第二章分子結構與性質(zhì)（知識清單）-高二化學（人教版2019選擇性必修2）

第二章分子結構與性質(zhì)知識清單考點1共價鍵一、共價鍵1.定義：原子間通過共用電子對所形成的相互作用叫做共價鍵。2.本質(zhì)：是在原子之間形成共用電子對。共價鍵形成的原因是成鍵原子相互接近，原子軌道發(fā)生重疊，自旋方向相反的未成對電子形成共用電子對。3.特征特征概念作用存在情況飽和性每個原子所能形成的共價鍵的總數(shù)或以單鍵連接的原子數(shù)目是一定的飽和性決定了分子的組成。所有的共價鍵都具有飽和性方向性在形成共價鍵時，原子軌道重疊的越多，電子在核間出現(xiàn)的概率越大，所形成的共價鍵就越牢固，因此共價鍵將盡可能沿著電子出現(xiàn)概率最大的方向形成，所以共價鍵具有方向性方向性決定了分子的空間結構。并不是所有共價鍵都具有方向性4.形成條件：通常電負性相同或差值較小的非金屬元素原子之間形成共價鍵，大多數(shù)電負性之差小于1.7的金屬與非金屬原子之間形成共價鍵。5.表示方法(1)用一條短線表示一對共用電子所形成的共價鍵，如HH(2)用“=”表示原子間共用兩對電子所形成的共價鍵，如C=C(3)用“≡”表示原子間共用三對電子所形成的共價鍵，如C≡C6.類型σ鍵π鍵成鍵示意圖(常見類型)原子軌道重疊方式“頭碰頭”重疊“肩并肩”重疊對稱類型軸對稱鏡面對稱原子軌道重疊程度大小鍵的強度軌道重疊程度大，鍵的強度較大，鍵越牢固軌道重疊程度較小，鍵比較容易斷裂，不如σ鍵牢固活潑性不活潑活潑成鍵規(guī)律共價單鍵是σ鍵；共價雙鍵中一個鍵是σ鍵，另一個鍵是π鍵；共價三鍵中一個鍵是σ鍵，另外兩個鍵是π鍵旋轉(zhuǎn)情況以形成σ鍵的兩個原子核的連線為軸，任意一個原子可以繞軸旋轉(zhuǎn)，并不破壞σ鍵的結構以形成π鍵的兩個原子核的連線為軸，任意一個原子并不能單獨旋轉(zhuǎn)，若單獨旋轉(zhuǎn)則會破壞π鍵的結構存在情況能單獨存在，可存在于任何含共價鍵的分子或離子中不能單獨存在，必須與σ鍵共存，可存在于共價雙鍵和共價三鍵中聯(lián)系只有在形成σ鍵后，余下的p軌道才能形成π鍵實例CH4、OHN≡N中既含有σ鍵，又含有π鍵說明：①一般情況下，σ鍵比π鍵牢固，但并不是所有分子中的σ鍵都比π鍵牢固（例如：N2）②并不是所有的分子都含有σ鍵鍵參數(shù)——鍵能、鍵長與鍵角1.鍵能：(1)概念：氣態(tài)分子中1mol化學鍵解離成氣態(tài)原子所吸收的能量稱為鍵能。(2)條件和單位：鍵能通常是298.15K、101kPa條件下的標準值，單位為kJ·mol1(3)應用：①判斷共價鍵的穩(wěn)定性：原子間形成共價鍵時，原子軌道重疊程度越大，體系能量降低越多，釋放能量越多，形成共價鍵的鍵能越大，共價鍵越牢固。②判斷分子的穩(wěn)定性：一般來說，結構相似的分子，共價鍵的鍵能越大，分子越穩(wěn)定。例如分子的穩(wěn)定性：HF>HCl>HBr>HI。③利用鍵能計算反應熱：△H=反應物的鍵能總和生成物的鍵能總和。(4)測定方法：鍵能可通過實驗測定，更多的卻是推算獲得的注：同種類型的共價鍵，鍵能大小為：單鍵<雙鍵<三鍵2.鍵長(1)概念：構成化學鍵的兩個原子的核間距叫做該化學鍵的鍵長。由于分子中的原子始終處于不斷振動之中，鍵長只是振動著的原子處于平衡位置時的核間距。(2)應用：①判斷共價鍵的穩(wěn)定性：鍵長是衡量共價鍵穩(wěn)定性的另一個重要參數(shù)。鍵長越短，往往鍵能越大，表明共價鍵越穩(wěn)定。②判斷分子的空間構型：鍵長是影響分子空間結構的因素之一。(3)定性判斷鍵長的方法①根據(jù)原子半徑進行判斷。在其他條件相同時，成鍵原子的半徑越小，鍵長越短。②根據(jù)共用電子對數(shù)判斷。相同的兩原形成共價鍵時，單鍵鍵長>雙鍵鍵長>三鍵鍵長。3.鍵角(1)概念：在多原子分子中，兩個相鄰共價鍵之間的夾角稱為鍵角。(2)意義：鍵角可反映分子的空間結構，是描述分子空間結構的重要參數(shù)，分子的許多性質(zhì)都與鍵角有關。多原子分子的鍵角一定，表明共價鍵具有方向性。(3)常見分子的鍵角及分子空間結構：分子鍵角空間結構CO2（O=C=O）180°直線形H2O（HO）105°V形(或稱角形)NH3（NH）107°三角錐形CH4（CH）109o28′正四面體形P4（PP）60o正四面體形(4)測定方法：鍵長和鍵角的數(shù)值可通過晶體的X射線衍射實驗獲得小結：鍵參數(shù)對分子性質(zhì)的影響：相同類型的共價化合物分子，成鍵原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，分子越穩(wěn)定考點2分子的空間結構分子結構的測定1.分子結構測定的常用方法：紅外光譜、晶體X射線衍射2.紅外光譜的測定原理：分子中的原子不是固定不動的，而是不斷地振動著的。當一束紅外線透過分子時，分子會吸收跟它的某些化學鍵的振動頻率相同的紅外線，再記錄到圖譜上呈現(xiàn)吸收峰。通過和已有譜圖庫比對，或通過量子化學計算，可以得知各吸收峰是由哪種化學鍵、哪種振動方式引起的，綜合這些信息，可分析出分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。多樣的分子空間結構1.三原子分子的空間結構——直線型和V形（又稱角形）化學式電子式結構式鍵角空間結構模型空間結構名稱CO2O=C=O180o直線型H2O105oV形2.四原子分子常見的空間結構——平面三角形和三角錐形化學式電子式結構式鍵角空間結構模型空間結構名稱CH2O約120o平面三角形NH3107o三角錐形四原子分子的空間結構大多數(shù)為平面三角形和三角錐形，也有的為直線形(如C2H2)、正四面體形(如P4)等。3.五原子分子常見的空間結構——四面體形化學式電子式結構式鍵角空間結構模型空間結構名稱CH4109o28′正四面體形4.其他多原子分子的空間結構階層電子對互斥模型（VSEPR）1.應用：預測分子的空間結構2.內(nèi)容：價層電子對互斥模型認為，分子的空間結構是中心原子周圍的“價層電子對”相互排斥的結果。VSEPR的“價層電子對”是指分子中的中心原子與結合原子間的σ鍵電子對和中心原子上的孤電子對。多重鍵只計其中的σ鍵電子對，不計π鍵電子對。3.中心原子上的價層電子對數(shù)的計算中心原子上的價層電子對數(shù)=σ鍵電子對數(shù)+中心原子上的孤電子對數(shù)(1)σ鍵電子對數(shù)的確定：由化學式確定(2)中心原子上的孤電子對數(shù)的確定：中心原子上的孤電子對數(shù)=公式中各字母的含義：a中心原子的價層電子數(shù)主族元素=最外層電子數(shù)陽離子=中心原子的價層電子數(shù)離子的電荷數(shù)陰離子=中心原子的價層電子數(shù)+︱離子的電荷數(shù)︱x與中心原子結合的原子數(shù)b與中心原子結合的原子最多能接受的電子數(shù)H=1其他原子=8該原子的價層電子數(shù)4.根據(jù)價層電子對互斥模型判斷分子或離子的空間結構在確定了σ鍵電子對數(shù)和中心原子上的孤電子對數(shù)后，可以依據(jù)下面的方法確定相應的較穩(wěn)定的分子或離子的空間結構。σ鍵電子對數(shù)+孤電子對數(shù)=價層電子對數(shù)VSEPR模型分子的空間結構

注：①中心原子不含孤電子對的分子(或離子)，VSEPR模型與分子(或離子)的空間結構一致。②中心原子若有孤電子對，孤電子對也要占據(jù)中心原子周圍的空間，并與成鍵電子對互相排斥，則VSEPR模型與分子的空間結構不一致。推測分子的立體模型必須略去VSEPR模型中的孤電子對。5.常見分子或離子的空間結構的推測分子或離子中心原子上的孤電子對數(shù)中心原子上的價層電子對數(shù)VSEPR模型VSEPR模型名稱空間結構空間結構名稱CO2、BeCl202直線形直線形CO32—、BF303平面三角形平面三角形SO2、PbCl21V形CH4、CCl404正四面體形正四面體形NH3、NF31四面體形三角錐形H2O、H2S2V形注：①價層電子對互斥模型對分子空間結構的預測少有失誤，但它不能用于預測以過渡金屬為中心原子的分子。②氨氣與水的VSEPR模型一致，但空間構型不同的原因是：孤電子對之間的斥力>孤電子對與成鍵電子對之間的斥力>成鍵電子對之間的斥力四、雜化軌道理論簡介1.雜化軌道的含義雜化軌道理論是一種價鍵理論，是鮑林為了解釋分子的空間結構提出的。(1)軌道的雜化：在外界條件影響下，原子內(nèi)部能量相近的原子軌道發(fā)生混雜，重新組合成一組新的軌道的過程。(2)雜化軌道：原子軌道雜化后形成的一組新的原子軌道，叫做雜化原子軌道，簡稱雜化軌道。2.雜化軌道理論的要點(1)原子形成分子時，通常存在激發(fā)、雜化和軌道重疊等過程。發(fā)生軌道雜化的原子一定是中心原子。(2)原子軌道的雜化只有在形成分子的過程中才會發(fā)生，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。(3)只有能量相近的原子軌道才能雜化(如2s、2p)。(4)雜化前后原子軌道數(shù)目不變(參加雜化的軌道數(shù)目等于形成的雜化軌道數(shù)目),且雜化軌道的能量相同。(5)為使相互間的排斥力最小，雜化軌道在空間取最大夾角分布。雜化后軌道的伸展方向、形狀發(fā)生改變，但相同雜化形式的雜化軌道形狀完全相同。雜化使原子的成鍵能力增加。形成的共價鍵更牢固。(6)雜化軌道用于形成σ鍵或者用來容納未參與成鍵的孤電子對。未參與雜化的p軌道可用于形成π鍵。分子的空間結構主要取決于原子軌道的雜化類型。(7)雜化軌道成鍵時仍具有共價鍵的特征——方向性和飽和性(8)雜化軌道數(shù)=中心原子上的孤電子對數(shù)+與中心原子結合的原子數(shù)。3.雜化軌道類型類型形成過程夾角空間結構sp3雜化軌道sp3雜化軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化形成的109°28′正四面體形sp2雜化軌道sp2雜化軌道是由1個s軌道和2個p軌道雜化而成的120°平面三角形sp雜化軌道sp雜化軌道是由1個s軌道和1個p軌道雜化而成的180°直線形注：原子軌道發(fā)生sp雜化時，還有2個np軌道未發(fā)生雜化，若np軌道上有未成對電子，形成分子時2個np軌道上的電子會形成π鍵。4.雜化軌道類型與分子的空間結構的關系(1)雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。當沒有孤電子對時，能量相同的雜化軌道彼此遠離，形成的分子為對稱結構；當有孤電子對時，孤電子對占據(jù)一定空間且對成鍵電子對產(chǎn)生排斥，形成的分子的空間結構也發(fā)生變化。(2)雜化軌道與分子的空間結構的關系①當雜化軌道全部用于形成σ鍵時雜化類型spsp2sp3軌道組成1個ns和1個np1個ns和2個np1個ns和3個np軌道夾角180°120°109°28′雜化軌道示意圖實例BeCl2BF3CH4分子結構示意圖分子空間結構直線形平面三角形正四面體形②當雜化軌道中有未參與成鍵的孤電子對時由于孤電子對參與互相排斥，會使分子的構型與雜化軌道的形狀有所區(qū)別。如水分子中氧原子的sp3雜化軌道有2個雜化軌道由孤電子對占據(jù)，其分子不呈正四面體形，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3雜化軌道有1個雜化軌道由孤電子對占據(jù)，氨分子不呈正四面體形，而呈三角錐形。5.VSEPR模型與中心原子的雜化軌道類型的關系雜化軌道理論解釋了價層電子對互斥模型所推測的分子空間結構，但分析具體分子中的中心原子的雜化軌道類型時，應先確定分子或離子的VSEPR模型，再確定中心原子的雜化軌道類型。VSEPR模型及其中心原子對應的雜化軌道類型如表所示：6.雜化軌道類型的判斷方法(1)根據(jù)價層電子對互斥模型判斷中心原子的雜化類型、空間結構在確定了分子或離子的中心原子上的成鍵電子對數(shù)和孤電子對數(shù)后，可以依據(jù)下面的方法確定其中心原子的雜化軌道類型：σ鍵電子對數(shù)(成鍵電子對數(shù))+孤電子對數(shù)=價電子對數(shù)=雜化軌道數(shù)根據(jù)雜化類型及孤電子對數(shù)即可判斷分子或離子的空間結構，列表如下：價層電子對數(shù)雜化軌道類型成鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)雜化軌道數(shù)分子空間結構實例2sp202直線形BeCl2、CO2、HCN3sp2303平面三角形BF3、SO3、CO32—21V形SnBr2、SO2、NO2—4sp3404四面體形CHCl3、SiCl4、PO43—31三角錐形NH3、PCl3、SO32—22V形OF2、H2O、NH2—(2)根據(jù)雜化軌道間的夾角判斷雜化軌道間的夾角雜化軌道類型109o28′sp3120osp2180osp(3)根據(jù)分子或離子的空間結構判斷分子或離子的空間結構雜化軌道類型正四面體形sp3平面三角形sp2直線形sp(4)根據(jù)共價鍵類型判斷由雜化軌道理論可知，原子之間成鍵時，未參與雜化的軌道用于形成π鍵，雜化軌道用于形成σ鍵或用來容納未參與成鍵的孤電子對。對于能明確結構式的分子、離子，其中心原子的雜化軌道數(shù)n=中心原子形成的σ鍵數(shù)+中心原子上的孤電子對數(shù)，即可將結構式和電子式相結合，從而判斷中心原子形成的σ鍵數(shù)和中心原子上的孤電子對數(shù)，進而判斷雜化軌道數(shù)。例如：①在SiF4分子中，基態(tài)硅原子有4個價電子，與4個氟原子形成4個σ鍵，沒有孤電子對，n=4,則SiF4分子中硅原子采用sp3雜化。②在HCHO分子中，基態(tài)碳原子有4個價電子，與2個氫原子形成2個σ鍵，與氧原子形成C=O,C=O中有1個σ鍵、1個π鍵，沒有孤電子對，n=3,則HCHO分子中碳原子采用sp2雜化。(5)以碳原子為中心原子的分子中碳原子的雜化類型①沒有形成π鍵，為sp3雜化：CH4、CCl4、②形成一個π鍵，為sp2雜化：CH2=CH2、苯(大π鍵)、、③形成兩個π鍵，為sp雜化：CH≡CH、O=C=O(CO2)、S=C=S(CS2)考點3分子結構與物質(zhì)的性質(zhì)一、共價鍵的極性1、鍵的極性：共價鍵極性共價鍵非極性共價鍵成鍵原子不同種原子（電負性不同）同種原子（電負性相同）電子對發(fā)生偏移不發(fā)生偏移成鍵原子的電性一個原子呈正電性(δ+)，一個原子呈負電性（δ—）電中性示例H2、O2、Cl2等注：（1）電負性差值越大的兩原子形成的共價鍵的極性越強（2）共用電子對偏移程度越大，鍵的極性越強2、分子的極性：(1)極性分子：分子中的正電中心和負電中心不重合，使分子的某一個部分呈正電性(δ+),另一部分呈負電性(δ),這樣的分子是極性分子。(2)非極性分子：分子中的正電中心和負電中心重合，這樣的分子是非極性分子。3、分子極性的判斷（1）可依據(jù)分子中化學鍵的極性的向量和進行判斷分子的極性必須依據(jù)分子中極性鍵的極性的向量和是否等于0而定。當分子中各個鍵的極性的向量和等于0時，是非極性分子，否則是極性分子。（2）可根據(jù)分子中的正電中心和負電中心是否重合判斷（3）化合價法ABn型分子中，中心原子的化合價的絕對值等于該元素的價層電子數(shù)時，該分子為非極性分子，此時分子的空間結構是對稱的；若中心原子的化合價的絕對值不等于其價層電子數(shù)，則分子的空間結構不是對稱的，其分子為極性分子。具體實例如表所示：化學式BF3CO2PCl5SO3H2ONH3SO2中心原子化合價的絕對值3456234中心原子價層電子數(shù)3456656分子極性非極性非極性非極性非極性極性極性極性注：a、一般情況下，單質(zhì)分子為非極性分子，但O3是V形分子，其空間結構不對稱，故O3為極性分子。b、H2O2的結構式為H—O—O—H,空間結構是，是不對稱的，為極性分子。4.鍵的極性對化學性質(zhì)的影響(1)鍵的極性對羧酸酸性大小的影響實質(zhì)是通過改變羧基中羥基的極性而實現(xiàn)的，羧基中羥基的極性越大，越容易電離出H+,則羧酸的酸性越大。(2)與羧基相鄰的共價鍵的極性越大，過傳導作用使羧基中羥基的極性越大，則羧酸的酸性越大。(3)烴基是推電子基團，即將電子推向羥基，從而減小羥基的極性，導致羧酸的酸性減小。一般地，烴基越長，推電子效應越大，羧酸的酸性越小。二、分子間的作用力1范德華力及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響(1)概念：對氣體加壓降溫可使其液化，對液體降溫可使其凝固，這表明分子之間存在著相互作用力。范德華是最早研究分子間普遍存在作用力的科學家，因而把這類分子間作用力稱為范德華力。(2)存在范圍：范德華力存在于由共價鍵形成的多數(shù)共價化合物、絕大多數(shù)非金屬單質(zhì)及沒有化學鍵的稀有氣體中。但像二氧化硅晶體、金剛石等由共價鍵形成的物質(zhì)中不存在范德華力。(3)特征①范德華力廣泛存在于分子之間，但只有分子間充分接近時才有分子間的相互作用力。②范德華力很弱，比化學鍵的鍵能小1~2個數(shù)量級。③范德華力沒有方向性和飽和性。(4)影響范德華力的因素①一般地，組成和結構相似的分子，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大。②相對分子質(zhì)量相同或相近時，分子的極性越大，范德華力越大。如CO為極性分子，N2為非極性分子，范德華力：CO>N2③分子組成相同，但結構不同的物質(zhì)(即互為同分異構體),分子的對稱性越強，范德華力越小。(5)范德華力對物質(zhì)性質(zhì)的影響范德華力主要影響物質(zhì)的熔、沸點等物理性質(zhì)。一般規(guī)律：范德華力越大，物質(zhì)的熔、沸點越高?；瘜W鍵要影響物質(zhì)的化學性質(zhì)。2.氫鍵及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響(1)概念：氫鍵是除范德華力之外的另一種分子間作用力。(2)形成條件：它是由已經(jīng)與電負性很大的原子形成共價鍵的氫原子與另一個電負性很大的原子之間的作用力。(3)常見類型：X一H…Y一。其中X、Y為N、O、F這樣的電負性很大的原子，“一”表示共價鍵，…”表示形成的氫鍵。在X一H…Y中，X、Y的電負性越大，氫鍵越強；Y原子的半徑越小，氫鍵越強。(4)特征：①氫鍵是一種分子間作用力，但不同于范德華力，也不屬于化學鍵。②氫鍵是一種較弱的作用力，比化學鍵的鍵能小1~2個數(shù)量級，與范德華力數(shù)量級相同，但比范德華力明顯的強。③氫鍵具有方向性（X一H…Y盡可能在同一條直線上）和飽和性（一個X一H只能和一個Y原子結合），但本質(zhì)上與共價鍵的方向性和飽和性不同。(5)氫鍵的鍵長：一般定義為A一H…B的長度，而不是H…B的長度。(6)存在范圍：氫鍵不僅存在于分子間，有時也存在于分子內(nèi)。(7)對物質(zhì)性質(zhì)的影響：

（〡）對物質(zhì)溶沸點的影響：①存在分子間氫鍵的物質(zhì)，具有較高的熔、沸點。例如：NH3、H2O和HF的熔、沸點比同主族相鄰元素氫化物的熔、沸點高，這種反?，F(xiàn)象是由于它們各自的分子間形成了氫鍵。②互為同分異構體的物質(zhì)，能形成分子內(nèi)氫鍵的，其熔、沸點比能形成分子間氫鍵的物質(zhì)的低。例如：鄰羥基苯甲醛能形成分子內(nèi)氫鍵，而對羥基苯甲醛能形成分子間氫鍵，當對羥基苯甲醛熔化時，需要較多的能量克服分子間氫鍵，所以對羥基苯甲醛的熔、沸點高于鄰羥基苯甲醛的熔、沸點。（Ⅱ）對物質(zhì)溶解度的影響：溶質(zhì)與溶劑之間若能形成分子間氫鍵，則溶質(zhì)的溶解度明顯的大。3.溶解性(1)“相似相溶”規(guī)律：非極性溶質(zhì)一般能溶于非極性溶劑，極性溶質(zhì)一般能溶于極性溶劑。說明：（1）“相似”指的是分子的極性相似（2）這是一條經(jīng)驗規(guī)律，也會有不符合規(guī)律的例子，如CO、NO等極性分子均難溶于水，不少鹽類(如AgCl、PbSO4、BaCO3等)也難溶于水，H2、N2