课时分层作业(九) 离子键、配位键与金属键
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．在[Fe(CN)6]3－配离子中，中心离子的配位数为( )
A．3
B．4
C．5
D．6
[答案] D
2．下列各组元素的原子间反应容易形成离子键的是( )
原子
a
b
c
d
e
f
g
M层电子数
1
2
3
4
5
6
7
A.a和c
B．a和f
C．d和g
D．c和g
B [由原子a～g的M层电子数可知，M层即为原子的最外层，元素a～g均为第3周期元素。a、b均为活泼的金属元素，f、g均为活泼的非金属元素，所以a与f形成的化学键为离子键，c与g形成的化学键为共价键。]
3．金属能导电的原因是( )
A．金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱
B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下发生定向移动
C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动
D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子
B [金属晶体中的自由电子在外加电场作用下，沿导线定向移动而形成电流。]
4．下列各组元素的所有组合中，既可形成离子化合物，又可形成共价化合物的是( )
A．H、C、O、K
B．H、Na、O、S
C．H、N、O
D．H、O、S
C [A、B项都含活泼金属元素，所有元素组合只能形成离子化合物，D项中全部为非金属元素，所有元素组合只能形成共价化合物，特殊的是C项中的N元素，它既可与H元素组成NH，又可与O元素组成NO，所以既可形成离子化合物NH4NO3，又可形成共价化合物HNO3。]
5．下列关于化学键的各种叙述正确的是( )
A．含有金属元素的化合物一定是离子化合物
B．共价化合物中一定不存在离子键
C．由多种非金属元素组成的化合物一定是共价化合物
D．由不同种元素组成的多原子分子中，一定只存在极性键
B [含有金属元素的化合物，可能为共价化合物，如氯化铝，A项错误；含离子键的化合物一定为离子化合物，则共价化合物中一定不存在离子键，B项正确；由多种非金属元素组成的化合物，可能为离子化合物，如铵盐，C项错误；由不同种元素组成的多原子分子中可存在极性键和非极性键，如H2O2中存在极性键和非极性键，D项错误。]
6．下列各组微粒间不能形成配位键的是( )
A．Ag＋和NH3
B．Ag＋和H＋
C．H2O和H＋
D．Co3＋和CO
B [Ag的价电子排布式为4d105s1，失去一个电子后变为Ag＋，5s轨道为空轨道，NH3分子中，N原子有1对孤电子对，Ag＋和NH3能形成配位键，A不符合题意；Ag＋有空轨道且无孤电子对，H＋有空轨道，也不含孤电子对，二者不能形成配位键，B符合题意；H＋有空轨道，H2O分子中的氧原子含有孤电子对，二者可形成配位键，C不符合题意；Co3＋有空轨道，CO中的碳和氧均含有孤电子对，二者可形成配位键，D不符合题意。]
7．(素养题)配位化合物Pt(NH3)2Cl2有顺铂和反铂两种同分异构体。顺铂在水中的溶解度较大，具有抗癌作用；反铂在水中的溶解度小，无抗癌作用。下列说法正确的是( )
A．顺铂在苯等有机溶剂中溶解度小于反铂
B．已知Pt位于周期表第十纵行，则Pt是d区的ⅧB族元素
C．分子中Pt和N之间为离子键
D．N原子杂化方式为sp2杂化
A [根据“相似相溶原理”，顺铂的极性大于反铂，因而顺铂在苯等有机溶剂中溶解度小，A对；第十纵行属于Ⅷ族，不存在ⅧB族，B错；Pt和N之间为配位键，C错；NH3分子中N原子为sp3杂化，D错。]
8．下列物质中离子键最强的是( )
A．KCl
B．CaCl2
C．MgO
D．Na2O
C [离子键的强弱与离子本身所带电荷数的多少和离子半径的大小有关，离子半径越小，离子所带电荷数越多，离子键越强。根据题给物质分析可知，Mg2＋带两个单位正电荷，且半径最小，在阴离子中，O2－带两个单位负电荷，且半径比Cl－的小，故MgO中离子键最强。]
9．氧氰[(OCN)2]的性质与卤素类似，被称为拟卤素。氧氰[(OCN)2]中不可能存在的化学键类型有( )
A．非极性共价键
B．极性共价键
C．共价三键
D．离子键
D [根据信息氧氰的性质与卤素类似，结构上有相似之处，则根据化合价和成键原则，可知氧氰的结构式为CNOOCN，故应选D。]
10．氢化钠(NaH)是离子化合物，其中钠显＋1价。氢化钠与水反应放出氢气，下列叙述中正确的是( )
A．氢化钠的水溶液显酸性
B．氢化钠中氢离子的核外电子层排布与氦原子相同
C．氢化钠中氢离子半径比锂离子半径小
D．氢化钠中氢离子可被还原成氢气
B [NaH＋H2O===NaOH＋H2↑，故其水溶液显碱性；H－与He原子核外电子层排布都为1s2；H－与Li＋电子层数相同，但H－原子核内只有一个质子，对核外电子吸引力小于Li＋，故H－的半径大于Li＋，NaH中氢离子可被氧化成氢气。]
11．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________(填序号)。
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＋具有对称的空间结构，[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＋的空间结构为________。
(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] (1)[Cu(NH3)4]2＋中铜离子与氨分子之间的化学键是配位键，氨分子内部的化学键是极性键。
(2)[Cu(NH3)4]2＋是平面正方形。
(3)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
12．铁触媒是重要的催化剂，CO易与铁触媒作用导致其失去催化活性：Fe＋5CO===Fe(CO)5；除去CO的化学反应方程式为[Cu(NH3)2]OOCCH3＋CO＋NH3===[Cu(NH3)3(CO)]OOCCH3。请回答下列问题：
(1)基态Fe原子的价电子轨道表示式为___________________________。
(2)与CO互为等电子体的分子的化学式为_______________________。
(3)配合物[Cu(NH3)2]OOCCH3中碳原子的杂化类型是________，配体中提供孤电子对的原子是________。
(4)用[Cu(NH3)2]OOCCH3除去CO的反应中，肯定有________(填序号)形成。
a．离子键
b．配位键
c．非极性键
d．σ键
[解析] (1)Fe原子的价电子排布式是3d64s2，根据泡利不相容原理和洪特规则，其价电子轨道表示式为。
(2)等电子体是原子总数相同、价电子总数相同的微粒，符合条件的分子为N2。
(3)—CH3中碳原子形成4个σ键，无孤电子对，其杂化类型为sp3，中碳原子形成3个σ键，无孤电子对，其杂化类型为sp2；配合物中Cu提供空轨道，配体中N原子提供孤电子对。
(4)根据化学方程式知，反应中可形成配位键，配位键也属于σ键，b、d正确。
(2)N2
(3)sp2、sp3 N
(4)bd
13．已知A元素的原子K、L层上的电子数之和比它的L、M层上的电子数之和多1个电子，B元素的原子L层上的电子数比A原子L层上的电子数少2个电子。
(1)写出这两种元素的符号和名称：
A：________，B：________。
(2)写出A、B的单质反应生成A2B的化学方程式：
_____________________________________________________。
(3)下列有关A、B形成的化合物的叙述中，正确的是________。
A．A、B只能形成共价化合物
B．A、B只能形成离子化合物
C．A、B形成的化合物中可能含有极性共价键
D．A、B形成的化合物中可能只有离子键，也可能既有离子键又有非极性共价键
[解析] 由信息可知A元素原子结构示意图为，即A为钠元素；B元素L层上只有6个电子，即B为氧元素，A、B反应可以生成Na2O，也可以生成Na2O2，Na2O中只含有离子键，Na2O2中含有离子键和非极性共价键。
[答案] (1)Na、钠 O、氧
(2)4Na＋O2===2Na2O
(3)BD
[素养培优练]
14．某化合物的分子结构如图所示，其分子内不含有( )
A．离子键
B．共价键
C．极性键
D．配位键
A [由题图可知，N原子与Ni原子之间为配位键；共价键中C—C键为非极性键，C—H键、N—O键、C===N键、O—H键为极性键，故选A。]
15．2017年1月，南京理工大学胡炳成教授团队成功合成世界首个全氮阴离子盐，全氮阴离子的化学式为N。下列关于全氮阴离子盐的说法正确的是( )
A．每个N含有26个电子
B．N的摩尔质量为71
g·mol－1
C．全氮阴离子盐既含离子键又含共价键
D．全氮阴离子盐可能属于电解质，也可能属于非电解质
C [每个N含有36个电子，故A错误；N的摩尔质量为70
g·mol－1，故B错误；N含有共价键，全氮阴离子与阳离子之间存在离子键，故C正确；盐都是电解质，所以全氮阴离子盐属于电解质，故D错误。]
16．20世纪60年代初，化学家巴特列特用PtF6(六氟化铂)与等物质的量的氧气在室温下制得了一种深红色的固体，经实验确认，该化合物的化学式为O2PtF6。这是人类第一次制得O的盐。巴特列特经过类比和推理，考虑到稀有气体Xe(氙)和O2的第一电离能几乎相等，断定XePtF6也应存在。巴特列特立即动手实验，结果在室温下轻而易举地制得了XePtF6黄色固体。根据以上叙述判断下列说法不正确的是( )
A．O2PtF6可能是离子化合物
B．XePtF6可能存在离子键
C．PtF6具有强氧化性
D．Xe元素的化合价一定为零
D [A项，抓住“这是人类第一次制得O的盐”，故O2PtF6为离子化合物，A正确。XePtF6是巴特列特类推后制得的，可以推断它的结构类似于O2PtF6，也应是一种离子化合物，离子化合物中存在离子键，B正确。得电子的是PtF6，说明PtF6具有氧化性，C正确。稀有气体原子的最外层有2个或8个电子，属于稳定结构，但稀有气体也可以参与反应，形成具有共价键或离子键的化合物，单质Xe的化合价为零，在其形成的化合物XePtF6中，它的化合价不为零，D错误。]
17．已知[Co(NH3)6]3＋的空间结构如图所示，其中数字处的小圆圈表示NH3分子，且各相邻的NH3分子间的距离相等，Co3＋位于八面体的中心。若其中两个NH3被Cl取代，所形成的[Co(NH3)4Cl2]＋同分异构体的种数有( )
A．2种
B．3种
C．4种
D．5种
A [该配离子的结构为正八面体，正八面体的六个顶点的位置是等效的，选取其中一个取代，剩余位置有两种，所以二元取代产物为2种。]
18．元素A～D是元素周期表中短周期的四种元素，请根据表中信息回答下列问题。
元素
A
B
C
D
性质或结构信息
单质制成的高压灯发出的黄光透雾力强、射程远
工业上通过分离液态空气获得其单质。原子的最外层未达到稳定结构
单质在常温、常压下是气体，原子的L层有一个未成对的p电子
＋2价阳离子的核外电子排布与氖原子相同
(1)A与Cl形成的化合物为________(填“离子”或“共价”)化合物，含有________键。
(2)D和C形成的化合物中含有________键。写出C单质与水反应的化学方程式：________________。
(3)下列对元素B及元素B的常见单质描述正确的是________(填序号)。
a．B元素的最高正价为＋6
b．常温、常压下B的常见单质难溶于水
c．B的常见单质分子中含有18个电子
d．在一定条件下镁条能与B的常见单质反应
(4)若B与H能形成BH，则B为________元素，BH中含有的化学键为________。
(5)A和D两元素中金属性较强的是________(写元素符号)，写出能证明该结论的一个实验事实：________________。
[解析] 由四种元素为短周期元素可知，A、B、C、D的原子序数均不大于18。由A单质的用途可知，A为Na元素；由B单质的工业制法及原子结构特点可知，B为N元素或O元素；由C原子的电子排布特点可知C可能为B元素或F元素，又由其物理性质可推断出C为F元素；由D的＋2价阳离子的结构特点可知，D为Mg元素。(3)O元素或N元素均无＋6价，故a项错误；由于B的常见单质为N2或O2，O2、N2在常温常压下均难溶于水，故b项正确；O2分子中含有16个电子，N2分子中含有14个电子，故c项错误；2Mg＋O2点燃,2MgO,3Mg＋N2点燃,Mg3N2，故d项正确。(4)由题意知B为N元素，NH中含有的化学键为共价键和配位键。(5)比较金属性强弱的依据有：①与水(或酸)反应的剧烈程度；②最高价氧化物对应水化物的碱性强弱；③金属间的置换反应等。
[答案] (1)离子 离子
(2)离子 2F2＋2H2O===4HF＋O2
(3)bd
(4)N 共价键、配位键
(5)Na 钠与水反应比镁与水反应剧烈(或氢氧化钠的碱性比氢氧化镁强，答案合理即可)
4/8课时分层作业(八) 分子的空间结构与分子性质
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．下列分子中，属于含极性键的非极性分子的是( )
A．SO2
B．H2
C．BBr3
D．NH3
C [SO2、NH3属于含极性键的极性分子；H2属于含非极性键的非极性分子。]
2．某研究性学习小组对手性分子提出了以下四个观点：
①互为手性异构体的分子互为镜像
②利用手性催化剂合成可得到一种或主要得到一种手性分子
③互为手性异构体的分子组成相同
④手性异构体的性质相同
你认为正确的是( )
A．①②③
B．①②④
C．②③④
D．全部
A [互为手性异构体的分子结构不同，性质不同，故④错误，①②③均正确。]
3．两种非金属元素A、B所形成的下列分子中，属于极性分子的是( )
D [对于多原子分子是否是极性分子，取决于分子的结构是否对称，即正、负电荷的重心是否重合。A项中分子为正四面体形，结构对称，正、负电荷的重心重合，是非极性分子；B项中分子为直线形，结构对称，正、负电荷的重心重合，是非极性分子；C项中分子为平面正三角形，结构对称，正、负电荷的重心重合，是非极性分子；D项中分子为三角锥形，结构不对称，正、负电荷的重心不重合，是极性分子。]
4．(素养题)(双选)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NCl3的说法正确的是( )
A．分子中N—Cl键是极性键
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
AC [NCl3分子中N原子上还有一对孤电子对，结构不对称，为三角锥形，为极性分子。N—Cl键为极性键，键能大说明分子稳定，而物质熔、沸点的高低与共价键的强弱无关。]
5．下列电子式表示的物质中，属于极性分子的是( )
C [A项为离子化合物，不存在分子；B项为非极性分子；D项为阳离子。]
6．下列分子中，既含有极性键又含有非极性键的是( )
A．CH2Cl2
B．HCHO
C．H2O
D．CH2===CH—CH3
D [同种元素的原子之间形成的共价键是非极性键，不同种元素的原子之间形成的共价键是极性键。CH2Cl2、HCHO和H2O中都只含有极性键，CH2===CH—CH3中既含有极性键又含有非极性键，D正确。]
7．意大利科学家制造出了由4个氧原子构成的氧分子，并用质谱仪探测到了它的存在。若该氧分子具有空间对称结构，下列关于该氧分子的说法正确的是( )
A．是一种新的氧化物
B．不可能含有极性键
C．是极性分子
D．是臭氧的同分异构体
B [由题目信息可知，该氧分子为O4，是氧元素的一种新的单质，A、D项错误；O4分子具有空间对称结构，则其为非极性分子，C项错误。]
8．使用微波炉加热，具有使物质受热均匀、表里一致、速度快、热效率高等优点。其工作原理是炉内的微波场以几亿次的高频改变外电场的方向，水分子因而能高频振动，产生热效应，这是因为( )
A．水分子具有极性共价键
B．水分子中有共用电子对
C．水由氢、氧两元素组成
D．水分子是极性分子
D [只有极性分子才能在电场中定向移动，非极性分子几乎不发生定向移动。水分子是由极性键构成的极性分子，故选D。]
9．在有机物分子中，当碳原子连有四个不同的原子或基团时，这种碳原子称为“手性碳原子”，凡具有一个手性碳原子的化合物一定具有光学活性。下列分子中含有“手性碳原子”的是( )
A．CBr2F2
B．CH3CH2OH
C．CH3CH2CH3
D．CH3CH(OH)COOH
D
10．CO2、CH4、BF3都是非极性分子，SO2、H2O、NH3都是极性分子，由此推测ABn型分子是非极性分子的经验规律是( )
A．所有原子在同一平面上
B．分子中每个键的键长应相等
C．A的相对原子质量小于B
D．在ABn中A原子没有孤电子对
D [CO2、CH4、BF3的中心原子的所有价电子都参与成键，没有孤电子对，都是对称结构，而SO2、H2O、NH3的中心原子上都有未参与成键的孤电子对，都不是对称结构。]
11．3?氯?2?丁氨酸的结构简式为
一个3?氯?2?丁氨酸分子中含有________个手性碳原子。其中一对镜像异构体用简单的投影式表示为
则另一对镜像异构体的简单投影式为
[解析] 根据手性碳原子周围连接四个不同的原子或基团这一规律可以判断该物质的手性碳原子个数；参照例子可以知道对应异构体关系就像我们照镜子一样，其另一种就是该物质在镜子中的“镜像”。
12．下列物质结构图中，代表原子序数从1到10的元素的原子实(原子实是原子除去最外层电子后剩余的部分)，小黑点代表形成共价键的最外层电子，短线代表共价键，如F2
(1)试写出四种图示所代表的分子式：
A________，B________，C________，D________。
(2)将上述四种物质的液体呈细流流下，用带静电的玻璃棒靠近细流，细流发生偏转的是________________(填分子式)。
(3)写出1个B分子中极性共价键的类型和个数________________________。
(4)A、C分子中，中心原子以何种类型杂化轨道成键？其分子空间结构是什么形状？____________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
[解析] 根据题给条件，很容易判断出A、B、C、D四种物质分别为NH3、HCN、BF3、CO(NH2)2；其中，NH3、HCN、CO(NH2)2为极性分子，易被静电吸引或排斥而偏移，BF3为非极性分子；1个H—C≡N分子中含有一个C—H
σ键、一个C—N
σ键和两个π键。
[答案] (1)NH3 HCN BF3 CO(NH2)2
(2)NH3、HCN、CO(NH2)2 (3)2个σ键，2个π键
(4)NH3分子中N原子以sp3杂化轨道成键，呈三角锥形；BF3分子中，B原子以sp2杂化轨道成键，呈平面正三角形
13．主族元素A、B、C、D的原子序数都小于18，A与D同主族，B与C在同一周期，A、D原子的价电子数都是1，C原子最外层电子数比B原子少2个，且最外层电子数是次外层电子数的2倍。A、B的单质在常温下均为气体，它们在高温下以体积比2∶1完全反应，生成物在常温下为液体。此液体与D单质能剧烈反应生成A的单质。所得溶液滴入酚酞显红色，同时溶液中含有与氖原子的电子层结构相同的阳离子。
试回答下列问题：
(1)写出元素符号：B________，D________。
(2)写出元素原子的价电子排布式：A______________，C________。
(3)B与C在高温下完全反应后的生成物的化学式为________，它是由________(填“极性”或“非极性”)键形成的________分子，分子的空间结构呈________。
(4)A与B的单质以体积比2∶1形成的化合物的中心原子的杂化方式为________，分子的空间结构呈________。
[解析] 由题意知A、B、C、D四种元素分别为H、O、C、Na，C与O2完全反应的生成物为CO2，它是由极性键构成的非极性分子，为直线形结构。H2O中氧原子采取sp3杂化，为角形分子。
[答案] (1)O Na (2)1s1 2s22p2 (3)CO2 极性 非极性 直线形 (4)sp3 角形
[素养培优练]
14．科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。
已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)3的说法正确的是( )
A．分子中N、O间形成的共价键是非极性键
B．分子中四个氮原子共平面
C．该物质既有氧化性又有还原性
D．该分子为非极性分子
C [由于N、O为不同原子，其电负性不同，所以N、O间形成极性键，A错；如图四个氮原子形成三角锥形结构，所以B错；该分子结构不对称，所以它是极性分子，D错。]
15．下列温室气体中，和CO2一样，既是非极性分子，所有原子的最外层电子又都达到8电子稳定结构的是( )
A．N2O
B．CF2===CF2
C．CCl2F2
D．SF6
B [N2O中不是所有原子都达到8电子稳定结构，A错误；CF2===CF2是非极性分子，所有原子的最外层电子都达到8电子稳定结构，B正确；CCl2F2中正、负电荷重心不重合，是极性分子，C错误；SF6中S原子不是8电子稳定结构，D错误。]
16．下列反应过程中同时有离子键、极性共价键和非极性共价键的断裂和形成的是( )
A．H2＋CuOCu＋H2O
B．2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
C．2KClO32KCl＋3O2↑
D．2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O
B [A项，反应过程中存在非极性键、离子键的断裂以及金属键和极性键的形成，不符合；B项，同时有离子键、极性共价键和非极性共价键的断裂和形成，符合；C项，反应过程中不存在非极性共价键的断裂和极性共价键的形成，不符合；D项，反应过程中不存在非极性共价键的形成，不符合。]
17．有五种元素X、Y、Z、Q、T，X元素为主族元素，X原子的M层上有两个未成对电子且无空轨道；Y原子的特征电子结构为3d64s2；Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道；Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子；T原子的M电子层上p轨道半充满。下列叙述不正确的是( )
A．元素Y和Q可形成化合物Y2Q3
B．X与T的最高价氧化物对应的水化物，前者的酸性比后者强，是因为前者的非羟基氧原子数目大于后者
C．X和Q结合生成的化合物为离子化合物
D．ZQ2是极性键构成的非极性分子
C [根据题给信息可知，基态X原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，为S元素；基态Y原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，为Fe元素；基态Z原子的核外电子排布式为1s22s22p2，为C元素；基态Q原子的核外电子排布式为1s22s22p4，为O元素；基态T原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3，为P元素。元素Y和Q可形成化合物Fe2O3，A正确；X与T的最高价氧化物对应的水化物分别为H2SO4、H3PO4，酸性：H2SO4>H3PO4，这是因为H2SO4的非羟基氧原子数目大于H3PO4，B正确；X和Q结合形成的化合物为SO2或SO3，它们都是共价化合物，C错误；ZQ2为CO2，由极性键构成，但CO2是直线形分子，属于非极性分子，D正确。]
18．在极性分子中，正电荷重心与负电荷重心间的距离称为偶极长，通常用r表示。极性分子的极性强弱与偶极长和电荷量(q)有关，一般用偶极矩(μ)来衡量。分子的偶极矩是偶极长和电荷量的乘积，即μ＝rq。在非极性分子中，其正、负电荷重心重合，故μ为0。试回答下列问题：
(1)HCl、CS2、H2S、SO2四种分子中μ＝0的有________。
(2)实验测得：μ(PF3)＝1.03、μ(BCl3)＝0。
①由此可知，PF3分子的空间结构为________________。
②BCl3分子的空间结构为________________，中心原子的杂化方式为________________。
(3)治癌药物Pt(NH3)2Cl2具有平面四边形结构，Pt处在四边形中心，NH3和Cl分别处在四边形的4个顶点。已知该化合物有两种同分异构体，棕黄色化合物的μ>0，淡黄色化合物的μ＝0。试写出两种同分异构体的结构简式：________________(棕黄色)、______________(淡黄色)，在水中溶解度较大的是________________(填结构简式)。
[解析] (1)HCl是由极性键形成的双原子极性分子；根据价电子对互斥理论可知，CS2是直线形分子，正、负电荷重心重合，为非极性分子，其偶极矩为0；H2S、SO2都是角形结构，是极性分子，其μ＞0。(2)①μ(PF3)＝1.03说明PF3是极性分子，则PF3是三角锥形结构。②μ(BCl3)＝0说明BCl3是非极性分子，其正、负电荷重心重合，应是平面正三角形结构；中心原子B与3个Cl原子形成3个共价键(没有孤电子对)，即B原子的杂化方式是sp2杂化。(3)根据题意，Pt(NH3)2Cl2具有平面四边形结构，若μ＝0，则为非极性分子，NH3和Cl分别对称分布在四边形的4个顶点上，即正、负电荷重心重合，故淡黄色化合物是；若μ＞0，则为极性分子，NH3和Cl在四边形的4个顶点上的分布是不对称的，即正、负电荷重心不重合，故棕黄色化合物是。根据相似相溶规律，水是极性分子，因此属于极性分子的溶质易溶解在水中，即在水中溶解度较大的是棕黄色化合物，其结构简式为。
7/9第4节 分子间作用力
发
展
目
标
体
系
构
建
1.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。2.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。
一、范德华力与物质性质
1．分子间作用力
(1)概念
分子之间存在着多种相互作用，人们将这些作用统称为分子间作用力。
(2)分类
任何物质的分子之间都一定存在作用力吗？
提示：一定存在。
2．范德华力及其对物质性质的影响
(1)概念及实质：范德华力是分子之间普遍存在的一种相互作用力，其实质是电性作用。
(2)特征
①范德华力的作用能通常比化学键的键能小得多。
②范德华力无方向性，无饱和性。
(3)影响因素
①分子结构和组成相似的物质，随着相对分子质量的增加，分子间的范德华力逐渐增强。
②分子的极性越大，分子间的范德华力越大。
(4)对物质性质的影响：范德华力主要影响物质的物理性质，范德华力越强，物质的熔点、沸点越高。
二、氢键与物质性质
1．氢键
(1)概念
在水分子中，氧元素的电负性很大，使得，当一个水分子中的带部分正电荷的氢原子和另一个水分子中带部分负电荷的氧原子充分接近时，产生静电作用形成氢键。
(2)表示形式
①通常用X—H…Y表示氢键，其中X—H表示氢原子和X原子以共价键相结合。
②H和Y原子核间的距离比范德华半径之和小，但比共价键键长(共价半径之和)大得多。
③氢键的作用能是指X—H…Y分解为X—H和Y所需要的能量。
微点拨：氢键不属于化学键，它是一种常见的分子间作用力。
2．氢键形成的条件
(1)氢原子位于X原子和Y原子之间。
(2)X、Y原子所属元素通常具有较大的电负性和较小的原子半径，主要是N、O、F。
3．氢键对物质性质的影响
(1)氢键的分类
分为分子间氢键和分子内氢键。
(2)氢键对物质性质的影响
①当形成分子间氢键时，物质的熔、沸点将升高。
②当形成分子内氢键时，物质的熔、沸点将降低。
③氢键也影响物质的电离、溶解等过程。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)范德华力的实质是电性作用，有一定的方向性和饱和性。
(×)
(2)HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱，是因为分子间作用力依次减弱。
(×)
(3)氢键只存在于分子之间。
(×)
(4)液态水分子间的作用力只有氢键。
(×)
2．下列关于范德华力的叙述中，正确的是( )
A．范德华力的实质也是一种电性作用，所以范德华力是一种特殊化学键
B．范德华力与化学键的强弱不同
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
B [范德华力是分子之间的一种相互作用，其实质也是一种电性作用，但比较微弱，化学键是强烈的相互作用，故范德华力不是化学键，A错误，B正确；范德华力普遍存在于分子之间，但也必须满足一定的距离要求，若分子间的距离足够大，分子之间很难产生相互作用，C错误；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量，D错误。]
3．下列事实与氢键有关的是( )
A．水加热到很高的温度都难以分解
B．水结成冰体积膨胀，密度变小
C．CH4、SiH4、GeH4、SnH4熔点随相对分子质量增大而升高
D．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
B [水分解破坏的是化学键，不是氢键，A错误；氢键具有方向性，氢键的存在迫使四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，所以水结成冰时，体积增大，密度变小，当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的间隙减小，密度增大，B正确；CH4、SiH4、GeH4、SnH4的结构相似，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增强，熔沸点升高，四种物质分子间均不形成氢键，C错误；HF、HCl、HBr、HI的热稳定性与F、Cl、Br、I的非金属性有关，非金属性越强，其氢化物越稳定，同一主族元素，非金属性随着原子序数的增大而减小，所以其氢化物的热稳定性逐渐减弱，与氢键无关，D错误。]
范德华力、氢键与共价键的比较(素养养成——证据推理与模型认知)
尿素(60)、醋酸(60)、硝酸(63)是相对分子质量相近的三种分子，但这三种物质的熔点和沸点相差较大。尿素熔点在200
℃以上，常温下是固体；醋酸的熔点为16.6
℃，在温度低于16.6
℃时即凝结成冰状的固体；硝酸的熔点为－41.59
℃，常温下硝酸是一种具有挥发性的液体。
请根据以下问题与同学交流讨论造成这三种物质的熔沸点相差较大的可能原因。
1．以上三种物质中都存在氢键，为什么硝酸的熔沸点很低？
提示：尿素、醋酸能形成分子间氢键，而硝酸能形成分子内氢键(如图所示)，使其熔沸点较低。
2．尿素和醋酸比较，尿素常温下是固体，说明了什么？分子间作用力的强弱与分子中可形成氢键的氢原子个数有何关系？
提示：尿素CO(NH2)2中4个H原子均可形成氢键，而醋酸分子中只有羧基上的一个H原子形成氢键，分子中可形成氢键的氢原子个数越多，形成的氢键越多，分子间作用力就越强。
范德华力
氢键
共价键
特征
无方向性，无饱和性
有一定的方向性和饱和性
有方向性，有饱和性
强度
共价键>氢键>范德华力
影响强度的因素
①随着分子极性增大而增大②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大
对于X—H…Y，X、Y的电负性越大，Y原子的半径越小，氢键越强
成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定
对物质性质的影响
①影响物质的熔、沸点，溶解度等物理性质②组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点升高，如F2
①分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸点：H2O>H2S，溶解性：NH3>PH3②分子内氢键的存在，使物质的熔、沸点降低，如熔、沸点：
①影响分子的稳定性②共价键键能越大，分子稳定性越强
微点拨：冰的密度比水小是由于氢键的存在造成的。氢键使冰中水分子间形成孔穴造成冰晶体的微观空间存在空隙，而使得冰的密度变小。
“相似相溶”原理：极性分子易溶于极性溶剂中?如HCl易溶于水中?，非极性分子易溶于非极性溶剂中?如I2易溶于CCl4中，S易溶于CS2中?。
【例】 若不断地升高温度，实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。在变化的各阶段被破坏的微粒间的主要相互作用依次是( )
A．氢键、分子间作用力、非极性键
B．氢键、氢键、极性键
C．氢键、极性键、分子间作用力
D．分子间作用力、氢键、非极性键
B [因为O的电负性较大，在雪花、水中存在O—H…O氢键，故在实现雪花→水→水蒸气的变化阶段主要破坏水分子间的氢键，而由水蒸气→氧气和氢气的过程中则破坏了O—H极性共价键。]
1．下列说法不正确的是( )
A．所有含氢元素的化合物中都存在氢键，氢键是一种类似于共价键的化学键
B．离子键、氢键、范德华力本质上都是静电作用
C．只有电负性很强、半径很小的原子(如F、O、N)才可能形成氢键
D．氢键是一种分子间作用力，氢键比范德华力强
A [氢键不是化学键，本质上是一种分子间作用力，氢键要比化学键弱得多，一般只有电负性很强，半径很小的原子才能形成氢键，故A错，B、C、D正确。]
2．(双选)下列说法正确的是( )
A．H2O的沸点比HF高，是由于每摩尔分子中水分子形成的氢键数目多
B．液态氟化氢中氟化氢分子之间形成氢键，可写为(HF)n，则NO2分子间也因氢键而聚合形成N2O4
C．氨气极易溶于水，原因之一是氨分子与水分子之间形成了氢键
D．可燃冰(CH4·8H2O)的形成是由于甲烷分子与水分子之间存在氢键
AC [1个水分子能形成4个氢键，1个HF分子能形成2个氢键，A项正确；NO2分子间不存在氢键，NO2分子间因形成化学键而聚合成N2O4，B项错误；只有非金属性很强的元素(如N、O、F)原子才能与氢原子形成极性较强的共价键，分子间才能形成氢键，C—H键不是极性较强的共价键，C项正确，D项错误。]
1．卤族元素单质熔、沸点发生这样变化的原因是什么？
提示：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，克服范德华力使物质熔化和气化就需要更多的能量，熔、沸点越高。
2．卤族单质形成氢化物的熔点变化趋势是否与卤素单质的熔点变化趋势相同？
提示：不相同。HF分子间易形成氢键，氢键比范德华力强，HF的熔点最高。
通过本情境素材中对范德华力及氢键对物质性质的影响的分析，提升了“证据推理与模型认知”的学科素养。
1．下列关于范德华力影响物质性质的叙述中，正确的是( )
A．范德华力是决定由分子构成的物质的熔点、沸点高低的唯一因素
B．范德华力与物质的性质没有必然的联系
C．范德华力能够影响物质的化学性质和物理性质
D．范德华力仅是影响物质部分物理性质的一种因素
D [范德华力不能影响物质的化学性质，仅能影响由分子构成的物质的部分物理性质，如熔点、沸点及溶解性，并且不是唯一的影响因素。]
2．关于氢键的下列说法中正确的是( )
A．每个水分子内含有两个氢键
B．在水蒸气、水和冰中都含有氢键
C．分子间能形成氢键使物质的熔点和沸点升高
D．HF的稳定性很强，是因为其分子间能形成氢键
C [水分子间存在氢键，水分子内不存在氢键，A错误；水蒸气中水分子距离较大，不能形成氢键，B错误；氢键较一般的分子间作用力强，含有氢键的物质具有较高的熔、沸点，C正确；HF的稳定性很强，是由于H—F键键能较大的原因，与氢键无关，D错误。]
3．下列物质分子内和分子间均可形成氢键的是( )
B [通常能形成氢键的分子中含有：N—H键、H—O键或H—F键。NH3、CH3CH2OH有氢键但只存在于分子间。B项中的O—H键与另一分子中中的O可在分子间形成氢键，同一分子的O—H键与邻位中的O可在分子内形成氢键。]
4．下列说法正确的是( )
A．HF具有弱酸性，与HF分子间存在氢键有关
B．邻硝基苯酚与对硝基苯酚的沸点相同
C．NH3在水中的溶解度较大，与氢键无关
D．H2O的沸点低于H2S的沸点
A [B项，前者主要形成分子内氢键，后者主要形成分子间氢键，故后者沸点高，错误；C项，在极性溶剂中，若溶质分子与溶剂分子之间可以形成氢键，则溶质的溶解度会增大，错误；D项，H2O分子间存在氢键，因此H2O的沸点高于H2S的沸点，错误。]
5．(素养题)水分子间由于氢键的作用而彼此结合形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体(H2O)5，由无限个这样的变形四面体通过氢键相互连成一个庞大的分子晶体——冰，其结构如图所示。试回答下列问题：
(1)下列叙述中正确的是______(填字母)。
A．1
mol冰中有4
mol氢键
B．平均每个水分子有2个氢键
C．冰中的氢键没有方向性
(2)在冰的结构中，分子间除氢键外，还存在范德华力，已知范德华力的能量为7
kJ·mol－1，冰的升华热(1
mol冰变成气态水时所吸收的能量)为51
kJ·mol－1，则冰中氢键的能量是_________________。
(3)在液态水中，水以多种微粒的形式存在，试画出如下微粒的结构式：H5O、H9O。
[解析] (1)每个水分子形成4个氢键，但每个氢键为2个水分子所共有，所以每个水分子只有2个氢键，即1
mol冰中有2
mol氢键。氢键和共价键一样具有方向性和饱和性。(2)氢键的能量为(51－7)
kJ·mol－1×＝22kJ·mol－1。(3)H5O为2个水分子结合1个氢离子，H9O为4个水分子结合1个氢离子，这些微粒内含有共价键、配位键，还含有氢键。
[答案] (1)B (2)22
kJ·mol－1
(3)
微专题3 化学键的比较
类型比较
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(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(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)
成键原子一方有孤电子对(配体)，另一方有空轨道(中心原子)
同种金属或不同金属(合金)
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(离子晶体)
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(金属晶体)
影响强弱因素
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
碳、氧、氮、镁、铬、铁、铜是几种重要的元素，请回答下列问题：
(1)查阅相关资料发现MgO的熔点比CuO的熔点高得多，其原因是_____________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)Fe与CO能形成一种重要的催化剂Fe(CO)5，该分子中σ键与π键个数比为________。请写出一个与CO互为等电子体的离子：________。
(3)金属铬是一种银白色、耐腐蚀的金属，铬元素的化合物种类繁多，如：Cr2(SO4)3、K2Cr2O7以及配离子[Cr(H2O)3(NH3)3]3＋等。
①K2Cr2O7具有很强的氧化性，能直接将CH3CH2OH氧化成CH3COOH，CH3COOH分子中碳原子的杂化类型为________；乙醇和丙烷的相对分子质量相近，但乙醇的熔、沸点比丙烷高很多，试解释其主要原因：_____________
_______________________________________________________________。
②[Cr(H2O)3(NH3)3]3＋中，中心离子的配位数为_____________，
NH3的VSEPR模型为________。
[解析] (1)Mg2＋的半径比Cu2＋的半径小，MgO的离子键比CuO的牢固，因此MgO的熔点比CuO的熔点高。(2)1个Fe(CO)5分子中存在5个配位键和5个CO，σ键与π键个数比为(5＋5)∶(5×2)＝1∶1。与CO互为等电子体的离子有C或CN－等。
(3)①CH3COOH分子中有2种碳原子，其中甲基中的碳原子采取sp3杂化，羧基中的碳原子采取sp2杂化；乙醇和丙烷的相对分子质量相近，但乙醇的熔、沸点比丙烷高很多，是因为乙醇分子间能形成氢键。②[Cr(H2O)3(NH3)3]3＋的中心离子的配位数为3＋3＝6，NH3中的氮原子的价层电子对数＝3＋(5－1×3)＝4，故NH3的VSEPR模型为四面体。
[答案] (1)Mg2＋半径比Cu2＋半径小，MgO的离子键比CuO的离子键牢固 (2)1∶1 C(或CN－等)
(3)①sp3、sp2 乙醇和丙烷均为分子晶体，但乙醇分子间能形成氢键，因此熔、沸点比丙烷高 ②6 四面体
1．有关物质结构的下列说法中正确的是( )
A．碘升华时破坏了共价键
B．含极性键的共价化合物一定是电解质
C．氯化钠固体中的离子键在溶于水时被破坏
D．HF的分子间作用力大于HCl，故HF比HCl更稳定
C [A项，碘升华破坏分子间作用力；B项，含极性键的共价化合物不一定是电解质，如CH4；D项，分子的稳定性是由键能和键长决定的。]
2．N2的结构可以表示为，CO的结构可以表示为，其中椭圆框表示π键，下列说法中不正确的是( )
A．N2分子与CO分子中都含有三键
B．CO分子中有一个π键是配位键
C．N2与CO互为等电子体
D．N2与CO的化学性质相同
D [由题意可知N2分子中N原子之间、CO分子中C、O原子之间均通过2个π键，一个σ键，即三键结合，其中，CO分子中1个π键由O原子单方面提供孤电子对，C原子提供空轨道通过配位键形成。N2化学性质相对稳定，CO具有比较强的还原性，两者化学性质不同。]
3．氯吡苯脲是一种西瓜膨大剂(植物生长调节剂)，其组成结构和物理性质见下表。
分子式
结构简式
外观
熔点
溶解性
C12H10ClN3O
白色结晶粉末
170～172℃
易溶于水
回答下列问题：
(1)氯吡苯脲晶体中，氮原子的杂化轨道类型为________。
(2)氯吡苯脲晶体中，微粒间的作用力类型有________。
A．离子键
B．金属键
C．极性键
D．非极性键
E．配位键
F．氢键
(3)查文献可知，可用2?氯?4?氨吡啶与异氰酸苯酯反应，生成氯吡苯脲。
反应过程中，每生成1
mol氯吡苯脲，断裂________个σ键、断裂________个π键。
[解析] (1)氮原子在氯吡苯脲中以2种形式出现，一是C—N，另一是C===N，前者是sp3杂化，后者是sp2杂化。(3)反应过程中，异氰酸苯酯断裂的C===N中1个π键，2?氯?4?氨吡啶断裂的是1个σ键。
[答案] (1)sp2、sp3杂化 (2)CDF
(3)NA NA
12/13课时分层作业(六) 共价键模型
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．原子间形成分子时，决定各原子相互结合的数量关系的是( )
A．共价键的方向性
B．共价键的饱和性
C．形成共价键原子的大小
D．共价键的稳定性
B [共价键的饱和性决定了各原子相互结合的数量关系。]
2．下列说法中不正确的是( )
A．双键、三键都有π键
B．成键原子间原子轨道重叠越多，共价键越牢固
C．因每个原子未成对电子数是一定的，故配对原子个数也一定
D．所有σ键在空间都有自己的方向性
D [s?s
σ键无论s轨道从哪个方向重叠都相同，因此这种共价键没有方向性。]
3．比较下列共价键的形成过程，其中形成的是π键的是( )
A [选项A是2个p轨道“肩并肩”重叠形成的π键；选项B是s轨道与p轨道重叠形成的σ键；选项C是2个p轨道重叠形成的σ键；选项D是两个s轨道重叠形成的σ键。]
4．(素养题)σ键可由s轨道与s轨道、s轨道与p轨道以及p轨道与p轨道以“头碰头”方式重叠而成。则下列分子中的σ键是由s轨道与p轨道以“头碰头”方式重叠而成的是( )
A．H2
B．HCl
C．Cl2
D．F2
B [H2分子中的σ键为s?s
σ键，HCl分子中的σ键为s?p
σ键，Cl2、F2分子中的σ键均为p?p
σ键。]
5．下列说法中正确的是( )
A．双原子分子中化学键键能越大，分子越牢固
B．双原子分子中化学键键长越长，分子越牢固
C．双原子分子中化学键键角越大，分子越牢固
D．同一分子中，σ键与π键的原子轨道重叠程度一样多，只是重叠的方向不同
A [化学键键能越大，断键时消耗的能量越多，分子越牢固，A正确；化学键键长越长，越容易断裂，分子越不牢固，B错误；化学键键能决定分子的稳定性，C错误；π键是“肩并肩”重叠，σ键是“头碰头”重叠，形成σ键的原子轨道重叠程度大于π键，D错误。]
6．从键长的角度来判断下列共价键中最稳定的是( )
A．H—F
B．N—H
C．C—H
D．S—H
A [原子半径越小，与氢化合形成的共价键键长越短，键能越大，共价键越稳定。F、N、C、S4种非氢元素中，F原子的半径最小，H—F键的键长最短，故H—F键最稳定，A项正确。]
7．下列分子中，只有σ键没有π键的是( )
A．CH4
B．N2
C．CH2===CH2
D．CH≡CH
A [两原子间形成共价键，先形成σ键，然后再形成π键，即共价单键全部为σ键，共价双键、共价三键中一定含有一个σ键，其余为π键。]
8．(双选)下列说法中正确的是( )
A．键能越大，表示化学键越牢固，难以断裂
B．两原子核越近，键长越长，化学键越牢固，性质越稳定
C．破坏化学键时，消耗能量，而形成新的化学键时，则释放能量
D．键能、键长只能定性地分析化学键的特性
AC [键能越大，键长越短，化学键越牢固。]
9．下列分子中，同时含有极性键和非极性键的是( )
A．H2S
B．N2
C．CS2
D．H2O2
D [H2S和CS2仅含极性键，N2中仅含非极性键。]
10．下列事实不能用键能的大小来解释的是( )
A．N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定
B．稀有气体一般难发生反应
C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱
D．F2比O2更容易与H2反应
B [由于N2分子中存在N≡N键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的键长逐渐变长，键能逐渐变小，所以稳定性逐渐减弱；由于H—F键的键能大于H—O键的键能，所以更容易生成HF。]
11．下列分子式对应的结构式中，从成键情况看不合理的是( )
B [可根据每种元素形成的化学键数目进行判断，氮原子能形成3个共价键，碳原子和硅原子均能形成4个共价键，硫原子和氧原子均能形成2个共价键，氢原子能形成1个共价键。B项中C、Si原子均应形成4个共价键，成键情况不合理。]
12．意大利罗马大学的Fulvio
Cacace等人获得了极具理论研究意义的气态N4分子，其分子结构如图所示。已知断裂1
mol
N—N键吸收167
kJ
热量，生成1
mol
N≡N键放出942
kJ热量，根据以上信息和数据，判断下列说法正确的是( )
A．N4属于一种新型的化合物
B．N4分子中存在非极性键
C．N4分子中N—N键键角为109.5°
D．1
mol
N4转变成N2将吸收882
kJ热量
B [N4是由氮元素形成的一种单质，不是新型的化合物，A错；氮元素是活泼的非金属元素，氮元素与氮元素之间形成的是非极性键，B正确；N4分子是正四面体结构，键角是60°，C错；已知断裂1
mol
N—N键吸收167
kJ热量，生成1
mol
N≡N键放出942
kJ热量，则1
mol
N4转变成N2时的反应热ΔH＝6×167
kJ·mol－1－2×942
kJ·mol－1＝－882
kJ·mol－1，即该反应是放热反应，因此1
mol
N4转变成N2将放出882
kJ热量，D错。]
13．碳和硅的有关化学键键能如下表所示，简要分析和解释下列有关事实：
化学键
C—C
C—H
C—O
Si—Si
Si—H
Si—O
键能/(kJ·mol－1)
356
413
336
226
318
452
(1)硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是____________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
______________________________________________________________。
(2)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
[解析] (1)C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定。而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成。
(2)C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键。
[答案] (1)依据图表中键能数据分析，C—C键、C—H键键能大，难断裂；Si—Si键、Si—H键键能较小，易断裂，导致长链硅烷难以生成
(2)SiH4稳定性小于CH4，更易生成氧化物，是因为C—H键键能大于C—O键的，C—H键比C—O键稳定。Si—H键键能远小于Si—O键的，不稳定，倾向于形成稳定性更强的Si—O键
14．回答下列问题：
(1)1
mol
CO2中含有的σ键数目为________________________________。
(2)已知CO和CN－与N2结构相似，CO分子内σ键与π键个数之比为________。HCN分子中σ键与π键数目之比为________。
(3)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的—个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。肼可用作火箭燃料，燃烧时发生反应：
N2O4(l)＋2N2H4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－1
038.7
kJ·mol－1
若该反应中有4
mol
N—H键断裂，则形成的π键有________mol。
(4)C、H元素形成的化合物分子中共有16个电子，该分子中σ键与π键的个数比为________。
(5)1
mol乙醛分子中含σ键的数目为________个，1个CO(NH2)2分子中含有σ键的个数为________。
(6)CH4、NH3、H2O、HF分子中共价键的极性由强到弱的顺序是_____________________________________________________。
[解析] (1)CO2分子内含有碳氧双键，双键中一个是σ键，另一个是π键，则1
mol
CO2中含有的σ键个数为2NA。
(2)N2的结构式为N≡N，推知CO的结构式为C≡O，含有1个σ键、2个π键；CN－的结构式为[C≡N]－，HCN的结构式为H—C≡N，HCN中σ键与π键均为2个。
(3)反应中有4
mol
N—H键断裂，即有1
mol
N2H4参加反应，生成1.5
mol
N2，则形成的π键有3
mol。
(4)设分子式为CmHn，则6m＋n＝16，解之得m＝2，n＝4，即C2H4，结构式为。单键为σ键，双键有1个σ键和1个π键，所以一个C2H4分子中共含有5个σ键和1个π键。
(5)乙醛与CO(NH2)2的结构简式分别为、，故1
mol乙醛中含有σ键6NA个，1个CO(NH2)2分子中含有7个σ键。
(6)两个成键原子的电负性差别越大，它们形成共价键的极性就越大(或从非金属性强弱上来判断)。由于电负性：F＞O＞N＞C，因此四种元素与H形成的共价键的极性：F—H＞O—H＞N—H＞C—H。
[答案] (1)2NA(或1.204×1024) (2)1∶2 1∶1
(3)3 (4)5∶1 (5)6NA(或3.612×1024) 7
(6)HF＞H2O＞NH3＞CH4
[素养培优练]
15．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．不与氢氧化钠溶液发生反应
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，故可以与氢氧化钠溶液反应。]
16．化合物A是一种新型锅炉水除氧剂，其结构式为，下列说法正确的是(其中NA表示阿伏加德罗常数的值)( )
A．A分子中只含极性键，不含非极性键
B．A分子中的共用电子对数为11
C．1
mol
A分子中所含σ键的数目为10NA
D．A是共价化合物
D [N—N键是非极性键，A项不正确；A分子中含有10个共价单键，含有一个碳氧双键，故A分子中的共用电子对数为12，所含σ键的数目为11，B、C项不正确；A分子中只有共价键，故A是共价化合物，D项正确。]
17．由短周期前10号元素组成的物质T和X有如图所示的转化。X不稳定，易分解。下列有关说法正确的是( )
A．为使该转化成功进行，Y可以是酸性KMnO4溶液
B．等物质的量的T、X分子中含有π键的数目均为NA
C．X分子中含有的σ键个数是T分子中含有的σ键个数的2倍
D．T分子中只含有极性键，X分子中既含有极性键又含有非极性键
A [由球棍模型可知，T为HCHO，X不稳定，易分解，则X为H2CO3，Y为氧化剂，可以选择氧化性较强的酸性KMnO4溶液，A项正确；B项中要注意等物质的量并不一定是1
mol；X分子中含有的σ键个数为5，T分子中含有的σ键个数为3，C项错误；T、X分子均只含有极性键，无非极性键，D项错误。]
18．六氟化硫分子呈正八面体结构(如图所示)，在高电压下仍有良好的绝缘性，性质稳定，在电器工业方面有着广泛的用途，但逸散到空气中会引起强温室效应，下列有关六氟化硫的推测正确的是( )
A．六氟化硫中各原子均为8电子稳定结构
B．六氟化硫易燃烧生成二氧化硫
C．六氟化硫分子中含极性键、非极性键
D．S—F键是σ键，且键长、键能都相等
D [根据题图知，每个F原子和1个S原子形成1对共用电子对，每个S原子和6个F原子形成6对共用电子对，所以F原子都达到8电子稳定结构，但S原子最外层达到12电子，A错误；六氟化硫中F为－1价，S为＋6价，
S元素不能再失去电子，所以不能被氧化，故六氟化硫不易燃烧生成二氧化硫，B错误；同种原子间形成非极性键，不同种原子间形成极性键，六氟化硫分子中的S—F键均为极性键，不含非极性键，C错误；六氟化硫分子中的S—F键都是σ键，为正八面体结构，所以键长、键能都相等，D正确。]
19．X、Y、Z、W是元素周期表前四周期中的常见元素，其原子序数依次增大。X元素的一种核素的质量数为12，中子数为6；Y元素是动植物生长不可缺少的、构成蛋白质的重要组成元素；Z的基态原子核外9个原子轨道上填充了电子且有2个未成对电子，与X不同族；W是一种常见元素，可以形成3种氧化物，其中一种氧化物是具有磁性的黑色晶体。
(1)Y2分子中存在的σ键和π键个数之比为________。
(2)X—H键和Y—H键属于极性共价键，其中极性较强的是________(X、Y用元素符号表示)键。X的第一电离能比Y的________(填“大”或“小”)。
(3)写出X的单质与Z的最高价氧化物对应水化物的浓溶液反应的化学方程式：_______________________________________________________________
_____________________________________________________。
(4)W的基态原子的价电子排布式为________________________________。
(5)已知一种Y4分子结构如图所示：断裂1
mol
Y—Y键吸收167
kJ的热量，生成1
mol
Y≡Y放出942
kJ热量。试写出由Y4气态分子变成Y2气态分子的热化学方程式：_______________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________。
[解析] X、Y、Z、W分别为C、N、S、Fe。(1)N2中有N≡N键，其中有1个σ键、2个π键。(2)C的非金属性比N
的弱，故C—H键和N—H键中极性较强的是N—H键。C的第一电离能比N的小。(3)C与浓硫酸加热时反应生成CO2、SO2和H2O。(4)铁的原子序数为26，其基态原子的价电子排布式为3d64s2。(5)由N4分子结构可知，1个N4分子中含有6个N—N键，故N4(g)===2N2(g) ΔH＝(167×6－942×2)kJ·mol－1＝－882
kJ·mol－1。
[答案] (1)1∶2 (2)N—H 小 (3)C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O (4)3d64s2 (5)N4(g)===2N2(g) ΔH＝－882
kJ·mol－1
7/9第2课时 分子的空间结构与分子性质
发
展
目
标
体
系
构
建
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.结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响。
一、分子中的原子排布与对称性
1．对称分子
(1)概念
依据对称轴的旋转或借助对称面的反映能够复原的分子。
(2)性质
具有对称性。
(3)与分子性质的关系
分子的许多性质如极性、旋光性等都与分子的对称性有关。
2．手性分子
(1)手性
一些分子本身和它们在镜中的像，就如同人的左手和右手，相似但不能重叠。
(2)手性分子
具有手性的分子叫做手性分子。一个手性分子和它的镜像分子构成一对对映异构体。
(3)不对称碳原子
对于仅通过单键连接其他原子的碳原子，当所连接的四个原子或基团均不相同时，这个碳原子称为不对称碳原子。
(4)应用
①手性分子缩合制蛋白质和核酸。
②分析药物有效成分异构体的生物活性和毒副作用。
③药物的不对称合成。
微点拨：手性分子是一类对称性比较低的分子，如它们不具有对称面。互为对映异构体的两种手性分子具有相反的旋光性。
二、分子中的电荷分布与极性
1．分子极性的实验探究
实验操作
在酸式滴定管中加入四氯化碳，打开活塞，将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近四氯化碳液流
在另一酸式滴定管中加入蒸馏水，打开活塞，并将用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近水流
现象
四氯化碳液流方向不变
水流方向发生改变
结论
四氯化碳液流与橡胶棒之间无电性作用
水流与橡胶棒之间有电性作用
解释
四氯化碳分子中无正极和负极之分
水分子中存在着带正电荷的正极和带负电荷的负极
2.极性分子和非极性分子
类别
极性分子
非极性分子
概念
分子内存在正、负两极的分子
分子内不存在正、负两极的分子
双原子分子
分子内含极性键
分子内含非极性键
多原子分子
分子内含极性键，分子空间结构不对称
分子内只含非极性键或分子空间结构对称
微点拨：“相似相溶”原理是指极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。
3．分子极性的判断
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)CH4分子是面对称。
(√)
(2)NH3和H2O分子是面对称。
(×)
(3)由极性键构成的分子都是极性分子。
(×)
(4)含有不对称碳原子的分子都是极性分子。
(√)
2．下列化合物中含3个不对称碳原子的是( )
C [A项中含有1个不对称碳原子，B项中含有2个不对称碳原子，D项中含有1个不对称碳原子。]
3．请写出表中分子的空间结构，判断其中哪些属于极性分子，哪些属于非极性分子。
[解析] 由于O2、CO2、BF3、CCl4空间结构对称，所以它们均为非极性分子；HF、H2O、NH3的空间结构不对称，所以它们均为极性分子。
[答案]
手性分子(素养养成——宏观辨识与微观探析)
1．有人说“手性分子和镜像分子完全相同，能重合”，对吗？二者什么关系？
提示：手性分子，是化学中结构上镜像对称而又不能完全重合的分子。这种情形像是镜子里和镜子外的物体那样，看上去互为对映。由于是三维结构，它们不管怎样旋转都不会重合，就像左手和右手那样，称这两种分子具有手性，又叫手性分子。因此一个手性分子和它的镜像分子构成一对对映异构体。
2．构成不对称碳原子(手性碳原子)的条件？
提示：与碳原子连接的四个原子或基团均不相同。
1．手性异构体与手性分子
具有完全相同的组成和原子排列的一对分子，如同左手与右手一样互为镜像，却在三维空间里不能重叠，互称为手性异构体。有手性异构体的分子叫做手性分子。
2．手性分子的成因
当四个不同的原子或基团连接在同一个碳原子上时，这个碳原子是不对称碳原子。这种分子和它“在镜中的像”就不能重叠，因而表现为“手性”。手性分子中的不对称碳原子称为手性碳原子。例如，CHBrClF是一个简单的手性分子，如图1所示的两个分子互为镜像。又如，丙氨酸分子(手性碳原子上连接—H、—CH3、—NH2、—COOH)的手性如图2所示。
3．手性合成
生产手性药物必须把手性异构体分离开，因为手性异构体药物分子中往往是一种能治病、没有毒副作用，而另一种却有毒副作用。按照获得2001年诺贝尔化学奖的三位科学家的合成方法，可以只得到一种或者主要只得到一种手性分子，不得到或者基本上不得到它的手性异构体，这种独特的合成方法称为手性合成。手性催化剂只催化或者主要催化一种手性分子的合成。手性分子在生命科学和生产手性药物方面有广泛的应用。手性合成是当代化学的热点之一，是21世纪化学研究的重要领域。
【例1】 下列分子含有手性碳原子，属于手性分子的是( )
C [抓住“手性”的含义，碳原子上连接有四个不同的原子或原子团，即为手性碳原子。]
分子是否表现手性的判断
分子表现手性，是因为其含有手性碳原子。如果一个碳原子所连接的四个原子或基团各不相同，那么该碳原子称为手性碳原子，用
C来表示。例如是互不相同的原子或基团。所以，判断一种有机物分子是否具有手性，就看其含有的碳原子是否连有四个不同的原子或基团。
1．下列有机物分子具有手性异构体的是( )
C [存在手性异构体的分子中至少存在1个连有四个不同原子或基团的碳原子。因此4个选项中只有C项中存在手性异构体，中标有“
”的碳原子是手性碳原子，其余碳原子均不是手性碳原子。]
2．下图中两分子的关系是( )
A．互为同分异构体
B．是同一种物质
C．是手性分子
D．互为同系物
B [本题很容易看成为镜面对称结构而选择手性分子，但根据手性分子的判断方法，根本找不到手性碳原子，所以不是手性分子；分子相同，结构相同，是同一种物质。]
判断分子极性的方法(素养养成——证据推理与模型认知)
1．双原子形成的分子一定是非极性分子吗？
提示：不是。两个同种原子形成的单质一定是非极性分子，但是由两个不同原子形成的化合物分子一定是极性分子。
2．极性分子的电荷分布不均匀，非极性分子的电荷分布均匀吗？
提示：非极性分子的空间结构对称，因此电荷分布均匀，不显极性；极性分子的空间结构不对称，因此电荷分布不均匀，显示极性。
1．根据分子的对称性判断
分子结构对称，正电荷重心和负电荷重心重合，则为非极性分子，正、负电荷重心不重合，则为极性分子。
2．根据键的极性判断
3．判断ABn型分子极性的经验规律
(1)化合价法：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。
(2)孤电子对法：若中心原子有孤电子对则为极性分子，否则为非极性分子。如BF3、CO2等为非极性分子，NH3、H2O、SO2等为极性分子。
4．常见分子极性与非极性的判断
分子类型
键的极性
分子对
分子极性
代表物
双原子分子
A2
非极性键
直线形(对称)
非极性
H2、O2、Cl2、N2等
AB
极性键
直线形(不对称)
极性
HF、HCl、CO、NO等
三原子分子
A2B(或AB2)
极性键
直线形(对称)
非极性
CO2、CS2等(键角180°)
极性键
角形(不对称)
极性
H2O(键角104．5°)、SO2(键角119．5°)等
四原子分子
AB3
极性键
平面三角形(对称)
非极性
BF3、BCl3等
极性键
三角锥形(不对称)
极性
NH3(键角107.3°)等
五原子分子
AB4
极性键
正四面体形(对称)
非极性
CH4、CCl4(键角109°28′)等
ABnC4－n
(n<4且为整数)
极性键
四面体形(不对称)
极性
CHCl3、CH2Cl2等
【例2】 研究表明：H2O2具有立体结构，两个氢原子像在一本半展开的书的两页纸上，两页纸面的夹角为94°，氧原子在书的夹缝上，O—H键与O—O键之间的夹角为97°。下列说法错误的是( )
A．H2O2分子中既含极性键，又含非极性键
B．H2O2为极性分子
C．H2O2分子中的两个O原子均是sp3杂化
D．H2O2分子中既有σ键，又有π键
D [H2O2分子中存在2个O—H极性键和1个O—O非极性键，A项正确；根据H2O2的结构可知，H2O2分子中正、负电荷重心不重合，H2O2为极性分子，B项正确；H2O2分子中两个O原子都分别形成1个O—H
σ键和1个O—O
σ键，O原子上还有两对孤电子，两个O原子均为sp3杂化，C项正确；H2O2分子中只有单键，故只有σ键，没有π键，D项错误。]
1．下列说法正确的是( )
A．由极性键构成的分子都是极性分子
B．含非极性键的分子一定是非极性分子
C．极性分子一定含有极性键，非极性分子一定含有非极性键
D．以极性键结合的双原子分子一定是极性分子
D [由极性键构成的分子若空间结构均匀对称，则分子是非极性分子，A项说法错误；含非极性键的分子也可能含有极性键，分子也可能是极性分子，如CH3CH2OH等，B项说法错误；CO2是由极性键形成的非极性分子，C项说法错误；以极性键结合的双原子分子都是极性分子，D项说法正确。]
2．在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2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__________________。
[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，三角锥形结构；CS2与CO2相似，以极性键结合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，正四面体结构，非极性分子；N2是由非极性键结合的非极性分子。
[答案] (1)N2 (2)CS2 (3)CH4 (4)NH3
(5)NH3、H2O、CH4
1．下列分子为手性分子的是( )
B [手性分子中应含有手性碳原子，根据手性碳原子的定义可知，手性碳原子上连有四个不同的原子或基团。B项分子中，中间碳原子上连有—CH3、—H、—NH2、—COOH四种不同的原子或基团，故该分子是手性分子。]
2．实验测得BeCl2为共价化合物，两个Be—Cl键间的夹角为180°。由此可见，BeCl2属于( )
A．由极性键构成的非极性分子
B．由极性键构成的极性分子
C．由非极性键构成的极性分子
D．由非极性键构成的非极性分子
A [Be—Cl共价键为不同元素的原子间形成的极性键，BeCl2为直线形对称结构，故为非极性分子。]
3．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
D [H2O分子中O—H键为极性键，H2O分子为角形，结构不对称，是极性分子；Cl2是双原子单质分子，Cl—Cl键是非极性键，属含非极性键的非极性分子；NH3分子中N—H键是极性键，分子结构是三角锥形，N原子位于顶端，正、负电荷重心不重合，是极性分子；CCl4分子中C—Cl键是极性键，分子结构呈正四面体形，C原子位于正四面体中心，四个Cl原子分别位于正四面体的四个顶点，正、负电荷重心重合，是非极性分子。]
4．(素养题)相似相溶规律：一般来说，由极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂。以下事实不能用相似相溶规律解释的是( )
A．HCl易溶于水
B．I2易溶于CCl4
C．Cl2可溶于水
D．NH3难溶于苯
C [Cl2为非极性分子，H2O为极性分子，Cl2可溶于水不能用相似相溶规律解释。]
5．A、B、C、D、E为五种由短周期元素构成的微粒，它们都有10个电子，其结构特点如下：
微粒
A
B
C
D
E
原子核数
双核
多核
单核
多核
多核
电荷数
1－
0
2＋
1＋
0
其中：B是由极性键构成的4原子分子，A和D可以形成B和E。
(1)A、C、E的化学式是：A__________、C__________、
E________。
(2)B分子是________分子(填“极性”或“非极性”)，室温下，等物质的量的B与盐酸反应后，溶液pH________7(填“<”“>”或“＝”)。
(3)B、E两种分子的空间结构分别为B________、E________。
[解析] 常见的10电子微粒有：(1)分子：CH4、NH3、H2O、HF、Ne。(2)离子：Na＋、Mg2＋、Al3＋、F－、O2－、N3－、OH－、NH、H3O＋等。据题给信息可知A为OH－、C为Mg2＋、B为NH3、D为NH、E为H2O。
[答案] (1)OH－ Mg2＋ H2O (2)极性 <
(3)三角锥形 角形
11/11第2节 共价键与分子的空间结构
第1课时 分子空间结构的理论分析
发
展
目
标
体
系
构
建
1.能用杂化轨道理论解释或预测某些分子或离子的空间结构。2.理解价电子对互斥理论和等电子原理，能根据有关理论、原理判断简单分子或离子的空间结构。3.通过分析常见分子或离子的空间结构，构建利用杂化轨道理论、电子对互斥理论的认知模型。
一、杂化轨道理论
1．轨道杂化和杂化轨道
2．甲烷分子的空间结构
(1)甲烷的分子组成和结构
分子式
空间结构
空间填充模型
球棍模型
CH4
(2)甲烷中碳原子的杂化类型
3．苯分子的空间结构
(1)苯的空间结构
(2)苯分子中的大π键：六个碳原子上各有一个未参与杂化的垂直于碳环平面的2p轨道，这六个轨道以“肩并肩”的方式形成含有六个电子、属于六个碳原子的大π键。
4．杂化轨道的类型
杂化类型
sp
sp2
sp3
用于杂化的原子轨道及数目
s
1
1
1
p
1
2
3
杂化轨道的数目
2
3
4
杂化轨道间的夹角
180°
120°
109°28′
空间结构
直线形
平面三角形
正四面体形
实例
CO2、C2H2
BF3、SO3
CH4、CCl4
二、价电子对互斥理论
1．价电子对互斥理论
(1)价电子对互斥理论基本观点：分子中的中心原子的价电子对——成键电子对(bp)和孤电子对(lp)由于相互排斥作用，处于不同的空间取向且尽可能趋向于彼此远离。
(2)
(3)若中心原子没有孤电子对，为使价电子对之间的斥力最小，使分子的结构尽可能采取对称的结构。
微点拨：多重键、成键电子对与孤电子对的斥力大小顺序为三键—三键＞三键—双键＞双键—双键＞双键—单键＞单键—单键，lp—lp?lp—bp＞bp—bp。
2．等电子原理
(1)内容：化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和相同的化学键类型等结构特征。
(2)应用
①判断一些简单分子或原子团的空间结构。
a．SO、PO等离子具有AX4通式，价电子总数为32，中心原子采取sp3杂化，呈四面体形空间结构。
b．SO、ClO等离子具有AX3通式，价电子总数为26，中心原子采取sp3杂化，由于存在孤电子对，分子呈三角锥形空间结构。
②利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。
③利用等电子原理针对某物质找等电子体。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)有多少个原子轨道发生杂化就形成多少个杂化轨道。
(√)
(2)杂化轨道用于形成π键。
(×)
(3)苯分子中C原子发生sp2杂化。
(√)
(4)中心原子采用sp3杂化的分子，其空间结构均为四面体形。
(×)
2．下列有关键角与分子空间结构的说法不正确的是( )
A．键角为180°的分子，空间结构是直线形
B．键角为120°的分子，空间结构是平面三角形
C．键角为60°的分子，空间结构可能是正四面体形
D．键角为90°～109°28′之间的分子，空间结构可能是角形
B [键角为180°的分子，空间结构是直线形，例如CO2分子是直线形分子，A正确；苯分子的键角为120°，但其空间结构是平面正六边形，B错误；白磷分子的键角为60°，空间结构为正四面体形，C正确；水分子的键角为104.5°，空间结构为角形，D正确。]
3．下列图形表示sp2杂化轨道的电子云轮廓图的是( )
A B C D
D [A项，杂化轨道的空间结构为直线形，夹角为180°，共有2个杂化轨道，为sp杂化，错误；B项，未形成杂化轨道，错误；C项，杂化轨道的空间结构为正四面体形，共有4个杂化轨道，为sp3杂化，错误；D项，杂化轨道的空间结构为平面三角形，夹角为120°，共有3个杂化轨道，为sp2杂化，正确。]
杂化轨道理论(素养养成——证据推理与模型认知)
甲烷分子的立体结构模型
1．试从碳原子的轨道表示式分析碳原子的单电子个数，若按照共价键的饱和性分析，甲烷的化学式是什么？
提示：由可知碳原子有两个单电子，若按照共价键的饱和性分析，C原子能与2个H原子结合，甲烷的化学式应写作CH2。
2．若碳原子的价电子激发后再与H原子的电子配对，由于电子的能级不同(如图所示)甲烷分子应具有不规则的四面体形结构，实际上甲烷分子呈正四面体形结构，为什么？
提示：当碳原子与4个氢原子形成甲烷分子时，
为了四个杂化轨道在空间尽可能远离，使轨道间的排斥最小，能量最低，4个杂化轨道的伸展方向分别指向正四面体的四个顶点。
四个H原子分别以4个s轨道与C原子上的四个sp3杂化轨道相互重叠后，就形成了四个性质、能量和键角都完全相同的s?sp3σ键，形成一个正四面体形结构的分子。
1．杂化轨道的特点
(1)形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。
(2)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的。
(3)杂化前后轨道数目不变。
(4)杂化后轨道伸展方向、形状发生改变。
(5)只有能量相近的轨道才能杂化(ns、np)。
2．分子空间结构的确定
杂化轨道类型
杂化理论模型
成键电子对数
孤电子对数
电子对的排列方式
分子的空间结构
实例
sp
直线形
2
0
直线形
HC≡CH、BeCl2、CO2
sp2
平面三角形
3
0
平面三角形
BF3、BCl3
2
1
角形
SnBr2、PbCl2
sp3
四面体形
4
0
正四面体形
CH4、CCl4
3
1
三角锥形
NH3、NF3
2
2
角形
H2O
微点拨：(1)杂化轨道只用于形成σ键或容纳孤电子对。
(2)未参与杂化的p轨道可用于形成π键。
【例1】 下列说法正确的是( )
A．中心原子为sp3杂化的分子一定是四面体形结构
B．中心原子为sp2杂化的分子不一定是平面形结构
C．通过sp3杂化轨道形成的化合物分子中含有σ键
D．通过sp2或sp杂化轨道形成的化合物分子中一定含有π键
C [有孤电子对的中心原子采用sp3杂化形成的化合物可能是角形或三角锥形，A项错误；中心原子为sp2杂化的分子一定是平面结构，B项错误；sp3杂化轨道只能形成σ键，C项正确；BF3中的B原子为sp2杂化，BeF2中Be原子为sp杂化，但二者中均没有π键，D项错误。]
当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子的结构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形结构，而呈角形；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形结构，而呈三角锥形。即略去孤电子对占据的杂化轨道就是分子的空间结构。
1．下列各物质中的中心原子不是采用sp3杂化的是( )
A．NH3
B．H2O
C．CO2
D．CCl4
C [NH3为三角锥形，但中心原子氮原子采用sp3杂化，形成4个等同的轨道，其中一个由一对孤电子对占据，余下的3个未成对电子各占一个。H2O为角形，但其中的氧原子也是采用sp3杂化形成4个等同的轨道，其中两对孤电子对分别占据两个轨道，剩余的2个未成对电子各占一个。CCl4分子中C原子也采用sp3杂化，但CO2分子中C原子为sp杂化，CO2为直线形分子。]
2．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空间结构都是正四面体形
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型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
C [中心原子采取sp3杂化，分子的空间结构可能为正四面体形，但如果中心原子还有孤电子对，分子的空间结构不是正四面体形。CH4分子中的sp3杂化轨道是C原子的一个2s轨道与三个2p轨道杂化而成的。AB3型的共价化合物，A原子可能采取sp2杂化或sp3杂化。]
3．乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物，分子中氮、碳的杂化类型分别是________、________。
[答案] sp3 sp3
确定分子空间结构的简易方法(素养养成——证据推理与模型认知)
根据以下事实总结：如何判断一个化合物的中心原子的杂化类型？
提示：一看：分子的空间结构，如果是直线形，则是sp杂化；如果是平面三角形，则是sp2杂化；如果是正四面体形，则是sp3杂化。
二看：中心碳原子有没有形成双键或三键，如果有1个三键，则其中有2个是π键，用去了2个p轨道，所以形成的是sp杂化；如果有1个双键，则其中有1个π键，用去了1个p轨道，所以形成的是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化。
1．价电子对互斥理论(VSEPR理论)在确定分子空间结构中的应用
(1)确定中心原子A的价电子数目
①对于ABm型分子，中心原子的杂化轨道数可以这样计算。
n＝(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数)
例如：
代表物
杂化轨道数(n)
杂化轨道类型
CO2
(4＋0)＝2
sp
CH2O
(4＋2＋0)＝3
sp2
CH4
(4＋4)＝4
sp3
SO2
(6＋0)＝3
sp2
NH3
(5＋3)＝4
sp3
H2O
(6＋2)＝4
sp3
②离子的杂化轨道计算
n＝(中心原子的价电子数＋配位原子的成键电子数±电荷数)。
代表物
杂化轨道数(n)
杂化轨道类型
NO
(5＋1)＝3
sp2
NH
(5－1＋4)＝4
sp3
(2)确定价电子对的空间结构
由于价电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能地相互远离。价电子对的空间结构与价电子对数目的关系如下表：
价电子对数目
2
3
4
5
6
价电子对结构
直线形
三角形
正四面体形
三角双锥形
正八面体形
(3)分子空间结构确定
根据分子中成键电子对数和孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子空间结构，如下表：
价电子对数
成键电子对数
孤电子对数
VSEPR模型
分子空间结构
实例
2
2
0
直线形
直线形
BeCl2
3
3
0
三角形
三角形
BF3
2
1
角形
SnBr2
4
4
0
四面体形
四面体形
CH4
3
1
三角锥形
NH3
2
2
角形
H2O
中心原子上的孤电子对数＝
。
例如，H2O中的中心原子为氧原子，其价电子数为6，氢原子未成对电子数为1，可知：
氧原子上的孤电子对数＝＝2
2．等电子原理在确定分子结构中的应用
(1)互为等电子体应满足的条件
①化学通式相同。
②价电子总数相等。
(2)等电子原理的应用
①利用等电子原理可以判断一些简单分子或原子团的空间结构。如NH3和H3O＋的空间结构相似(三角锥形)；SiCl4、SO、PO都呈四面体形空间结构。
②等电子体不仅有相似的空间结构，且有相似的性质。
【例2】 下列分子或离子中，VSEPR模型名称与分子或离子的空间结构名称不一致的是( )
A．CO2
B．CO
C．H2O
D．CCl4
C [CO2分子中C原子价层电子对数是2，VSEPR模型为直线形，中心原子不含孤电子对，分子结构为直线形，VSEPR模型与空间结构一致，A不符合题意；CO含有3个σ键，中心原子C原子的孤电子对数＝×(4＋2－2×3)＝0，所以中心空间C原子价层电子对数是3，VSEPR模型为平面三角形，不含孤电子对，CO的空间结构为平面三角形，VSEPR模型与空间结构一致，B不符合题意；水分子中中心原子O原子的价电子对数＝2＋×(6－2×1)＝4，VSEPR模型为正四面体形，中心原子O原子含有2对孤电子对，则水分子的空间结构是角形，VSEPR模型与空间结构不一致，C符合题意；CCl4分子中，中心原子C原子的价电子对数＝4＋×(4－1×4)＝4，VSEPR模型为正四面体形，中心原子不含孤电子对，空间结构为正四面体形，VSEPR模型与空间结构一致，D不符合题意。]
当中心原子有孤电子对时，VSEPR模型与分子结构不一致。
1．下列分子的空间结构是正四面体形的是( )
①CH4 ②NH3 ③CF4 ④SiH4 ⑤C2H4 ⑥CO2
A．①②③
B．①③④
C．②④⑤
D．①③⑤
B [C原子与Si原子的价电子式都是ns2np2结构，参与成键时都是形成了4个sp3杂化轨道，故它们形成的①CH4、③CF4和④SiH4的空间结构都是正四面体形。NH3为三角锥形，C2H4为平面形，CO2为直线形。]
2．通常把原子总数和价电子总数相同的分子或原子团称为等电子体，人们发现等电子体的空间结构相同。已知B3N3H6分子的结构与苯相似，则下列有关说法中正确的是( )
A．CH4和NH互为等电子体，键角均为60°
B．NO和CO互为等电子体，均为平面三角形结构
C．H3O＋和PCl3互为等电子体，均为三角锥形结构
D．B3N3H6和苯互为等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道
B [CH4和NH的原子数都是5，价电子总数都是8，互为等电子体，空间结构为正四面体结构，键角为109°28′，故A错误；NO和CO的原子数都是4，价电子总数都是24，互为等电子体，均为平面三角形结构，故B正确；H3O＋价电子总数是8，PCl3价电子总数是26，二者价电子总数不同，不互为等电子体，故C错误；B3N3H6分子的结构类似苯，存在π键，π键是p轨道以“肩并肩”的方式重叠形成的，所以B3N3H6分子中存在“肩并肩”式重叠的轨道，故D错误。]
等电子体的换算方法
(1)将微粒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和CO、N和CNO－互为等电子体。
(2)将微粒中一个或几个原子换成原子序数增加(或减少)n的元素对应的带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，故可将微粒中的原子换成同主族元素原子，如O3和SO2互为等电子体。
如图所示为H2O分子的结构模型。
1．成键电子对与孤电子对之间斥力大小顺序是什么？
提示：lp—lp?lp—bp＞bp—bp。
2．氧原子的价电子排布式为2s22p2，两个2p轨道各有一个未成对电子，可分别与一个H原子的1s电子形成一个σ键，不须杂化。但事实是：氧原子形成了四个sp3杂化轨道，且键角是104.5°，空间结构为角形，怎么解释？
提示：在形成水分子时，O的2s轨道和2p轨道发生了sp3杂化，形成四个sp3杂化轨道，呈正四面体形。其中两个sp3杂化轨道中各有一个未成对电子，另外两个sp3杂化轨道已有两对孤电子对，不再成键。氧原子与氢原子化合时，O的sp3杂化轨道与H的1s轨道重叠，形成两个σ键。由于两对孤电子对的电子云密集在O的周围，对两个成键的电子对有更大的排斥作用，使O—H键之间的键角被压缩，因此H2O分子的空间结构为角形。
通过本情境素材中分子空间结构的理论分析，提升了“证据推理与模型认知”的学科素养。
1．能正确表示CH4中碳原子成键方式的示意图为( )
D [碳原子中的2s轨道与2p轨道形成4个等性的杂化轨道，因此碳原子最外层上的4个电子分占在4个sp3杂化轨道上并且自旋方向相同。]
2．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杂化轨道形成的σ键，C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
D．C—C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
A [乙烯分子中存在4个C—H键和1个C===C键，碳原子上没有孤电子对，成键数为3，则C原子采取sp2杂化，碳氢键是sp2杂化轨道形成的σ键，碳碳双键中有1个是sp2杂化轨道形成的σ键，还有1个是未参加杂化的2p轨道形成的π键，A正确。]
3．下列微粒中，含有孤电子对的是( )
A．SiH4
B．H2O
C．CH4
D．NH
B [根据价电子对互斥理论可知，H2O中中心原子O原子上的孤电子对数是＝2，其余选项中的微粒都不存在孤电子对，B正确。]
4．(素养题)用层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的空间结构，也可推测键角大小，下列判断正确的是( )
A．CS2是角形分子
B．SnBr2键角大于120°
C．BF3是三角锥形分子
D．NH键角等于109°28′
D [CS2中中心原子C原子的孤电子对数为×(4－2×2)＝0，价电子对数为2＋0＝2，VSEPR模型为直线形，C原子上没有孤电子对，则CS2是直线形分子，A项错误；SnBr2中中心原子Sn原子上的孤电子对数为×(4－2×1)＝1，σ键个数为2，价电子对数为2＋1＝3，VSEPR模型为平面三角形，由于孤电子对与成键电子对间的排斥作用大于成键电子对间的排斥作用，故SnBr2的键角小于120°，B项错误；BF3中中心原子B原子上的孤电子对数为×(3－3×1)＝0，σ键个数为3，价电子对数为3＋0＝3，VSEPR模型为平面三角形，B原子上没有孤电子对，BF3是平面三角形分子，C项错误；NH中中心原子N原子上的孤电子对数为×(5－1－4×1)＝0，σ键个数为4，价电子对数为4＋0＝4，VSEPR模型为正四面体形，N原子上没有孤电子对，NH的空间结构为正四面体形，键角等于109°28′，D项正确。]
5．(1)SeO3的空间结构为______________，SeO的VSEPR模型为______________。
(2)与SeO3互为等电子体的一种阴离子为________(填化学式)。
(3)SCl和PCl3互为等电子体，SCl的空间结构是______________。S—Cl键的键长________P—Cl键的键长(填“>”“＝”或“<”)，原因是__________
_______________________________________________________________。
(4)碳负离子(CH)的空间结构为___________________________________，
与CH互为等电子体的一种分子是________(填化学式)。
[解析] (1)SeO3的中心原子Se原子的价电子对数是3，且不存在孤电子对，所以其空间结构为平面三角形；SeO的中心原子Se原子的层电子对数是3＋＝4，所以其VSEPR模型为四面体形。
(2)等电子体的原子总数相同、价电子总数相同，故与SeO3互为等电子体的阴离子为CO、NO或SiO。
(3)SCl中中心原子S原子的价电子对数＝σ键个数＋孤电子对数＝3＋×(6－1－3×1)＝4，且含1对孤电子对，所以其空间结构为三角锥形；键长与形成键的原子半径有关，S原子半径小于P原子半径，故S—Cl键键长比P—Cl键键长小。
(4)CH中中心原子C原子的价电子对数＝3＋×(4＋1－3×1)＝4，且含1对孤电子对，故其空间结构为三角锥形；等电子体的原子总数相等、价电子总数相等，因此与CH互为等电子体的分子可以为NH3或PH3。
[答案] (1)平面三角形 四面体形
(2)CO(或NO、SiO)
(3)三角锥形 ＜ S原子半径小于P原子半径，故S—Cl键要比P—Cl键短
(4)三角锥形 NH3(或PH3)
微专题2 杂化轨道类型的判断方法
1．根据分子的空间结构判断
由于常考的分子或离子结构多为直线形、平面三角形、角形、正四面体形、三角锥形等，故可按图索骥、简单判断。
分子或离子的空间结构
常见分子或离子
中心原子杂化轨道类型
直线形
CO2、CS2、BeCl2、HC≡CH、HC≡N等
sp
平面三角形
BF3、BCl3、SO3、NO、CO等
sp2
正四面体形
CH4、CCl4、SiF4、ClO、SO、PO、SiO等
sp3
三角锥形
NH3、NCl3、PH3、SO、ClO等
sp3
微点拨：常见的C2H4、C6H6为平面形分子，键角为120°，可推断其碳原子的杂化轨道类型为sp2。
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
平面三角形
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：
注意：对于阳离子，a＝中心原子价电子数－离子电荷数；对于阴离子，a＝中心原子价电子数＋|离子电荷数|。
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)。
如三聚氰胺(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3个σ键，用去基态氮原子5个价电子中的3个，余下1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2个σ键、1个π键，用去基态氮原子5个价电子中的3个，余下1对孤电子对，n＝3，则环内氮原子采用sp2杂化。
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：
(1)CH3CH===CH2分子中碳原子的杂化轨道类型判断，可看作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，也可看作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)B(OH)3可看作三个羟基取代了BF3中的氟原子，可知B(OH)3中硼原子采用sp2杂化。
甲醛分子的结构式如图所示，用2个Cl取代甲醛分子中的H可得到碳酰氯，下列描述正确的是( )
A．甲醛分子中有4个σ键
B．碳酰氯分子中的C原子为sp3杂化
C．甲醛分子中的H—C—H键角与碳酰氯分子中的Cl—C—Cl键角相等
D．碳酰氯分子的空间结构为平面三角形，分子中存在一个π键
D [甲醛分子中有3个σ键，A不正确；碳酰氯分子中的C原子为sp2杂化，B不正确；根据价层电子对互斥理论可知，碳酰氯分子中的氯原子有3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键角与碳酰氯分子中的Cl—C—Cl键角不相等，C不正确；碳酰氯分子的空间结构为平面三角形，碳与氧形成的双键中有一个是π键，D正确。]
1．甲烷中的碳原子采用sp3杂化，下列用
标注的碳原子的杂化类型和甲烷中的碳原子的杂化类型一致的是( )
A．CHCH2CH3
B．
CH2===CHCH3
C．CH2===
CHCH2CH3
D．HC≡
CCH3
A [CH4中碳原子为饱和碳原子，采用sp3杂化。A项，亚甲基碳原子为饱和碳原子，采用sp3杂化；B、C项，C===C中的不饱和碳原子采用sp2杂化；D项，C≡C中的不饱和碳原子采用sp杂化。A项符合题意。]
2．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)SeO中Se的杂化轨道类型为________，离子空间结构为________________。
(4)BCl3中的B采用________杂化，空间结构为________________________。
(5)PH3中的P采用________杂化，空间结构为________________________。
(6)NO中的N采用________杂化，空间结构为________________________。
[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)SeO：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。(4)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，分子空间结构为平面三角形。(5)PH3：P采用sp3杂化，其中一个杂化轨道上有一对电子不参与成键，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。(6)NO：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，未杂化的p轨道与两个O上的p轨道形成π键，离子空间结构为角形。
[答案] (1)sp3 正四面体形 (2)sp3 三角锥形
(3)sp3 正四面体形 (4)sp2 平面三角形 (5)sp3 三角锥形 (6)sp2 角形
18/18第1节 共价键模型
发
展
目
标
体
系
构
建
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。
一、共价键的形成与特征
1．共价键的形成
(1)氢分子中H—H键的形成
当两个氢原子(核外电子的自旋方向相反)相互接近到一定距离时，两个1s轨道发生重叠，电子在两原子核之间出现的概率增大，每个氢原子的原子核都会同时对自身和对方的1s轨道上的电子产生吸引作用，体系的能量达到最低状态。
(2)共价键的概念
原子间通过共用电子形成的化学键称为共价键。
(3)共价键的本质
当成键原子相互接近时，由于电子在两个原子核之间出现的概率增大，使得它们同时受到两个原子核的吸引，从而导致体系能量降低，形成化学键。即：高概率地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是共价键的本质。
微点拨：共价键的本质是电性作用，但这种电性作用是不能用经典的静电理论来解释的，它是通过量子力学用原子轨道的重叠来说明的。
(4)共价键的形成条件
①形成共价键的条件：电负性相同或差值小的非金属元素原子之间形成的化学键。
②形成共价键的微粒：共价键成键的微粒是原子。既可以是相同元素的原子，也可以是不同元素的原子。
(5)共价键的表示方法
人们常常用一条短线表示由一对共用电子所形成的共价键。
共价单键：如H—H键、Cl—Cl键、O—H键等。
共价双键：如O===O键、C===O键等。
共价三键：如N≡N键等。
2．共价键的特征
(1)饱和性：一个原子中的一个未成对电子与另一个原子中的一个未成对电子配对成键后，一般来说就不能再与其他原子的未成对电子配对成键了，即每个原子所能形成共价键的总数或以共价键连接的原子数目是一定的，这称为共价键的饱和性。显然，共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系。如氨分子的结构可表示为。
(2)方向性：共价键将尽可能沿着电子出现概率最大的方向形成，即共价键具有方向性。除s轨道是球形对称外，其他原子轨道都具有一定的空间取向。在形成共价键时，原子轨道重叠得多，电子在核间出现的概率大，所形成的共价键就牢固。共价键的方向性决定着分子的空间结构。
二、共价键的类型
1．σ键与π键
σ键：原子轨道以“头碰头”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键。
π键：原子轨道以“肩并肩”方式相互重叠导致电子在核间出现的概率增大而形成的共价键。
2．极性键和非极性键
按两原子核间的共用电子对是否偏移可将共价键分为极性键和非极性键。
形成元素
电子对偏移
原子电性
非极性键
同种元素
因两原子电负性相同，共用电子对不偏移
两原子均不显电性
极性键
不同元素
电子对偏向电负性大的原子
电负性较大的原子显负电性
三、键参数
1．键长
两个成键原子的原子核间的距离(简称核间距)叫作该化学键的键长。一般而言，化学键的键长愈短，化学键就愈强，键就愈牢固。键长是影响分子空间结构的因素之一。键长的数值可以通过晶体X射线衍射实验进行测定，也可以通过理论计算求得。
2．键角
在多原子分子中，两个化学键的夹角叫作键角。键角也常用于描述多原子分子的空间结构。例如，二氧化碳分子中两个碳氧键(C===O)的夹角为180°，所以二氧化碳分子呈直线形；水分子中两个氢氧键(H—O)的夹角为104.5°，所以水分子不呈直线形而呈角形；氨分子中每两个氮氢键(N—H)的夹角均为107.3°，所以氨分子呈三角锥形。
3．键能
在1×105_Pa、298_K条件下，断开1_mol_AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A—B键的键能，常用EA—B表示。
键能的大小可以定量地表示化学键的强弱。键能愈大，断开时需要的能量就愈多，这个化学键就愈牢固；反之，键能愈小，断开时需要的能量就愈少，这个化学键就愈不牢固。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)共价键只存在于共价化合物中。
(×)
(2)金属元素和非金属元素间一定不能形成共价键。
(×)
(3)非极性键只存在于单质分子中。
(×)
(4)离子化合物中既可能含有极性键也可能含有非极性键。
(√)
2．下列不属于共价键成键因素的是( )
A．共用电子在两原子核之间高概率出现
B．成键原子的原子轨道在空间重叠
C．成键后体系能量降低，趋于稳定
D．两原子核体积大小要适中
D [成键原子的原子轨道在空间重叠，形成稳定的共价键后体系能量降低，共用电子在两原子核之间高概率出现是共价键的成键因素，A、B、C正确；成键原子的原子核体积的大小对共价键的形成没有影响，D错误。]
3．下列关于共价键的说法不正确的是( )
A．H2S分子中两个共价键的键角接近90°的原因是共价键有方向性
B．N2分子中有1个σ键、2个π键
C．两个原子形成共价键时至少有1个σ键，可能还有其他键
D．在双键中，σ键的键能小于π键的键能
D [共价键是原子之间通过共用电子对形成的，所以共价键有方向性和饱和性，A正确；N2分子中存在NN键，则有1个σ键和2个π键，B正确；σ键是原子轨道以“头碰头”方式形成的，两个原子之间只能形成一个σ键，C正确；σ键是原子轨道以“头碰头”方式重叠形成的，π键是原子轨道以“肩并肩”方式重叠形成的，σ键原子轨道重叠程度大于π键，因此σ键的键能大于π键的键能，D错误。]
σ键与π键(素养养成——宏观辨识与微观探析)
如图所示表示成键的两种方式。
1．哪种成键方式电子云重叠程度大？
提示：头碰头。
2．σ键与π键哪个更牢固？
提示：σ键。
1．σ键
(1)σ键：形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头”的方式重叠，这种共价键叫σ键。
(2)σ键的类型：根据成键电子原子轨道的不同，σ键可分为s?s
σ键、s?p
σ键、p?p
σ键。
①s?s
σ键：两个成键原子均提供s原子轨道形成的共价键，如H2分子中σ键的形成过程：
②s?p
σ键：两个成键原子分别提供s轨道和p轨道形成的共价键，如HCl分子中σ键的形成过程：
③p?p
σ键：两个成键原子均提供p原子轨道形成的共价键，如Cl2分子中σ键的形成过程：
(3)σ键的特征
①以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键电子云图形不变，这种特征称为轴对称。
②形成σ键的原子轨道重叠程度较大，故σ键有较强的稳定性。
(4)σ键的存在：共价单键为σ键；共价双键和共价三键中存在σ键(通常含一个σ键)。
2．π键
(1)π键：形成共价键的未成对电子的原子轨道，采取“肩并肩”的方式重叠，这种共价键叫π键。
(2)p?p
π键的形成过程
(3)π键的特征
①每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两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，这种特征称为镜面对称。
②形成π键时原子轨道重叠程度比形成σ键时小，π键没有σ键牢固。
(4)π键的存在：π键通常存在于双键或三键中。
【例1】 下列关于σ键和π键的理解不正确的是( )
A．σ键能单独形成，而π键一定不能单独形成
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
D [共价单键中只含σ键，共价双键和共价三键中含π键和σ键，所以π键一定不能单独形成，A正确；σ键为轴对称，π键为镜面对称，则σ键可以绕键轴旋转，π键一定不能绕键轴旋转，B正确；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，C正确；稀有气体是单原子分子，分子中不存在共价键，也就不存在σ键，所以气体单质中不一定存在σ键，D错误。]
要正确理解共价键需要从物质分类、形成元素以及成键方式等多方面来分析，尤其是一些特例，在平时的学习中应多留心，注意在理解的基础上记忆这些特殊的例子，以便迅速准确进行有关概念的辨析。如大多数铵盐是只含有非金属元素的离子化合物[少数铵盐含有金属元素，如?NH4?2Cr2O7]，稀有气体单质不存在化学键。
1．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
D [当两个原子间能形成多个共用电子对时，先形成一个σ键，另外的原子轨道只能形成π键。HCl中只有一个H—Cl
σ键；H2O中含有两个H—O
σ键；H2O2中含有两个H—O
σ键和一个O—O
σ键；N2中含有三个共价键：一个为σ键，两个为π键；C2H4中，碳原子与碳原子之间有两个共价键，一个为σ键，一个为π键，另外有四个C—H
σ键；C2H2中，碳原子与碳原子之间有三个共价键，一个为σ键，两个为π键，另外有两个C—H
σ键。]
2．下列说法中正确的是( )
A．由分子组成的物质中一定存在共价键
B．由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物
C．已知乙炔的结构简式为H—C≡C—H，则乙炔中存在2个σ键(C—H)和3个π键(C≡C)
D．两个非金属元素原子间不可能形成离子键
D [由分子组成的物质也可能是稀有气体，稀有气体为单原子分子，不存在化学键，A项错误；由非金属元素组成的化合物如NH4Cl，则是离子化合物，B项错误；共价单键都为σ键，而共价三键中有1个为σ键，另外2个为π键，故乙炔(H—C≡C—H)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；两个非金属元素原子间不可能得失电子形成离子键，只能通过共用电子对形成共价键，D项正确。]
键参数(素养养成——宏观辨识与微观探析)
1．键长、键角、键能对分子有什么影响？
提示：①键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子的化学性质就越稳定。
②键长和键角共同决定分子的空间结构。
2．H—F键的键能：565
kJ·mol－1，H—Cl键的键能：431
kJ·mol－1，H—I键的键能：297
kJ·mol－1；从上述数据分析三种分子中哪一种最稳定？
提示：H—F键的键能最大，HF最稳定。
1．键参数
键参数
概念
对分子的影响
键能
在1×105Pa、298
K条件下，断开1
mol
AB(g)分子中的化学键，使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A—B键的键能(单位：kJ·mol－1)
键能越大，键越牢固，含该键的分子越稳定
键长
两个成键原子的原子核间的距离(单位：nm)
键长越短，键能越大，键越牢固
键角
分子中相邻键之间的夹角(单位：度)
与分子的空间结构有密切联系
2.共价键的键能与化学反应热
(1)化学反应的实质：化学反应的实质就是反应物分子内旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。
(2)化学反应过程有能量变化：反应物和生成物中化学键的强弱决定着化学反应过程中的能量变化。
(3)放热反应和吸热反应
①放热反应：旧键断裂消耗的总能量小于新键形成放出的总能量。
②吸热反应：旧键断裂消耗的总能量大于新键形成放出的总能量。
(4)反应热(ΔH)与键能的关系
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。
注意：ΔH<0时，为放热反应；ΔH>0时，为吸热反应。
【例2】 从实验测得不同物质中氧氧键的键长和键能的数据：
氧氧键数据
O
O
O2
O
键长/10－12m
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，但可根据规律性推导键能的大小顺序为w>z>y>x。该规律性是( )
A．成键的电子数越多，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．成键时电子对越偏移，键能越大
B [观察表中数据发现，O2与O的键能大者键长短，O中O—O键键长比O中的长，所以键能要小。按键长(O—O)由短而长的顺序为Oz>y>x。]
1．下列说法能说明BF3分子中的4个原子位于同一平面上的是( )
A．任意两个B—F键间的夹角都相等
B．3个B—F键键能相等
C．3个B—F键键长相等
D．任意两个B—F键间的夹角都是120°
D [键参数中，键能和键长是用于判断共价键稳定性的依据，而键角是判断分子立体构型的依据。3个B—F键间的夹角均为120°时，正好构成一个以B原子为中心的平面结构，因此BF3中4个原子共平面。]
2．化学反应可视为旧键的断裂和新键的形成过程。化学键的键能是形成化学键时释放的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能(kJ·mol－1)：P—P：198；P—O：360；O===O：498。反应P4(白磷)＋3O2===P4O6的反应热ΔH为( )
A．－1
638
kJ·mol－1
B．＋1
638
kJ·mol－1
C．－126
kJ·mol－1
D．＋126
kJ·mol－1
A [反应中的键能包括：断裂1
mol
P4和3
mol
O2分子中共价键吸收的能量和形成1
mol
P4O6中共价键放出的能量。由各物质的分子结构知1
mol
P4含6
mol
P—P键，3
mol
O2含3
mol
O===O键，1
mol
P4O6含12
mol
P—O键，化学反应的反应热ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。故ΔH＝(198
kJ·mol－1×6＋498
kJ·mol－1×3)－360
kJ·mol－1×12＝－1
638
kJ·mol－1。]
1．共价键是有饱和性和方向性的，下列关于共价键这两个特征的叙述中不正确的是( )
A．共价键的饱和性是由成键原子的未成对电子数决定的
B．共价键的方向性是由成键原子的轨道的方向性决定的
C．共价键的方向性决定了分子的空间结构
D．共价键的方向性与原子轨道的重叠程度有关
D [共价键的方向性与原子轨道的伸展方向有关。]
2．根据氢原子和氟原子的核外电子排布，下列对F2和HF分子中形成的共价键描述正确的是( )
A．两者都为s?s
σ键
B．两者都为p?p
σ键
C．前者为p?p
σ键，后者为s?p
σ键
D．前者为s?s
σ键，后者为s?p
σ键
C [H原子的核外电子排布式为1s1，F原子的核外电子排布式为1s22s22p5，形成共价键时，F为2p电子参与成键，H为1s电子参与成键，则F2分子中形成的共价键为p?p
σ键，HF分子中形成的共价键为s?p
σ键，C正确。]
3．键长、键角和键能是描述共价键的三个重要参数，下列叙述正确的是( )
A．键角是描述分子空间结构的重要参数
B．因为H—O键的键能小于H—F键的键能，所以O2、F2与H2反应的能力逐渐减弱
C．水分子可表示为H—O—H，分子中的键角为180°
D．H—O键的键能为467
kJ·mol－1，即18
g
H2O分解成H2和O2时，消耗的能量为2×467
kJ
A [H—O键、H—F键的键能依次增大，意味着形成这些键时放出的能量依次增大，化学键越来越稳定，O2、F2与H2反应的能力逐渐增强，B项错误；水分子呈角形，键角为104.5°，C项错误；H—O键的键能为467
kJ·mol－1，指的是断开1
mol
H—O键形成气态氢原子和气态氧原子所需吸收的能量为467
kJ,18
g
H2O即1
mol
H2O中含2
mol
H—O键，断开时需吸收2×467
kJ的能量形成气态氢原子和气态氧原子，再进一步形成H2和O2时，还会释放出一部分能量，D项错误。]
4．断开1
mol化学键形成气态原子所需要的能量用E表示。结合表中信息判断下列说法不正确的是( )
共价键
H—H
F—F
H—F
H—Cl
H—I
E/(kJ·mol－1)
436
157
568
432
298
A．432
kJ·mol－1>E(H—Br)>298
kJ·mol－1
B．表中最稳定的共价键是H—F键
C．键的极性：H—F>H—Cl>H—I
D．H2(g)＋F2(g)===2HF(g) ΔH＝＋25
kJ·mol－1
D [键长越短，键能越大，共价键越稳定，键长可以通过原子半径进行比较，同主族元素从上到下原子半径逐渐增大，则H—Br键的键能在H—Cl键和H—I键之间，A正确；键能越大，共价键越稳定，表中H—F键的键能最大，因此H—F键最稳定，B正确；元素非金属性越强，得电子能力越强，电子对越偏向此元素，形成共价键的极性越强，即极性：H—F>H—Cl>H—I，C正确；根据反应热和键能的关系，ΔH＝(436＋157－2×568)kJ·mol－1＝－543
kJ·mol－1，D错误。]
5．A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们的核电荷数依次递增。已知B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，电子总数是E原子电子总数的；F是同周期主族元素中原子半径最小的元素；D2－与E2＋的电子层结构相同；B与D可以形成三原子化合物甲；A是非金属元素，且A、C、F可形成离子化合物乙。
请回答下列问题：
(1)F元素的名称是________，E的元素符号是________。
(2)写出化合物乙的电子式：___________________。
(3)化合物甲有________个σ键和________个π键。
(4)B、C、D三种元素对应的气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序是_____________________________________________________。
[解析] A、B、C、D、E、F为6种短周期主族元素，它们的核电荷数依次递增，B原子核外最外层电子数是次外层电子数的两倍，则B为C元素；B原子核外电子总数是E原子核外电子总数的，则E为Mg元素；F是同周期主族元素中原子半径最小的元素，则F为Cl元素；D2－与E2＋的电子层结构相同，则D为O元素，C为N元素；B与D可以形成三原子化合物甲，则甲为CO2；A是非金属元素，且A与N、Cl元素可形成离子化合物乙，则乙为NH4Cl，所以A为H元素。
(1)根据上述分析可知，F为Cl元素，元素名称是氯，E为镁元素，元素符号为Mg。
(2)化合物乙为NH4Cl，是离子化合物，故其电子式为
。
(3)化合物甲为CO2，结构式为O===C===O，所以有2个σ键和2个π键。
(4)B、C、D分别为C、N、O元素，同周期元素从左到右，元素的非金属性增强，元素的非金属性越强，对应简单气态氢化物的稳定性越强，则CH4、NH3、H2O的稳定性由强到弱的顺序为H2O>NH3>CH4。
[答案] (1)氯 Mg (2)
(3)2 2
(4)H2O＞NH3＞CH4
9/12课时分层作业(十) 分子间作用力
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．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．氯化钠的熔点较高
D [范德华力主要影响物质的熔、沸点等物理性质。A项，气体物质加压时，范德华力增大，降温时，气体分子的平均动能减小，两种情况下，分子靠自身的动能不足以克服范德华力，从而聚集在一起形成液体甚至固体；B项，氯化氢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，NaCl中存在的作用力是很强的离子键，所以NaCl的熔点较高，与范德华力无关。]
2．范德华力的作用能为a
kJ·mol－1，化学键的键能为b
kJ·mol－1，则a、b的大小关系是( )
A．a＞b
B．a＜b
C．a＝b
D．无法确定
B [范德华力是分子间作用力，其强度较弱，化学键的键能比范德华力的作用能大得多。]
3．干冰汽化时，下列所述内容发生变化的是( )
A．分子内共价键
B．分子间的作用力增大
C．分子间的距离
D．分子内共价键的键长
[答案] C
4．关于氢键，下列说法正确是( )
A．所有含氢元素的化合物中都存在氢键，氢键比范德华力强
B．H2O是一种非常稳定的化合物，是由水分子间形成氢键所致
C．氢原子和非金属性很强的元素原子(F、O、N)形成的共价键，称为氢键
D．分子间形成的氢键使相应物质的熔点和沸点升高，氢键也可存在于分子内
D [在某些含N—H、O—H、F—H的化合物中形成氢键，所以含有氢元素的化合物中不一定有氢键，如甲烷分子间不能形成氢键，故A错误；氢键只影响物质的物理性质，H2O是一种非常稳定的化合物，是因为H—O键的稳定性强，故B错误；氢键是一种特殊的分子间作用力，不属于化学键，故C错误；分子间氢键的存在使分子间作用力增强，能够显著提高物质的熔、沸点，氢键也可存在于分子内，如邻羟基苯甲醛分子()中的羟基与醛基之间存在氢键，故D正确。]
5．(素养题)科学家将水置于一个足够强的电场中，在20℃时，水分子瞬间凝固形成“暖冰”。下列关于“暖冰”的说法正确的是( )
A．暖冰中水分子是直线形分子
B．水凝固形成20℃时的“暖冰”所发生的变化是化学变化
C．暖冰中水分子的各原子均满足8电子稳定结构
D．在电场作用下，水分子间更易形成氢键，因而可以制得“暖冰”
D [水分子的中心氧原子含有2个σ键和2对孤电子对，所以水分子的空间结构是V形，A错误；水凝固形成20℃时的“暖冰”时，该过程没有新物质生成，发生的是物理变化，B错误；氢原子不满足8电子稳定结构，C错误；氢键具有方向性，在电场作用下，水分子间更易形成氢键，因而可以制得“暖冰”，D正确。]
6．下列说法正确的是( )
A．由于氢键的存在，冰才能浮在水面上
B．氢键是自然界中最重要、存在最广泛的化学键之一
C．由于氢键的存在，沸点：HCl>HBr>HI>HF
D．氢键的存在决定了水分子中氢氧键的键角是104.5°
A [冰中分子排列有序，氢键数目增多，体积膨胀，密度减小，所以冰能浮在水面上是氢键的原因，A项正确；氢键属于分子间作用力，不属于化学键，B项错误；卤素的氢化物中只有HF分子间存在氢键，故沸点：HF>HI>HBr>HCl，C项错误；键角是共价键的参数，氢键不是共价键，是分子间作用力，所以键角与氢键无关，D项错误。]
7．如图中每条折线表示周期表中ⅣA～ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化，其中a点代表的是( )
A．H2S
B．HCl
C．PH3
D．SiH4
D [由图可知a点所在曲线沸点没有反常现象，说明不是ⅤA、ⅥA、ⅦA族的氢化物，则只能为ⅣA族的氢化物，即为SiH4。]
8．下列几种氢键：①O—H…O；②N—H…N；③F—H…F；④O—H…N。氢键从强到弱的顺序正确的是( )
A．③＞①＞④＞②
B．①＞②＞③＞④
C．③＞②＞①＞④
D．①＞④＞③＞②
A [F、O、N的电负性依次降低，F—H、O—H、N—H键的极性依次降低，故F—H…F中的氢键最强，其次是O—H…O，再次是O—H…N，最弱是N—H…N。]
9．氨气溶于水时，大部分NH3与H2O以氢键(用“…”表示)结合形成NH3·H2O。根据氨水的性质可推知NH3·H2O的结构式为( )
B [从氢键的成键原理上看，A、B都成立，但依据NH3·H2ONH＋OH－，可知B项正确。]
10．(1)苯胺与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9
℃)、沸点(184.4
℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0
℃)、沸点(110.6
℃)，原因是________________________________。
(2)元素As与N同族。预测As的氢化物分子的空间结构为________，其沸点比NH3的________(填“高”或“低”)，其判断理由是__________________。
[答案] (1)苯胺分子之间存在氢键
(2)三角锥形 低 NH3分子间存在氢键
11．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，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)；分子BC2中含σ键________个，含π键________个。
(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，其分子式为________、________。DE4在前者中的溶解度________(填“大于”或“小于”)在后者中的溶解度。
(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为__________________________
(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，CO2中含2个σ键，2个π键。(2)C的氢化物为H2O，水分子间可形成氢键是其沸点较高的重要原因。(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，故它们的沸点从高到低的顺序为SiCl4>CCl4>CH4。
[答案]
(1)③ 2 2
(2)水分子间存在氢键
(3)C6H6 H2O 大于
(4)SiCl4>CCl4>CH4
12．(1)硅烷(SinH2n＋2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示，呈现这种变化关系的原因是_________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)下列物质变化，只与范德华力有关的是________（填序号）。
A．干冰熔化
B．乙酸汽化
C．乙醇与丙酮混溶
E．碘溶于四氯化碳
F．石英熔融
[解析] (1)硅烷(SinH2n＋2)是分子晶体，结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间范德华力越大，熔、沸点越高。
(2)A项，干冰熔化需要破坏范德华力；B项，乙酸分子之间存在范德华力与氢键，所以汽化时破坏范德华力和氢键；C项，乙醇与丙酮混溶时，破坏乙醇分子之间的范德华力与氢键，还破坏丙酮分子之间的范德华力；D项，该有机物分子之间不能形成氢键，只存在范德华力，但水分子之间存在范德华力和氢键，故该溶解过程破坏范德华力与氢键；E项，碘、四氯化碳分子之间只存在范德华力，相溶时只破坏范德华力；F项，石英熔化时只破坏共价键。
[答案] (1)硅烷的结构相似，其相对分子质量越大，分子间范德华力越大(其他合理答案也可) (2)AE
[素养培优练]
13．下列同族元素的物质，在101.3
kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示：
①
He －268.8
(a) －249.5
Ar －185.8
Kr －151.7
②
F2 －187.0
Cl2 －33.6
(b) 58.7
I2 184.0
③
(c) 19.4
HCl －84.0
HBr －67.0
HI －35.3
④
H2O 100.0
H2S －60.2
(d) －42.0
H2Te －1.8
⑤
CH4 －161.0
SiH4 －112.0
GeH4 －90.0
(e) －52.0
对应表中内容，下列各项中正确的是( )
A．a、b、c的化学式分别为Ne、Br2、HF
B．第②行物质均有氧化性；第③行物质均是强酸
C．第④行各化合物的沸点说明非金属性越强，气态氢化物沸点越高
D．由于氢键的影响，HF分子和H2O分子特别稳定
A [a、b、c的化学式分别为Ne、Br2、HF，故A项正确；第③行物质中HF是弱酸，故B项错误；第④行物质的沸点变化为高→低→高，与元素非金属性的变化不同，故C项错误；氢键影响物质的熔、沸点，与分子的稳定性无关，故D项错误。]
14．下列关于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，在三种物质中熔沸点最低
D．NH3在水中溶解度很大只是因为NH3是极性分子
B [根据相似相溶规律，水是极性分子，CS2是非极性分子，所以CS2在水中的溶解度很小，故A项错误；因为SO2和NH3都是极性分子，水也是极性分子，根据相似相溶规律，二者均易溶于水，故B项正确；CS2在常温下是液体，SO2和NH3在常温下是气体，CS2的熔沸点最高，故C项错误；NH3在水中溶解度很大，除了因为NH3是极性分子外，还因为NH3分子和H2O分子之间可以形成氢键，故D项错误。]
15．科学家发现，普通盐水在无线电波的照射下可以降低盐水中所含元素之间的结合力，释放出氢原子，点火时氢原子会在该频率下持续燃烧。上述“结合力”的实质是( )
A．离子键
B．共价键
C．静电引力
D．分子间作用力
B [水分子中存在共价键，破坏共价键可以释放出游离态的氢原子，而破坏分子间作用力不能释放出游离态的氢原子，故B项正确。]
16．在水中，水分子可彼此通过氢键形成(H2O)n的小集团。在一定温度下(H2O)n的n＝5，每个水分子被4个水分子包围着形成四面体。(H2O)n的n＝5时，下列说法中正确的是( )
A．(H2O)n是一种新的水分子
B．(H2O)n仍保留着水的化学性质
C．1
mol(H2O)n中有2个氢键
D．1
mol(H2O)n中有4
mol氢键
B [(H2O)n是H2O分子之间通过氢键结合而成的，氢键不属于化学键，因此(H2O)n不是一种新的分子，(H2O)n仍保留着水的化学性质。(H2O)n中每个氢原子分享到一个氢键，折合每摩尔水有2NA个氢键(NA为阿伏加德罗常数的值)，当n＝5时，1
mol(H2O)5所含氢键数相当于5
mol
H2O分子含有的氢键数，应为10
NA个。]
17．(1)已知苯酚()具有弱酸性，其Ka＝1.1×10－10；水杨酸第一级电离形成的离子能形成分子内氢键。据此判断，相同温度下电离平衡常数Ka2(水杨酸)________Ka(苯酚)(填“>”或“<”)，其原因是_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
______________________________________________________________。
(2)关于化合物，下列叙述正确的有________（填序号）。
A．分子间可形成氢键
B．分子中既有极性键又有非极性键
C．分子中有7个σ键和1个π键
D．该分子在水中的溶解度大于2?丁烯
[解析] (1)当形成分子内氢键后，导致酚羟基的电离能力减弱，故其电离能力比苯酚弱。(2)分子中不存在与电负性大的元素原子相连的氢原子，所以不存在氢键，故A项错误；分子中碳碳键是非极性键，碳氢键、碳氧键是极性键，故B项正确；1个单键是1个σ键，1个双键是1个σ键和1个π键，所以分子中有9个σ键和3个π键，故C项错误；由于该化合物中的醛基与H2O分子之间能形成氢键，所以该分子在水中的溶解度大于2?丁烯，故D项正确。
[答案] (1)<
中形成分子内氢键，使其更难电离出H＋ (2)BD
8/8第3节 离子键、配位键与金属键
发
展
目
标
体
系
构
建
1.结合常见的离子化合物的实例，认识离子键的本质。2.知道配位键的特点，认识简单的配位化合物的成键特征，了解配位化合物的存在与应用。3.知道金属键的特点与金属某些性质的关系。
一、离子键
1．离子键的形成
(1)形成过程
(2)实质：离子键的实质是静电作用，它包括阴、阳离子之间的静电引力和两原子核及它们的电子之间的斥力两个方面。
微点拨：并不是只有金属阳离子和阴离子才能形成离子化合物，NH与阴离子也可形成离子化合物。
2．离子键的特征
(1)离子键没有方向性
阴离子或阳离子可以对不同方向的带异性电荷的离子产生吸引作用，因此离子键没有方向性。
(2)离子键没有饱和性
在离子化合物中，每个离子周围最邻近的带异性电荷的离子数目的多少，取决于阴阳离子的相对大小。只要空间条件允许，阳离子将吸引尽可能多的阴离子排列在其周围，阴离子也将吸引尽可能多的阳离子排列在其周围。
(3)离子极化
在电场的作用下产生的离子中电子分布发生偏移的现象称为离子极化。离子极化可能导致阴、阳离子的外层轨道发生重叠，使得许多离子键不同程度的显示共价性，甚至出现键型变异。如AgF→AgCl→AgBr→AgI共价性依次增强，且AgI以共价键为主。
二、配位键
1．配位键的形成
(1)配位键
概念
成键的两个原子一方提供孤电子对，一方提供空轨道而形成的化学键
形成条件及表示方法
一方(如A)是能够提供孤电子对的原子，另一方(如B)是具有能够接受孤对电子的空轨道的原子。用符号A→B表示
(2)配位化合物(配合物)
①概念：组成中含有配位键的物质。
②组成
2．配合物的制备与应用
(1)制备[Cu(NH3)4](OH)2
Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu(OH)2↓＋2NH
Cu(OH)2＋4NH3===[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－
(2)制备银氨溶液
Ag＋＋NH3·H2O===AgOH＋NH
AgOH＋2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]＋＋OH－＋2H2O
(3)有些配合物显现出特征颜色，从而可用于物质的检验。
(4)利用金属离子和与其配位的物质的性质不同，进行溶解、沉淀或萃取操作来达到分离提纯，分析检测等目的。
三、金属键
1．金属键及其实质
概念
金属中“自由电子”和金属阳离子之间存在的强的相互作用
实质
金属键本质是一种电性作用
特征
(1)金属键无方向性和饱和性(2)金属键中的电子在整个三维空间里运动，属于整块固态金属
2.金属键与金属性质
金属不透明，具有金属光泽及良好的导电性、导热性和延展性，这些性质都与金属键密切相关。
金属导电与电解质溶液导电有什么区别？
提示：金属导电是自由电子的定向移动，属于物理变化，电解质溶液导电是阴、阳离子的定向移动并在阴、阳极放电的过程，是化学变化。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)离子键与共价键都有方向性和饱和性。
(×)
(2)离子键是阴、阳离子间的静电引力。
(×)
(3)配位键可看作是一种特殊的共价键。
(√)
(4)金属键仅含在金属单质中。
(×)
2．下列说法中正确的是( )
A．离子键就是阴、阳离子间的静电引力
B．离子键有方向性和饱和性
C．钠原子与氯原子结合成氯化钠后体系能量降低
D．在离子化合物CaCl2中，两个氯离子间也存在离子键
C [离子键是阴、阳离子间的静电作用，包括静电引力与斥力，A错误；离子键是阴、阳离子间的静电作用，无方向性和饱和性，B错误；氯化钠能稳定存在，故生成氯化钠后，体系能量降低，C正确；离子键存在于相邻的阴、阳离子间，两个氯离子间不存在离子键，D错误。]
3．下列生活中的问题不能用金属键知识解释的是( )
A．用铁制品做炊具
B．用金属铝制成导线
C．用铂金做首饰
D．铁易生锈
D [用铁制品做炊具主要是因为金属有导热性；用铝制成导线主要是因为金属有导电性；用铂金做首饰主要利用的是金属的延展性。以上均与金属键有关。而铁易生锈与铁的化学性质及周围介质有关。]
4．AlCl3在183℃开始升华，溶于水、乙醚等，其二聚物的结构如图所示，其中Al原子的杂化方式为________，在图中用“→”标出分子中的配位键。
[解析] AlCl3在183℃开始升华，溶于水、乙醚等，说明其是分子晶体。根据二聚物的结构图可知，Al原子的杂化方式为sp3，中间Cl原子可提供孤对电子，与具有空轨道的Al原子形成配位键。
离子键与共价键比较(素养养成——宏观辨识与微观探析)
图1是氯化钠的晶体结构模型，图2是氯化铯的晶体结构模型。
图1 图2
1．与共价键相比，离子键为什么没有方向性和饱和性？
提示：(1)离子键没有方向性的原因：离子键的实质是静电作用，离子的电荷分布通常被看成是球形对称的，因此一种离子对带异种电荷离子的吸引作用与其所处的方向无关，即相对于共价键而言，离子键是没有方向性的。
(2)离子键没有饱和性的原因：在离子化合物中，每个离子周围最邻近的带异性电荷离子数目的多少，取决于阴阳离子的相对大小。只要空间条件允许，阳离子将吸引尽可能多的阴离子排列在其周围，阴离子也将吸引尽可能多的阳离子排列在其周围，以达到降低体系能量的目的，所以离子键是没有饱和性的。
2．Na＋最邻近的Cl－有几个？Cs＋最邻近的Cl－有几个？
提示：6,8。
键型
离子键
共价键
概念
阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键
原子间通过共用电子形成的化学键
成键方式
通过得失电子达到稳定结构
通过形成共用电子达到稳定结构
成键微粒
阴、阳离子
原子
成键性质
静电作用
静电作用
形成条件
活泼金属元素与活泼非金属元素化合时形成离子键
同种或不同种非金属元素化合时形成共价键(稀有气体元素除外)
特征
没有饱和性和方向性
有饱和性和方向性
存在
离子化合物
绝大多数非金属单质、共价化合物、某些离子化合物
表示方法
电子式，如离子键的形成过程：
①结构式，如H—Cl②电子式，如共价键的形成过程：
离子键不具有饱和性是相对的，只有在空间条件允许的前提下，离子才可能将吸引尽可能多的带异性电荷的离子排列在其周围，因此，每种化合物的组成和结构是一定的，而不是任意的。
【例1】 下列说法中正确的是( )
A．含有金属元素的化合物一定是离子化合物
B．ⅠA族和ⅦA族元素的原子化合时一定形成离子键
C．活泼金属元素与活泼非金属元素的原子化合时能形成离子键
D．完全由非金属元素形成的化合物一定是共价化合物
C [含有金属元素的化合物也可能是共价化合物，如AlCl3为共价化合物，A错误；ⅠA族的H元素与ⅦA族元素的原子化合时形成共价键，B错误；活泼金属元素与活泼非金属元素的原子化合时能形成离子键，C正确；完全由非金属元素形成的化合物也可能是离子化合物，如NH4Cl，D错误。]
1．下列各组原子序数所对应的元素间可形成离子键的是( )
A．1和17
B．12和9
C．14和6
D．15和8
B [A项，对应的两种元素分别为H和Cl，二者可形成共价键，不能形成离子键；B项，对应的两种元素分别为Mg和F，二者可形成离子键；C项，对应的两种元素分别为Si和C，二者可形成共价键，不能形成离子键；D项，对应的两种元素分别为P和O，二者可形成共价键，不能形成离子键。]
2．下列说法正确的是( )
①存在阳离子的物质中一定存在阴离子
②金属元素原子和非金属元素原子之间一定形成离子键
③离子键的实质是阳离子、阴离子间的相互吸引
④根据电离方程式HCl===H＋＋Cl－，可判断HCl分子中存在离子键
⑤某些离子化合物中含有共价键
A．①②⑤
B．③
C．③④
D．⑤
D [①错误，金属中存在金属阳离子和自由电子，不存在阴离子；②错误，金属元素原子和非金属元素原子可形成离子键，如NaCl，也可形成共价键，如AlCl3；③错误，离子键的实质是阳离子、阴离子间的静电作用，有引力也有斥力；④错误，HCl是共价化合物，HCl分子中不存在离子键；⑤正确，Na2O2为离子化合物，含有共价键。]
配位键和配合物
1．配合物的组成
配合物由中心原子(提供空轨道)和配体(提供孤电子对)组成，分为内界和外界，以[Cu(NH3)4]SO4为例表示为
(1)配体
配体可以是阴离子，如X－(卤素离子)、OH－、SCN－、CN－、RCOO－(羧酸根离子)、PO等；也可以是中性分子，如H2O、NH3、CO、醇、胺、醚等。配体中直接同中心离子配合的原子叫作配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子，配位原子常是ⅤA族、ⅥA族、ⅦA族的元素。
(2)配位数
直接同中心离子(或原子)配位的原子数目叫中心离子(或原子)的配位数。要注意只含有一个配位原子的配体称为单基配位体，中心离子同单基配位体结合的数目就是该中心离子的配位数，如[Fe(CN)6]4－中Fe2＋的配位数为6。含有两个以上配位原子的配体叫多基配体，中心离子(或原子)同多基配体配合时，配位数等于同中心离子配位的原子数。例如，乙二胺分子中含有两个配位N原子，故在[Pt(en)2]Cl2(en代表乙二胺分子)中Pt2＋的配位数为2×2＝4，而配体只有两个，依次类推。
2．配合物的形成对性质的影响
(1)溶解性的影响
一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物，可以依次溶解于含过量的Cl－、Br－、I－、CN－和氨的溶液中，形成可溶性的配合物。
(2)颜色的改变
当简单离子形成配离子时其性质往往有很大差异。颜色发生变化就是一种常见的现象，我们根据颜色的变化就可以判断是否有配离子生成。如Fe3＋与SCN－在溶液中可生成配位数为1～6的铁的硫氰酸根配离子，这种配离子的颜色是血红色的，反应的离子方程式如下：
Fe3＋＋nSCN－===[Fe(SCN)n]3－n
(3)稳定性增强
配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配体的性质有关。例如，血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，血红素失去输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。
【例2】 关于[Cr(H2O)4Cl2]Cl的说法正确的是( )
A．中心原子的化合价为＋2价
B．配体为水分子，外界为Cl－
C．配位数是6
D．在其水溶液中加入AgNO3溶液，不产生白色沉淀
C [该配合物中阴离子是Cl－，Cl－的化合价是－1价，所以铬离子的化合价是＋3价，A错误；配合物中由配位键结合的几乎不电离的稳定部分为配合物的内界，通过离子键与内界结合的部分为配合物的外界，则[Cr(H2O)4Cl2]Cl中配体是H2O、Cl－，外界为Cl－，B错误；[Cr(H2O)4Cl2]Cl中配体是H2O、Cl－，该配离子中含有4个H2O和2个Cl－，所以配位数是6，C正确；[Cr(H2O)4Cl2]Cl在水溶液中能电离出Cl－，则加入AgNO3溶液会产生白色沉淀，D错误。]
1．以下微粒含配位键的是( )
①[Al(OH)4]－ ②CH4 ③OH－ ④NH
⑤[Cu(NH3)4]2＋ ⑥Fe(SCN)3 ⑦H3O＋
⑧[Ag(NH3)2]OH
A．①②④⑦⑧
B．③④⑤⑥⑦
C．①④⑤⑥⑦⑧
D．全部
C [①Al(OH)3中Al3＋上有空轨道，OH－中含孤电子对，Al(OH)3与OH－以配位键形成[Al(OH)4]－，结构为，[Al(OH)4]－中含配位键；②CH4中C原子提供4个电子与4个H原子各提供的1个电子形成4个C—H键，不含配位键；③OH－中O原子提供的1个电子与H原子提供的1个电子形成1个O—H键，不含配位键；④NH3分子中N原子上有孤电子对，H＋有空轨道，NH3与H＋以配位键形成NH，NH中含配位键；⑤Cu2＋有空轨道，NH3分子中N原子上有孤电子对，Cu2＋与NH3以配位键形成[Cu(NH3)4]2＋，[Cu(NH3)4]2＋中含配位键；⑥Fe3＋有空轨道，SCN－含孤电子对，Fe3＋与SCN－以配位键形成Fe(SCN)3，Fe(SCN)3中含配位键；⑦H2O分子中O原子上有孤电子对，H＋有空轨道，H2O与H＋以配位键形成H3O＋，H3O＋中含配位键；⑧Ag＋有空轨道，NH3分子中N原子上有孤电子对，Ag＋与NH3以配位键形成[Ag(NH3)2]＋，[Ag(NH3)2]OH中含有配位键；含配位键的为①④⑤⑥⑦⑧。]
2．(双选)下列说法错误的是( )
A．KAl(SO4)2·12H2O属于配合物
B．配合物中的配体可以是分子也可以是阴离子
C．配位数为4的配合物均为正四面体形结构
D．[Cu(NH3)2]＋中的中心离子的配位数为2
AC [KAl(SO4)2·12H2O属于一般化合物，不含配体，所以KAl(SO4)2·12H2O不属于配合物，A项错误；配合物是由中心原子或离子(统称中心原子)和围绕它的称为配体的分子或离子完全或部分由配位键结合形成的化合物，所以配合物中的配体可以是分子也可以是阴离子，B项正确；配位数为4的配合物，一般有平面四边形和四面体形两种不同的空间结构，C项错误；[Cu(NH3)2]＋中Cu＋的配位数为2，D项正确。]
金属键(素养养成——宏观辨识与微观探析)
某金属晶体的结构
1．金属为什么具有金属光泽？
提示：当光线投射到它的表面上时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快放出各种频率的光，这就使绝大多数金属呈现黑灰色以至银白色光泽。
2．金属为什么易导电？
提示：在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。
3．金属为什么易导热？
提示：金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
1．金属键的强弱比较：金属键的强弱主要取决于金属元素的原子半径和价电子数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱。原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。
2．金属键对金属性质的影响
(1)金属键越强，金属熔、沸点越高。
(2)金属键越强，金属硬度越大。
(3)金属键越强，金属越难失电子，一般金属性越弱，如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。
(4)金属键越强，金属原子的电离能越大。
3．含金属键的物质：金属单质及其合金。
【例3】 下列关于金属的叙述中，不正确的是( )
A．金属键是金属阳离子和“自由电子”这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用，其实质也是一种静电作用
B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似也有方向性和饱和性
C．金属键是带异性电荷的金属阳离子和“自由电子”间的相互作用，故金属键无饱和性和方向性
D．构成金属的“自由电子”在整个金属内部的三维空间中做自由运动
B [“自由电子”是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。]
1．金属的下列性质中与金属晶体结构无关的是( )
A．导电性
B．化学反应中易失去电子
C．延展性
D．硬度
[答案] B
2．下列有关叙述中正确的是( )
A．任何固体中，若含有阳离子也一定含有阴离子
B．金属键越强，则该金属的熔点越低
C．将铁制品做成炊具，金属键没有被破坏
D．常温下，金属单质都以固态形式存在
C [金属晶体由金属阳离子和自由电子构成，无阴离子，A错误；金属键越强，则该金属的熔点越高，B错误；将铁制品做成炊具，没有发生化学变化，金属键没有被破坏，C正确；常温下，金属汞是液体，D错误。]
1．氯化钠是日常生活中人们常用的调味品。下列性质可以证明氯化钠中一定存在离子键的是( )
A．具有较高的熔点
B．熔融状态能导电
C．水溶液能导电
D．常温下能溶于水
B [NaCl在熔融状态能导电，说明NaClNa＋＋Cl－，即说明NaCl中存在离子键。]
2．下列说法中，不正确的是( )
A．配位键也是一种静电作用
B．配位键的实质也是一种共价键
C．形成配位键的电子对由成键双方原子提供
D．配位键具有饱和性和方向性
C [共用电子存在静电作用力，包括静电排斥和静电吸引，配位键本质为共用电子，所以也是一种静电作用，A正确；配位键指含有空轨道的原子或离子和含有孤电子对的原子或离子共用电子，实质也是一种共价键，B正确；形成配位键的原子，一方提供空轨道，另一方提供孤电子对，C错误；配位键实质上也是一种共价键，因此具有方向性和饱和性，D正确。]
3．(素养题)如图所示是卟啉配合物叶绿素的结构示意图(部分)，下列有关叙述正确的是( )
A．该叶绿素只含有H、Mg、C元素
B．该叶绿素是配合物，中心离子是镁离子
C．该叶绿素是配合物，其配体是N元素
D．该叶绿素不是配合物，而是高分子化合物
B [该化合物还含有O元素和N元素，A错误；Mg的最高化合价为＋2，而化合物中Mg与4个N原子作用，由此可以判断该化合物中Mg与N原子间形成配位键，该物质为配合物，B正确，D错误；该化合物中配位原子为N原子，不能称N原子为配体，同样也不能称N元素为配体，因为配体一般为离子或分子，C错误。]
4．物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。且研究表明，一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强。由此判断下列说法错误的是( )
A．硬度：Mg>Al
B．熔点：Mg>Ca
C．硬度：Mg>K
D．熔点：Ca>K
A [根据题目所给信息，Mg、Al原子的电子层数相同，所带电荷数：Al>Mg，离子半径：Al3＋Ca，B正确；Mg、K所带电荷数：Mg>K，离子半径：Mg2＋K，离子半径：Ca2＋K，D正确。]
5．配位键是一种常见的化学键，按要求完成下列问题：
(1)含Ti3＋的一种配合物的化学式为[Ti(H2O)5Cl]Cl2·H2O，其配离子中含有的化学键类型有______________________。
(2)氨硼烷(NH3BH3)是最具潜力的储氢材料之一，分子中存在配位键，能体现配位键的结构式为___________________________。
(3)铁是生活中常用的一种金属，其常见的离子有Fe2＋、Fe3＋，其中Fe2＋可用K3[Fe(CN)6](赤血盐)溶液检验。
①铁单质中化学键为________(填名称)。
②K3[Fe(CN)6]晶体中各种微粒的作用力有________(填字母)。
a．金属键
b．共价键
c．配位键
d．离子键
(4)FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为__________________，其中Fe的配位数为_____________________________________________________。
[解析] (1)题给物质的配离子为[Ti(H2O)5Cl]2＋，含有配位键与极性共价键(或共价键)。(2)N原子的孤电子对与B原子的空轨道形成配位键。(3)①铁单质中含金属键。②K3[Fe(CN)6]属于配位化合物又属于离子化合物，含配位键、离子键，CN－中含有共价键。(4)在蒸汽状态下FeCl3以双聚分子存在，即分子式为Fe2Cl6；每个Fe原子与3个Cl原子形成共价键，还可以提供空轨道与另一个Cl原子提供的孤电子对形成配位键，结构式可表示为。
[答案] (1)配位键、极性共价键(或共价键)
12/14课时分层作业(七) 分子空间结构的理论分析
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．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
[答案] A
2．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．sp sp3
C [中碳原子形成了3个σ键，无孤电子对，需要形成3个杂化轨道，采用的杂化方式是sp2。两边的碳原子各自形成了4个σ键，无孤电子对，需要形成4个杂化轨道，采用的是sp3杂化。]
3．下列分子的空间结构模型正确的是( )
A．CO2
B．NH3
C．H2S
D．CH4
D [CO2的空间结构为直线形，A项错误；NH3的空间结构为三角锥形，B项错误；H2S与H2O的空间结构相似，均为角形，C项错误；CH4的空间结构为正四面体形，D项正确。]
4．PCl3分子的空间结构是( )
A．平面三角形，键角小于120°
B．平面三角形，键角为120°
C．三角锥形，键角小于109.5°
D．三角锥形，键角为109.5°
C [PCl3中P原子采取sp3杂化，P原子含有1对孤电子对，PCl3的空间结构为三角锥形，键角小于109.5°。]
5．乙炔分子中的碳原子采取的杂化方式是( )
A．sp杂化
B．sp2杂化
C．sp3杂化
D．无法确定
A [乙炔的结构式为H—C≡C—H，其空间结构为直线形，碳原子采取sp杂化。]
6．下列关于苯分子的性质描述错误的是
( )
A．苯分子呈平面正六边形，六个碳碳键完全相同，键角皆为120°
B．苯分子中的碳原子采取sp2杂化，6个碳原子中未参与杂化的2p轨道以“肩并肩”形式形成一个大π键
C．苯分子中的碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊类型的键
D．苯能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色
D [苯分子中的碳原子采取sp2杂化，六个碳碳键完全相同，呈平面正六边形结构，键角皆为120°；在苯分子中形成一个较稳定的六电子大π键，因此苯分子中的碳碳键并不是单、双键交替结构，不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色。]
7．下列关于价电子对互斥模型(VSEPR模型)的叙述中不正确的是( )
A．VSEPR模型可用来预测分子的空间结构
B．分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构
C．中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥
D．分子中键角越大，价电子对相互排斥力越大，分子越稳定
D [VSEPR模型可用来预测分子的空间结构，A正确；空间结构与价电子对相互排斥有关，所以分子中价电子对相互排斥决定了分子的空间结构，B正确；中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间并参与互相排斥，且孤电子对间的排斥力>孤电子对和成键电子对间的排斥力，C正确；分子的稳定性与键角没有关系，D错误。]
8．下列常见分子的空间结构最相近的是( )
A．CO2和SO2
B．CH4和NH3
C．CH2O和BBr3
D．H2O和BeCl2
C [CO2和SO2的空间结构分别为直线形和角形，A项错误；CH4和NH3的空间结构分别为正四面体形和三角锥形，B项错误；CH2O和BBr3的空间结构均为平面三角形，其中后者为正三角形，C项正确；H2O和BeCl2的空间结构分别为角形和直线形，D项错误。]
9．下列分子或离子之间互为等电子体的是( )
A．CH4和H3O＋
B．NO和SO2
C．O3和CO2
D．N2和C
D [由短周期元素组成的微粒，其原子总数相同，价电子总数相同，即互为等电子体。CH4和H3O＋的原子总数不同，A错误；NO和SO2的原子总数不同，B错误；O3和CO2的价电子总数不同，C错误；N2和C的原子总数相同，价电子总数也相同，D正确。]
10．下列微粒的中心原子的价电子对数正确的是( )
A．CH4 4
B．CO2 1
C．BF3 2
D．SO3 2
A [根据价电子对互斥理论可知，分子中的中心原子的价电子对数＝与中心原子结合的原子数＋中心原子孤电子对数。CH4中中心原子的价电子对数＝4＋×(4－4×1)＝4；CO2中中心原子的价电子对数＝2＋×(4－2×2)＝2；BF3中中心原子的价电子对数＝3＋×(3－3×1)＝3；SO3中中心原子的价电子对数＝3＋×(6－3×2)＝3。]
11．若ABn的中心A原子上没有未用于形成共价键的孤电子对，运用价层电子对互斥理论，下列说法正确的是( )
A．若n＝2，则分子的空间结构为角形
B．若n＝3，则分子的空间结构为三角锥形
C．若n＝4，则分子的空间结构为正四面体形
D．以上说法都不正确
C [若ABn中中心A原子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，分子的空间结构为直线形，A错误；n＝3时，分子的空间结构为平面三角形，B错误；n＝4时，分子的空间结构为正四面体形，C正确，D错误。]
12．B3N3H6与苯是等电子体，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
B [苯分子中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，不具有碱性，而B3N3H6与苯是等电子体，具有与苯相似的结构，则B3N3H6分子中含有大π键，无双键结构，不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，所有原子均在同一平面上，能发生加成反应和取代反应，B项错误。]
13．(素养题)2001年是伟大的化学家、1954年诺贝尔化学奖得主、著名的化学结构大师、20世纪的科学怪杰鲍林(L.Pauling)教授的100周年诞辰。这位老人谢世后，人们打开他的办公室，发现里面有一块黑板，画得满满的，其中一个结构式如图所示。老人为什么画这个结构式？它能合成吗？它有什么性质？不得而知。这是鲍林留给世人的一个谜，也许这是永远无法解开的谜，也许有朝一日你就能解开它。不管结果如何，让我们先对这个结构做一番了解：
(1)它的分子式是______________________________________________。
(2)它的所有原子是否可能处于同一个平面上？______(填“可能”或“不可能”)。
(3)它是否带有电荷？________________。
(4)该分子中sp杂化的氮原子有________个；sp2杂化的氮原子有______个；sp3杂化的氮原子有______个。
(5)为什么人们推测它是炸药？______________________________________
________________________________________________________________。
[解析] (1)根据有机物分子结构简式的书写规则，不难确定，每个环上除3个氮原子外还有3个碳原子，由此可以确定其分子式。(2)碳原子和氮原子均相当于有3个价电子对，根据价电子对互斥理论，可知它们为平面三角形结构，由此推出由碳原子和氮原子构成的环为平面结构，氧原子有4对电子对，它们的排列方式为四面体形结构，故与氧原子连接的氢原子可能在平面内，与环不直接连接的2个氮原子也在平面内。(3)由电子数可以确定，该分子不带电荷。(4)根据氮原子的成键特征和结构(或价电子对互斥理论)可以确定，采用sp2杂化方式的氮原子数为9个，采用sp杂化方式的氮原子数为1个，无sp3杂化方式。(5)物质越稳定，能量越低，反应放出的能量越多。
[答案] (1)C6H2O2N10 (2)可能 (3)否 (4)1 9 0 (5)它分解能放出大量的热并生成大量稳定气体——N2
14．(1)在形成氨气分子时，氮原子中的原子轨道发生sp3杂化形成4个________________，形成的4个杂化轨道中，只有________个含有未成对电子，所以只能与________个氢原子形成共价键，又因为4个sp3杂化轨道有一对________，所以氨气分子中的键角与甲烷不同。
(2)H＋可与H2O形成H3O＋，H3O＋中O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_____________________
_______________________________________________________________
________________________________________________________________。
[解析] (1)在形成NH3分子时，氮原子的2p轨道和2s轨道发生sp3杂化，形成4个杂化轨道：
，含有一对孤电子对，3个未成键的单电子，可以与3个氢原子形成3个σ键。
(2)H3O＋中杂化方式为sp3杂化；H3O＋中只有一对孤电子对，H2O中有两对孤电子对，对所成共价键的排斥力H2O大于H3O＋，使得H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H
键角大。
[答案] (1)sp3杂化轨道 3 3 孤电子对
(2)sp3 H3O＋分子中有一对孤电子对，H2O分子中有两对孤电子对，对形成的H—O的排斥力H2O大于H3O＋，造成H3O＋中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大
15．X、Y、Z均为短周期元素，可形成X2Z和YZ2两种化合物。X、Y、Z的原子序数依次增大，X原子的K层的电子数目只有一个，Y位于X的下一周期，它的最外层电子数比K层多2个，而Z原子核外的最外层电子数比次外层电子数少2个。
(1)它们的元素符号分别为X________；Y________；Z________。
(2)用价电子对互斥理论判断：
物质
价电子对数
轨道杂化形式
分子的形状
成键电子对数
孤电子对数
X2Z
YZ2
[解析] X原子的K层的电子数只有一个，可知X为氢原子；Y位于X的下一周期，即为第2周期元素，它的最外层电子数比K层多2个，则其原子结构示意图为，故Y为C元素；Z原子核外的最外层电子数比次外层电子数少2个，且原子序数：Z>Y，则Z为S元素。从而推知X2Z为H2S，YZ2为CS2。
[答案] (1)H C S
(2)
物质
价电子对数
轨道杂化形式
分子的形状
成键电子对数
孤电子对数
X2Z
2
2
sp3
角形
YZ2
2
0
sp
直线形
[素养培优练]
16．氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂，可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是( )
A．三角锥形、sp3
B．角形、sp2
C．平面三角形、sp2
D．三角锥形、sp2
A [根据价电子对互斥理论确定微粒的空间结构，价电子对数＝成键电子对数＋孤电子对数，成键电子对数＝与中心原子成键的原子数，孤电子对数＝(中心原子的价电子数－其他原子的未成对电子数之和)，SOCl2中与S原子成键的原子数为3，孤电子对数＝×(6－1×2－2×1)＝1，所以S原子采取sp3杂化，分子空间结构为三角锥形。]
17．据报道，大气中存在一种潜在的温室气体SF5—CF3，下列关于SF5—CF3的说法正确的是( )
A．分子中既有σ键又有π键
B．所有原子在同一平面内
C．C的杂化方式为sp3杂化
D．0.1
mol
SF5—CF3分子中含8
mol电子
C [分子中只有σ键，没有π键，A错；碳原子为sp3杂化，则所有原子不可能在同一平面，B错，C对；1
mol
SF5－CF3中含94
mol电子，故0.1
mol
SF5－CF3分子中含9.4
mol电子，D错。]
18．据报道，近来发现了一种新的星际分子氰基辛炔，其结构简式为。对该物质的判断不正确的是( )
A．其分子中的原子都在一条直线上
B．能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．能发生加成反应
D．分子中碳原子采用sp2杂化方式
D [分子中C原子全部以sp杂化，所以分子中的原子全部在同一直线上，A正确；根据碳碳三键的性质可知，B、C正确。]
19．下列几组微粒互为等电子体的是( )
①N2和CO ②NO＋和CN－
③CO2和CS2 ④N2O和CO2 ⑤BF3和SO3
A．①②③
B．④⑤
C．①③④
D．①②③④⑤
D [①N2和CO中，原子总数都为2，价电子总数都为10，二者互为等电子体；②NO＋和CN－中，原子总数都为2，价电子总数分别为5＋6－1＝10和4＋5＋1＝10，二者互为等电子体；③CO2和CS2中均含3个原子，O和S同主族，价电子数相等，二者互为等电子体；④N2O和CO2均含3个原子，价电子总数分别为5×2＋6＝16和4＋6×2＝16，二者互为等电子体；⑤BF3和SO3均含4个原子，价电子总数分别为3＋7×3＝24和6×4＝24，二者互为等电子体。故①②③④⑤都符合题意，D正确。]
20．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)确定X、Y两种元素在周期表中的位置分别为________________、________________。
(2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中，①写出X质量分数为50%的化合物的化学式_______；该分子的中心原子以_______杂化，分子结构为_______。
②写出X的质量分数为60%的化合物的化学式________________；该分子的中心原子以________杂化，分子结构为________。
(3)由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是________(写分子式)，分子结构为角形的是________(写分子式)。
[解析] 根据氢化物化学式H2X，知×100%＝88.9%，M(X)≈16。可推知，X的相对原子质量为16，则X为O，Y为S，其氧化物分别为SO2、SO3，根据杂化轨道理论易确定其分子结构、极性。X元素为O，与氢元素形成两种化合物H2O和H2O2，其中H2O的分子结构为角形，H2O2分子中含有非极性键“—O—O—”。
[答案] (1)第2周期ⅥA族 第3周期ⅥA族
(2)①SO2 sp2 角形
②SO3 sp2 平面三角形
(3)H2O2 H2O
7/9