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2.分子(或离子)结构与性质关系
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课时作业
01
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上篇 专题二 物质结构与性质
1.利用价层电子对互斥模型推测分子的空间结构
(1)价层电子对互斥模型的要点
价层电子对互斥模型反映价层电子对的空间结构,而分子的空间结构仅是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对。
电子
对数
成键
对数
孤电子
对数
价层电子对
空间结构
分子空
间结构
实例
2
2
0
直线形
直线形
BeCl2
3
3
0
三角形
平面三角形
BF3
2
1
V形
SO2
4
4
0
四面体
正四面体形
CH4
3
1
三角锥形
NH3
2
2
V形
H2O
(2)电子对之间的排斥作用力
①用价层电子对互斥模型判断分子的空间结构时,不仅要考虑中心原子的孤电子对所占据的空间,还要考虑孤电子对对成键电子对的排斥力大小。排斥力大小顺序为lp—lp≫lp—bp>bp—bp(lp代表孤电子对,bp代表成键电子对)。
②三键、双键、单键之间的排斥力大小顺序:
三键—三键>三键—双键>双键—双键>双键—单键>单键—单键。
2.杂化轨道理论与分子的空间结构
(1)杂化轨道理论的要点
当原子成键时,原子的价电子轨道相互混杂,形成与原轨道数相等且能量相同的杂化轨道。杂化轨道数不同,轨道间的夹角不同,形成分子的空间结构不同。
杂化
类型
杂化轨
道数目
杂化轨
道夹角
空间结构
实例
sp
2
180°
直线形
BeCl2
sp2
3
120°
平面三角形
BF3
sp3
4
109°28′
正四面体形
CH4
(2)中心原子杂化类型和分子空间结构的相互判断
中心原子的杂化类型和分子的空间结构有关,二者之间可以相互判断。
分子组成
(A为中心
原子)
中心原子
的孤电
子对数
中心原
子的杂
化方式
分子空
间结构
实例
AB2
0
sp
直线形
BeCl2
1
sp2
V形
SO2
2
sp3
V形
H2O
AB3
0
sp2
平面三角形
BF3
1
sp3
三角锥形
NH3
AB4
0
sp3
正四面体形
CH4
(3)杂化轨道考向拓展
s、p能级共有4个轨道,全部杂化最多有4个杂化轨道,当计算出价层电子对数超过4时,必然有d轨道参与杂化,且参与杂化的d轨道数=价层电子对数-4。
价层电
子对数
孤电子
对数
杂化
类型
VSEPR
模型
空间结构
示例
5
0
sp3d
PCl5、PF5、
AsF5
1
SF4、TeCl4
2
ClF3、BrF3
3
XeF2、Ieq \o\al(-,3)、
IFeq \o\al(-,2)
6
0
sp3d2
SF6、SiFeq \o\al(2-,6)、
AlFeq \o\al(3-,6)
1
BrF5、ClF5、
IF5
2
XeF4、ICleq \o\al(-,4)
3.配位键和配合物
(1)配位键
①配位键的形成:成键原子一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成的共价键;
②配位键的表示:常用“A→B”来表示配位键,A提供孤电子对,B提供空轨道。
(2)配合物{以[Cu(NH3)4]SO4为例}
配位体有孤电子对,如H2O、NH3、CO、F-、Cl-、CN-等。中心离子(或原子)有空轨道,如Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+等。
(3)确定配体中配位原子的方法
①配体中有孤电子对的原子才可能成为配位原子,如NH3中N原子有一个孤电子对,所以形成配位键时可作为配位原子,H不可以。
②若配体中有多个原子含有孤电子对时,根据元素的电负性大小确定配位原子。元素的电负性越大,其原子越不容易提供孤电子对。如SCN-中C无孤电子对,S和N均有孤电子对,且电负性N>S,所以形成配合物时,配位原子一般为S。
4.分子的结构与性质
(1)分子结构与分子极性的关系
(2)溶解性
①“相似相溶”规律:非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂,若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。
②“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。
(3)范德华力、氢键、共价键对物质性质的影响
范德华力
氢键
共价键
作用粒子
分子
H与N、O、F
原子
强度比较
共价键>氢键>范德华力
影响因素
组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大
形成氢键元素的电负性
原子半径
对性质的影响
影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质
分子间氢键使熔、沸点升高,溶解度增大
键能越大,稳定性越强
(4)分子的手性
①手性异构体:具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如同左手和右手一样互为镜像,却在三维空间里不能叠合,互称手性异构体(或对映异构体)。
②手性分子:有手性异构体的分子叫做手性分子。
③手性碳原子:在有机物分子中,连有四个不同原子或原子团的碳原子叫做手性碳原子。含有手性碳原子的分子是手性分子,如。
1.(配合物|2024·安徽卷)某催化剂结构简式如图所示。下列说法错误的是( )
A.该物质中Ni为+2价
B.基态原子的第一电离能:Cl>P
C.该物质中C和P均采取sp2杂化
D.基态Ni原子价电子排布式为3d84s2
解析:C [A.由结构简式可知,P原子的3个单电子与苯环形成共用电子对,P原子剩余的孤电子对与Ni形成配位键,Cl-提供孤电子对,与Ni形成配位键,由于整个分子呈电中性,故该物质中Ni为+2价,A项正确;B.同周期元素随着原子序数的增大,第一电离能呈增大趋势,故基态原子的第一电离能:Cl>P,B项正确;C.该物质中,C均存在于苯环上,采取sp2杂化(含有双键、大π键是sp2杂化的标志),
P与苯环形成3对共用电子对,剩余的孤电子对与Ni形成配位键,价层电子对数为4,采取sp3杂化
轨道类型eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(价层电子对为4:sp3杂化,价层电子对为3:sp2杂化,价层电子对为2:sp杂化)),C项错误;D.Ni的原子序数为28,位于第四周期第Ⅷ族,基态Ni原子价电子排布式为3d84s2,D项正确。]
(1)价层电子对数=σ+eq \f(1,2)(a-xb),其中:σ表示σ键电子对数,a表示中心原子的价电子数,x为与中心原子结合的原子数,b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。
2.(纤维素绿色再生|2023·湖北卷)中科院院士研究发现,纤维素可在低温下溶于NaOH溶液,恢复至室温后不稳定,加入尿素可得到室温下稳定的溶液,为纤维素绿色再生利用提供了新的解决方案。下列说法错误的是( )
A.纤维素是自然界分布广泛的一种多糖
B.纤维素难溶于水的主要原因是其链间有多个氢键
C.NaOH提供OH-破坏纤维素链之间的氢键
D.低温降低了纤维素在NaOH溶液中的溶解性
解析:D [纤维素属于多糖,大量存在于我们吃的蔬菜、水果中,在自然界分布广泛,A正确;纤维素难溶于水(结构决定有机物性质:有机物溶于水取决于亲水基
—OH、—COOH等,憎水基—COO—、—X、R—等),是因为纤维素结构中含较多羟基,易形成分子内氢键
(规律记忆:分子内氢键的形成阻止与水分子形成氢键,从而使其溶解性降低),从而无法与H2O分子形成氢键,使得水溶性降低,另外碳骨架较大难溶于水,B正确;纤维素在低温下可溶于氢氧化钠溶液,是因为碱性体系中的OH-破坏了纤维素分子内和分子间的氢键,从而使纤维素分子更易与H2O分子形成大量氢键,促进其溶解,C正确;由题意知,纤维素可在低温下溶于NaOH溶液,即降低温度增大了纤维素在NaOH溶液中的溶解性,D错误。]
1.(分子内和分子间氢键与冠醚超分子|2023·湖南卷)下列有关物质结构和性质的说法错误的是( )
A.含有手性碳原子的分子叫做手性分子
B.邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛的沸点
C.酰胺在酸或碱存在并加热的条件下可发生水解反应
D.冠醚(18冠6)的空穴与K+尺寸适配,两者能通过弱相互作用形成超分子
解析:A [物质结构与性质。连有4个不同原子或原子团的饱和碳原子为手性碳原子,手性分子是指与其镜像不相同,不能互相重合的具有一定构型或构象的分子,含有手性碳原子的分子不一定为手性分子,如,A项错误;邻羟基苯甲醛存在分子内氢键,而对羟基
苯甲醛存在分子间氢键,故邻羟基苯甲醛的沸点低于对羟基苯甲醛,B项正确;酰胺中的酰胺基在酸或碱存在并加热时可发生水解反应,C项正确;冠醚(18冠6)的空腔直径与K+尺寸适配,二者可通过弱相互作用形成超分子,D项正确。]
2.(结构决定性质|2023·湖北卷)物质结构决定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是( )
选项
性质差异
结构因素
A
沸点:正戊烷(36.1 ℃)高于新戊烷(9.5 ℃)
分子间作用力
B
熔点:AlF3(1 040 ℃)远高于AlCl3(178 ℃升华)
晶体类型
C
酸性:CF3COOH(pKa=0.23)远强于CH3COOH(pKa=4.76)
羟基极性
D
溶解度(20 ℃):Na2CO3(29 g)大于NaHCO3(8 g)
阴离子电荷
解析:D [A.正戊烷和新戊烷形成的晶体都是分子晶体,由于新戊烷支链多,对称性好,分子间作用力小,所以沸点较低,A正确;B.AlF3为离子化合物,形成的晶体为离子晶体,熔点较高,AlCl3为共价化合物,形成的晶体为分子晶体,熔点较低,则AlF3熔点远高于AlCl3,B正确;C.由于电负性F>H,C-F极性大于C-H,使得羧基上的羟基极性增强,氢原子更容易电离,酸性增强,C正确;D.碳酸氢钠在水中的溶解度比碳酸钠小的原因是碳酸氢钠晶体中HCOeq \o\al(-,3)间存在氢键,与晶格能大小无关,即与阴离子电荷无关,D错误。]
3.(跨学科融合——化学+生物学)DNA中四种碱基间的配对方式如图所示(“~”代表糖苷键,“…………”代表氢键),下列说法错误的是( )
A.基态原子的第一电离能:N>O
B.—NH2与H+通过配位键形成—NHeq \o\al(+,3)
C.鸟嘌呤中1号N原子的杂化类型为sp3
D.鸟嘌呤中N—H的平均键长大于0.29 nm
解析:D [同周期元素从左到右,第一电离能整体呈增大的趋势,但N的2p轨道处于半充满状态,较稳定,不易失去电子,其第一电离能大于O的,A项正确;—NH2的中心原子N上的孤电子对能与具有空轨道的H+形成配位键,从而形成—NHeq \o\al(+,3),B项正确;由题图可知,鸟嘌呤中1号氮原子形成3个共价单键,还含有1个孤电子对,则1号氮原子为sp3杂化,C项正确;由题图鸟嘌呤与胞嘧啶的配对方式可知,氨基
中的H原子与O原子形成的氢键的键长为0.29 nm,氢键不是共价键,是较强的分子间作用力,所以鸟嘌呤中N—H的强度大于氢键,故鸟嘌呤中N—H的键长小于氢键的键长,即鸟嘌呤中N—H的平均键长小于0.29 nm,D项错误。]
$$