第2章测评
(时间:90分钟 分值:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题2分,共20分。每小题只有一个选项符合题意)
1.(2020山东寿光一中高二检测)下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A.σ键能单独存在,而π键一定不能单独存在
B.σ键可以绕键轴旋转,π键一定不能绕键轴旋转
C.双键中一定有一个σ键和一个π键,三键中一定有一个σ键和两个π键
D.气体单质中一定存在σ键,可能存在π键
答案D
解析p电子云重叠时,首先“头碰头”最大重叠形成σ键,py、pz电子云垂直于px电子云,只能“肩并肩”地重叠形成π键,双键中有一个σ键和一个π键,三键中有一个σ键和两个π键,π键不能单独存在,A、C正确。σ键的特征是轴对称,可以旋转,π键呈镜面对称,不能绕键轴旋转,B正确。稀有气体为单原子分子,不存在化学键,D不正确。
2.已知Se与O元素同主族,As与N元素同主族。用价电子对互斥理论预测H2Se和AsCl3分子的空间结构正确的是( )
A.角形;三角锥形
B.直线形;三角锥形
C.直线形;三角形
D.角形;三角形
答案A
解析H2Se分子中Se原子有两对成键电子对和两对孤电子对参与排斥,故H2Se为角形结构。AsCl3分子中As原子有三对成键电子和一对孤电子对参与排斥,故AsCl3分子为三角锥形。
3.(2020安徽师范大学附属中学高二检测)以下分子或离子的空间结构为正四面体且键角为109°28'的是( )
①CH4 ②N ③CH3Cl ④P4
A.①②③
B.①②④
C.①②
D.①④
答案C
解析CH4分子和N都是正四面体形,键角为109°28';P4分子也是正四面体形,但键角是60°;CH3Cl分子为一般的四面体形,不是正四面体形。
4.化合物NH3与BF3可以通过配位键形成NH3·BF3,下列说法正确的是( )
A.NH3与BF3都是三角锥形结构
B.NH3与BF3都是极性分子
C.NH3·BF3中各原子都达到8电子稳定结构
D.NH3·BF3中,NH3提供孤电子对,BF3中B原子提供空轨道
答案D
解析NH3是三角锥形结构,而BF3是三角形结构,B位于中心,因此,NH3是极性分子,BF3是非极性分子,A、B都不正确;NH3分子中有1对孤电子对,BF3中B原子最外层只有6个电子,有空轨道存在,二者通过配位键结合而使每个原子最外层都达到稳定结构,D正确;H原子核外只有2个电子,C不正确。
5.高氯酸铵为“神舟七号”提供轨道舱气体,高氯酸铵是一种火箭燃烧的重要载氧体,化学式为NH4ClO4,下列有关叙述不正确的是( )
A.高氯酸铵为离子化合物
B.高氯酸铵中只含有离子键
C.高氯酸铵中既有离子键又有共价键,同时还有配位键
D.高氯酸铵中阴、阳离子的个数比为1∶1
答案B
解析高氯酸铵中存在N和Cl之间的离子键,为离子化合物,Cl中存在共价键,N中存在共价键和配位键;在NH4ClO4中,N和Cl微粒个数比为1∶1。
6.(2020山东济南外国语学校高二期中)下列分子中,各分子的空间结构和中心原子的杂化方式均正确的是( )
A.NH3 三角形 sp3杂化
B.CCl4 正四面体 sp3杂化
C.H2O 角形 sp2杂化
D.C 三角锥形 sp3杂化
答案B
解析NH3中心原子的价电子对数=3+(5-3×1)=4,N的杂化方式为sp3,含有一对孤电子对,分子的空间结构为三角锥形,选项A错误;CCl4中心原子的价电子对数=4+(4-4×1)=4,C的杂化方式为sp3,没有孤电子对,分子的空间结构为正四面体,选项B正确;H2O中心原子的价电子对数=2+(6-2×1)=4,O的杂化方式为sp3,含有两对孤电子对,分子的空间结构为角形,选项C错误;C中心原子的价电子对数=3+(4+2-3×2)=3,C的杂化方式为sp2,没有孤电子对,分子的空间结构为平面三角形。
7.(2020河北衡水高二检测)下列说法正确的是( )
A.ABn型分子中,若中心原子没有孤电子对,则ABn为空间对称结构,属于非极性分子
B.水很稳定是因为水中含有大量的氢键
C.H2O、NH3、CH4分子中的O、N、C分别形成两个、三个、四个键,故O、N、C分别采取sp、sp2、sp3杂化
D.配合物[Cu(H2O)4]SO4中,中心离子是Cu2+,配体是S,配位数是1
答案A
解析H2O很稳定是因为H—O键的键能大,B项错误;在NH3、H2O、CH4中N、O、C均采取sp3杂化,只不过NH3、H2O分子中孤电子对占据着杂化轨道,C项错误;配合物[Cu(H2O)4]SO4中配体是H2O,配位数是4,D项错误。
8.(2020吉林乾安七中高二质量检测)下列分子中的中心原子采取sp2杂化的是( )
①C6H6 ②C2H2 ③C2H4 ④C3H8 ⑤CO2
⑥BeCl2 ⑦SO3 ⑧BF3
A.①②⑥⑦
B.③⑤⑦⑧
C.①③⑦⑧
D.③⑤⑥⑦
答案C
解析苯分子是平面形结构,其中的碳原子采取sp2杂化;乙炔分子是直线形结构,其中的碳原子采取sp杂化;乙烯分子是平面形结构,其中的碳原子采取sp2杂化;丙烷中的碳原子类似于甲烷中碳原子,采取sp3杂化;CO2分子是直线形结构,其中碳原子采取sp杂化;氯化铍分子是直线形结构,其中铍原子采取sp杂化;三氧化硫分子是三角形结构,其中S原子采取sp2杂化;三氟化硼分子是三角形结构,其中的B原子采取sp2杂化。C项正确。
9.(2020江苏南京高二检测)下表是元素周期表的一部分。表中所列的字母分别代表某一种化学元素。
下列说法正确的是( )
A.沸点:A2D
B.CA3分子是非极性分子
C.C形成的单质中σ键与π键个数之比为1∶2
D.B、C、D的简单氢化物互为等电子体
答案C
解析根据各元素在周期表中的位置可知,A为氢元素,B为碳元素,C为氮元素,D为氧元素,X为硫元素,Y为氯元素。A2D为H2O,A2X为H2S,H2O分子间能形成氢键,故沸点:H2O>H2S,A项错误;CA3为NH3,是极性分子,B项错误;N2中有一个σ键、两个π键,C项正确;B、C、D的简单氢化物分别是CH4、NH3、H2O,微粒中原子总数不同,不是等电子体,D项错误。
10.(2020厦门外国语学校质量检测)下列物质中都存在离子键、极性键和配位键的是( )
A.氢氧化钠、过氧化钠、硫酸四氨合铜[Cu(NH3)4]SO4、氢化钠
B.硝酸铵、氢化铵、氢氧化二氨合银[Ag(NH3)2]OH、硫酸铵
C.硫酸、氢氧化钠、氮化钙、氢氧化钡
D.氯化铵、氢氧化钠、双氧水、过氧化钙
答案B
解析硫酸四氨合铜中含有离子键、共价键和配位键,氢氧化钠、过氧化钠含有离子键和共价键,氢化钠只有离子键,A错误;铵根离子中存在极性共价键和配位键,氨分子中氮原子上有孤电子对,H+、Cu2+、Ag+有空轨道,能形成配位键,B正确;硫酸只含有共价键,氢氧化钠、氢氧化钡含有离子键和共价键,氮化钙只含离子键,C错误;氯化铵中含有离子键、共价键和配位键,氢氧化钠、过氧化钙含有离子键和共价键,双氧水只有共价键,D错误,答案选B。
二、选择题(本题共5小题,每小题4分,共20分。每小题有一个或两个选项符合题意,全部选对得4分,选对但不全的得1分,有选错的得0分)
11.(2020山东聊城东阿县第一中学高二阶段性测试)N2F2分子中四个原子都在同一平面内,由于几何形状的不同,存在顺式和反式两种同分异构体。据此判断N2F2分子中两个氮原子之间化学键的组成为( )
A.一个σ键和两个π键
B.仅有一个σ键
C.仅有一个π键
D.一个σ键和一个π键
答案D
解析氮原子最外层有5个电子,形成3对共用电子对达到稳定结构,由题干知N2F2为平面结构,且有顺式和反式两种同分异构体,可推测知该分子中存在NN键,该分子的结构式为F—NN—F,所以两个氮原子之间含有一个σ键和一个π键。
12.(2020山东青岛第二中学高二检测)NA为阿伏加德罗常数的值,下列叙述正确的是( )
A.34
g
H2O2中含有共用电子对的数目为3NA
B.28
g
C2H4分子中的碳原子提供4NA个s轨道参与杂化
C.标准状况下22.4
L苯中含有σ键的数目为12NA
D.1
mol
NH4BF4中含有配位键的数目为2NA
答案AD
解析34
g
H2O2的物质的量为1
mol,其中含有共用电子对的数目为3NA,故A正确;28
g
C2H4的物质的量为1
mol,每个碳原子提供1个s轨道和2个p轨道,杂化类型为sp2杂化,所以分子中的碳原子提供2NA个s轨道参与杂化,故B错误;标准状况下苯为液体,所以无法根据气体摩尔体积计算出苯的物质的量,故C错误;NH4BF4是一种离子化合物,阳离子是N,阴离子是B,阴、阳离子中各有一个配位键,所以1
mol
NH4BF4中含有配位键的数目为2NA。
13.(2020山东昌邑文山中学高二检测)中科院国家纳米科学中心科研员在国际上首次“拍”到氢键的“照片”,实现了氢键的实空间成像,为“氢键的本质”这一化学界争论了80多年的问题提供了直观证据。下列有关氢键说法中不正确的是( )
A.由于氢键的存在,HF的稳定性强于H2S
B.由于氢键的存在,甲醚(CH3—O—CH3)比乙醇更易溶于水
C.由于氢键的存在,沸点:HF>HI
D.由于氢键的存在,冰能浮在水面上
答案AB
解析HF的氢键存在于分子之间,与稳定性没有关系,HF的稳定性强于H2S是因为F的非金属性强于S,故A错误;乙醇分子可以与水分子形成氢键,所以乙醇比甲醚(CH3—O—CH3)更易溶于水,故B错误;组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,熔、沸点越高,HF分子间容易形成氢键,导致沸点:HF>HI,故C正确;由于氢键的存在,使得冰中的水分子间空隙变大,冰的密度小于液态水,所以冰能浮在水面上,故D正确。
14.(2020山东烟台一中高二检测)①PH3的空间结构为三角锥形,②BeCl2的空间结构为直线形,③CH4的空间结构为正四面体形,④CO2空间结构为直线形,⑤BF3的空间结构为正三角形,⑥NF3的空间结构为三角锥形。下面对分子极性的判断正确的是( )
A.①⑥为极性分子,②③④⑤为非极性分子
B.只有④为非极性分子,其余为极性分子
C.只有②⑤是极性分子,其余为非极性分子
D.只有①③是非极性分子,其余是极性分子
答案A
解析PH3、NF3分子的中心原子均有一个孤电子对,分子正负电荷中心不重合,都为极性分子;BeCl2、CH4、CO2、BF3四种分子的正负电荷中心重合,均为非极性分子,A正确。
15.(2020山东东营一中高二质量检测)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W、X原子的最外层电子数之比为4∶3,Z原子比X原子的核外电子数多4。下列说法正确的是( )
A.W、Y、Z的电负性大小顺序一定是Z>Y>W
B.Y、Z形成的分子的空间结构可能是正四面体
C.W、X、Y、Z的原子半径大小顺序可能是W>X>Y>Z
D.若有WY2存在,其分子中σ键与π键的数目之比为1∶1
答案BD
解析根据题意分析,W为C元素,X为Al元素,Y为Si或P或S元素,Z为Cl元素。同主族元素自上而下,电负性减小,若Y为Si元素,则电负性C>Si,故A错误;若Y、Z形成的分子为SiCl4,其空间结构为正四面体,故B正确;同周期自左而右,原子半径减小;电子层越多,原子半径越大,故原子半径Al>Y>Cl>C,故C错误;WY2分子为CS2,其结构式为SCS,双键中含有一个σ键、一个π键,故σ键与π键的数目之比1∶1,故D正确。
三、非选择题(本题共5小题,共60分)
16.(10分)已知N、P同属于元素周期表的ⅤA族元素,N在第2周期,P在第3周期。NH3分子呈三角锥形,氮原子位于锥顶,3个氢原子位于锥底,N—H键之间的夹角是107.3°。
(1)PH3分子与NH3分子的空间结构 (填“相似”或“不相似”),P—H键 (填“有”或“无”)极性,PH3分子 (填“有”或“无”)极性。?
(2)NH3与PH3相比,热稳定性更强的是 。?
(3)NH3与PH3在常温、常压下都是气体,但NH3比PH3易液化,其主要原因是 。?
A.键的极性N—H比P—H强
B.分子的极性NH3比PH3强
C.相对分子质量PH3比NH3大
D.NH3分子之间存在氢键
答案(1)相似 有 有 (2)NH3 (3)D
解析(1)N原子与P原子为同一主族元素的原子,则NH3分子与PH3分子结构相似。P—H键为不同种元素原子之间形成的共价键,为极性键。PH3分子是极性分子。
(2)由N、P在元素周期表中的位置关系和元素周期律可知,N元素的非金属性比P元素强,则NH3比PH3的热稳定性强。
(3)NH3比PH3易液化,是因为NH3分子间存在氢键,PH3分子间不存在氢键。
17.(12分)(2020泰安第一中学高二检测)按要求填空:
(1)在下列物质中:①NH3 ②HC≡CH ③NaOH
④O2 ⑤溴化铵
只含有非极性键的是 (用序号填空,下同);含有极性键的非极性分子是 ;含有离子键、共价键、配位键的是 。?
(2)磷、氮、氧是元素周期表中相邻的三种元素。
①氮元素的第一电离能 (填“大于”“小于”或“等于”,下同)氧元素的第一电离能;?
②N2分子中氮氮键的键长 白磷(P4)分子中磷磷键的键长。?
(3)已知氰胺结构简式为H2N—C≡N,则氰胺分子中碳原子的杂化轨道类型为 杂化,一个氰胺分子中有 个σ键。?
答案(1)④ ② ⑤ (2)①大于 ②小于
(3)sp 4
解析(1)①NH3为只含极性键的极性分子,②乙炔为含有极性键、非极性键的非极性分子,③NaOH是含有离子键、极性键的离子化合物,④O2是只含非极性键的非极性分子,⑤NH4Br是含有离子键、配位键和极性键的离子化合物。
(2)①N的价电子排布式为2s22p3,2p能级处于半满,能量最低,稳定,O的价电子排布式为2s22p4,因此氮元素的第一电离能大于氧元素的第一电离能;②N2分子中氮氮键的键长小于白磷分子中P—P键的键长。
(3)成键原子间只能形成一个σ键,三键中有两个π键,双键中有一个π键,根据氰胺的结构简式可知,碳原子有两个σ键,无孤电子对,C原子的杂化类型为sp;一个氰胺分子中含有σ键的数目为4。
18.(12分)(1)下列分子中属于非极性分子的是 (填序号)。?
①H2O ②CO2 ③HCl ④CCl4 ⑤NH3 ⑥CO ⑦CH4 ⑧HClO
(2)指出配合物K3[Co(CN)6]中的中心离子、配体及其配位数: 、 、 。?
(3)判断BCl3分子的空间结构、中心原子成键时采取的杂化轨道类型及分子中共价键之间的键角 、 、 。?
(4)请用“
”标出下列分子中的不对称碳原子。
答案(1)②④⑦ (2)Co3+ CN- 6
(3)正三角形 sp2 120°
(4)
解析(1)CO2是直线形分子,结构对称,属于非极性分子;CCl4、CH4均为正四面体结构,属于非极性分子;其他分子均为极性分子。
(2)在配合物中,一般是过渡元素的原子或离子存在空轨道,它们与含有孤电子对的分子或离子形成配位键。其中具有接受孤电子对的空轨道的原子或离子是中心原子或中心离子,如本题中的Co3+;提供孤电子对的分子或离子是配体,如本题中的CN-。
(3)硼原子的价电子均参与成键,其电子对数为3,则硼原子发生sp2杂化,BCl3分子的空间结构为正三角形。
(4)不对称碳原子是指连有四个不同原子或基团的碳原子。
19.(14分)(2002山东济南历城第二中学高二检测)数10亿年来,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:
目前空气的成分
N2、O2、CO2、H2O
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 ,它的空间结构为 。?
(6)极易溶于水、且水溶液呈碱性的物质的分子是 ,它之所以极易溶于水是因为它的分子和水分子之间能形成 。?
(7)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中,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,这个键叫 。?
答案(1)H2O、Ne、CH4、NH3
(2)CH4、CO2 (3)NH3、H2O
(4)H2O 液态水中水分子间存在氢键,使分子作用力增大,沸点升高
(5)CH4 正四面体
(6)NH3 氢键 (7)N2 不相同 配位键
解析(1)含10电子的分子有CH4、NH3、H2O、Ne等。
(2)具有中心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N。
(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分子间范德华力的强弱,但水分子间除了范德华力外,还有氢键的作用,分子间氢键的存在使水的沸点最高。
(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,最外层电子都参加成键,中心原子采取sp3杂化,空间结构为正四面体形;
(6)极易溶于水且水溶液呈碱性的物质只有氨气。氨气极易溶于水,是因为氨分子与水分子间形成氢键,增大了氨气的溶解性。
(7)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,二者结构相似。CO分子中的三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共价键不同,该键属于配位键。
20.(12分)(2020江苏苏州中学高二质量检测)(1)下列反应曾用于检测司机是否酒后驾驶:2Cr2+3CH3CH2OH+16H++13H2O4[Cr(H2O)6]3++3CH3COOH
①配离子[Cr(H2O)6]3+中,与Cr3+形成配位键的原子是 (填元素符号)。?
②CH3COOH中C原子轨道杂化类型为 ;1
mol
CH3COOH分子含有σ键的数目为 (用NA表示)。?
(2)CS2分子中,C原子的杂化轨道类型是 ,写出两个与CS2具有相同空间结构的离子 。?
(3)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯。
氧化石墨烯中,1号C的杂化方式是 ,该C与相邻C形成的C—C键之间的夹角 (填“>”“<”或“=”)石墨烯中1号C与相邻C形成的C—C键之间的夹角。?
答案(1)①O ②sp3、sp2 7NA
(2)sp SCN-、OCN-(合理即可)
(3)sp3 <
解析(1)①配离子[Cr(H2O)6]3+中Cr3+为中心离子,H2O为配体,O原子提供孤电子对,与Cr3+形成配位键;②CH3COOH中两个碳原子分别形成4个、3个σ键,均没有孤电子对,分别为sp3杂化、sp2杂化。CH3COOH分子中含有一个C—C键、三个C—H键、一个C—O键、一个CO键、一个O—H键,则1
mol
CH3COOH分子中含有σ键的数目为7NA。
(2)CS2分子中C原子形成2个σ键,孤电子对数为=0,则C原子发生sp杂化。与CS2具有相同空间结构的离子为CS2的等电子体,应含有3个原子,价电子数为16,常见的有SCN-、OCN-等。
(3)氧化石墨烯中,1号C形成三个C—C键及一个C—O键,该C原子以sp3杂化,与周围四个原子形成四面体结构,而石墨烯中与1号C原子发生sp2杂化,与周围三个碳原子形成三角形结构,则氧化石墨烯中1号C与相邻C形成的C—C键之间的键角小于石墨烯中1号C与相邻C形成的C—C键之间的键角。(共44张PPT)
章末整合
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
共价键的“四大要点”解读
典例1M、N、X、Y四种短周期主族元素在周期表中的相对位置如下图所示,已知它们的原子序数总和为46。
M
N
?
?
?
?
X
Y
(1)M与Y形成的化合物中含 (填“极性”或“非极性”,下同)键,属 分子。?
(2)N元素形成的单质分子中的化学键类型及数目是 (填“σ键”或“π键”,下同)。?
(3)由N、Y的氢化物相互作用所生成的物质的电子式为 。其中的化学键有 。?
(4)写出M单质与X元素最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式: 。?
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
答案:(1)极性 非极性 (2)一个σ键、两个π键
离子键、共价键、配位键
(4)C+2H2SO4(浓)
CO2↑+2SO2↑+2H2O
解析:设M的质子数是x,则N的质子数是x+1,X的质子数是x+10,Y的质子数是x+11,4x+22=46,x=6,四种元素分别是C、N、S、Cl。M与Y形成化合物CCl4,分子中化学键是极性键,属于非极性分子。N2分子中有一个σ键、两个π键。碳与浓硫酸在加热条件下反应生成CO2、SO2和H2O。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
总结提升1.共价键的类型
(1)根据共用电子对是否偏移,共价键分为极性键和非极性键。
(2)根据共用电子对数,共价键分为单键、双键和三键。
(3)根据原子轨道的重叠方式不同,可分为σ键(头碰头重叠)和π键(肩并肩重叠)。
(4)配位键是一种特殊的共价键。它是成键元素原子一方提供孤电子对,另一方具有可接受孤电子对的空轨道。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
2.共价键的特征
(1)共价键的饱和性。
①按照共价键的共用电子对理论,一个原子有几个未成对电子,便可和几个自旋状态相反的电子配对成键,这就是共价键的“饱和性”。氢原子、氯原子都只有一个未成对电子,因而只能形成H2、HCl、Cl2分子,不能形成H3、H2Cl、Cl3等分子。
②共价键的饱和性决定了共价化合物的分子组成。
(2)共价键的方向性。
①共价键形成时,两个参与成键的原子轨道总是尽可能沿着电子出现概率最大的方向重叠,而且原子轨道重叠越多,电子在两核间出现概率越大,形成的共价键越牢固。电子所在的原子轨道都有一定的形状,所以要取得最大重叠,共价键必然有方向性。
②共价键的方向性决定了分子的空间结构。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
3.共价键存在范围
(1)非金属单质分子(稀有气体除外)。如:O2、F2、H2、C60等。
(2)非金属元素形成的化合物。如:H2SO4、CO2、H2O2、有机物分子等。
(3)某些金属与非金属形成的化合物。如:BeCl2、AlCl3等。
(4)部分离子化合物。如:Na2O2、NaOH、Na2SO4、NH4Cl等。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
4.共价键强弱的判断
(1)由原子半径和共用电子对数判断:成键原子的半径越小,共用电子对数越多,则共价键越牢固,含有共价键的分子越稳定。如原子半径FH—Cl>H—Br>H—I,稳定性HF>HCl>HBr>HI。
(2)由键能判断:共价键的键能越大,表示破坏共价键消耗的能量越多,则共价键越牢固。
(3)由键长判断:共价键的键长越短,破坏共价键消耗的能量越多,则共价键越牢固。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
变式训练1设NA表示阿伏加德罗常数的值,则下列说法正确的是( )
A.1
mol
NH3分子中含有3NA个σ键和4NA个sp3杂化轨道
B.1
mol
CO2分子中含有2NA个σ键和2NA个sp2杂化轨道
C.1
mol
C2H2分子中含有2NA个σ键、2NA个π键
D.1
mol
C2H4分子中含有4NA个σ键、2NA个π键
答案:A
解析:CO2分子中碳原子发生sp杂化,选项B不正确;碳碳三键是由1个σ键和2个π键构成的,乙炔分子中含有1个碳碳三键和2个C—H键,所以选项C不正确;碳碳双键是由1个σ键和1个π键构成的,乙烯分子中含有1个碳碳双键和4个C—H键,因此选项D不正确。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
化学键的比较
典例2(2020广东深圳期中)下列现象与化学键有关的是( )
A.F2、Cl2、Br2、I2的熔点依次升高
B.H2O的沸点远高于H2S的沸点
C.H2O在高温下难分解
D.干冰升华
答案:C
解析:A项,卤素单质分子间存在范德华力,且随相对分子质量的增大,范德华力也增大,单质的熔点也就越高;B项,由于H2O分子间存在氢键,所以H2O的沸点要比H2S的高;C项,由于H—O键的键能很大,在较高温度时也难断裂,所以水分子很稳定,与共价键有关;D项,CO2分子间通过范德华力结合在一起,在升华时需要克服范德华力,而CO2分子内的化学键并没有断裂。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
规律方法化学键的比较
类型
离子键
共价键
金属键
非极性键
极性键
配位键
本质
阴、阳离子间通过静电作用形成
相邻原子间通过共用电子对(电子云重叠)与原子核间的静电作用形成
金属阳离子与自由电子间作用
成键条件(元素种类)
成键原子的得、失电子能力差别很大(一般是金属元素与非金属元素之间)
成键原子得、失电子能力相同(同种非金属元素之间)
成键原子得、失电子能力差别较小
(不同种非金属元素之间或少数金属与非金属元素之间)
成键原子一方有孤电子对(配体),另一方有可接受孤电子对的空轨道(中心原子或离子)
同种金属或不同金属
(合金)
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
类型
离子键
共价键
金属键
非极性键
极性键
配位键
特征
无方向性、饱和性
有方向性、饱和性
无方向性、饱和性
存在
离子化合物
单质(如H2),共价化合物(如H2O2),离子化合物(如Na2O2)
共价化合物(如HCl),离子化合物(如NaOH)
离子化合物
(如NH4Cl)
金属单质、合金
影响强
弱的
因素
一般阴、阳离子电荷越多,半径越小,离子键越强
—
成键原子电负性差值越大,键的极性越强;键能越大,键长越短,共价键越牢固
—
金属阳离子半径越小,价电子越多,金属键越强
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
变式训练2-1下列有关化学键的叙述,正确的是( )
A.离子化合物中一定含有离子键
B.单质分子中均不存在化学键
C.含有极性键的分子一定是极性分子
D.含有共价键的化合物一定是共价化合物
答案:A
解析:离子化合物一定含有离子键,A项正确;稀有气体分子中不存在化学键,其他非金属单质分子中存在化学键,B项错误;含有极性键且分子结构不对称的分子是极性分子,结构对称的是非极性分子,如CO2分子含有极性键,但属于非极性分子,C项错误;含有共价键的化合物可能是共价化合物(如HCl),也可能是离子化合物(如NH4Cl),共价化合物是只含有共价键的化合物,D项错误。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
变式训练2-2光谱证实单质铝与强碱溶液反应有[Al(OH)4]-生成,则[Al(OH)4]-中不存在的是( )
A.共价键
B.非极性键
C.配位键
D.σ键
答案:B
解析:光谱证实单质Al与强碱性溶液反应有[Al(OH)4]-生成,可看作铝原子和三个羟基形成三对共用电子对,形成三个极性共价键,形成Al(OH)3,Al(OH)3又能溶解在强碱性溶液中,和OH-结合形成[Al(OH)4]-,利用的是铝原子的空轨道和OH-中氧原子的孤电子对形成配位键;由两个原子轨道“头碰头”相互重叠而形成的共价键叫σ键,所以[Al(OH)4]-中也形成了σ键。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
杂化轨道类型的判断方法
典例3指出下列分子或离子的中心原子杂化轨道类型,并判断分子或离子的空间结构。
(1)GeCl4中Ge的杂化轨道类型为 ,分子空间结构为 。?
(2)AsCl3中As的杂化轨道类型为 ,分子空间结构为 。?
(3)Se
中Se的杂化轨道类型为 ,离子空间结构为 。?
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
答案:(1)sp3 正四面体形 (2)sp3 三角锥形
(3)sp3 正四面体形
解析:(1)GeCl4:Ge的价电子对数=4+
×(4-4×1)=4+0=4,Ge采用sp3杂化,因为中心原子上没有孤电子对,故分子空间结构为正四面体形。
(2)AsCl3:As的价电子对数=3+
×(5-3×1)=3+1=4,As采用sp3杂化,因为中心原子上有1对孤电子对,故分子空间结构为三角锥形。
(3)Se
:Se的价电子对数=4+
×(6+2-4×2)=4+0=4,Se采用sp3杂化,因为中心原子上没有孤电子对,故离子空间结构为正四面体形。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
规律方法中心原子杂化轨道类型的判断
(1)根据分子或离子的空间结构判断。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
(2)根据价电子对互斥理论判断。
根据价电子对互斥理论能够比较容易而准确地判断ABm型共价分子或离子的空间结构和中心原子杂化轨道类型,其关系如下表。
中心原子价
电子对数
杂化轨道空
间结构
中心原子杂
化轨道类型
2
直线形
sp
3
三角形
sp2
4
正四面体形
sp3
运用该理论的关键是准确计算中心原子的价电子对数,其计算方法如下:
中心原子价电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=σ键电子对数+
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
(3)应用等电子原理判断。
等电子体具有相同的结构特征,一般来说,等电子体的中心原子的杂化类型相同。对于结构模糊或复杂的分子、离子,可将其转化成熟悉的等电子体,然后进行判断。常见的等电子体往往是同族不同元素或同周期相近元素构成的微粒。
(4)根据共价键类型判断。
从杂化轨道理论可知,原子之间成键时,未杂化轨道形成π键,杂化轨道形成σ键。对于能够明确结构式的分子、离子,可直接用下式判断其中心原子的杂化轨道类型:杂化轨道数n=中心原子的σ键数+中心原子的孤电子对数(双键、三键中只有一个σ键,其余均为π键)。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
①SiF4分子中硅原子杂化轨道类型的分析:基态硅原子有四个价电子,与四个氟原子恰好形成四个σ键,无未成键电子,n=4,则SiF4分子中硅原子采用sp3杂化。
②基态碳原子有四个价电子,在HCHO分子中,碳原子与两个氢原子形成两个σ键,与氧原子形成C==O键,C==O键中有一个σ键、一个π键,碳原子无未成键电子,n=3,则HCHO分子中碳原子采用sp2杂化。
③三聚氰胺(结构简式如图所示)中有两种环境的氮原子,环外氮原子分别形成三个σ键,用去基态氮原子五个价电子中的三个,余下一对孤电子对,n=4,则环外氮原子采用sp3杂化;环内氮
原子分别形成两个σ键、一个π键,用去基态氮原子
5个价电子中的3个,余下一对孤电子对,n=3,则环内
氮原子采用sp2杂化。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
(5)应用取代法判断。
以中学常见的、熟悉的基础物质分子为原型,用其他原子或原子团取代原型分子中的部分原子或原子团,得到的新分子的中心原子与原型分子对应的中心原子的杂化轨道类型相同。如:
①CH3CH==CH2可看成乙烯基取代了甲烷分子中的一个氢原子,则甲基碳原子采用sp3杂化,也可看成甲基取代了乙烯分子中的一个氢原子,故两个不饱和碳原子均采用sp2杂化。
②(CH3)3N可看成三个甲基取代了NH3分子中的三个氢原子,所以其分子中氮原子采用sp3杂化。
③H2O2可看成羟基取代了H2O分子中的一个氢原子,故H2O2中氧原子应采用sp3杂化。
④B(OH)3可看成三个羟基取代了BF3中的氟原子,可知B(OH)3中硼原子采用sp2杂化。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
变式训练3-1甲醛分子的结构式如图所示,用两个Cl取代甲醛分子中的H可得到二氯甲醛,下列描述正确的是( )
A.甲醛分子中有四个σ键
B.二氯甲醛分子中的碳原子采取sp3杂化
C.甲醛分子中的H—C—H键角与二氯甲醛分子中的Cl—C—Cl键角相等
D.二氯甲醛分子的空间结构为三角形,分子中存在一个π键
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
答案:D
解析:甲醛分子中有三个σ键,A不正确;二氯甲醛分子中的碳原子采取sp2杂化,B不正确;根据价电子对互斥理论可知,二氯甲醛分子中的氯原子有三对孤电子对,孤电子对对成键电子对有更强的排斥作用,所以,甲醛分子中的H—C—H键角与二氯甲醛分子中的Cl—C—Cl键角不相等,C不正确;二氯甲醛分子的空间结构为三角形,碳与氧形成的双键中有一个是π键,D正确。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
变式训练3-2指出下列原子的杂化轨道类型及分子或离子的空间结构。
(1)BCl3中的B采用 杂化,空间结构为 。?
(2)PH3中的P采用 杂化,空间结构为 。?
(3)
中的N采用 杂化,空间结构为 。?
答案:(1)sp2 三角形
(2)sp3 三角锥形
(3)sp2 角形
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
解析:(1)BCl3:B采用sp2杂化,三个杂化轨道分别与三个Cl形成σ键,没有孤电子对,分子空间结构为三角形。
(2)PH3:P采用sp3杂化,其中一个杂化轨道上有一对孤电子对不参与成键,另外三个杂化轨道分别与三个H形成σ键,由于一对孤电子对的存在,三个H不可能平均占据P周围的空间,而是被孤电子对排斥到一侧,形成三角锥形结构。
(3)
:N采用sp2杂化,其中两个杂化轨道分别与两个O形成σ键,另一个杂化轨道有一对孤电子对,离子空间结构为角形。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
分子或离子的空间结构及判断方法
典例4价电子对互斥理论可用于预测简单分子或离子的空间结构。请回答下列问题:
(1)利用价电子对互斥理论推断下列分子或离子的空间结构:
(2)利用价电子对互斥理论推断键角的大小:
①甲醛中H—C—H的键角 (填“>”“<”或“=”,下同)120°;?
②SnBr2分子中Br—Sn—Br的键角 120°;?
③PCl3分子中,Cl—P—Cl的键角 109°28'。?
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
(3)有两种活性反应中间体微粒,它们的微粒中均含有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:
A: 。B: 。?
(4)按要求写出第2周期非金属元素形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 。?
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
答案:(1)三角形 角形 直线形 三角形 三角形 直线形
(2)①< ②< ③< (3)
(4)BF3 NF3 CF4
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
(3)AB3型微粒,中心原子无孤电子对的呈三角形,有一对孤电子对的或者有一成单电子的呈三角锥形,所以A、B的化学式分别是
(4)第2周期的五种非金属元素B、C、N、O、F构成的中性分子中,平面形分子为BF3,三角锥形分子为NF3,四面体形分子为CF4。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
规律方法分子或离子空间结构的判断方法
(1)用价电子对互斥理论判断。
价电子对互斥模型说明的是价电子对的空间结构,而分子的空间结构指的是成键电子对的空间结构,不包括孤电子对。
①当中心原子无孤电子对时,分子的空间结构与互斥模型一致。
②当中心原子有孤对电子时,分子的空间结构与互斥模型不一致。
(2)用杂化轨道理论判断。
杂化
类型
杂化轨
道数目
杂化轨道
间夹角
分子空
间结构
实例
sp
2
180°
直线形
BeCl2、CH≡CH
sp2
3
120°
三角形
BF3、BCl3
sp3
4
109°28'
四面体形
CH4、CCl4、CH3Cl
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
(3)根据键角及分子的极性判断。
分子
类型
分子的
空间结构
键角
键的极性
分子极性
实例
A2
直线形
(对称)
—
非极性键
非极性
H2、O2、N2等
AB
直线形
(不对称)
—
极性键
极性
HX、CO、NO等
ABA
直线形
(对称)
180°
极性键
非极性
CO2、CS2等
角形
(不对称)
—
极性键
极性
H2O、H2S等
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
分子
类型
分子的
空间结构
键角
键的
极性
分子
极性
实例
AB3
三角形
(对称)
120°
极性键
非极性
BF3、SO3等
三角锥形
(不对称)
—
极性键
极性
NH3、PCl3等
AB4
正四面体
形(对称)
109°28'
极性键
非极性
CH4、CCl4等
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
(4)根据等电子原理判断。
通常情况下,等电子体的空间结构相同,如SO2与O3均为角形,CH4与
均为正四面体形。常见的等电子体及其空间结构如下表所示:
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
变式训练4-1价电子对互斥模型指的是价电子对的空间结构。根据杂化轨道理论和价电子对互斥理论,判断下列分子或者离子的中心原子杂化方式、价电子对互斥模型及空间结构均正确的是( )
选项
分子式
中心原子
杂化方式
价电子对
互斥模型
分子或离子
的空间结构
A
SO2
sp
直线形
直线形
B
HCHO
sp2
三角形
三角锥形
C
NF3
sp2
四面体形
三角形
D
?
sp3
正四面体形
正四面体形
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
答案:D
解析:SO2中心原子杂化方式为sp2杂化,价电子对互斥模型呈三角形,分子的空间结构为角形,A项错误;HCHO中心原子杂化方式为sp2杂化,价电子对互斥模型呈三角形,分子的空间结构为三角形,B项错误;NF3中心原子杂化方式为sp3杂化,价电子对互斥模型呈四面体形,分子的空间结构为三角锥形,C项错误。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
变式训练4-2下列离子的价电子对互斥模型与其空间结构一致的是( )
答案:B
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
判断分子极性的方法
典例5下列各组分子中,都是由极性键构成的极性分子的一组是( )
A.CH3Cl和Cl2
B.NH3和H2O
C.H2S与CS2
D.CO2与HI
答案:B
解析:A中Cl2是由非极性键构成的非极性分子;C中CS2是由极性键构成的非极性分子;D中CO2是由极性键构成的非极性分子。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
规律方法判断分子极性的方法
判断一个分子是否是极性分子,就要看整个分子里的电荷分布是否对称,电荷均匀分布的分子为非极性分子,电荷不均匀分布的分子为极性分子。分子是否有极性,不能仅由键的极性判断,应结合分子的空间结构综合判断。分子的极性可以从以下几方面来判断。
(1)看化学键类型。
只由非极性键构成或不含共价键的分子(O3等除外)一定是非极性分子;只含有极性键的分子可能是极性分子也可能是非极性分子;含有非极性键的分子也可能是极性分子;极性分子一定含有极性键,也可能含有非极性键。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
(2)看键角。
以极性键结合的多原子分子中,有些属于极性分子,有些属于非极性分子,这取决于分子中各化学键的空间排列,而键角是决定分子空间结构的因素之一。三原子分子CO2、CS2及四原子分子C2H2,虽然都含有极性键,但分子中键角均为180°,因此电荷分布完全对称,所以是非极性分子。而同样是三原子分子的H2O、H2S、HCN等分子,由于电荷分布不对称,都是极性分子。
(3)看分子的对称性。
如CH4分子的正四面体形和BF3分子的正三角形都是完全对称的空间结构,虽然分子中的化学键有极性,但分子空间结构从整体看是对称的,键的极性相互抵消,分子没有极性。而CHCl3、NH3等分子因分子空间结构不对称而成为极性分子。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
(4)看化合价。
分子内中心原子的化合价绝对值(或可理解为共价单键数目,一个双键看成两个单键)等于其主族序数(即最外层电子数)时,分子为非极性分子,如BF3、CH4、CO2、PCl5、SiCl4、SO3、BeCl2等均为非极性分子,其他的如NO2、CO、SO2、NH3、NF3等为极性分子。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
(5)看孤电子对。
分子内中心原子的最外层无孤电子对(非共用电子对)时,分子为非极性分子,如CO2、CS2、BeCl2、CCl4、BCl3、PCl5等均为非极性分子。另外,上述分子中除了BeCl2、BCl3、PCl5分子外,其余的分子中所有成键原子的最外层均达8个电子的稳定结构。而BeCl2分子中的Be原子最外层只有4个电子,BCl3分子中的B原子最外层只有6个电子,PCl5分子中P原子的最外层电子肯定超过8个,但它们都能稳定存在,说明原子通过得失电子或共用电子对而达到稳定结构时不一定都要满足最外层2个电子或8个电子的饱和结构。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
变式训练5-1下列关于粒子结构的描述不正确的是( )
A.H2S和NH3是中心原子价电子总数为8的极性分子
B.HS-和HCl均是含有一个极性键的18电子粒子
C.CH2Cl2和CCl4均是四面体形的非极性分子
D.1
mol
O中含中子、质子、电子各10NA(NA代表阿伏加德罗常数的值)
答案:C
解析:H2S、NH3的价电子总数都为8,H2S为角形分子,NH3为三角锥形分子,故二者都为极性分子,A项正确;不同元素间所形成的共价键都为极性键,显然HS-、HCl均含有18电子,B项正确;CH2Cl2和CCl4均是四面体形,但因CH2Cl2正负电荷的中心不能重合,为极性分子,故C项不正确;1个
O分子中含中子、质子、电子各10个,D项正确。
突破一
突破二
突破三
突破四
突破五
变式训练5-2关于CS2、SO2、NH3三种物质的说法正确的是( )
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分子为极性分子
答案:B
解析:根据“相似相溶”原理,水是极性分子,CS2是非极性分子,SO2和NH3都是极性分子,故A错误、B正确;由于CS2常温下是液体,SO2和NH3常温下是气体,故C错;NH3在水中溶解度很大,除了NH3分子为极性分子外,还因为NH3分子和H2O分子之间可形成氢键,故D错。