第19講-分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(講義)(新教材新高考)(原卷版)

第19講分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)目錄考情分析網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點一分子的空間結(jié)構(gòu)【夯基·必備基礎(chǔ)知識梳理】知識點1價層電子對互斥模型知識點2雜化軌道理論知識點3等電子原理【提升·必考題型歸納】考向1考查微?？臻g結(jié)構(gòu)的判斷考向2考查雜化軌道類型的判斷考向3考查鍵角大小比較考向4考查等電子原理的應(yīng)用考點二分子的性質(zhì)及應(yīng)用【夯基·必備基礎(chǔ)知識梳理】知識點1分子的極性知識點2鍵的極性對物質(zhì)化學性質(zhì)的影響知識點3分子間作用力知識點4分子的手性【提升·必考題型歸納】考向1考查共價鍵的極性和分子極性的判斷考向2考查范德華力、氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響考向3考查分子性質(zhì)的綜合應(yīng)用真題感悟考點要求考題統(tǒng)計考情分析分子的空間結(jié)構(gòu)2023全國新課標卷9題，6分2022湖北卷11題，3分2021山東卷9題，2分分析近三年高考試題，高考命題在本講有以下規(guī)律：1．從考查題型和內(nèi)容上看，高考的命題規(guī)律主要為非選擇題，在新高考試題中也會以選擇題的形式考查，考查內(nèi)容主要有以下三個方面：(1)考查微粒(分子或離子)的空間結(jié)構(gòu)以及中心原子的雜化類型，尤其是雜化類型的判斷是高考命題的重點；(2)考查分子的極性、溶解性、手性分子的性質(zhì)與應(yīng)用；(3)考查范德華力、氫鍵、配位鍵的特點及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響。2．從命題思路上看，命題側(cè)重結(jié)合新科技，新能源等社會熱點為背景，考查雜化方式、分子或離子的空間結(jié)構(gòu)(價層電子對互斥模型)、氫鍵等必備知識。3.根據(jù)高考命題的特點和規(guī)律，在復(fù)習本部分內(nèi)容時要注意以下幾點：(1)價層電子對互斥模型和雜化軌道理論的主要要點和應(yīng)用。(2)分子極性、溶解性、手性的判斷與應(yīng)。(3)利用微粒之間的作用力等解釋物質(zhì)的性質(zhì)，如溶解性、熔沸點、空間結(jié)構(gòu)等。分子的性質(zhì)及應(yīng)用2023湖南卷4題，3分2022江蘇卷5題，3分2021海南卷5題，3分考點一分子的空間結(jié)構(gòu)知識點1價層電子對互斥模型先確定中心原子上的價層電子對數(shù),得到含有孤電子對的VSEPR模型,再根據(jù)存在孤電子對的情況最后確定分子的立體構(gòu)型。1.理論要點①價層電子對在空間上彼此相距最遠時，排斥力最小，體系的能量最低。②孤電子對的排斥力較大，孤電子對越多，排斥力越強，鍵角越小。2.判斷分子中的中心原子上的價層電子對數(shù)的方法用價層電子對互斥理論推測分子的立體構(gòu)型的關(guān)鍵是判斷分子中的中心原子上的價層電子對數(shù)。其中：a是中心原子的價電子數(shù)(陽離子要減去電荷數(shù)、陰離子要加上電荷數(shù))，b是與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)，x是與中心原子結(jié)合的原子數(shù)。3.價層電子對互斥理論與分子構(gòu)型價層電子對數(shù)σ鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)電子對立體構(gòu)型分子立體構(gòu)型實例220直線形直線形CO2330三角形平面三角形BF321V形SO2440四面體形正四面體形CH431三角錐形NH322V形H2O【易錯提醒】價層電子對互斥模型說的是價層電子對的空間結(jié)構(gòu)，而分子的空間結(jié)構(gòu)指的是成鍵電子對的空間結(jié)構(gòu)，不包括孤電子對。(1)當中心原子無孤電子對時，兩者的空間結(jié)構(gòu)一致；(2)當中心原子有孤電子對時，兩者的空間結(jié)構(gòu)不一致。知識點2雜化軌道理論1.理論要點當原子成鍵時，原子的價電子軌道相互混雜，形成與原軌道數(shù)相等且能量相同的雜化軌道。雜化軌道數(shù)不同，軌道間的夾角不同，形成分子的空間結(jié)構(gòu)不同。2.雜化軌道與分子立體構(gòu)型的關(guān)系雜化類型雜化軌道數(shù)目雜化軌道間夾角立體構(gòu)型實例sp2180°直線形BeCl2sp23120°平面三角形BF3sp34109°28′四面體形CH43.由雜化軌道數(shù)判斷中心原子的雜化類型雜化軌道用來形成σ鍵和容納孤電子對，所以有關(guān)系式：雜化軌道的數(shù)目＝中心原子上的孤電子對數(shù)＋中心原子的σ鍵電子對數(shù)(與中心原子直接相連的原子個數(shù))＝中心原子的價層電子對數(shù)4.分子(ABn型)、離子(ABeq\o\al(m±,n)型)的空間結(jié)構(gòu)分析示例實例價層電子對數(shù)(即雜化軌道數(shù))σ鍵電子對數(shù)孤電子對數(shù)中心原子的雜化軌道類型VSEPR模型分子或離子的空間結(jié)構(gòu)BeCl2220sp直線形直線形CO2直線形直線形BF3330sp2平面三角形平面三角形SO221V形CH4440sp3四面體形正四面體形NH331三角錐形H2O22V形COeq\o\al(2－,3)330sp2平面三角形平面三角形NHeq\o\al(＋,4)440sp3四面體形正四面體形【歸納總結(jié)】判斷分子中中心原子的雜化軌道類型的方法(1)根據(jù)VSEPR模型、中心原子價層電子對數(shù)判斷如(ABm型)中心原子的價層電子對數(shù)為4，中心原子的雜化軌道類型為sp3；價層電子對數(shù)為3，中心原子的雜化軌道類型為sp2；價層電子對數(shù)為2，中心原子的雜化軌道類型為sp。(2)根據(jù)等電子體原理進行判斷如CO2是直線形分子，SCN－、Neq\o\al(－,3)與CO2是等電子體，所以分子的空間結(jié)構(gòu)均為直線形，結(jié)構(gòu)式類似，中心原子均采用sp雜化。(3)根據(jù)分子或離子中有無π鍵及π鍵數(shù)目判斷沒有π鍵的為sp3雜化，如CH4中的C原子；含1個π鍵的為sp2雜化，如甲醛中的C原子以及苯環(huán)中的C原子；含2個π鍵的為sp雜化，如二氧化碳分子和乙炔分子中的碳原子。知識點3等電子體原理1.含義：原子總數(shù)相同、價電子總數(shù)相同的分子(或離子)互為等電子體。2.特點：等電子體具有相似的結(jié)構(gòu)特征(立體結(jié)構(gòu)和化學鍵類型)及相近的性質(zhì)。3.確定等電子體的方法同主族代換或同周期相鄰元素替換，交換過程中注意電荷變化。4.常見的等電子體匯總等電子類型常見等電子體空間結(jié)構(gòu)2原子10電子N2，CN-，C22-，NO＋直線形2原子14電子F2，O22-，Cl2直線形3原子16電子CO2，N2O，CNO-，N3-，NO2+，SCN-，HgCl2，BeCl2（g）直線形3原子18電子O3，SO2，NO2-V形4原子8電子NH3，PH3，CH3?，H3O＋三角錐形4原子24電子SO3（g），CO32-，NO3-，BO33-，BF3平面三角形4原子26電子SO32-，ClO3-，BrO3-，IO3-，XeO3三角錐形5原子8電子CH4，SiH4，NH4+，PH4+，BH4-正四面體形5原子32電子CCl4，SiF4，SiO44-，SO42-，ClO4-正四面體形7原子48電子AlF63-，SiF62-，PF6-，SF6八面體形12原子30電子C6H6，N3B3H6（俗稱無機苯）平面六邊形考向1考查微粒空間結(jié)構(gòu)的判斷1．（2023·河北衡水·校聯(lián)考二模）羥胺易溶于水，其水溶液是比肼還弱的堿溶液。羥胺可與形成，已知反應(yīng)：。下列有關(guān)說法正確的是A．很穩(wěn)定是因為分子間含有氫鍵B．的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形C．與中的鍵角相同D．、與的VSEPR模型相同【變式訓練】（2023·廣東茂名·茂名市第一中學?？既＃┖铣砂惫I(yè)中，原料氣(N2、H2及少量CO、NH3的混合氣)在進入合成塔前常用乙酸二氨合銅(Ⅰ)溶液來吸收CO，其反應(yīng)為：

。下列說法正確的是A．NH3分子的空間構(gòu)型為平面三角形B．NH3分子和NH中N原子雜化類型相同C．NH3分子中的鍵角比NH中的鍵角大D．CO的相對分子質(zhì)量大于NH3，則沸點比NH3高考向2考查雜化軌道類型的判斷例2．（2023·江蘇南通·統(tǒng)考模擬預(yù)測）(CN)2具有與鹵素單質(zhì)相似的化學性質(zhì)。在常溫下能與Cu反應(yīng)生成致密的氟化物薄膜，還能與熔融的反應(yīng)生成硫酰氟()。與濃硫酸反應(yīng)可制得HF，常溫下，測得氟化氫的相對分子質(zhì)量約為37。下列說法不正確的是A．(CN)2是由極性鍵構(gòu)成的極性分子B．、中心原子的雜化方式均為C．常溫下，氟化氫可能以(HF)2子的形式存在D．與熔融反應(yīng)時一定有氧元素化合價升高【變式訓練】（2023·重慶·重慶南開中學校考三模）是一種重要的有機溶劑，其工業(yè)制備原理為：，下列說法正確的是A．和中的C原子雜化方式均為B．和分子的空間結(jié)構(gòu)分別是V形和正四面體C．為非極性分子，為極性分子D．液態(tài)揮發(fā)時主要破壞共價鍵考向3考查鍵角大小比較例3．（2023·湖北·校聯(lián)考二模）聯(lián)氨(NH2-NH2)是一種綠色無污染的還原劑，NH2-NH2分子可能有以下兩種不同的構(gòu)象，沿N-N鍵軸方向的投影如圖所示。下列說法錯誤的是

A．NH2-NH2中N原子雜化方式為sp3B．實驗測得NH2-NH2分子的極性很大，則其結(jié)構(gòu)為構(gòu)象bC．NH2-NH2的沸點高于CH3-CH3的沸點D．NH2-NH2中的鍵角∠N-N-H小于H2O2中的鍵角∠O-O-H【變式訓練】（2023·江蘇鹽城·統(tǒng)考三模）下列說法正確的是A．的鍵角大于的鍵角 B．是由極性鍵構(gòu)成的非極性分子C．HCl、HBr、HI熔沸點依次升高 D．溴原子()基態(tài)核外電子排布式為考向4考查等電子體原理的應(yīng)用例4．通常把原子總數(shù)和價電子總數(shù)相同的分子或離子稱為等電子體。人們發(fā)現(xiàn)等電子體的空間結(jié)構(gòu)相似，則下列有關(guān)說法正確的是A．和互為等電子體，鍵角均為60°B．和互為等電子體，空間結(jié)構(gòu)相似C．和互為等電子體，空間結(jié)構(gòu)相似D．和苯互為等電子體，分子中不存在“肩并肩”重疊的軌道【變式訓練】CO與N2O在Fe＋作用下發(fā)生反應(yīng)的能量變化及反應(yīng)歷程如圖所示，兩步基元反應(yīng)為①N2O＋Fe＋=N2＋FeO＋(慢)、②FeO＋＋CO=CO2＋Fe＋(快)。下列說法正確的是A．N2O與CO2互為等電子體，均為直線型分子B．反應(yīng)①是氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)②是非氧化還原反應(yīng)C．反應(yīng)中每轉(zhuǎn)移1mol電子，生成N2體積為11.2LD．兩步反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，總反應(yīng)的化學反應(yīng)速率由反應(yīng)②決定考點二分子的性質(zhì)及應(yīng)用知識點1分子的極性1.非極性分子與極性分子的比較類型非極性分子極性分子形成原因正電中心和負電中心重合的分子正電中心和負電中心不重合的分子存在的共價鍵非極性鍵或極性鍵非極性鍵或極性鍵分子內(nèi)原子排列對稱不對稱2.非極性分子與分子極性的判斷3.鍵的極性、分子空間構(gòu)型與分子極性的關(guān)系類型實例鍵的極性空間構(gòu)型分子極性X2H2、N2非極性鍵直線形非極性分子XYHCl、NO極性鍵直線形極性分子XY2(X2Y)CO2、CS2極性鍵直線形非極性分子SO2極性鍵V形極性分子H2O、H2S極性鍵V形極性分子XY3BF3極性鍵平面正三角形非極性分子NH3極性鍵三角錐形極性分子XY4CH4、CCl4極性鍵正四面體形非極性分子4.多原子分子極性的判斷方法A.孤對電子法:如為ABn型，若中心原子A中沒有孤對電子，為非極性分子，中心原子A中有孤對電子，則為極性分子。B.幾何對稱法:如為ABn型，如果各極性鍵在平面內(nèi)或空間均勻排列，呈中心對稱或呈正多邊形、正多面體分布，該分子一定是非極性分子，反之為極性分子。通常有以下幾種情況：線型對稱，如CO2等（鍵角180°）；正三角形分子，如BF3（鍵角120°）；正四面體型分子，如CCl4、CH4（鍵角109°28′）。以上幾類均為非極性分子，而NH3分子為三角錐型（鍵角107°18′），H2O分子為V型（鍵角104.5°）等均為極性分子。C.中心原子化合價法: 如為ABn型，若中心原子A的化合價的絕對值等于A的主族序數(shù)，則為非極性分子；若中心原子A的化合價的絕對值不等于A的主族序數(shù)，則為極性分子；D.如為AxBYCZ這種類型的多原子分子絕大部分是極性分子。5.分子的溶解性①“相似相溶”的規(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。②若溶劑和溶質(zhì)分子之間可以形成氫鍵，則溶質(zhì)的溶解度增大。③隨著溶質(zhì)分子中憎水基個數(shù)的增多，溶質(zhì)在水中的溶解度減小。如甲醇、乙醇和水以任意比互溶，而戊醇在水中的溶解度明顯減小。知識點2鍵的極性對物質(zhì)化學性質(zhì)的影響1.有機羧酸的酸性鍵的極性對物質(zhì)的化學性質(zhì)有重要影響。例如，羧酸是一大類含羧基(—COOH)的有機酸，羧基可電離出H＋而呈酸性。羧酸的酸性可用pKa的大小來衡量，pKa越小，酸性越強。羧酸的酸性大小與其分子的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，如下表所示：不同羧酸的pKa羧酸pKa丙酸(C2H5COOH)4.88乙酸(CH3COOH)4.76甲酸(HCOOH)3.75氯乙酸(CH2ClCOOH)2.86二氯乙酸(CHCl2COOH)1.29三氯乙酸(CCl3COOH)0.65三氟乙酸(CF3COOH)0.23①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，羧酸的酸性越大。③一般地，烴基越長，推電子效應(yīng)越大，羧酸的酸性越小。2.無機含氧酸分子的酸性無機含氧酸的通式可寫成(HO)mROn，如果成酸元素R相同，則n值越大，R的正電性越高，使R—O—H中O的電子向R偏移，在水分子的作用下越易電離出H＋，酸性越強，如酸性：HClO＜HClO2＜HClO3＜HClO4。知識點3分子間作用力1.分子間作用力(1)概念：物質(zhì)分子之間普遍存在的相互作用力，稱為分子間作用力。(2)分類：分子間作用力最常見的是范德華力和氫鍵。(3)強弱：范德華力＜氫鍵＜化學鍵。2.范德華力①范德華力約比化學鍵的鍵能小1～2個數(shù)量級。②范德華力主要影響物質(zhì)的熔點、沸點、硬度等物理性質(zhì)。范德華力越強，物質(zhì)的熔點、沸點越高，硬度越大。③一般來說，組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，隨著相對分子質(zhì)量的增加，范德華力逐漸增大。3.氫鍵1）形成：已經(jīng)與電負性很強的原子形成共價鍵的氫原子(該氫原子幾乎為裸露的質(zhì)子)與另一個分子中電負性很強的原子之間的作用力，稱為氫鍵。2）表示方法：A—H…B3）特征：具有一定的方向性和飽和性。4）分類：氫鍵包括分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵兩種。5）分子間氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響（1）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(gòu)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。（2）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；分子內(nèi)氫鍵的形成導(dǎo)致溶解度減小。6)分子間作用力(范德華力)與氫鍵的比較范德華力氫鍵存在分子間普遍存在已經(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特征無方向性、無飽和性具有一定的方向性和飽和性強度共價鍵＞氫鍵＞范德華力影響其強度的因素①組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大；②分子的極性越大，范德華力越大對于A—H…B，A、B的電負性越大，B原子的半徑越小，氫鍵鍵能越大對物質(zhì)性質(zhì)的影響范德華力主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì)，如熔、沸點等。范德華力越大，物質(zhì)的熔、沸點越高分子間氫鍵的存在，使物質(zhì)的熔、沸點升高，分子內(nèi)氫鍵使物質(zhì)的熔、沸點降低，對電離、溶解度等產(chǎn)生影響知識點4分子的手性1.手性異構(gòu)體與手性分子具有完全相同的組成和原子排列的一對分子，如同左手與右手一樣互為鏡像，卻在三維空間里不能疊合，互稱手性異構(gòu)體(或?qū)τ钞悩?gòu)體)。有手性異構(gòu)體的分子叫做手性分子。2.手性分子的成因當4個不同的原子或基團連接在同一個碳原子上時，這個碳原子是不對稱原子。這種分子和它“在鏡中的像”不能重疊，因而表現(xiàn)為“手性”。手性分子中的不對稱碳原子稱為手性碳原子。3.手性分子的判斷有機物分子具有手性是由于其分子中含有手性碳原子。如果1個碳原子所連接的4個原子或基團各不相同，那么該碳原子為手性碳原子，用*C來表示。如,R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基團。所以，判斷一種有機物是否為手性分子，就看其含有的碳原子是否連有4個不同的原子或基團。4.手性分子的用途(1)構(gòu)成生命體的有機分子絕大多數(shù)為手性分子。互為手性異構(gòu)體的兩個分子的性質(zhì)不同。(2)生產(chǎn)手性藥物、手性催化劑(手性催化劑只催化或主要催化一種手性分子的合成)。考向1考查共價鍵的極性和分子極性的判斷例1．（2023·湖北·校聯(lián)考模擬預(yù)測）科學研究發(fā)現(xiàn)新型含碳化合物和，它們的結(jié)構(gòu)類似，均為直線形分子。下列結(jié)論中錯誤的是A．是非極性分子，與也是非極性分子B．、、分子中碳原子的雜化方式均為C．、分子中鍵與鍵的數(shù)目之比均為D．、分子中所有原子最外層均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)【變式訓練】（2023·浙江·統(tǒng)考模擬預(yù)測）氯化二乙基鋁(CH3CH2)2AlCl既能形成穩(wěn)定的二聚體，也能形成三聚體。(CH3CH2)2AlCl三聚體所有原子最外層電子均達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖所示，下列推測不合理的是A．(CH3CH2)2AlCl三聚體分子中含有3個配位鍵，每個Al的配位數(shù)是4B．(CH3CH2)2AlCl的三聚體為非極性分子C．(CH3CH2)2AlCl與O2完全反應(yīng)生成二氧化碳，水，氧化鋁和氯化氫D．(CH3CH2)2AlCl比(CH3CH2)2AlBr更易水解考向2考查范德華力、氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響例2．（2023·遼寧朝陽·朝陽市第一高級中學校聯(lián)考二模）“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”是化學學科的核心觀念，下列推理不恰當?shù)氖茿．比HF沸點高是由于氫鍵O—H…O數(shù)目多于1molHF中F—H…FB．

比苯酚(

)的酸性弱，由于前者能形成分子內(nèi)氫鍵C．的穩(wěn)定性強于，是由于分子間存在氫鍵D．含溶液中加過量氨水生成是由于與的配位能力