第二课时 杂化轨道理论配合物理论
[课标要求]
1．了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)，并能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。
2．能说明简单配合物的成键情况。
1．杂化轨道理论是为了解释分子的立体构型提出的一种价键理论。常见的杂化类型有sp杂化、sp2杂化、sp3杂化。
2．价层电子对数为2、3、4时，中心原子分别是sp、sp2、sp3杂化。
3．sp杂化得到两个夹角为180°的直线形杂化轨道，sp2杂化得到三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道，sp3杂化得到四个夹角为109°28′的四面体形杂化轨道。
4．由一个原子单方面提供而另一个原子接受孤电子对形成的共价键为配位键，金属离子或原子与某些分子或离子，通过配位键形成配位化合物。
1．轨道的杂化与杂化轨道
(1)概念：
①轨道的杂化：原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成与原轨道数相等的一组新轨道的过程。
②杂化轨道：杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道。
(2)杂化轨道类型：
杂化类型 sp sp2 sp3
参与杂化的原子轨道及数目 1个s轨道和1个p轨道 1个s轨道和2个p轨道 1个s轨道和3个p轨道
杂化轨道的数目 __2__ __3__ __4__
[特别提醒]
(1)在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道(ns，np)发生杂化，双原子分子中，不存在杂化过程。
(2)杂化过程中，原子轨道总数不变，即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等。
(3)杂化过程中，轨道的形状发生变化，但杂化轨道的形状相同，能量相等。
(4)杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。
2．杂化轨道类型与分子立体构型的关系
杂化类型 sp sp2 sp3
杂化轨道间的夹角 __180°__ __120°__ __109°28′__
立体构型名称 直线形 平面三角形 正四面体形
实例 CO2、C2H2 BF3、HCHO CH4、CCl4
[特别提醒]
当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，其分子不呈正四面体构型，而呈V形；氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据，氨分子不呈正四面体构型，而呈三角锥形。
1．已知：NCl3分子的立体构型为三角锥形，则氮原子的杂化方式是什么？
提示：sp3。
2．已知：C2H4分子中的键角都约是120°，则碳原子的杂化方式是什么？
提示：sp2。
3．已知：SO3、SO2分子中，S原子上的价层电子对数均为3，则硫原子的杂化方式是什么？
提示：sp2。
判断中心原子杂化轨道类型的方法
(1)根据杂化轨道的立体构型判断：
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形，则中心原子发生sp3杂化；
②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化；
③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化。
(2)根据杂化轨道之间的夹角判断：
①若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化；
②若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；
③若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。
(3)根据中心原子的价层电子对数判断：
①若价层电子对数为2，则中心原子发生sp杂化；
②若价层电子对数为3，则中心原子发生sp2杂化；
③若价层电子对数为4，则中心原子发生sp3杂化。
(4)根据中心原子上有无π键及π键数目判断：
①若没有π键，则为sp3杂化；
②若有一个π键，则为sp2杂化；
③若有两个π键，则为sp杂化。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混合形成的4个sp3杂化轨道( )
(2)中心原子采取sp3杂化的分子，其立体构型可能是四面体形、三角锥形或V形( )
(3)同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化( )
(4)杂化轨道能量集中，有利于牢固成键( )
答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)√
2．s轨道和p轨道杂化的类型不可能有( )
A．sp杂化 B．sp2杂化
C．sp3杂化 D．sp4杂化
解析：选D np轨道有三个：npx、npy、npz，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：①sp杂化：即一个s轨道和一个p轨道的杂化；②sp2杂化：即一个s轨道和两个p轨道的杂化；③sp3杂化：即一个s轨道和三个p轨道的杂化。
3．sp3杂化形成的AB4型分子的立体构型是( )
A．平面四方形 B．四面体
C．四角锥形 D．平面三角形
解析：选B sp3杂化形成的AB4型分子没有未成键的孤对电子，故其立体构型应为四面体形，例如CH4、CF4等。
1．配位键
(1)概念：由一个原子单方面提供孤电子对，而另一个原子提供空轨道接受孤电子对形成的共价键，即“电子对给予－接受键”，是一类特殊的共价键。
(2)表示方法：配位键可以用A→B来表示，其中A是提供孤电子对的原子，B是接受孤电子对的原子。
例如：
2．配位化合物
(1)概念：金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物，简称配合物。
(2)形成条件
①配体有孤电子对；
②中心原子有空轨道。
(3)配合物的形成举例
实验操作 实验现象 有关离子方程式
滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐溶解，滴加乙醇后析出深蓝色晶体 Cu2＋＋2NH3·H2O=== Cu(OH)2↓＋2NH，Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－，[Cu(NH3)4]2＋＋SO＋H2O===[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓
溶液颜色变成红色 Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3
向ZnCl2溶液中逐滴加入氨水至过量，最终会生成[Zn(NH3)4]Cl2。
(1)配合物[Zn(NH3)4]Cl2的中心原子、配体、配位数分别是什么？
(2)请描述过程中产生的实验现象？
提示：(1)Zn、NH3、4。
(2)溶液先变浑浊，生成白色沉淀，后沉淀溶解，溶液变澄清。
1．配合物的组成
一般中心原子(或离子)的配位数为2、4、6。
2．配合物形成时性质的改变
(1)溶解度的改变：一些难溶于水的金属化合物形成配合物后，易溶解，如AgCl―→[Ag(NH3)2]＋。
(2)颜色的改变：当简单离子形成配合物时颜色会发生改变，如Fe(SCN)3的形成。利用此性质可检验离子的存在。
(3)稳定性改变：形成配合物后，物质的稳定性增强。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)形成配位键的条件是一方有空轨道，一方有孤电子对( )
(2)配位键是一种特殊的共价键( )
(3)配位化合物中的配体可以是分子也可以是阴离子( )
(4)共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子( )
答案：(1)√ (2)√ (3)√ (4)×
2．下列过程与配合物的形成无关的是( )
A．除去Fe粉中的SiO2可用强碱溶液
B．向一定量的AgNO3溶液中加入氨水至沉淀消失
C．向FeCl3溶液中加入KSCN溶液
D．向一定量的CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失
解析：选A A项，除去Fe粉中的SiO2是利用SiO2可与强碱反应的化学性质，与配合物的形成无关；B项，AgNO3与氨水反应首先生成AgOH沉淀，继续反应生成了配合物离子[Ag(NH3)2]＋；C项，Fe3＋与KSCN反应生成了配合物离子[Fe(SCN)n]3－n；D项，CuSO4与氨水反应生成了配合物离子[Cu(NH3)4]2＋。
[三级训练·节节过关]
1．下列分子中，中心原子的杂化轨道类型相同的是( )
A．CO2与SO2 B．CH4与NH3
C．BeCl2与BF3 D．C2H4与C2H2
解析：选B CO2为sp杂化，SO2为sp2杂化，A不正确；CH4为sp3杂化，NH3也为sp3杂化，B正确；BeCl2为sp杂化，BF3为sp2杂化，C不正确；C2H4为sp2杂化，C2H2为sp杂化，D不正确。
2．下列对sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是( )
A．sp杂化轨道的夹角最大
B．sp2杂化轨道的夹角最大
C．sp3杂化轨道的夹角最大
D．sp3、sp2、sp杂化轨道的夹角相等
解析：选A sp、sp2、sp3杂化轨道的夹角分别为180°、120°、109°28′。
3．向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液不能生成AgCl沉淀的是( )
A．[Co(NH3)4Cl2]Cl B．[Co(NH3)3Cl3]
C．[Co(NH3)6]Cl3 D．[Co(NH3)5Cl]Cl2
解析：选B 配合物的内界与外界由离子键结合，只要外界存在Cl－，加入AgNO3溶液即有AgCl沉淀产生。而B项的配合物[Co(NH3)3Cl3]分子中，Co3＋、NH3、Cl－全处于内界，很难电离，不存在Cl－，所以加入AgNO3溶液不能生成AgCl沉淀。
4．根据价层电子对互斥理论及原子的轨道杂化理论判断NF3分子的立体构型和中心原子的杂化方式为( )
A．直线形 sp杂化 B．三角形 sp2杂化
C．三角锥形 sp2杂化 D．三角锥形 sp3杂化
解析：选D 在NF3分子中，N原子价层电子对数为4，可知中心原子的杂化方式为sp3杂化，立体构型为三角锥形。
5．下图是甲醛分子的模型。根据该图和所学化学键知识回答下列问题：
甲醛分子的比例模型 甲醛分子的球棍模型
(1)甲醛分子中碳原子的杂化方式是____________________________________，
作出该判断的主要理由是____________________________________________。
(2)下列是对甲醛分子中碳氧键的判断，其中正确的是________(填序号)。
①单键 ②双键 ③σ键 ④π键 ⑤σ键和π键
(3)甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角________(填“＝”“>”或“<”)120°，出现该现象的主要原因是____________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)原子的杂化轨道类型不同，分子的立体构型也不同。由图可知，甲醛分子为平面三角形，所以甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化。
(2)醛类分子中都含有C===O键，所以甲醛分子中的碳氧键是双键。一般来说，双键是σ键和π键的组合。
(3)由于碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强，所以甲醛分子中C—H键与C—H键间的夹角小于120°。
答案：(1)sp2杂化 甲醛分子的立体结构为平面三角形 (2)②⑤ (3)< 碳氧双键中存在π键，它对C—H键的排斥作用较强
1．下列画线的原子的杂化轨道类型属于sp杂化的是( )
A．H2 O B．NH3
C．C6H6 D．C2H2
解析：选D H2O中O、NH3中N价层电子对数均为4，均采取sp3杂化，C6H6分子为平面形分子，C采取sp2杂化，C2H2分子中含有两个π键，C采取sp杂化。
2．下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3 ②CH2===CH2 ③ ④CHCH
⑤NH3 ⑥CH4
A．①②③ B．①⑤⑥
C．②③④ D．③⑤⑥
解析：选A ①BF3是平面三角形分子，且B—F键夹角为120°；
②CH2===CH2是平面形分子，其中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道形成π键；
③中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道形成特殊的π键；
④CHCH为直线形分子，其中碳原子为sp杂化；
⑤NH3是三角锥形分子，中心原子氮原子为sp3杂化；
⑥CH4是正四面体形分子，中心碳原子为sp3杂化。
3．三氯化磷分子中的中心原子以sp3杂化，下列有关叙述正确的是( )
①3个P—Cl键长、键角均相等
②空间构型为平面三角形
③空间构型为正四面体
④空间构型为三角锥形
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
解析：选D PCl3中P以sp3杂化，有一对孤对电子，结构类似于NH3分子，3个P—Cl键长、键角均相等，空间构型为三角锥形。
4．下列关于配位化合物的叙述中，不正确的是( )
A．配位化合物中必定存在配位键
B．配位化合物中只有配位键
C．[Fe(SCN)6]3－中的Fe3＋提供空轨道，SCN－中的硫原子提供孤电子对形成配位键
D．许多过渡元素的离子(如Cu2＋、Ag＋等)和某些主族元素的离子或分子(如NH3、H＋等)都能形成配合物
解析：选B 配位化合物中一定含有配位键，但也可能含有离子键等其他化学键，A正确，B错误；Fe3＋、Cu2＋、Ag＋等过渡元素的离子有空轨道，可形成配合物；NH3中的氮原子、SCN－中的硫原子等有孤电子对，H＋有空轨道，也可以形成配合物，C、D均正确。
5．下列微粒中含配位键的是( )
①N2H ②CH4 ③OH－ ④NH ⑤Fe(CO)3
⑥Fe(SCN)3 ⑦H3O＋ ⑧Ag(NH3)2OH
A．①②④⑦⑧ B．③④⑤⑥⑦
C．①④⑤⑥⑦⑧ D．全部
解析：选C 形成配位键的条件是一个原子(或离子)有孤电子对，另一个原子(或离子)有空轨道。在②CH4、③OH－中不含配位键。
6．在中，中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是( )
A．sp2、sp2 B．sp3、sp3
C．sp2、sp3 D．sp1、sp3
解析：选C 中间的碳原子形成了一个π键，p轨道形成π键，3个p轨道减去一个p轨道，则两个p轨道参与杂化，杂化方式是sp2；两边的碳原子各自形成了4个σ键，无未成键电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的是sp3杂化。
7．下列组合中，中心离子的电荷数和配位数均相同的是( )
①K[Ag(CN)2]、[Cu(NH3)4]SO4
②[Ni(NH3)4]Cl2、[Cu(NH3)4]SO4
③[Ag(NH3)2]Cl、K[Ag(CN)2]
④[Ni(NH3)4]Cl2、[Ag(NH3)2]Cl
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选B ①中中心离子的电荷数分别是＋1和＋2，配位数分别是2和4；②中中心离子的电荷数均是＋2，配位数均是4；③中中心离子的电荷数均是＋1，配位数均是2；④中中心离子的电荷数分别是＋2和＋1，配位数分别是4和2。
8．向CuSO4溶液中加入稀氨水至沉淀刚好溶解。若所得溶液中只有一种溶质，该溶质是( )
A．Cu(H2O)4SO4 B．Cu(OH)2
C．Cu(NH3)4(OH)2 D．Cu(NH3)4SO4
解析：选D 硫酸铜溶液中加入稀氨水的反应过程为
CuSO4＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋(NH4)2SO4，Cu(OH)2＋4NH3·H2O===Cu(NH3)4(OH)2＋4H2O，Cu(NH3)4(OH)2完全电离为[Cu(NH3)4]2＋和OH－，OH－与NH结合生成NH3·H2O，若溶质只有一种，则为Cu(NH3)4SO4。
9．(1)BF3分子的立体结构为________，NF3分子的立体结构为________。
(2)碳原子有4个价电子，在形成化合物时价电子均参与成键，但杂化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四种分子中，碳原子采取sp杂化的分子是________(写结构简式，下同)，采取sp2杂化的分子是________，采取sp3杂化的分子是________。试写出一种有机物分子的结构简式，要求同时含有三种不同杂化方式的碳原子：________________________。
解析：(1)BF3分子中的B原子采取sp2杂化，所以其分子的立体结构为平面三角形；NF3分子中的N原子采取sp3杂化，其中一个杂化轨道中存在一对孤电子对，所以其分子的立体结构为三角锥形。
(2)乙烷分子中的碳原子采取sp3杂化，乙烯、苯分子中的碳原子均采取sp2杂化，乙炔分子中的碳原子采取sp杂化，同时含有三种不同杂化方式的碳原子的有机物分子中应该同时含有烷基(或环烷基)、碳碳双键(或苯环)和碳碳叁键。
答案：(1)平面三角形 三角锥形
(2)CH≡CH CH2===CH2、C6H6 CH3CH3
HC≡C—CH===CH—CH3
10．Cu2＋能与NH3、H2O、Cl－等形成配位数为4的配合物。
(1)[Cu(NH3)4]2＋中存在的化学键类型有________(填字母)。
A．配位键 B．极性共价键
C．非极性共价键 D．离子键
(2)[Cu(NH3)4]2＋具有对称的立体构型，[Cu(NH3)4]2＋中的两个NH3被两个Cl－取代，能得到两种不同结构的产物，则[Cu(NH3)4]2＋的立体构型为________。
(3)某种含Cu2＋的化合物可催化丙烯醇制备丙醛的反应：HOCH2CH===CH2―→CH3CH2CHO。在丙烯醇分子中发生某种方式杂化的碳原子数，是丙醛分子中发生同样方式杂化的碳原子数的2倍，则这类碳原子的杂化方式为__________。
解析：[Cu(NH3)4]2＋由铜离子与氨分子之间通过配位键形成，氨分子内部的化学键是极性键。[Cu(NH3)4]2＋是平面正方形。HOCH2CH===CH2中的C原子，有一个采取sp3杂化，两个采取sp2杂化。CH3CH2CHO中的C原子有两个采取sp3杂化，一个采取sp2杂化。
答案：(1)AB (2)平面正方形 (3)sp2
1．CO中，碳原子的杂化轨道类型和分子构型分别是( )
A．sp杂化，平面三角形 B．sp2杂化，平面三角形
C．sp2杂化，三角锥形 D．sp3杂化，三角锥形
解析：选B 在CO中，中心原子C原子的价层电子对数为(4＋2)＝3，为sp2杂化，由于CO中有3个氧原子，3个sp2杂化轨道形成3个C—O键，C原子上没有孤电子对，所以，CO为平面三角形。
2．下列描述中正确的是( )
①CS2的分子为V形
②ClO的立体构型为平面三角形
③SF6中有6对完全相同的成键电子对
④SiF4和SO的中心原子均为sp3杂化
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选C CS2分子中，碳原子采取sp杂化，为直线形，①错误；ClO的价层电子对数为4，孤电子对数为1，所以是三角锥形，②错误；SF6的价层电子对数为6，无孤电子对，呈正八面体结构，有6对完全相同的成键电子对，③正确；SiF4和SO的价层电子对数为4，中心原子都是sp3杂化，④正确。
3．关于原子轨道的说法正确的是( )
A．凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体
B．CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的
C．sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相同的新轨道
D．凡AB3的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
解析：选C 凡中心原子采取sp3杂化的轨道夹角都是109°28′，呈四面体形，但是根据孤电子对占据杂化轨道数目的多少，其分子立体构型也可能呈现V形(H2O)、三角锥形(NH3)，也有的呈现变形四面体，如CH3Cl，A错误；CH4的sp3杂化轨道是由中心碳原子中能量相近的一个2s轨道和3个2p轨道杂化而形成的，与氢原子的轨道无关，B错误；AB3型分子中，BF3的B原子采用sp2杂化，D错误。
4．氨气分子的立体构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为( )
A．两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同，NH3为sp2杂化，而CH4是sp3杂化
B．NH3分子中氮原子形成3个杂化轨道，CH4分子中碳原子形成4个杂化轨道
C．NH3分子中有一对未成键的孤电子对，它对成键电子的排斥作用较强
D．氨气分子是四原子化合物，甲烷为五原子化合物
解析：选C NH3和CH4中的中心原子都是sp3杂化，都形成夹角为109°28′的四个杂化轨道，只是NH3分子中N原子利用其中3个sp3杂化轨道结合3个H原子，另一个sp3杂化轨道被孤电子对占据，所以NH3分子为三角锥形，而CH3分子中，4个sp3杂化轨道全部用于形成4个C—H，所以CH4分子为正四面体分子。
5．下列分子中，中心原子采取sp3杂化并形成正四面体空间构型的是( )
①CH4 ②NH3 ③CF4 ④SiH4 ⑤C2H4 ⑥CO2
⑦CH2Cl2
A．①②③⑥ B．①③④
C．②④⑤⑦ D．①③⑤
解析：选B CH4、NH3、CF4、SiH4、CH2Cl2分子中的C、N、Si在参与成键时都是形成了四个sp3杂化轨道，但只有CH4、CF4、SiH4分子中的四个sp3杂化轨道分别可以结合一个相同的原子，形成正四面体结构；CH2Cl2分子是变形四面体，不是正四面体构型；NH3分子则是三角锥形结构；C2H4分子是平面结构；CO2分子是直线形结构。
6．具有6个配体的Co3＋的配合物CoClm·nNH3，若1 mol配合物与AgNO3作用生成1 mol AgCl沉淀，则m、n的值是( )
A．m＝1，n＝5 B．m＝3，n＝4
C．m＝5，n＝1 D．m＝4，n＝5
解析：选B 此题中与AgNO3作用的Cl－(1 mol)不是来自配体，而是与配离子结合的游离Cl－(外界)。因此，根据电荷守恒，中心原子为Co3＋，Cl－应为3 mol，其中作为外界的Cl－为1 mol，作为配体的Cl－为2 mol；共6个配体，所以作为配体的NH3为4 mol。
7．在乙烯分子中有5个σ键、1个π键，它们分别是( )
A．sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键
B．sp2杂化轨道形成π键，未杂化的2p轨道形成σ键
C．C—H之间是sp2形成的σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的σ键
D．C—C之间是sp2形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
解析：选A 乙烯分子为平面分子，分子中碳原子采取sp2杂化，3个杂化轨道分别与4个氢原子和另一个C原子形成σ键，每个C原子未杂化的2p轨道“肩并肩”重叠形成π键。
8．向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，继续添加氨水，难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液。下列对此现象说法正确的是( )
A．反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后Cu2＋的浓度不变
B．沉淀溶解后，将生成深蓝色的配合离子[Cu(NH3)4]2＋
C．向反应后的溶液加入乙醇，溶液将会没有任何变化，因为[Cu(NH3)4]2＋不会与乙醇发生反应
D．在[Cu(NH3)4]2＋离子中，Cu2＋给出孤对电子，NH3提供空轨道
解析：选B 由于首先生成难溶物，后又溶解，说明了又生成了新物质，分析表明应为[Cu(NH3)4]2＋，A错误、B正确；乙醇不与有关物质反应，但配合物在乙醇中的溶解度小，有蓝色晶体析出，C错误；在[Cu(NH3)4]2＋的形成过程中NH3分子提供孤电子对，是配体，Cu2＋有空轨道，D错误。
9．(1)在BF3分子中，F—B—F的键角是________，硼原子的杂化轨道类型为________，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的立体构型为________________。
(2)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。NH3分子的立体构型是________；N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是________。
(3)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中氧原子采用____杂化。H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大，原因为____________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)SO的立体构型是________，其中硫原子的杂化轨道类型是________。
解析：(1)BF3的价层电子对数为3，B原子采用sp2杂化，又因为B原子上没有孤电子对，则BF3的立体构型为平面三角形，F—B—F的键角为120°。而BF中B原子价层电子对数为4，B原子采用sp3杂化，没有孤电子对，则BF为正四面体。
(2)NH3分子的立体构型为三角锥形，N2H4中氮原子与NH3中氮原子杂化类型相同，均为sp3杂化。
(3)H3O＋中氧原子采用sp3杂化。
(4)SO的中心原子S的成键电子对数为4，无孤电子对，为正四面体结构，中心原子采用sp3杂化。
答案：(1)120° sp2 正四面体形
(2)三角锥形 sp3
(3)sp3 H2O中氧原子有2对孤电子对，H3O＋中氧原子只有1对孤电子对，排斥力较小
(4)正四面体形 sp3
10．配位键是一种特殊的共价键，即共用电子对由某原子单方面提供和另一缺电子的粒子结合。如NH就是由NH3(氮原子提供电子对)和H＋(缺电子)通过配位键形成的。据此，回答下列问题：
(1)下列粒子中可能存在配位键的是________。
A．CO2 B．H3O＋
C．CH4 D．H2SO4
(2)硼酸(H3BO3)溶液呈酸性，试写出其电离方程式：
________________________________________________________________________。
(3)科学家对H2O2结构的认识经历了较为漫长的过程，最初科学家提出了两种观点：
甲：OHHO、乙：H—O—O—H，式中O→O表示配位键，在化学反应中O→O键遇到还原剂时易断裂。化学家Baeyer和Villiyer为研究H2O2的结构，设计并完成了下列实验：
a．将C2H5OH与浓H2SO4反应生成(C2H5)2SO4和水；
b．将制得的(C2H5)2SO4与H2O2反应，只生成A和H2SO4；
c．将生成的A与H2反应(已知该反应中H2作还原剂)。
①如果H2O2的结构如甲所示，实验c中化学反应方程式为(A写结构简式)________________________________________________________________________。
②为了进一步确定H2O2的结构，还需要在实验c后添加一步实验d，请设计d的实验方案：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由题中信息可得出结论：凡能给出H＋的物质中一般含有配位键。
(2)硼原子为缺电子原子，H3BO3的电离是B原子和水中的OH－形成配位键，水产生的H＋表现出酸性。
(3)由题中所含配位键的物质的反应特点分析。
答案：(1)BD
(2)H3BO3＋H2O??H＋＋[B(OH)4]－
(3)①OC2H5OC2H5＋H2―→C2H5OC2H5＋H2O
②用无水硫酸铜检验c的反应产物中有没有水(或其他合理答案)
PAGE
13
第一课时 价层电子对互斥理论
[课标要求]
1．认识共价分子结构的多样性和复杂性。
2．能根据价层电子对互斥理论判断简单分子或离子的构型。
1．常见分子的立体构型：CO2呈直线形，H2O呈V形，HCHO呈平面三角形，NH3呈三角锥形，CH4呈正四面体形。
2．价层电子对是指中心原子上的电子对，包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对。中心原子形成几个σ键就有几对σ键电子对，而中心原子上的孤电子对数可由下式计算：(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。
3．价层电子对为2时，VSEPR模型为直线形；价层电子对为3时，呈平面三角形；价层电子对为4时，呈四面体形，由此可推测分子的立体构型。
1．三原子分子的立体构型有直线形和V形两种
化学式 电子式 结构式 键角 立体构型 立体构型名称
CO2 O===C===O 180° 直线形
H2O 105° V形
2．四原子分子大多数采取平面三角形和三角锥形两种立体构型
化学式 电子式 结构式 键角 立体构型 立体构型名称
CH2O 约120° 平面三角形
NH3 107° 三角锥形
3．五原子分子的可能立体构型更多，最常见的是正四面体
化学式 电子式 结构式 键角 立体构型 立体构型名称
CH4 109°28′ 正四面体形
CCl4 109°28′ 正四面体形
1．下列分子的立体结构模型正确的是( )
A B C D
解析：选D CO2分子是直线形，A项错误；H2O分子为V形，B项错误；NH3分子为三角锥形，C项错误；CH4分子是正四面体结构，D项正确。
2．硫化氢(H2S)分子中，两个H—S键的夹角都接近90°，说明H2S分子的立体构型为________________；二氧化碳(CO2)分子中，两个C===O键的夹角是180°，说明CO2分子的立体构型为______________；甲烷(CH4)分子中，任意两个C—H键的夹角都是109°28′，说明CH4分子的立体构型为__________________。
解析：用键角可直接判断分子的立体构型。三原子分子键角为180°时为直线形，小于180°时为V形。五原子分子键角约109.5 ℃时，立体构型为正四面体形。
答案：V形 直线形 正四面体形
1．价层电子对互斥理论(VSEPR)
分子中的价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对，由于电子对的相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离，分子尽可能采取对称的立体构型，以减小斥力。
2．价层电子对的确定方法
(1)a表示中心原子的价电子数。
对主族元素：a＝最外层电子数；
对于阳离子：a＝价电子数－离子电荷数；
对于阴离子：a＝价电子数＋|离子电荷数|。
(2)x表示与中心原子结合的原子数。
(3)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＝8－该原子的价电子数。
3．VSEPR模型预测分子或离子的立体构型
(1)中心原子上的价电子都用于形成共价键的分子
ABn n＝2 n＝3 n＝4
价层电子对数 __2__ __3__ __4__
电子对排布方式
立体构型名称 直线形 平面三角形 正四面体形
键角 180° 120° 109°28′
实例 CO2 BF3 CH4
(2)中心原子上有孤电子对的分子
对于中心原子上有孤电子对(未用于形成共价键的电子对)的分子，中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间，并互相排斥使分子呈现不同的立体构型。
化学式 含孤电子对的VSEPR模型 分子或离子的立体构型 分子或离子的立体构型名称
H2O V形
NH3 三角锥形
HCN 直线形
H3O＋ 三角锥形
SO2 V形
[特别提醒]
VSEPR模型与分子的立体构型不一定一致，分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对(未用于形成共价键的电子对)。两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对，当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。
1．价层电子对数是2、3、4的分子或离子所对应的VSEPR模型是什么？
提示：
价层电子对数 VSEPR模型
2 直线形
3 平面三角形
4 正四面体形
2．VSEPR模型是四面体形的分子或离子其立体构型是否一定是四面体形？
提示：不一定，还有可能是三角锥形或V形。
σ键电子对数 孤电子对数 价层电子对数 电子对的排列方式 VSEPR模型 分子或离子的立体构型 实例
2 0 2 直线形 直线形 HgCl2、BeCl2、CO2
3 0 3 三角形 平面三角形 BF3、BCl3
2 1 V形 SnBr2、PbCl2
4 0 4 四面体形 正四面体形 CH4、CCl4
3 1 三角锥形 NH3、NF3
2 2 V形 H2O
1．用价层电子对互斥理论判断SO3的分子构型为( )
A．正四面体形 B．V形
C．三角锥形 D．平面三角形
解析：选D SO3中S原子的价层电子对数为3，其全部用于形成共价键，S原子周围有3个氧原子，属于平面三角形。
2．连线题。
VSEPR模型 分子或离子 立体构型
A．正四面体 ①BF3 a．直线形
B．直线形 ②NH B．平面三角形
C．平面三角形 ③SO c．正四面体
D．四面体 ④BeCl2 D．三角锥形
答案：A—②—c，B—④—a，C—①—b，D—③—d
[三级训练·节节过关]
1．下列分子的立体构型是正四面体形的是( )
A．CH4 B．NH3
C．H2O D．C2H4
解析：选A 氨分子是三角锥形，水分子是V形，乙烯分子是平面形。
2．下列分子中，所有原子不可能共处在同一平面上的是( )
A．C2H2 B．CS2
C．NH3 D．C6H6
解析：选C C2H2、CS2分子为直线形，C6H6分子为平面正六边形，所有原子共平面；而NH3分子为三角锥形，所有的原子不可能在同一平面上。
3．下列分子或离子的中心原子，带有一对孤电子对的是( )
A．H2O B．BeCl2
C．CH4 D．PCl3
解析：选D 方法一：选项中四种物质的电子式依次为
H2O有2对孤电子对，BeCl2和CH4没有孤电子对，PCl3有一对孤电子对。
方法二：将选项中各物质的数据代入公式：中心原子上的孤电子对数＝(a－xb)，经计算知，选项中原子上的孤电子对数依次为2、0、0、1。
4．根据等电子原理，下列各组分子或离子的空间构型不相似的是( )
A．SO2和O3 B．NH和CH4
C．H3O＋和NH3 D．CO2和H2O
解析：选D A项中，SO2和O3的立体构型均为V形；B项中，NH和CH4的立体构型均为正四面体形；C项中，NH3和H3O＋立体构型均为三角锥形；D项中，CO2为直线形，而H2O为V形，D项符合题意。
5．用价层电子对互斥理论推测下列分子或离子的立体构型
分子或离子 VSEPR模型名称 立体构型名称
BeCl2
SCl2
PF3
NH
SO
解析：根据各分子的电子式和结构式，分析中心原子的孤电子对数，依据中心原子连接的原子数和孤电子对数，确定VSEPR模型和分子的立体构型。
分子或离子 中心原子孤电子对数 价层电子对数 VSEPR模型名称 立体构型名称
BeCl2 0 2 直线形 直线形
SCl2 2 4 四面体形 V形
PF3 1 4 四面体形 三角锥形
NH 0 4 四面体形 正四面体形
SO 1 4 四面体形 三角锥形
答案：
分子或离子 VSEPR模型名称 立体构型名称
BeCl2 直线形 直线形
SCl2 四面体形 V形
PF3 四面体形 三角锥形
NH 四面体形 正四面体形
SO 四面体形 三角锥形
1．下列分子中，所有原子均处于同一平面上的是( )
A．CH2O B．P4
C．CF4 D．NCl3
解析：选A P4为空心正四面体形，CF4为正四面体形，NCl3为三角锥形，只有A项的所有原子在同一平面上。
2．下列分子或离子中，不含有孤电子对的是( )
A．H2O B．H3O＋ C．NH3 D．NH
解析：选D H2O有2对孤电子对，H3O＋和NH3有1对孤电子对，NH没有孤电子对。
3．下列分子的空间构型是正四面体形的是( )
①CH4 ②NH3 ③CF4 ④SiH4 ⑤C2H4 ⑥CO2
A．①②③ B．①③④
C．②④⑤ D．①③⑤
解析：选B C与Si价层电子都是ns2np2结构，在CH4、CF4、SiH4分子中，C、Si原子参与成键时都是形成了四个共价单键，故它们的空间构型都是正四面体形。而NH3、CO2、C2H4分子的空间构型分别是三角锥形、直线形、平面形。
4．用VSEPR模型预测下列分子构型与H2O相似，都为V形的是( )
①OF2 ②BeCl2 ③SO2 ④CO2
A．①② B．②③ C．①③ D．②④
解析：选C OF2中价层电子对数为2＋(6－2×1)＝4，其VSEPR模型为四面体形，因含2对孤电子对，故分子构型为V形；SO2价层电子对数为2＋(6－2×2)＝3，其VSEPR为平面三角形，含有一对孤电子对，分子构型为V形；BeCl2、CO2中，中心原子价电子全部成键，是直线形。
5．用价层电子对互斥理论判断NO的立体构型( )
A．正四面体 B．V形
C．三角锥形 D．平面三角形
解析：选D NO中，中心原子N上的价层电子对数为×(5＋1)＝3，VSEPR模型为平面三角形，又因为其孤电子对数为0，即价层电子对全部用于形成σ键，故NO为平面三角形。
6．下列分子中，价层电子对互斥模型与分子的立体结构模型相同的是( )
①CH2O ②CO2 ③NCl3 ④H2S
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选A 两种模型相同，说明中心原子的价电子均参与成键，无孤电子对存在。
7．用VSEPR模型预测下列分子或离子的立体构型，其中不正确的是( )
A．NH为正四面体形 B．CS2为直线形
C．HCN为折线形(V形) D．PCl3为三角锥形
解析：选C NH、CS2、HCN、PCl3结构中价层电子对数分别为4对、2对、2对、4对，VSEPR模型分别为正四面体形、直线形、直线形、四面体形，其中前三者中心原子均参与成键，立体构型就是VSEPR模型，PCl3分子中有1对孤电子对，所以立体构型为三角锥形。
8．在以下的分子或离子中，其空间结构不是三角锥形的是( )
A．NF3 B．CH
C．BCl3 D．H3O＋
解析：选C 根据价电子对互斥理论，B原子与Cl原子形成三对价电子对，故应是平面三角形结构；其他中心原子均有4对共用价电子对，故应是四面体结构，又由于均含有1对未成键电子对，故均为三角锥形结构。
9．用价层电子对互斥理论推测下列分子(或离子)的空间构型：
(1)H2S (2)NH (3)CHCl3 (4)SiF4
解析：根据原子的最外层电子的排布，可以判断出本题分子的中心原子含有的孤对电子对数和结合的原子数为：
化学式 H2S NH CHCl3 SiF4
中心原子含有孤对电子对数 2 2 0 0
中心原子结合的原子数 2 2 4 4
根据上述的数据不难判断出各种分子的空间构型。
答案：(1)H2S为V形 (2)NH为V形
(3)CHCl3为四面体形 (4)SiF4为正四面体形
10．有下列分子或离子：①CS2，②PCl3，③H2S，④CH2O，⑤H3O＋，⑥NH，⑦BF3，⑧SO2。
粒子的立体构型为直线形的有________；粒子的立体构型为V形的有______；粒子的立体构型为平面三角形的有______；粒子的立体构型为三角锥形的有______；粒子的立体构型为正四面体形的有________。
解析：中心原子上孤电子对数及粒子的立体构型如下表。
ABn 中心原子孤电子对数 分子或离子 分子或离子的立体构型
AB2 0 CS2 直线形
AB3 CH2O、BF3 平面三角形
AB4 NH 正四面体
AB2 1 SO2 V形
AB3 PCl3、H3O＋ 三角锥形
AB2 2 H2S V形
答案：① ③⑧ ④⑦ ②⑤ ⑥
1．用价层电子对互斥模型预测下列微粒的立体结构是直线形的是( )
A．PCl3 B．SO3
C．CF4 D．CS2
解析：选D PCl3有孤对电子，是三角锥形，SO3无孤对电子，是平面三角形，CS2无孤对电子，是直线形，CF4无孤对电子，是正四面体形。
2．多核离子所带电荷可以认为是中心原子得到或失去电子导致，根据VSEPR模型，下列离子中所有原子都在同一平面的一组是( )
A．NO和NH B．H3O＋和ClO
C．NO和CH D．PO和SO
解析：选A NO、NH中N原子的价层电子对数分别为3、4，VSEPR为平面形、正四面体形，而NO中有一对孤电子对，NH有两对孤电子对，两分子都是V形，原子都在同一平面内，A项正确；H3O＋中的原子价层电子对数为4，有一对孤电子对，故H3O＋为三角锥形，ClO价层电子对数为4，有一对孤电子对，为三角锥形，B错误；NO中N原子的价层电子对数为3，没有孤电子对，为平面三角形，CH中C原子的价层电子对数为4，有一对孤电子对，CH为三角锥形，C错误；PO、SO中心原子价层电子对数均为4，都没有孤电子对，均为正四面体形，D错误。
3．下列分子和离子中，中心原子价层电子对的几何构型为四面体且分子或离子的立体构型为三角锥形的是( )
①NH ②PH3 ③H3O＋ ④SO
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选B 所给分子中中心原子价层电子对数，①4＋(5－1－4×1)＝4；②3＋(5－3×1)＝4；③3＋(6－1－3×1)＝4；④4＋(6＋2－4×2)＝4，所以价层电子对的几何构型均为四面体，若分子或离子构型为三角锥形，则中心原子需结合三个原子，即存在一个孤电子对，②、③项符合。
4．以下分子或离子的结构为正四面体且键与键夹角为109°28′的是( )
①CH4 ②SiCl4 ③CH3Cl ④P4 ⑤SO
A．①②④ B．①②③④⑤
C．①② D．①②⑤
解析：选D 在CH4和SiCl4中，中心原子价层电子对数均为4，且没有孤电子对，4个氢原子在空间呈正四面体形排列，且键角为109°28′；CH3Cl可看成CH4中一个氢原子被一个氯原子替换，由于氢原子与氯原子间的排斥作用力不同且氢原子与氯原子半径不同，故CH3Cl的立体构型不是正四面体；P4是正四面体结构，但键角为60°；SO中，S原子价层电子对数为4，没有孤电子对，SO为正四面体形，键角为109°28′。
5．下列对应关系不正确的是( )
选项 A B C D
中心原子所在族 ⅣA ⅤA ⅣA ⅥA
分子通式 AB4 AB3 AB2 AB2
立体构型 正四面体形 平面三角形 直线形 V形
解析：选B 当中心原子在ⅤA族，AB3分子应是三角锥形；当中心原子在ⅣA族，AB4分子是正四面体形，AB2分子是直线形；当中心原子在ⅥA族，AB2是V形。
6．用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是( )
A．直线形；三角锥形 B．V形；三角锥形
C．直线形；平面三角形 D．V形；平面三角形
解析：选D 在H2S分子中，其中心原子S价层电子对数为4，其VSEPR模型为正四面体形，S与H成键后，还有两对孤电子对，因此H2S为V形结构；在BF3分子中，其中心原子B价层电子对为3，其VSEPR模型为平面三角形，B上无孤电子对，因此BF3为平面三角形。
7．若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，根据价层电子对互斥理论，下列说法正确的是( )
A．若n＝2，则分子的立体结构为V形
B．若n＝3，则分子的立体结构为三角锥形
C．若n＝4，则分子的立体结构为正四面体形
D．以上说法都不正确
解析：选C 若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子的立体结构为直线形；当n＝3时，分子的立体结构为平面三角形，当n＝4时，分子的立体结构为正四面体形。
8．(1)利用VSEPR推断分子或离子的立体构型。
ClO：__________________；CS2：________________；
AlBr3(共价分子)：__________________。
(2)有两种活性反应中间体粒子，它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式：
______________ ______________
(3)按要求写出第二周期非金属元素的原子构成的中性分子的化学式。
平面形分子________，三角锥形分子________，四面体形分子________。
解析：ClO是AB4型，成键电子对是4，为四面体形。CS2是AB2型，成键电子对是2，是直线形。AlBr3是AB3型，成键电子对是3，是平面三角形。AB3型，中心原子无孤电子对的呈平面三角形，有一对孤电子对的呈三角锥形，所以分别是CH、CH。第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式，呈三角锥形的是NF3，呈平面三角形的是BF3，呈四面体形的是CF4。
答案：(1)四面体形 直线形 平面三角形
(2)CH CH (3)BF3 NF3 CF4
9．20世纪50年代科学家提出价层电子对互斥模型(简称VSEPR模型)，用于预测简单分子的立体结构。其要点可以概括为：
Ⅰ.用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成，A为中心原子，X为与中心原子相结合的原子，E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对)，(n＋m)称为价层电子对数。分子中的价层电子对总是互相排斥，均匀地分布在中心原子周围的空间。
Ⅱ.分子的立体构型是指分子中的原子在空间的排布，不包括中心原子未成键的孤电子对。
Ⅲ.分子中价层电子对之间的斥力的主要顺序为：
ⅰ.孤电子对之间的斥力>孤电子对与共用电子对之间的斥力>共用电子对之间的斥力；
ⅱ.双键与双键之间的斥力>双键与单键之间的斥力>单键与单键之间的斥力；
ⅲ.X原子得电子能力越弱，A—X形成的共用电子对之间的斥力越强；
ⅳ.其他。
请仔细阅读上述材料，回答下列问题：
(1)由AXnEm的VSEPR理想模型填写下表：
n＋m 2 ①________
VSEPR理想模型 ②________ 正四面体
价层电子对之间
的理想键角 ③________ 109.5°
(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因：
________________________________________________________________________。
(3)H2O分子的立体构型为_____________________________________________，
请你预测水分子中∠H—O—H的大小范围并解释原因
________________________________________________________________________。
(4)SO2Cl2和SO2F2都属于AX4E0型分子，S===O之间以双键结合，S—Cl、S—F之间以单键结合。请你预测SO2Cl2和SO2F2分子的立体构型：____________。SO2Cl2分子中∠Cl—S—Cl________(填“<”“>”或“＝”)SO2F2分子中∠F—S—F。
解析：(2)CO2中C的价层电子对数2＋(4－2×2)＝2，由VSEPR模型知，两对电子对应尽量远离，故为直线形结构，即CO2分子为直线形分子。
(3)H2O分子中中心O原子的价层电子对数为2＋(6－2×1)＝4，价层电子对共有4对，分占不同的位置。它们同样要尽量远离，故它的构型为四面体形(含两个未成键电子对)，故H2O为V形结构。
(4)中心原子S原子的价层电子对数为4＋(6－2×2－2×1)＝4,4对价层电子对，它们应尽量远离，故为四面体结构，由于周围原子的半径不同，故它们的构型为变形的四面体；由于Cl的原子半径大于F的原子半径，Cl原子间的排斥力大于F原子间的排斥力，故Cl—S—Cl的键角大于F—S—F的键角。
答案：(1)①4 ②直线形 ③180°
(2)CO2中C周围的价层电子对数为2，由VSEPR模型知，两对电子对应尽量远离，故为直线形结构
(3)V形结构 ∠H—O—H的大小应略小于109°28′，因为H2O分子中中心O原子价层电子对数为4，电子对共有4对，分占不同的位置，它们同样要尽量远离，故它的构型为四面体形，但是由于两个未成键电子对的排斥作用，导致∠H—O—H略小于109°28′
(4)变形的四面体结构 >
PAGE
13
分子式 中心原子 分子极性
化合价绝对值 价电子数
CO2 4 4 非极性
BF3 3 3 非极性
CH4 4 4 非极性
分子式 中心原子 分子极性
化合价绝对值 价电子数
H2O 2 6 极性
NH3 3 5 极性
SO2 4 6 极性
SO3 6 6 非极性
PCl3 3 5 极性
PCl5 5 5 非极性
类型 实例 键的极性 空间构型 分子极性
X2 H2、N2 非极性键 直线形 非极性分子
XY HCl、NO 极性键 直线形 极性分子
XY2 (X2Y) CO2、CS2 极性键 直线形 非极性分子
SO2 极性键 V形 极性分子
H2O、H2S 极性键 V形 极性分子
XY3 BF3 极性键 平面正三角形 非极性分子
NH3 极性键 三角锥形 极性分子
XY4 CH4、CCl4 极性键 正四面体形 非极性分子
第三节 分子的性质
[课标要求]
1．结合实例说明化学键和分子间作用力的区别。
2．列举含有氢键的物质，知道氢键的存在对物质性质的影响。
3．了解“手性分子”在生命科学等方面的应用。
4．结合实例说明“等电子原理”的应用。
5．举例说明分子间作用力对物质状态等方面的影响。
1．极性分子中一定有极性键，含有极性键的分子不一定是极性分子。非极性分子中可能含有极性键，也可能含有非极性键。
2．物质的相对分子质量越大，范德华力越大，其熔、沸点越高。
3．分子之间存在氢键，使物质的熔、沸点升高。
4．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；溶质和溶剂之间形成氢键，可增大其溶解度。
5．无机含氧酸的通式(HO)mROn，若成酸元素R相同，n值越大，酸性越强。
1．键的极性
2．分子的极性
3．键的极性和分子的极性的关系
[特别提醒]
(1)只含非极性键的分子一定是非极性分子。
(2)含有极性键的分子，若分子结构是空间对称的，则为非极性分子，否则是极性分子。
现有五种分子：CS2、SiCl4、H2S、AsBr3、SeO3。
(1)属于非极性分子的有哪些？
(2)属于极性分子的有哪些？
提示：(1)CS2、SiCl4、SeO3 (2)H2S、AsBr3
分子极性、非极性的判断
(1)化合价法判断
ABn型分子中，若中心原子A的化合价的绝对值等于该元素所在的主族序数，则为非极性分子，否则为极性分子，如下表：
分子式 中心原子 分子极性
化合价绝对值 价电子数
CO2 4 4 非极性
BF3 3 3 非极性
CH4 4 4 非极性
H2O 2 6 极性
NH3 3 5 极性
SO2 4 6 极性
SO3 6 6 非极性
PCl3 3 5 极性
PCl5 5 5 非极性
(2)根据键的极性、分子空间构型判断
类型 实例 键的极性 空间构型 分子极性
X2 H2、N2 非极性键 直线形 非极性分子
XY HCl、NO 极性键 直线形 极性分子
XY2 (X2Y) CO2、CS2 极性键 直线形 非极性分子
SO2 极性键 V形 极性分子
H2O、H2S 极性键 V形 极性分子
XY3 BF3 极性键 平面正三角形 非极性分子
NH3 极性键 三角锥形 极性分子
XY4 CH4、CCl4 极性键 正四面体形 非极性分子
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)极性分子中不可能含有非极性键( )
(2)离子化合物中不可能含有非极性键( )
(3)非极性分子中不可能含有极性键( )
(4)极性分子中一定含有极性键( )
(5)H2O、CO2、CH4都是非极性分子( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
2．下列各组物质中，都是由极性键形成极性分子的一组是( )
A．CH4和Br2 B．NH3和H2O
C．H2S和CCl4 D．CO2和HCl
解析：选B CH4、CCl4、CO2都是由极性键形成的非极性分子，NH3、H2O、H2S都是由极性键形成的极性分子。
3．在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2、BF3分子中：
(1)以非极性键结合的非极性分子是______________________________________；
(2)以极性键结合的具有直线形结构的非极性分子是
________________________；
(3)以极性键结合的具有正四面体形结构的非极性分子是________________________；
(4)以极性键结合的具有三角锥形结构的极性分子是
________________________；
(5)以极性键结合的具有sp3杂化轨道结构的分子是
________________________；
(6)以极性键结合的具有sp2杂化轨道结构的分子是
________________________。
解析：HF是含有极性键的双原子分子，为极性分子；H2O中氧原子采取sp3杂化方式，与H原子形成极性键，为极性分子；NH3中有极性键，N原子采取sp3杂化，为三角锥形结构；CS2与CO2相似，为由极性键形成的直线形非极性分子；CH4中C原子采取sp3杂化方式与H原子形成极性键，为正四面体构型的非极性分子；N2是由非极性键结合的非极性分子；BF3中B原子采取sp2方式杂化，与F形成极性键，为非极性分子。
答案：(1)N2 (2)CS2 (3)CH4 (4)NH3
(5)NH3、H2O、CH4 (6)BF3
1．范德华力及其对物质性质的影响
2．氢键及其对物质性质的影响
(1)概念：由已经与电负性很大的原子(如N、F、O)形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间的作用力。
(2)表示方法：氢键通常用A—H…B—表示，其中A、B为N、O、F，“—”表示共价键，“…”表示形成的氢键。
(3)分类：氢键可分为分子间氢键和分子内氢键两类。
存在分子内氢键，存在分子间氢键。前者的沸点低于后者。
(4)氢键对物质性质的影响：氢键主要影响物质的熔、沸点，分子间氢键使物质熔、沸点升高，分子内氢键使物质熔、沸点降低。
[特别提醒]
(1)氢键不属于化学键，它属于一种较强的分子间作用力，其强度：共价键＞氢键＞范德华力。
(2)氢键键长一般定义为A—H…B的长度，而不是H…B的长度。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)分子间作用力是分子间相互作用力的总称( )
(2)分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高，分子内氢键使物质的熔、沸点降低( )
(3)氢键属于分子间作用力( )
(4)氢键是一种特殊的化学键，它广泛存在于自然界中( )
(5)HF的沸点较高，是因为H—F键的键能很大( )
答案：(1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)×
2．下列叙述正确的是( )
A．F2、Cl2、Br2、I2单质的熔点依次升高，与分子间作用力大小有关
B．H2S的相对分子质量比H2O的大，其沸点比水的高
C．稀有气体的化学性质比较稳定，是因为其键能很大
D．干冰汽化时破坏了共价键
解析：选A A项，从F2―→I2，相对分子质量增大，分子间作用力增大，熔、沸点升高；B项，H2O分子之间有氢键，其沸点高于H2S；C项，稀有气体分子为单原子分子，分子内无化学键，其化学性质稳定是因为原子的最外层为8电子稳定结构(He为2个)；D项，干冰汽化破坏的是范德华力，并未破坏共价键。
1．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。如蔗糖和氨易溶于水，难溶于四氯化碳。萘和碘易溶于四氯化碳，难溶于水。
(2)影响物质溶解性的因素
①外界因素：主要有温度、压强等。
②氢键：溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好(填“好”或“差”)。
③分子结构的相似性：溶质和溶剂的分子结构相似程度越大，其溶解性越好。如乙醇与水互溶，而戊醇在水中的溶解度明显较小。
④溶质是否与水反应：溶质与水发生反应，溶质的溶解度会增大。如SO2与水反应生成的H2SO3可溶于水，故SO2的溶解度增大。
2．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重叠，互称手性异构体。
(2)手性分子：有手性异构体的分子。
(3)手性碳原子：连接四个互不相同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。用*C来标
记。如 R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或基团。
[特别提醒]
判断某有机物是否具有手性异构体的关键，是分析其含有的碳原子是否连有四个互不相同的原子或基团。
3．无机含氧酸的酸性
(1)对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。如酸性：HClO＜HClO2＜HClO3＜HClO4(填“＞”或“＜”)。
(2)含氧酸的通式可写成(HO)mROn，若成酸元素R相同，则n值越大，酸性越强。如酸性：H2SO4＞H2SO3(填“＞”或“＜”)。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)CH4难溶于水，NH3易溶于水( )
(2)HOCH2CH2OH比CH3OH在水中的溶解度小( )
(3) 分子中含有两个手性碳原子( )
(4)HNO3比HNO2的酸性强( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)√
2．根据“相似相溶”规律，你认为下列物质在水中溶解度较大的是( )
A．乙烯 B．二氧化碳
C．氨气 D．氢气
解析：选C 水是极性溶剂，故极性溶质易溶于水中。A、B选项中的乙烯和二氧化碳虽含有极性键，但属于非极性分子，D选项中的H2也是非极性分子，所以A、B、D都不符合题意；NH3是极性分子，在水中有较大的溶解度。
3．下列分子为手性分子的是( )
A．CH2Cl2 B．
C． D．CH3CH2COOCH2CH3
解析：选B B项， 分子的中间碳原子连接—CH3、—H、—OH、
—COOH四种不同的原子或原子团，应是手性分子。
[三级训练·节节过关]
1．下列分子中，属于含有极性键的非极性分子的是( )
A．H2O B．Cl2
C．NH3 D．CCl4
解析：选D H2O分子中O—H键为极性键，是极性分子；Cl2分子中，Cl—Cl键是非极性键；NH3分子中N—H键是极性键，分子构型是三角锥形，是极性分子；CCl4分子中C—Cl键是极性键，分子构型呈正四面体形，是非极性分子。
2．下列关于范德华力的叙述中，正确的是( )
A．范德华力的实质是一种静电作用，所以范德华力是一种特殊的化学键
B．范德华力与化学键的区别之一是作用力的强弱
C．任何分子间在任意情况下都会产生范德华力
D．范德华力非常微弱，故破坏范德华力不需要消耗能量
解析：选B 范德华力不是化学键，A项错误；范德华力比化学键弱得多，B项正确；当分子间距离很大时，难以产生范德华力，C项错误；范德华力虽然非常微弱，但破坏它也需要消耗能量，D项错误。
3．下列说法正确的是( )
A．氢键是一种化学键
B．氢键使物质具有较高的熔、沸点
C．能与水分子形成氢键的物质易溶于水
D．水结成冰，体积膨胀与氢键无关
解析：选C 氢键不是化学键，A项错误；分子间氢键可以使物质的熔、沸点升高，而分子内氢键可以使物质的熔、沸点降低，B项错误；水分子在形成氢键时，可以使晶体疏松、体积膨胀，D项错误。
4．下列无机含氧酸分子中，酸性最强的是( )
A．HNO2 B．H2SO3
C．HClO3 D．HClO4
解析：选D 四种含氧酸的非羟基氧原子数分别为1、1、2、3，故HClO4酸性最强。
5．数十亿年来，地球上的物质不断变化，大气的成分也发生了很大的变化。下表是原始大气和目前空气的主要成分：
空气的成分 N2、O2、CO2、水蒸气及稀有气体(如He、Ne等)
原始大气的主要成分 CH4、NH3、CO、CO2等
用上表所涉及的分子填写下列空白：
(1)含有10个电子的分子有______________(填化学式，下同)。
(2)由极性键构成的非极性分子有_____________________________________。
(3)与H＋可直接形成配位键的分子有_____________________________________。
(4)沸点最高的物质是________，用所学的知识解释其沸点最高的原因________________________________________________________________________。
(5)分子中不含孤电子对的分子(稀有气体除外)有____________，它的立体构型为____________。
(6)CO的结构可表示为OC，与CO结构最相似的分子是________，这两种结构相似的分子的极性________(填“相同”或“不相同”)，CO分子中有一个键的形成与另外两个键不同，它叫________。
解析：(1)含10电子的分子有CH4、NH3、H2O、Ne等。(2)具有对称结构的分子是非极性分子，如N2、O2、CH4、CO2，其中由极性键形成的非极性分子只有CH4和CO2，另两个非极性分子是由非极性共价键形成的。
(3)H2O可与H＋直接形成配位键，形成H3O＋(水合氢离子)，NH3与H＋以配位键结合成NH。
(4)表中所涉及的物质都是由分子构成的。沸点的高低比较主要看范德华力的强弱，但水分子中除了范德华力外，还有氢键的存在，分子间氢键的存在使水的沸点较高。
(5)碳原子最外层有4个电子，在甲烷分子中形成了4个共价键，不存在孤电子对， 最外层电子都参与成键，构型为正四面体形。
(6)由一氧化碳的结构式可知，碳原子和氧原子之间存在三个共价键，氮气分子中两个氮原子之间也存在三个共价键，结构相似。CO分子中的三个键是由两个不同的原子形成的，是极性共价键，而N2分子中的三键是由两个相同的氮原子形成的，是非极性共价键。CO中带箭头的键与其他的共价键不同，它是配位键。
答案：(1)H2O、Ne、CH4、NH3 (2)CH4、CO2 (3)NH3、H2O (4)H2O 水分子中存在氢键，使分子间作用力增大，沸点升高 (5)CH4 正四面体形
(6)N2 不相同 配位键
1．下列物质的分子中，都属于含极性键的非极性分子的是( )
A．CO2、H2S B．C2H4、CH4
C．Cl2、C2H2 D．NH3、HCl
解析：选B C项，Cl2分子中无极性键，排除C；根据结构可以判断A项中H2S，D项中NH3、HCl分子属于极性分子，排除A、D，故正确答案为B。
2．下列叙述中正确的是( )
A．以非极性键结合起来的双原子分子一定是非极性分子
B．以极性键结合起来的分子一定是极性分子
C．非极性分子只能是双原子单质分子
D．非极性分子中，一定含有非极性共价键
解析：选A A项，如O2、H2、N2等是非极性分子，正确；B项，以极性键结合起来的分子不一定是极性分子，若分子的立体构型对称，就是非极性分子，如CH4、CO2、CCl4、CS2等，错误；C项，某些共价化合物如C2H4等也是非极性分子，错误；D项，非极性分子中不一定含有非极性键，如CH4、CO2，错误。
3．下列物质的变化，破坏的主要是分子间作用力的是( )
①碘单质的升华 ②KCl溶于水
③将液溴加热变为气态 ④NH4Cl受热分解
A．①② B．②③
C．①③ D．②④
解析：选C 碘的升华，是状态发生了变化，破坏的是分子间作用力；KCl溶于水，破坏离子键；液溴由液态变为气态，破坏的是分子间作用力；NH4Cl受热分解，破坏的是化学键(包括共价键和离子键)。
4．常温下三氯化氮(NCl3)是一种淡黄色液体，其分子结构呈三角锥形。以下关于三氯化氮的说法中正确的是( )
A．分子中N—Cl键是非极性键
B．分子中不存在孤电子对
C．NCl3分子是极性分子
D．因N—Cl键的键能大，它的沸点高
解析：选C NCl3的电子式为? ，N原子上还有一对孤电子对；NCl3
分子是三角锥形结构不对称，是极性分子；N—Cl键为极性键，其键能大，说明分子稳定，而物质熔、沸点的高低应受范德华力影响，与共价键强弱无关。
5．下列事实与氢键无关的是( )
A．水和乙醇可以以任意比例互溶
B．氨容易液化
C．液态氟化氢的化学式有时写成(HF)n的形式
D．甲烷难溶于水而易溶于四氯化碳
解析：选D D项甲烷在水中和四氯化碳中的溶解度不同，符合“相似相溶”规律，与氢键无关。
6．下列叙述与范德华力无关的是( )
A．气体物质加压或降温时能凝结或凝固
B．通常状况下氯化氢为气体
C．氟、氯、溴、碘单质的熔、沸点依次升高
D．氟、氯、溴、碘的气态氢化物的稳定性越来越弱
解析：选D 分子间作用力主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。A项，气体物质加压或降温时，范德华力增大，气体分子聚集在一起形成液体甚至固体；B项，HCl分子之间的作用力是很弱的范德华力，因此通常状况下氯化氢为气体；C项，一般来说组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增强，物质的熔、沸点逐渐升高；D项，气态氢化物的稳定性受分子中化学键强弱的影响，与范德华力无关。
7．当一个碳原子连接四个不同原子或原子团时，该碳原子叫“手性碳原子”。下列化合物中含有2个手性碳原子的是( )
解析：选C A、B、D三项中化合物均只含有1个手性碳原子，C项 中，
附有*的碳原子为手性碳原子，C项符合题意。
8．已知含氧酸可用通式(HO)nXOm来表示，如X是S，则m＝2，n＝2，这个式子就表示H2SO4。一般而言，该式中m大的是强酸，m小的是弱酸。下列各含氧酸中酸性最强的是( )
A．H2SO4 B．H2SeO3
C．H3BO3 D．H3PO4
解析：选A 根据题目所给通式，H2SO4表示为(HO)2SO2，m＝2；H2SeO3表示为(HO)2SeO，m＝1；H3BO3表示为(HO)3B，m＝0；H3PO4表示为(HO)3PO，m＝1。H2SO4的m值最大，酸性最强。
9.双氧水(H2O2)是一种医用消毒杀菌剂，已知H2O2分子的结构如右图所示：
H2O2分子不是直线形的，两个H原子犹如在半展开的书的两面纸上，书面角为93°52′，而两个O—H键与O—O键的夹角均为96°52′。试回答：
(1)H2O2分子的电子式为________，结构式为________________________________。
(2)H2O2分子中存在________键和________键，为____________(填“极性”或“非极性”)分子。
(3)H2O2难溶于CS2，其原因是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)H2O2分子中氧元素的化合价为________，原因是
________________________________________________________________________。
解析：(1)H2O2分子的立体结构不对称，为极性分子，含有O—O非极性键和O—H极性键。(2)根据相似相溶规律可知，H2O2为极性分子，难溶于非极性溶剂CS 2。(3)共用电子对的偏移决定了元素在化合物中的化合价。
答案：(1)
(2)极性 非极性 极性
(3)因为H2O2为极性分子，CS2为非极性分子，根据“相似相溶”规律可知H2O2难溶于CS2
(4)－1 因为O—O键为非极性键，O—H键为极性键，共用电子对偏向于氧，故氧元素显－1价
10．元素X和Y属于同一主族。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。
(1)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中，写出X质量分数为50%的化合物的化学式______；该分子中中心原子以sp2杂化，是________分子，分子构型为______。
(2)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式______；该分子中中心原子以sp2杂化，是______分子，分子构型为______。
(3)由元素氢、X、Y三种元素形成的化合物常见的有两种，其水溶液均呈酸性，试分别写出其分子式______、______，并比较酸性强弱：__________________。
解析：由氢化物化学式H2X知，×100%＝88.9%，M(X)＝16，可推知，X为O，则Y为S，则其氧化物分别为SO2、SO3。三种元素组成的化合物为H2SO3、H2SO4，酸性：H2SO4＞H2SO3。
答案：(1)SO2 极性 V形
(2)SO3 非极性 平面三角形
(3)H2SO3 H2SO4 H2SO4＞H2SO3
1．下列化合物中，化学键的极性和分子的极性(极性或非极性)皆相同的是( )
A．CO2和SO2 B．CH4和H2O
C．BF3和NH3 D．HCl和HI
解析：选D A中CO2为极性键构成的非极性分子，SO2是极性分子；B中CH4为极性键构成的非极性分子，H2O是极性键构成的极性分子；C中BF3为极性键构成的非极性分子，NH3为极性键构成的极性分子；D中HCl和HI都是极性键构成的极性分子。
2．下列说法不正确的是( )
①氢键存在于分子之间，不存在于分子之内 ②对于组成和结构相似的分子，其范德华力随着相对分子质量的增大而增大 ③NH3易溶于水而CH4难溶于水的原因是NH3是极性分子，CH4是非极性分子 ④冰融化时只破坏范德华力
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选D 氢键可以存在于分子内也可以存在于分子间，①不正确；冰融化时需破坏范德华力和氢键，④不正确。
3．关于氢键，下列说法正确的是( )
A．氢键比分子间作用力强，所以它属于化学键
B．冰中存在氢键，水中不存在氢键
C．分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点升高
D．H2O是一种非常稳定的化合物，这是由于氢键所致
解析：选C 氢键属于分子间作用力，其大小介于范德华力和化学键之间，不属于化学键，分子间氢键的存在，增强了分子间作用力，使物质的熔、沸点升高，A项错误，C项正确；在冰和水中都存在氢键，而H2O的稳定性主要是由分子内的O—H键键能决定的，B、D项错误。
4．下列物质的性质与氢键无关的是( )
A．冰的密度比液态水的密度小
B．NH3易液化
C．NH3分子比PH3分子稳定
D．相同条件下，H2O的沸点比H2S的沸点高
解析：选C 冰中由于氢键的作用，使水分子的排列更加有序，水结成冰，体积会膨胀，故冰的密度比水的密度小；NH3分子间也存在氢键，增强了分子间作用力，使NH3易液化；H2O分子间有氢键，而H2S分子间无氢键，故H2O的沸点高；NH3比PH3稳定，原因是N—H键的键能比P—H键的键能大，与氢键无关。
5．关于CS2、SO2、NH3三种物质的说法中正确的是( )
A．CS2在水中的溶解度很小，是由于其属于极性分子
B．SO2和NH3均易溶于水，原因之一是它们都是极性分子
C．CS2为非极性分子，所以在三种物质中熔、沸点最低
D．NH3在水中溶解度很大只是由于NH3分子有极性
解析：选B 根据“相似相溶”规律，水是极性分子，CS2是非极性分子，SO2和NH3都是极性分子，A错误、B正确；CS2常温下是液体，SO2和NH3常温下是气体，CS2的熔、沸点更高，C错误；NH3在水中溶解度很大，除了由于NH3分子有极性外，还因为NH3分子和H2O分子之间可以形成氢键，D错误。
6．有一种AB2C2型分子，在该分子中A为中心原子。下列关于该分子的空间结构和极性的说法中，正确的是( )
A．假设为平面四边形，则该分子一定为非极性分子
B．假设为四面体形，则该分子一定为非极性分子
C．假设为平面四边形，则该分子可能为非极性分子
D．假设为四面体形，则该分子可能为非极性分子
解析：选C 若AB2C2为平面结构，可能为对称结构 ，也可能是不对称结构
，若为四面体结构，则一定是不对称结构。
7．碘单质在水中的溶解度很小，但在CCl4中的溶解度很大，这是因为( )
A．CCl4与I2相对分子质量相差较小，而H2O与I2相对分子质量相差较大
B．CCl4与I2都是直线形分子，而H2O不是直线形分子
C．CCl4和I2都不含氢元素，而H2O中含有氢元素
D．CCl4和I2都是非极性分子，而H2O是极性分子
解析：选D CCl4是非极性分子，I2是非极性分子，水是极性分子，所以根据“相似相溶”规律可知，碘单质在水溶液中溶解度很小，但在CCl4中溶解度很大。
8．无机含氧酸的化学式可以用XOn(OH)m来表示(X代表成酸元素，n代表XO基中的氧原子数，m代表OH数)，则n值越大，m值越小，该酸的酸性就越强。硫酸、磷酸的结
构为 ，则它们的酸性( )
A．硫酸和磷酸都是强酸
B．硫酸是强酸，但是酸性比磷酸弱
C．硫酸是强酸，且酸性比磷酸强
D．磷酸和硫酸都是弱酸
解析：选C 硫酸可写为SO2(OH)2，磷酸可写为PO(OH)3，n值分别是2、1，m值分别是2、3，由n值越大、m值越小，该酸的酸性就越强，因此硫酸的酸性强于磷酸。
9．短周期的5种非金属元素，其中A、B、C的特征电子排布可表示为A：asa，B：bsbbpb，C：csccp2c；A与B在不同周期，D与B同主族，E在C的下一周期，且是同周期元素中电负性最大的元素。回答下列问题：
(1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子，下列分子：①BC2 ②BA4 ③A2C2 ④BE4，其中属于极性分子的是________(填序号)。
(2)C的氢化物比下一周期同族元素的氢化物沸点还要高，其原因是________________________________________________________________________。
(3)B、C两元素都能和A元素组成两种常见的溶剂，其化学式分别为________、________。DE4在前者中的溶解性________(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解性。
(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为__________________(填化学式)。
(5)A、C、E三种元素可形成多种含氧酸，如AEC、AEC2、AEC3、AEC4等，以上列举的四种酸其酸性由强到弱的顺序为__________________(填化学式)。
解析：由s轨道最多可容纳2个电子可得：a＝1，b＝c＝2，即A为H，B为C，C为O；由D与B同主族，且为非金属元素得D为Si；由E在C的下一周期且E为同周期元素中电负性最大的元素可知E为Cl。
(1)①、②、③、④分别为CO2、CH4、H2O2、CCl4，其中H2O2为极性分子，其他为非极性分子。
(2)C的氢化物为H2O，H2O分子间可形成氢键是其沸点较高的主要原因。
(3)B、A两元素组成苯，C、A两元素组成水，两者都为常见的溶剂。SiCl4为非极性分子，易溶于非极性溶剂(苯)中。
(4)BA4、BE4、DE4分别为CH4、CCl4、SiCl4，三者结构相似，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，故它们的沸点顺序为SiCl4>CCl4>CH4。
(5)这四种酸分别为HClO、HClO2、HClO3、HClO4，含氧酸的通式可写为(HO)mClOn(m≥1，n≥0)，n值越大，酸性越强，故其酸性由强到弱的顺序为HClO4>HClO3>HClO2>HClO。
答案：(1)③ (2)H2O分子间形成氢键
(3)C6H6 H2O 大于
(4)SiCl4>CCl4>CH4
(5)HClO4>HClO3>HClO2>HClO
10．判断含氧酸酸性强弱的一条经验规律：含氧酸分子结构中含非羟基氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强。如下表所示。
含氧酸酸性强弱与非羟基氧原子数的关系：
含氧酸 次氯酸 磷酸 硫酸 高氯酸
结构 Cl—OH
非羟基氧原子数 0 1 2 3
酸性 弱酸 中强酸 强酸 最强酸
(1)亚磷酸H3PO3和亚砷酸H3AsO3分子式相似，但它们的酸性差别很大，H3PO3是中强酸，H3AsO3既有弱酸性又有弱碱性。由此可推出它们的结构分别为：
①________________，②________________。
(2)H3PO3和H3AsO3与过量的NaOH溶液反应的化学方程式分别是：①________________________________________________________________________，
②________________________________________________________________________。
(3)在H3PO3和H3AsO3中分别加入浓盐酸，分析反应情况________________________________________________________________________，
写出化学方程式：______________________________________________________。
解析：(1)已知H3PO3为中强酸，H3AsO3为弱酸，依题给信息可知H3PO3中含1个非羟基氧原子，H3AsO3中不含非羟基氧原子。
(2)书写与过量NaOH溶液反应的方程式，需要知道H3PO3和H3AsO3分别为几元酸，从题给信息可知，含氧酸分子结构中含几个羟基氢，则该酸为几元酸，故H3PO3为二元酸，H3AsO3为三元酸。
(3)H3PO3为中强酸，不与盐酸反应；H3AsO3为两性物质，可与盐酸反应。
答案：(1)
(2)①H3PO3＋2NaOH===Na2HPO3＋2H2O
②H3AsO3＋3NaOH===Na3AsO3＋3H2O
(3)H3PO3为中强酸，不与盐酸反应，H3AsO3可与盐酸反应 As(OH)3＋3HCl===AsCl3＋3H2O
PAGE
15
第一节 共价键
—————————————————————————————————————
[课标要求]
1．知道共价键的主要类型，了解σ键和π键的形成特点及其本质。
2．能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。
1．σ键的特征是轴对称，键的强度较大；π键的特征为镜像对称，一般不
如σ键牢固，比较容易断裂。
2．共价单键是σ键；共价双键中有一个σ键，一个π键；共价三键中有
一个σ键和两个π键。
3．键长越短，键能越大，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定，
键角决定分子的空间构型，共价键具有方向性和饱和性。
4．原子总数相同，价电子总数相同的等电子体，具有相似的化学键特
征和相近的化学性质。
1．本质和特征
(1)本质：原子之间形成共用电子对。
(2)特征：饱和性——决定分子的组成；方向性——决定分子的立体构型。
2．类型(按成键原子轨道的重叠方式分类)
(1)σ键
形成 成键原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠而形成
类型 s?s型
s?p型
p?p型
特征 ①以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价键电子云的图形不变，这种特征称为轴对称；②σ键的强度较大
(2)π键
形成 由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成
p?p型
特征 ①π键的电子云具有镜像对称性，即每个π键的电子云由两块组成，分别位于由原子核构成平面的两侧，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像；②π键不能旋转；一般不如σ键牢固，较易断裂
现有①N2 ②CO2 ③CH2Cl2 ④C2H4四种分子
(1)只存在σ键的分子有哪些？
(2)同时存在σ键和π键的分子有哪些？
(3)σ键和π键的数目之比为1∶1的是哪种分子？
提示：(1)③ (2)①②④ (3)②
分子中σ键和π键的判断方法
(1)根据成键原子的价电子数来判断能形成几个共用电子对。如果只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对，则先形成1个σ键，另外的原子轨道形成π键。
(2)一般规律：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。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)原子轨道在空间都具有方向性( )
(2)σ键是轴对称而π键是镜像对称( )
(3)一般来说，σ键比π键强度大，更稳定( )
(4)N2分子中σ键与π键的个数比是2∶1( )
答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)×
2．下列分子中，只有σ键而没有π键的是( )
①CH4 ②CH3CH3 ③CH2===CH2 ④CH≡CH
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选 A CH4和CH3CH3中只有单键没有双键或三键，所以只有σ键而没有π键。
1．概念和特点
键参数 概念 特点
键能 气态基态原子形成1 mol 化学键释放的最低能量 键能越大，键越稳定，越不易断裂
键长 形成共价键的两个原子之间的核间距 键长越短，键能越大，键越稳定
键角 两个共价键之间的夹角 表明共价键有方向性，决定分子的立体结构
2.对分子性质的影响
1．根据价键理论分析氮气分子中的成键情况？并解释N2通常稳定的原因。
提示：氮原子各自用三个p轨道分别跟另一个氮原子形成一个σ键和两个π键。N2分子中存在N≡N，键能大，破坏它需要消耗较大的能量，因而通常N2很稳定。
2．你能比较出HF、HCl、HBr、HI稳定性大小吗？
提示：HF＞HCl＞HBr＞HI。
3．BF3键角是120°，你能判断出该分子的形状吗？
提示：平面三角形。
(1)一般地，形成共价键的共用电子对数越多，则共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。
(2)形成共价键的原子半径越小，键长越短，共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定。如HF、HCl、HBr、HI中，分子的共用电子对数相同(1 对)，因F、Cl、Br、I的原子半径依次增大，故共价键牢固程度H—F＞H—Cl＞H—Br＞H—I，因此，稳定性HF＞HCl＞HBr＞HI。
(3)键能与键长是衡量共价键稳定性的参数，键角是描述分子立体构型的参数。一般来说，如果知道分子中的键长和键角，这个分子的立体构型就确定了。如氨分子的H—N—H键角是107°，N—H键的键长是101 pm，就可以断定氨分子是三角锥形分子，如图。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)键角是描述分子立体结构的重要参数( )
(2)键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关( )
(3)键能越大，键长越长，共价化合物越稳定( )
(4)键角的大小与键长、键能的大小无关( )
答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)√
2．下列说法正确的是( )
A．键能越大，表示该分子越容易受热分解
B．共价键都具有方向性
C．在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长
D．H—Cl键的键能为431.8 kJ·mol－1，H—Br键的键能为366 kJ·mol－1，这可以说明HCl比HBr分子稳定
解析：选D 键能越大，分子越稳定，A错误，D正确；H—H键没有方向性，B错误；形成共价键的两个原子之间的核间距叫键长，C错误。
1．等电子原理：原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。
2．等电子体：满足等电子原理的分子称为等电子体。如CO和N2具有相同的原子总数和相同的价电子总数，属于等电子体，它们的许多性质相似。
1．你能写出与CO2互为等电子体的一种分子和一种阳离子吗？
提示：CS2或N2O、NO。
2．你能写出与NO互为等电子体的一种阴离子和一种分子吗？
提示：CO或BO、BF3或SO3(g)。
(1)等电子体的寻找方法
①将粒子中的两个原子换成原子序数分别增加n和减少n(n＝1,2等)的原子，如N2与CO、N和CNO－均互为等电子体。
②将粒子中一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素的带n个单位电荷的阳离子(或阴离子)，如N2O和N互为等电子体。
③同主族元素最外层电子数相等，故可将粒子中原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。
(2)常见的等电子体
类型 实例
二原子10电子的等电子体 N2、CO、NO＋、C、CN－
三原子16电子的等电子体 CO2、CS2、N2O、NO、N、BeCl2(g)
三原子18电子的等电子体 NO、O3、SO2
四原子24电子的等电子体 NO、CO、BO、BF3、SO3(g)
五原子32电子的等电子体 SiF4、CCl4、BF、SO、PO
1．根据等电子原理判断，下列各对粒子中互为等电子体的是( )
①SO2与O3 ②CO2与NO2 ③CS2与NO2
④PCl3与NF3
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
解析：选 D 由题中信息可知，只要计算出分子中各原子的最外层电子数之和即可判断。C的最外层电子数为4；N、P的最外层电子数为5；O、S的最外层电子数为6。SO2与O3、PCl3与NF3互为等电子体。
2．下列物质属于等电子体的一组是( )
①CH4和NH ②B3H6N3和C6H6
③F－和Mg ④H2O和CH4
A．①② B．②③
C．①③ D．②④
解析：选A 等电子体要具备两个条件：一是粒子的原子总数相同，二是粒子的价电子总数相同。分析可知①②两组属于等电子体，③中F－和Mg的价电子总数不同，④中H2O和CH4的原子总数不相同。
[三级训练·节节过关]
1．下列说法中，不正确的是( )
A．σ键比π键的重叠程度大，形成的共价键强度大
B．两个原子之间形成共价键时，最多有一个σ键
C．气体单质中，一定有σ键，可能有π键
D．N2分子中有一个σ键、2个π键
解析：选C 从原子轨道重叠程度看，π键轨道的重叠程度比σ键轨道的重叠程度小，故一般π键的稳定性弱于σ键；在单质分子中存在σ键(如Cl2、H2)、π键(如N2中存在σ键和π键)；稀有气体为单原子分子，不存在化学键。
2．关于乙醇分子的说法正确的是( )
A．分子中共含有8个极性键 B．分子中不含非极性键
C．分子中只含 σ键 D．分子中含有1个π键
解析：选C 乙醇的结构式为CHHHCHHOH，共含有8个共价键，其中C—H、C—O、O—H键为极性键，共7个，C—C键为非极性键。由于乙醇分子中只有单键，故无π键。
3．N—H键键能的含义是( )
A．由N和H形成1 mol NH3所放出的能量
B．把1 mol NH3中的共价键全部拆开所吸收的能量
C．拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的能量
D．形成约1个N—H键所放出的能量
解析：选C N—H键的键能是指形成1 mol N—H键放出的能量或拆开1 mol N—H键吸收的能量，不是形成1个N—H键释放的能量。1 mol NH3分子中含 有3 mol N—H键，拆开1 mol NH3或形成1 mol NH3中的全部共价键，吸收或放出的能量应是N—H键键能的3倍。
4．已知通常分子中所含的键能越大，分子越稳定。参考下表中化学键的键能数据，判断下列分子中，受热时最不稳定的是( )
化学键 H—H H—Cl H—Br H—I
键能/(kJ·mol－1) 436.0 431.8 366 298.7
A．氢气 B．氯化氢
C．溴化氢 D．碘化氢
解析：选D H—I键的键能最小，分子最不稳定。
5．美国物理化学家Langmuir提出：“凡原子数与价电子总数均相等的物质，其结构相同，物理性质相近”，称为等电子原理。相应的物质，互称为等电子体。化学科学家常用“等电子体”来预测不同物质的结构与性质。例如，CH4与NH有相同的价电子数及空间构型。请你根据等电子原理在下表空格处填上相应的化学式：
CH4 CO C2O
NH N2H NO
解析：等电子体要求必须是具有相同的原子总数和价电子总数，分子与离子也可以是等电子体。表中第一列的CH4与NH是含有5个原子和8个价电子的等电子体，同理可得其他几组答案。
答案：
CH4 C2H6 CO CO2 C2O
NH N2H NO NO N2O4
6.W、X、Y、Z是周期表前36号元素中的四种常见元素，其原子序数依次增大。W、Y的氧化物是导致酸雨的主要物质，X的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，Z能形成红色(或砖红色)的Z2O和黑色的ZO两种氧化物。
(1)W2中含有________个σ键________个π键。W的气态氢化物稳定性比H2O(g)________(填“强”或“弱”)。
(2)Y的基态原子价电子轨道排布式是__________，Y的第一电离能比X的________(填“大”或“小”)。
(3)Y的最高价氧化物对应水化物的浓溶液与Z的单质反应的化学方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：W、Y的氧化物是导致酸雨的主要物质，且原子序数：Y＞W，则W为氮元素、Y为硫元素；X的基态原子核外有7个原子轨道填充了电子，则X原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，X为铝元素；Z能形成红色(或砖红色)的Z2O和黑色的ZO两种氧化物，则Z为铜元素。
答案：(1)1 2 弱 (2) 大
(3)Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
1．下列分子中的σ键是由一个原子的s轨道和另一个原子的p轨道以“头碰头”方式重叠构建而成的是( )
A．H2 B．HCl
C．Cl2 D．N2
解析：选B H2中的σ键是s?s σ键，Cl2、N2中的σ键都是p?p σ键。
2．对σ键的认识不正确的是( )
A．σ键不属于共价键，是另一种化学键
B．s?s σ键与s?p σ键的对称性相同
C．分子中含有共价键，则至少含有一个σ键
D．含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同
解析：选A A项，σ键属于共价键；B项，s?s σ键与s?p σ键都属于σ键，对称性相同；D项，π键容易断裂，而σ键不易断裂，所以含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质不同。
3．下列物质的分子中既有σ键，又有π键的是( )
①HCl ②H2O ③N2 ④H2O2 ⑤C2H4 ⑥C2H2
A．①②③ B．③④⑤⑥
C．①③⑥ D．③⑤⑥
解析：选D N2分子中有三个共价键：一个σ键，两个π键；C2H4中碳碳原子之间有两个共价键：一个σ键，一个π键；C2H2中碳碳原子之间有三个共价键：一个σ键，两个π键。
4．下列说法中正确的是( )
A．双原子分子中化学键键能越大，分子越稳定
B．双原子分子中化学键键长越长，分子越稳定
C．双原子分子中化学键键角越大，分子越稳定
D．在双键中，σ键的键能要小于π键
解析：选A 在双原子分子中没有键角，C错误；当共价键键能越大、键长越短时，分子越稳定，A正确，B错误；一般σ键的重叠程度要大于π键，σ键的键能大于π键，D错误。
5．根据等电子原理，下列分子或离子与NO有相似结构的是( )
①SO3 ②BF3 ③CH4 ④NO2
A．①② B．②③
C．③④ D．②④
解析：选A NO是4原子，24(5＋6×3＋1＝24)个价电子(最外层电子数)的粒子，与其原子数相同的只有①和②。SO3的价电子数为6×4＝24；BF3的价电子数为3＋7×3＝24，故SO3、BF3与NO是等电子体，结构相似。
6．根据下表中所列的键能数据，判断下列分子中最不稳定的是( )
化学键 H—H H—Cl H—Br Br—Br
键能/(kJ·mol－1) 436.0 431.8 366 193.7
A.HCl B．HBr
C．H2 D．Br2
解析：选D 键能越小，键长越长，共价键越不牢固，分子越不稳定。
7．下列各组物质化学性质不相似的是( )
A．HF和H2O B．NH3和PH3
C．CO和N2 D．H3O＋和NH3
解析：选A NH3和PH3、CO和N2、H3O＋和NH3都是等电子体，化学性质相似。
8．下列说法正确的是( )
A．若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的饱和性
B．H3O＋离子的存在，说明共价键不应有饱和性
C．所有共价键都有方向性
D．两个原子之间形成共价键时，可形成多个σ键
解析：选A 由于S原子最外层有6个电子，故最多与2个H原子结合，所以根据共价键饱和性，将H2S写为H3S不正确；共价键不一定都具有方向性，如H2分子中的H—H，因为H原子只有1s轨道，1s为球形对称，所以两个H原子成键时沿任何方向重叠形成的共价键都相同；两个原子形成共价键时只能形成一个σ键。
9．(1)如图，写出下列价键的名称，并各举一例说明含有这种价键类型的物质。
① ② ③ ④ ⑤
化学键类型
举例
(2)某有机物的结构式：
则分子中有________个σ键，________个π键。
解析：(1)①②③中的原子轨道是“头碰头”重叠，属于σ键，④⑤中的原子轨道是“肩并肩”重叠，属于π键；(2)共价双键有一个σ键、一个π键，共价三键有一个σ键、两个π
键，故 中有7个σ键，3个π键。
答案：(1)
① ② ③ ④ ⑤
化学键 类型 s?s σ键 s?p σ键 p?p σ键 pz?pz π键 py?py π键
举例 H2 HCl Cl2 N2 N2
(2)7 3
10．某些共价键的键能数据如下表(单位：kJ·mol－1)：
共价键 H—H Cl—Cl Br—Br H—Cl H—I
键能 436 243 193 432 298
共价键 I—I N≡N H—O H—N
键能 151 946 463 393
(1)把1 mol Cl2分解为气态原子时，需要________(填 “吸收”或“放出”)________kJ能量。
(2)由表中所列化学键形成的单质分子中，最稳定的是________，最不稳定的是________；形成的化合物分子中最稳定的是________。
(3)试通过键能数据估算下列反应的反应热：
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝______________。
解析：(1)键能是指气态基态原子形成1 mol 化学键释放的最低能量，新键形成释放能量，则旧键断裂吸收能量，根据能量守恒定律，断开1 mol Cl—Cl键吸收的能量等于形成1 mol Cl—Cl键释放的能量。
(2)键能越大，化学键越稳定，越不容易断裂，化学性质越稳定，因此最稳定的单质为N2，最不稳定的单质是I2，最稳定的化合物是H2O，最不稳定的化合物是HI。
(3)ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和＝(436＋243－2×432)kJ·mol－1＝－185 kJ·mol－1。
答案：(1)吸收 243 (2)N2 I2 H2O
(3)－185 kJ·mol－1
1．下列说法正确的是( )
A．π键是由两个p电子“头碰头”重叠形成的
B．σ键是镜像对称，而π键是轴对称
C．乙烷分子中的键全为σ键，而乙烯分子中含有σ键和π键
D．H2分子中含σ键，而Cl2分子中除σ键外还含有π键
解析：选C 原子轨道以“头碰头”方式相互重叠形成的共价键为σ键，以“肩并肩”方式相互重叠形成的共价键为π键；σ键是轴对称，而π键是镜像对称；分子中所有的单键都是σ键，双键和三键中均含σ键和π键。
2．下列说法正确的是( )
A．键角越大，该分子越稳定
B．共价键的键能越大，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定
C．CH4、CCl4中键长相等，键角不同
D．CC键由σ键和π键组成，C—C键为σ键，故CC键的键能小于C—C键的2倍。
3．下列有关化学键类型的判断正确的是( )
A．全部由非金属元素组成的化合物中肯定不存在离子键
B．所有物质中都存在化学键
C．已知乙炔的结构式为H—C≡C—H，则乙炔分子中存在2个σ键(C—H)和3个π键(C≡C)
D．乙烷分子中只存在σ键，即6个C—H键和1个C—C键都为σ键，不存在π键
解析：选D NH4Cl全部是由非金属元素组成的，却存在离子键，A项错误；稀有气体原子达到稳定结构，为单原子分子，不存在化学键，B项错误；单键都为σ键，乙烷的结构
式为 ,6个C—H键和1个C—C键都为σ键，D项正确；共价双键中有一个
为σ键，另一个为π键，共价三键中有一个为σ键，另外两个为π键，故乙炔分子中有2个C—H σ键，C≡C键中有1个σ键、2个π键，C项错误。
4．氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，性质与卤素相似，下列叙述正确的是( )
A．分子中既有极性键，又有非极性键
B．分子中N≡C键的键长大于C—C键的键长
C．分子中含有2个σ键和4个π键
D．不和氢氧化钠溶液发生反应
解析：选A 分子中N≡C键是极性键，C—C键是非极性键；成键原子半径越小，键长越短，N原子半径小于C原子半径，故N≡C键比C—C键的键长短；(CN)2分子中含有3个σ键和4个π键；由于与卤素性质相似，故(CN)2可以和氢氧化钠溶液反应。
5．下列说法中正确的是( )
A．分子中键能越大，键长越短，则分子越稳定
B．只有非金属原子之间才能形成共价键
C．水分子可表示为H—O—H，分子中键角为180°
D．H—O键键能为463 kJ·mol－1，即18 g水分子生成H2和O2时，放出的能量为2×463 kJ
解析：选A 在分子中键能越大，键长应越短，分子越稳定，A正确；B中有些金属元素也可形成共价键；C中水分子的两个O—H键的键角小于180°，其分子结构式虽为H—O—H，但不能表示分子结构的真正立体构型；D中给出的H—O键的键能是破坏1 mol H—O键所吸收的能量，在H2O分子中有两个H—O键，应吸收能量2×463 kJ，而当H、O分别形成H2和O2，成键时需放出能量，所以反应放出的总能量应是它们的代数和，故D错误。
6．下列有关σ键和π键的说法错误的是( )
A．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者
B．当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键
C．有些原子在与其他原子形成分子时只能形成σ键，不能形成π键
D．在分子中，化学键可能只有π键而没有σ键
解析：选D 由于π键的强度一般小于σ键的强度，所以反应时π键比σ键易断裂，A项正确；分子的形成是为了使其能量降低，首先形成σ键，再根据成键原子的核外电子排布判断是否有π键形成，B项正确；H原子形成分子时，只能形成σ键，不能形成π键，C项正确；原子跟其他原子首先形成σ键，故分子中不可能只有π键而没有σ键。
7．B3N3H6与C6H6是等电子体，则下列说法不正确的是( )
A．B3N3H6能发生加成反应和取代反应
B．B3N3H6具有碱性
C．B3N3H6各原子在同一平面上
D．B3N3H6不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
解析：选B 苯分子所有原子都在同一平面上，能发生加成反应和取代反应，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，也不具有碱性，而B3N3H6具有相似的性质，故B错误。
8．下面是从实验中测得的不同物质中氧氧键的键长和键能的数据：
O—O键数据 O O O2 O
键长/10－12 m 149 128 121 112
键能/(kJ·mol－1) x y z＝494 w＝628
其中x、y的键能数据尚未测定，但可根据规律推导出键能的大小顺序为w＞z＞y＞x。则该规律是( )
A．成键所用的电子数越多，键能越大
B．键长越长，键能越小
C．成键所用的电子数越少，键能越大
D．成键时共用电子越偏移，键能越大
解析：选B 观察表中数据发现，O2与O的键能较大者，键长短，O中O—O的键长比O中的长，所以键能小。按键长由短到长的顺序为O＜O2＜O＜O，则键能大小顺序应为w＞z＞y＞x。
9．根据氢分子的形成过程示意图回答问题。
(1)H—H键的键长为________，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是________。
(2)下列说法中正确的是________。
A．氢分子中含有一个π键
B．由①到④，电子在核间出现的概率增大
C．由④到⑤，必须消耗外界的能量
D．氢分子中含有一个极性共价键
(3)已知几种常见化学键的键能如下表：
化学键 Si—O H—O O＝O Si—Si Si—C
键能/(kJ·mol－1) 368 467 498 226 x
请回答下列问题：
①比较Si—Si键与Si—C键的键能大小(填“＞”“＜”或“＝”)：x________226 kJ·mol－1。
②H2被喻为21世纪人类最理想的燃料，而更有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。已知1 mol单质硅含有2 mol Si—Si键，1 mol SiO2含4 mol Si—O 键，试计算：每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为________；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为________。
解析：(1)可以直接从图上有关数据读出，H—H键的键长为0.074 nm；体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。(2)氢分子中只含有一个σ键，A错误；共价键的本质就是高概率的出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用，B正确；④已经达到稳定状态，C正确；氢分子中只含有一个非极性共价键，D错误。(3)①Si—Si键的键长比Si—C键的键长长，键能小。②从图上读出，H—H键的键能为436 kJ·mol－1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为1 000 g÷2 g·mol－1×(467 kJ·mol－1×2－436 kJ·mol－1×1－498 kJ·mol－1×)＝124 500 kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为368 kJ·mol－1×4－498 kJ·mol－1×1－226 kJ·mol－1×2＝522 kJ。
答案：(1)0.074 nm ①⑤②③④ (2)BC
(3)①＞ ②124 500 kJ 522 kJ
10．氮可以形成多种离子，如NO、NH、N、NH、N2H、N2H等，已知N2H与N2H是由中性分子结合质子形成的，类似于NH，因此有类似于NH的性质。
(1)写出N2H与碱溶液反应的离子方程式：____________________________
________________________________________________________________________。
(2)NH的电子式为________。
(3)N有________个电子。
(4)写出与N是等电子体的物质的化学式________(两种)。
(5)据报道，美国科学家卡尔·克里斯特于1998年11月合成了一种名为“N5”的物质，由于其具有极强的爆炸性，又称为“盐粒炸弹”。迄今为止，人们对它的结构尚不清楚，只知道“N5”实际上是带正电荷的分子碎片，其结构是对称的，5个N排成V形。如果5个N结合后都达到8电子结构，且含有2个N≡N，则“N5”分子碎片所带电荷是________________________________________________________________________。
解析：(1)由题给信息可知，N2H是由N2H4与两个H＋结合而形成的，所以它与OH－反应时的物质的量之比为1∶2。(2)NH中氮原子最外层5个电子中的2个电子与2个氢原子形成共价键，氮再得到1个电子达到相对稳定结构，其电子式为[H?N?,? ?H]－。(3)N是由3个氮原子结合后再得到1个电子而形成的，所以应该有22个电子。(4)与N是等电子体的物质应该也是由3个原子组成，且最外层电子总数为16的粒子，有N2O、CO2等。(5)由“N5”中含有2个N≡N，可得在中间还有一个氮原子，此氮原子与N≡N一端的氮原子形成一个配位键，同样与另一个N≡N一端的氮原子形成一个配位键，这样可得形成氮氮三键的4个氮原子都达到8电子的稳定结构，此时中间的氮原子最外层就有9个电子，很不稳定，会失去1个电子而达到8电子的稳定结构，所以可得“N5”应该是带有一个单位的正电荷。
答案：(1)N2H＋2OH－===N2H4＋2H2O
(2) (3)22
(4)N2O、CO2(其他合理答案也可)
(5)一个单位的正电荷
PAGE
15
