和三个2p轨道进行杂化，形成了四个能量相等的新轨道，称为sp3杂化轨道杂化sp杂化四个Sp3杂化轨道在空间的伸展方向正好指向正四面图2.9甲烷分子的成键情况体的四个顶点。四个sp3杂化轨道上各占有一个未成对电子，它们分别与四个氢原子的Is轨道发生头碰头的重叠，形成四个完全相同的键，如图2.9所示。四个C-H键相互间的夹角均为109o28所以甲烷分子为正四面体形。SPS杂化忠sp-平面三角形图210sd、s/杂化轨道的空间分布示意图ns轨道与np轨道的杂化有多种情况。它们除了能形成s

10、p3杂化轨道外，还可以是一个ns轨道和一个np轨道进行杂化，形成两个SP杂化轨道；又或者是一个ns轨道和两个np轨道进行杂化，形成三个sp2杂化轨道。与sp3杂化轨道不同的是，SP杂化轨道、sp2杂化轨道的空间分布分别呈直线形和平面三角形。np能级有三个原子轨道，若中心原子进行sp杂化或sp2杂化，则还有未参与杂化的p轨道，这些p轨道可用于形成键。例如，在乙烯分子中，两个碳原子均采取sp2杂化。如图2.12所示：每个碳原子各用一个sp2杂化轨道重叠形成CCo键；每个碳原子的另两个sp2杂化轨道分别与两个氢原子的Is轨道重叠形成C-H键；每个碳原子余下的一个未参与杂化的垂直于键轴方向的2p轨道，

11、只能发生B2.12乙传分子中的丸价“肩并肩”重叠形成一个兀键。由于键不如键稳定，因此乙烯分子中键容易断裂发生加成反应。Sp2杂化三、共价分子空间结构的预测以ABH型分子（其中A为中心原子）为例来讨论AB”中A的价层电子对数二+A的价电子数一个B的单电子总数成键电子对数（键电子对数）孤电子对数常见分子类型和极性的比较分子类型分子形状键角键的极性分子极性代表物A球形非极性HeA2直线形非极性非极性H2、O2AB直线形极性极性CO、NOABA直线形180极性非极性CO2、CS2ABA折线形，V字形极性极性H2OSO2A4正四面体形60非极性非极性P4AB3平面三角形120极性非极性BF3AB3三角锥

12、形极性极性NH3AB4正四面体形109o28极性非极性CH4、CC14AB3C四面体形极性极性CH3C1AB2C2四面体形极性极性CH2C12【典例1】下列说法中不正确的是（）A.双键、叁键都有键B.成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固C.因每个原子未成对电子数是一定的，故配对原子个数也一定D.所有原子轨道在空间都有自己的方向性【答案】D【解析】A.双键中有1个九键、叁键中有2个兀键，故A正确：B.成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固，故B正确；C.在共价键的形成过程中个原子含有几个未成对电子，通常就能与其他原子的未成对电子配对形成共价键，每个原子所能提供的未成对电子的数目是一定的，所

13、以与其配对的原子个数也定，这是共价键的饱和性，故C正确；D.S轨道呈球形，没有方向性，故D错误；故选D。典例2下列说法不正确的是（）A.双键、叁键都含有兀键B.成键原子间原子轨道重叠愈多，共价键愈牢固C.因每个原子未成对电子数是一定的，故配对原子个数也一定D.每一个原子轨道在空间都具有自己的方向性【答案】D【解析】A.双键、三键中均只含1个。键，其余为键，所以双键中一定有一个。键、一个键，三键中一定有一个。键、两个键，故A正确；B.成键原子间原子轨道重叠越多，成键原子间的距离越小，则键长越短，键越牢固，故B正确；C.每个原子所能提供的未成对电子的数目是一定的，因此在共建键的形成过程中一个原子含

14、有几个未成对电子，通常就能与其他原子的未成对电子配对形成共价键，所以与其配对的原子个数也一定，这是共价键的饱和性，故C正确；D.s轨道的形状是球形对称的，它无方向性，故D错误；故选D。【典例3下列有关键角与分子空间构型的说法不正确的是（）A.键角为180。的分子，空间构型是直线形B.键角为120。的分子，空间构型是平面三角形C.键角为109.5。的分子，空间构型是正四面体形D.键角为90。109.5。之间的分子，空间构型可能是V形【答案】B【解析】A、键角为180。的分子，空间构型是直线形，例如二氧化碳等，A正确；B、乙烯分子的键角为120,但它的空间构型并不是平面三角形，B错误；C、键角为109.5。的分子，空间构型是正四面体形，C正确；D、键角为90。109.5。之间的分子，空间构型可能是V形，例如水等，D正确，故选Bo【典例4】下列分子中，各分子的立体构型和中心原子的杂化方式均正确的是（）A.NH3平面三角形sp3杂化B.CC14正四面体sp3杂化C.H2OV形sp2杂化D.CO32-三角锥形sp3杂化【答案】B【解析】根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型及中心原子杂化方式，价层电子对数=配原子个数十孤电子对数。A、NH3中心原子的价层电子对数=3+；（5-31）=4,N的杂化方式为sp3,含有一对孤电子对，分子的立体构型为