专题 分子结构与性质 课件(共48张PPT)

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专题 分子结构与性质
考题统计
分子结构与性质:
湖南卷(2023),广东卷(2023、2022、2021),山东卷(2023、2022、2021、2020),湖北卷(2023、2022),辽宁卷(2023、2022、2021),江苏卷(2022、2021),河北卷(2022),海南卷(2022、2021),北京卷(2023、2022、2021)
聚焦核心要点
要点1共价键和键参数
课标指引:1.认识原子间通过原子轨道重叠形成共价键,了解共价键具有饱和性和方向性。　2.知道根据原子轨道的重叠方式,共价键可分为σ键和π键等类型;知道共价键可分为极性共价键和非极性共价键。　3.共价键的键能、键长和键角可以用来描述键的强弱和分子的空间结构。
1.判断σ键、π键的两种方法
判断依据 判断方法
由共用电子对数判断 单键为σ键;双键或三键,其中一个为σ键,其余为π键
由成键轨道类型判断 s轨道形成的共价键全部是σ键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键,配位键都是σ键
2.大π键的形成及表示
(1)所有参与大π键的原子都必须提供与相邻原子p轨道相互平行的p轨道或行。
(2)大π键符号可用 表示,其中m为平行的p轨道总数(一般为参与形成大π键的原子数),n为平行p轨道里的电子总数。
3.键参数对分子结构与性质的影响
要点2分子的空间结构
课标指引:1.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用相关理论和模型进行解释和预测。　2.知道分子的结构可以通过波谱、晶体X射线衍射等技术进行测定。
1.价层电子对互斥模型
(1)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。
(2)当中心原子无孤电子对时,VSEPR模型和分子的空间结构相同;当中心原子含有孤电子对时,二者的空间结构不一致。
价层电子对数 成键对数 孤电子对数 VSEPR模型名称 分子空间结构名称 实例
2 2 0 直线形 直线形 BeCl2
3 3 0 平面 三角形 平面三角形 BF3
2 1 V形 SO2
4 4 0 四面体形 正四面体形 CH4
3 1 三角锥形 NH3
2 2 V形 H2O
微点拨
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。
2.杂化轨道理论
(1)杂化轨道理论的要点
当原子成键时,原子的价层电子轨道相互混杂,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 空间结构名称 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 CCl4
(2)中心原子杂化轨道类型和分子的空间结构的关系
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 分子或离子的空间结构名称 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.利用价层电子对互斥模型比较键角的方法
序号 比较方法 具体规律
① 比较中心原子价层电子对数 中心原子价层电子对数越少,键角越大
② 比较中心原子的孤电子对数 中心原子价层电子对数相同时,孤电子对数越多,排斥力越大,键角越小
③ 比较中心原子的电负性 同主族元素形成的化合物,中心原子的电负性越大,键角越大
④ 比较成键原子的电负性 当中心原子相同时,成键原子的电负性越大,键角越小
要点3分子结构与物质的性质
课标指引:1.知道分子可以分为极性分子和非极性分子,知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。　2.认识分子间存在相互作用,知道范德华力和氢键是两种常见的分子间作用力,了解分子内氢键和分子间氢键在自然界中的广泛存在及重要作用。　3.结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响。
1.分子的空间结构与分子极性的关系
2.溶解性及影响因素
(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。若溶剂和溶质之间形成氢键,则物质的溶解度增大。
(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、氢键和共价键对物质性质的影响
类型 范德华力 氢键 共价键
作用微粒 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.手性碳原子和手性分子
手性碳 原子 在有机化合物分子中,连有四个不同基团或原子的碳原子叫做手性碳原子
手性 分子 有手性异构体(或对映异构体)的分子是手性分子,如
精研核心命题
命题点1共价键的类型与键参数
典例1　(1)(2022·湖南卷,18节选)富马酸亚铁(FeC4H2O4)是一种补铁剂。富马酸分子的结构模型如图所示:
富马酸分子中σ键与π键的数目比为　　　　　。
(2)(2023·湖北卷,16节选)导致SiCl4比CCl4易水解的因素有　　(填字母)。
a.Si—Cl键极性更大
b.Si的原子半径更大
c.Si—Cl键键能更大
d.Si有更多的价层轨道
11∶3
bd
(3)(2022·全国乙卷,35节选)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C的一个_______　　　　杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl　　　　　键,并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键( )。
②一氯乙烷(C2H5Cl)、一氯乙烯(C2H3Cl)、一氯乙炔(C2HCl)分子中,C—Cl键长的顺序是　　　　　　　　　　　　　　　　　　,理由:(ⅰ)C的杂化轨道中s成分越多,形成的C—Cl键越强;(ⅱ)
　 　。
sp2
σ
一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔　
解析 (1)由富马酸的结构模型可知,其结构简式为
HOOCCH=CHCOOH,羧基和碳碳双键中含有π键,则该分子中σ键与π键的数目之比为11∶3。
(2)电负性SiC,所以键能Si—Cl(3)①一氯乙烯(C2H3Cl)分子中,C原子采取sp2杂化,1个sp2杂化轨道与Cl的3px轨道形成C—Cl σ键,并且Cl的3pz轨道与C的2pz轨道形成3中心4电子的大π键( )。②C2H5Cl只存在σ键,C2H3Cl和C2HCl都存在Cl原子参与形成的大π键,分子中形成的大π键越多,形成的C—Cl的键长越短,故键长: C2H5Cl>C2H3Cl>C2HCl。
变式演练(2023·辽宁重点高中联合体一模)工业上制备粗硅的反应为2C+SiO2 Si+2CO↑,若C过量,还会生成SiC。下列叙述错误的是(　　)
A.1个CO分子内只含有1个σ键和2个π键
B.键能:C—H>Si—H,因此甲硅烷没有甲烷稳定
C.键长:C—SiSi
D.键长:C—CD
解析 1个CO分子内只含有1个σ键和2个π键,A正确;原子半径:CSi—H,共价键的牢固程度:C—H>Si—H,因此甲硅烷没有甲烷稳定,B正确;碳化硅和单晶硅均属于共价晶体,原子半径:CSi—Si,故熔点: SiC>Si,C正确;键长:C—CSi—Si,故C的还原性小于Si的还原性,D错误。
命题点2微粒的空间结构与“两大理论”
典例2　(1)(2023·全国甲卷,35节选)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在,其空间结构如图所示,二聚体中Al的轨道杂化类型为　　　　　。
(2)(2023·全国乙卷,35节选)SiCl4的空间结构为　　　　　,其中Si的轨道杂化形式为　　　　　　　　。
(3)(2023·湖南卷,17节选)比较分子中的C—Ga—C键角大小:
Ga(CH3)3　　　(填“>”“<”或“=”)Ga(CH3)3(Et2O),其原因是
　 　　 　　　　　　　。
sp3
正四面体形
sp3
>
Ga(CH3)3和Ga(CH3)3(Et2O)中Ga杂化类型分别为sp2、sp3
解析 (1)Al2Cl6中Al形成4个σ键(其中一条由Cl提供孤电子对形成配位键),则Al为sp3杂化。
(3)Ga(CH3)3分子中有3个σ键,无孤电子对,中心原子Ga为sp2杂化,Ga(CH3)3分子为平面三角形,C—Ga—C键角为120°;Ga(CH3)3(Et2O)分子中中心原子Ga的价层电子对数为4,Ga的杂化类型为sp3杂化,Ga(CH3)3(Et2O)形成四面体结构,C—Ga—C键角接近109°28'。
【思维建模】
利用价层电子对互斥模型推测分子
(或离子)的空间结构的方法
(1)利用价层电子对互斥模型推测分子(或离子)的空间结构的思维模型
(2)中心原子的价层电子对数的计算方法
其中,a为中心原子的价层电子数(阳离子减去所带电荷数,阴离子加上所带电荷数),b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,x为与中心原子结合的原子数。
命题点3分子结构与物质的性质
典例3　(1)(2022·山东卷,16节选)在水中的溶解度,吡啶( )远大于苯,主要原因是①　　　　　 　　　　,
②　　　　　　 　　　。
(2)(2022·全国甲卷,35节选)固态氟化氢中存在(HF)n形式,画出(HF)3的链状结构　　　　　　　　　　　。
吡啶能与水分子形成分子间氢键
吡啶和H2O均为极性分子,相似相溶,而苯为非极性分子
两者均为分子晶体,前者只存在范德华力,而后者还能形成氢键,熔点更高
变式演练(1)常压下,H2O、H2S、H2Se的沸点分别为100 ℃、-61 ℃和
-41 ℃,三者沸点差异的原因为
　。
三者均为分子晶体,H2Se的相对分子质量大于H2S,则H2Se的分子间作用力大于H2S,H2O形成分子间氢键导致沸点异常升高,故沸点的高低顺序为H2O>H2Se>H2S
(3)HF分子的极性　　　　(填“大于”“等于”或“小于”,下同)HCl,同一条件下,HF在水中的溶解度　　　HCl,HF的沸点比HCl　　　(填“高”或“低”)。
非极性
乌洛托品与水形成分子
氢键,而金刚烷则不能形成氢键,故前者的水溶性更高
大于
大于
高
训练分层落实
练真题·明考向
1.(2023·北京卷)下列事实不能通过比较氟元素和氯元素的电负性进行解释的是(　　)
A.F—F的键能小于Cl—Cl的键能
B.三氟乙酸的Ka大于三氯乙酸的Ka
C.氟化氢分子的极性强于氯化氢分子的极性
D.气态氟化氢中存在(HF)2,而气态氯化氢中是HCl分子
A
解析 F原子半径小,电子云密度大,两个原子间的斥力较强,F—F不稳定,因此F—F的键能小于Cl—Cl的键能,与电负性无关,A符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,使F3C—的极性大于Cl3C—的极性,导致三氟乙酸的羧基中的羟基极性更大,更容易电离出氢离子,酸性更强,B不符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,F—H的极性大于Cl—H的极性,导致HF分子极性强于HCl,C不符合题意;氟的电负性大于氯的电负性,与氟原子相连的氢原子可以与另外的氟原子形成分子间氢键,故气态氟化氢中存在(HF)2,D不符合题意。
2.(2023·湖北卷)价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列说法正确的是(　　)
A.CH4和H2O的VSEPR模型均为四面体形
C.CF4和SF4均为非极性分子
D.XeF2与XeO2的键角相等
A
解析 CH4和H2O的价层电子对数均为4,VSEPR模型应为四面体形,A正确;
中S的价层电子对数为4,为三角锥形, 的价层电子对数是3,为平面三角形,B错误;CF4为正四面体形,为非极性分子,SF4中S的价层电子对数为5,故分子结构不对称,为极性分子,C错误;Xe—F键长更短,成键电子对间斥力更大,键角更大,D错误。
3.(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
A
解析 含有多个手性碳原子的分子,若分子内存在对称因素,可使分子失去旋光性,所以含有手性碳原子的分子不一定是手性分子,A错误;邻羟基苯甲醛主要存在分子内氢键,使其熔、沸点降低,而对羟基苯甲醛主要存在分子间氢键,使其熔、沸点升高,B正确;酰胺在通常情况下较难水解,但在强酸或强碱存在下,长时间加热可水解生成羧酸(或羧酸盐)和氨(或胺),C正确;冠醚(18-冠-6)的空穴与K+尺寸适配,两者形成的超分子内部冠醚分子与金属离子可以通过弱配位键结合,D正确。
4.(1)(2023·浙江1月选考卷,17节选)Si(NH2)4分子的空间结构(以Si为中心)名称为　　　　　,分子中氮原子的杂化轨道类型是　　　　　。Si(NH2)4受热分解生成Si3N4和NH3,其受热不稳定的原因是
　 　。
(2)(2022·山东卷,16节选)吡啶( )替代苯也可形成类似的笼形包合物。
已知吡啶中含有与苯类似的 大π键,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据　　　　　(填字母)。
A.2s轨道 B.2p轨道 C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道
四面体形
sp3
Si周围的—NH2基团体积较大,受热时斥力较强,Si(NH2)4中Si—N键能相对较小
D
(3)(2022·北京卷,15节选)H2O中O和 中S均为sp3杂化,比较H2O中H—O—H键角和 中O—S—O键角的大小并解释原因:
　。
H2O中H—O—H键角小;H2O中O和 中S的价层电子对数均为4,前者含2对孤电子对,后者不含孤电子对,孤电子对越多,排斥力越大,键角越小
解析 (2)吡啶( )替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含
有与苯类似的 大π键,则说明吡啶中N原子也是采用sp2杂化,杂化轨道只用于形成σ键和容纳孤电子对,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据sp2杂化轨道。
练易错·避陷阱
5.(2023·湖北重点高中联考)有X、Y两种活性反应中间体微粒,均含有1个碳原子和3个氢原子,其球棍模型如图所示:
D
6.(2023·辽宁协作校一模)有机化学试剂氨基氰( )常用于制备磺胺类药物、抗癌药等。下列有关氨基氰说法正确的是(　　)
A.分子中所有原子共面
B.氨基氰的水溶性较差
C.σ键和π键数分别为4和2
D.碳为sp杂化,氨基氮为sp2杂化
C
解析 —NH2中N原子采取sp3杂化,该N原子与所连的3个原子形成三角锥形结构,故分子中所有原子不可能共平面,A错误。—NH2可与水形成氢键,且该分子是极性分子,故氨基氰的水溶性较好,B错误。由氨基氰的结构可知,1个分子内有4个σ键,有2个π键,C正确。碳氮三键是直线形结构,则碳为sp杂化;根据价层电子对互斥模型推测氨基氮的价层电子对数为4,含1对孤电子对,则氨基氮采取sp3杂化,D错误。
7.(2023·河北邢台一模)三氟化氮(NF3)和六氟化硫(SF6)都是微电子工业中的优良蚀刻剂,随着纳米技术及电子工业的发展,它们的需求量日益增加。下列说法正确的是(　　)
A.NF3和SF6都是含有极性键的非极性分子
B.六氟化硫分子的空间结构为平面正六边形
C.三氟化氮的沸点高于三氟化磷
D.三氟化氮和甲烷中的N、C杂化方式相同
D
解析 NF3为三角锥形结构,该分子是含有极性键的极性分子,SF6是正八面体形结构,该分子是含有极性键的非极性分子,A、B错误;NF3、PF3的组成和结构相似,NF3的相对分子质量小,范德华力小,其沸点低,C错误;NF3中N原子有1对孤电子对,NF3和CH4中N、C原子均采取sp3杂化,D正确。
练预测·押考向
8.硒(34Se)在医药、催化、材料等领域有广泛应用,乙烷硒啉是一种抗癌新药,其结构简式如图所示。关于硒及其化合物,下列说法不正确的是(　　)
A.Se原子在元素周期表中位于p区
B.乙烷硒啉分子中,C原子的杂化类型有sp2、sp3
C.乙烷硒啉分子中有5种不同化学环境的氢原子
D
解析 Se原子的价层电子排布式为4s24p4,则Se元素位于元素周期表的p区,A正确;乙烷硒啉分子中,苯环上的碳原子和双键碳原子采取sp2杂化,—CH2—中C原子采取sp3杂化,B正确;乙烷硒啉分子结构对称,含有5种不同化
学环境的氢原子: ,C正确;SeO3中Se的
价层电子对数为3,分子的空间结构为平面三角形,键角为120°, 中Se的价层电子对数为4,含1对孤电子对,该离子的空间结构为三角锥形,键角小于120°,故键角大小:气态SeO3> ,D错误。
9.阴离子 和二脲基分子能通过氢键作用形成超分子阴离子配合物,其结构如图所示(图中省略阴离子配合物中部分原子)。下列关于该阴离子配合物的说法错误的是(　　)
A. 的空间结构为正四面体形
B.二脲基分子中N—H的H和 中的O形成氢键
C.所含元素原子的杂化轨道类型均相同
D.所含元素基态原子的第一电离能最大的是N
C
10.某有机反应的反应原理如图所示(R为烃基)。
下列叙述错误的是(　　)
A.聚合反应时,原子利用率为100%
B.甲的水解产物均含有羟基
C.丙中采取sp3杂化的原子只有碳原子
D.乙中碳氧双键活化了碳硫σ键
C
解析 聚合反应只生成一种物质,该反应的原子利用率为100%,A正确;1个甲分子中含2个酯基,水解生成HOCH2COOH、HOCH(R)COOH,B正确;丙中C、S原子均是采取sp3杂化,C错误;乙分子中碳氧双键具有强吸电子能力,使碳硫键的极性增强,活化了碳硫σ键,D正确。