分子结构与性质知识归纳与拓展-《中学生数理化》高考理化2023年12月刊

本期责任编辑和部分作者在黄河边留影 编者注:本期文章的作者主要是江西师范大学附属中 学的中青年骨干教师,他们编写的文章内容丰富,知识点 条理清晰,解题的思路与方法灵活实用,对同学们开拓知 识面和提高应试能力很有帮助,希望同学们读后能吸取精 华,收获成功。 分子结构与性质知识归纳与拓展 ■江西师范大学附属中学 李道平 一、分子结构与性质知识框架 二、基础知识及拓展 第一部分:分子的结构 (一)基础知识。 1.共价键的本质、特征与成键方式。 当成键原子相互接近时,原子轨道发生 重叠,电子出现在两原子核间的概率增大,体 系的能量降低,原子间通过共用电子对形成 共价键。 (1)本质:原子间通过共用电子对形成的 化学键(相互作用)。 (2)特征:方向性与饱和性。 (3)成键方式: ①σ键:成键原子的s轨道或p轨道“头碰 头”重叠而形成,分为s-s型、s-p型和p-p型。 ②π键:由两个原子的p轨道“肩并肩” 重叠形成,为p-p型。 ③共价单键是σ键;共价双键中有一个σ 键,另一个是π键;共价三键中有一个σ键, 另两个是π键。 2.键参数及其应用。 (1)键能:气态分子中1 mol化学键解离 成 气 态 原 子 所 吸 收 的 能 量,单 位 是 kJ·mol-1。可用来衡量共价键的强弱,估算 化学反应的热效应。 ①表示共价键的强弱:键能越大,断开化 学键需要的能量越多,化学键越稳定。 ②判断分子的稳定性:结构相似的分子 中,共价键的键能越大,分子越稳定。 ③判断化学反应中的能量变化:化学反 应中,旧化学键断裂吸收能量,新化学键形成 释放能量。因此反应焓变与键能的关系为: ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和。 (2)键长:构成化学间的两个原子的核间 距,是衡量共价键强弱的另一个重要参数。 ①一般键长越短,键能越大,共价键越稳 定,分子越稳定。 ②键长的比较方法: a.根据原子半径:同类型的共价键,成键 原子的原子半径越小,键长越短。 b.根据共用电子对数:相同的两个原子形 成共价键时,单键键长>双键键长>三键键长。 (3)键角:多原子分子中,两个相邻共价 键之间的夹角,可用来描述分子的空间结构。 键长和键角共同决定分子的空间结构。常见 分子的键角与分子空间结构如表1所示。 表1 分子空间结构 键角 实例 正四面体形 109°28' CH4、CCl4 60° 白磷(P4) 平面三角形 120° SO3、BF3 三角锥形 107° NH3 V形 105° H2O 直线形 180° CO2、CS2、CH≡CH 3 知识篇 知识结构与拓展 高考理化 2023年12月 3.分子的空间结构与测定。 (1)分子结构的测定。 ①分子结构的现代测量方法:应用红外 光谱法、晶体X射线衍射法等现代仪器和方 法测定分子结构。 ②红外光谱法可用来初步判断有机物分 子中含有何种化学键或官能团。 (2)多样的分子空间结构。 大多数分子由两个以上原子构成,形成 了原子的几何学关系和形状,这就是分子的 空间结构。 ① 三原子分子的空间结构有直线形和 V形(角形)两种,如表2所示。 表2 化学式 结构式 键角 空间结构模型 空间结 构名称 CO2 O C􀪅 O􀪅 180° 直线形 H2O O H H 105° V形 ②四原子分子的空间结构大部分为平面 三角形和三角锥形,有的也为直线形、正四面 体形等,如表3所示。 表3 化学式 结构式 键角 空间结构模型 空间结构 名称 CH2O O C􀪅 H H 约120° 平面三 角形 NH3 N H H H 107° 三角锥形 ③五原子分子的空间结构最常见的是四 面体形。当构成四面体顶点的四个原子相同 时,即为正四面体形,如表4所示。 表4 化学式 结构式 键角 空间结构模型 空间结 构名称 CH4 109°28' 正四面 体形 4.价层电子对互斥模型(VSEPR模型)。 (1)理论基础:分子的空间结构是中心原 子周围“价层电子对”相互排斥的结果。“价 层电子对”是指分子中的中心原子与结合原 子间的σ键 电 子 对 和 中 心 原 子 上 的 孤 电 子对。 (2)价层电子对的计算。 ①中心原子价层电子对数=σ键电子对 数+孤电子对数。 ②σ键电子对数的计算:即中心原子形 成的σ键数。如H2O分子中,O有2个σ电 子对。 ③中心原子上的孤电子对数的计算: 中心原 子 上 的 孤 电 子 对 数= 1 2 (a- xb),其中,a表示中心原子的价电子数,x 表 示与中心原子结合的原子数,b 表示与中心 原子结合的原子最多能接受的电子数(氢为 1,其他原子为8减去该原子的价电子数)。 对于主族元素,a=最外层电子数; 对于阳离子,a=中心原子的价电子数