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2019-2020年高考化學考點突破訓練 12.3分子空間構(gòu)型與物質(zhì)的性質(zhì) 1．下列關(guān)于雜化軌道的敘述中，不正確的是(　　) A．分子中中心原子通過sp3雜化軌道成鍵時，該分子不一定為正四面體結(jié)構(gòu) B．雜化軌道只用于形成σ鍵或用于容納未參與成鍵的孤電子 C．H2SO4分子中三種原子均以雜化軌道成鍵 D．N2分子中N原子沒有雜化，分子中有1個σ鍵、2個π鍵 解析　H2O分子中的中心原子O為sp3雜化，H2O的空間構(gòu)型為V形；H2SO4分子中氫原子沒有發(fā)生軌道雜化。 答案　C 2．用價層電子對互斥理論預(yù)測H2S和BF3的空間構(gòu)型，結(jié)論正確的是(　　) A．直線形；三角錐形 B．V形；三角錐形 C．直線形；平面三角形 D．V形；平面三角形 解析　H2S分子中的硫原子上含有兩個孤電子對，故H2S空間構(gòu)型為V形；BF3中B原子的價電子全部用于成鍵，故為平面三角形。 答案　D 3．若ABn的中心原子A上沒有未用于形成共價鍵的孤對電子，運用價層電子對互斥模型，下列說法正確的是(　　) A．若n＝2，則分子的立體結(jié)構(gòu)為V形 B．若n＝3，則分子的立體結(jié)構(gòu)為三角錐形 C．若n＝4，則分子的立體結(jié)構(gòu)為正四面體形 D．以上說法都不正確 解析　若ABn的中心原子A上沒有未用于形成共價鍵的孤對電子，那么中心原子形成的σ鍵成鍵電子對數(shù)一定是2，則根據(jù)斥力最小的原則，當n＝2時，分子結(jié)構(gòu)為直線形；n＝3時，分子結(jié)構(gòu)為平面三角形；n＝4時，分子結(jié)構(gòu)為正四面體形。 答案　C 4．原子形成化合物時，電子云間的相互作用對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)會產(chǎn)生影響。請回答下列問題： (1)BF3分子的立體結(jié)構(gòu)為________________，NF3分子的立體結(jié)構(gòu)為________________。 (2)碳原子有4個價電子，在形成化合物時價電子均參與成鍵，但雜化方式不一定相同。在乙烷、乙烯、乙炔和苯四種分子中，碳原子采取sp雜化的分子是________(寫結(jié)構(gòu)簡式，下同)，采取sp2雜化的分子是________，采取sp3雜化的分子是________。試寫出一種有機物分子的結(jié)構(gòu)簡式，要求同時含有三種不同雜化方式的碳原子：________________。 (3)已知H2O、NH3、CH4三種分子中，鍵角由大到小的順序是CH4>NH3>H2O，請分析可能的原因是________________________________________________。 (4)由于電荷的作用，陰、陽離子形成化合物時離子的電子云會發(fā)生變化，使離子鍵逐漸向共價鍵過渡。陽離子電荷數(shù)越多，陰離子半徑越大時，電子云變化越大，導致所形成的化合物在水中的溶解度越小。由此可知，四種鹵化銀(AgF、AgCl、AgBr和AgI)在水中的溶解度由大到小的順序為____________________________。 解析　(1)BF3分子中的B原子采取sp2雜化，所以其分子的立體結(jié)構(gòu)為平面三角形；NF3分子中的N原子采取sp3雜化，其中一個雜化軌道中存在一對孤電子對，所以其分子的立體結(jié)構(gòu)為三角錐形。 (2)乙烷分子中的碳原子采取sp3雜化，乙烯、苯分子中的碳原子均采取sp2雜化，乙炔分子中的碳原子采取sp雜化，同時含有三種不同雜化方式的碳原子的有機物分子中應(yīng)該同時含有烷基(或環(huán)烷基)、碳碳雙鍵(或苯環(huán))和碳碳三鍵。 (3)H2O、NH3、CH4分子中的O、N、C均采取sp3雜化，而在O原子上有2對孤電子對，對成鍵電子對的排斥作用最大，鍵角最小；N原子上有1對孤電子對，對成鍵電子對的排斥作用使鍵角縮小，但比水分子的要大；C原子上無孤電子對，鍵角最大。 (4)陽離子電荷數(shù)越多、陰離子半徑越大時，電子云變化越大，化學鍵中離子鍵的成分減少、共價鍵的成分增加，極性減小，故在水中的溶解性減小。 答案　(1)平面三角形　三角錐形 (3)CH4分子中的C原子沒有孤電子對，NH3分子中N原子上有1對孤電子對，H2O分子中O原子上有2對孤電子對，對成鍵電子對的排斥作用增大，故鍵角減小 (4)AgF>AgCl>AgBr>AgI 歸納總結(jié) 1.“三種”方法判斷分子中心原子的雜化類型 (1)根據(jù)雜化軌道的空間分布構(gòu)型判斷。 ①若雜化軌道在空間的分布為正四面體形或三角錐形，則分子的中心原子發(fā)生sp3雜化。 ②若雜化軌道在空間的分布呈平面三角形，則分子的中心原子發(fā)生sp2雜化。 ③若雜化軌道在空間的分布呈直線形，則分子的中心原子發(fā)生sp雜化。 (2)根據(jù)雜化軌道之間的夾角判斷。 若雜化軌道之間的夾角為10928′，則分子的中心原子發(fā)生sp3雜化；若雜化軌道之間的夾角為120，則分子的中心原子發(fā)生sp2雜化；若雜化軌道之間的夾角為180，則分子的中心原子發(fā)生sp雜化。 (3)根據(jù)等電子原理結(jié)構(gòu)相似進行推斷，如CO2是直線形分子，CNS－、NO、N與CO2是等電子體，所以分子構(gòu)型均為直線形，中心原子均采用sp雜化。 2．用價層電子對互斥理論推測分子或離子的思維程序 用價層電子對互斥理論推測簡單分子(ABn型)、離子(AB型)空間構(gòu)型的方法 (1)σ鍵的電子對數(shù)的確定。 由分子式確定σ鍵電子對數(shù)。例如，H2O中的中 心原子為O，O有2對σ鍵電子對；NH3中的中心原子為N，N有3對σ鍵電子對。 (2)中心原子上的孤電子對數(shù)的確定。 中心原子上的孤電子對數(shù)＝(a－xb)。式中a為中心原子的價電子數(shù)，對于主族元素來說，價電子數(shù)等于原子的最外層電子數(shù)；x為與中心原子結(jié)合的原子數(shù)；b為與中心原子結(jié)合的原子最多能接受的電子數(shù)，氫為1，其他原子等于“8－該原子的價電子數(shù)”。例如，SO2的中心原子為S，S的價電子數(shù)為6(即S的最外層電子數(shù)為6)，則a＝6；與中心原子S結(jié)合的O的個數(shù)為2，則x＝2；與中心原子結(jié)合的O最多能接受的電子數(shù)為2，則b＝2。所以，SO2中的中心原子S上的孤電子對數(shù)＝(6－22)＝1。 考點2 分子極性的判斷和等電子體原理 1.分子極性的判斷 (1)極性分子和非極性分子。 (2)根據(jù)鍵的類型及分子的空間構(gòu)型判斷。 非極性分子、極性分子的判斷，首先看鍵是否有極性，然后再看各鍵的空間排列狀況。鍵無極性，分子必無極性；鍵有極性，各鍵空間排列均勻，使鍵的極性相互抵消，分子無極性；鍵有極性，各鍵空間排列不均勻，不能使鍵的極性相互抵消，分子有極性。 共價鍵的極性與分子極性的關(guān)系可總結(jié)如下： (3)根據(jù)中心原子最外層電子是否全部成鍵判斷。 分子中的中心原子最外層電子若全部成鍵，此分子一般為非極性分子；分子中的中心原子最外層電子若未全部成鍵，此分子一般為極性分子。 CH4、BF3、CO2等分子中的中心原子的最外層電子均全部成鍵，它們都是非極性分子。而H2O、NH3、NF3等分子中的中心原子的最外層電子均未全部成鍵，它們都是極性分子。 2．等電子體原理 (1)等電子體原理。 原子總數(shù)相同，價電子總數(shù)相同的分子具有相似的化學鍵特征，它們的許多性質(zhì)相似。 (2)常見的等電子體。 微粒 通式 價電子總數(shù) 立體構(gòu)型 CO2、CNS－、NO、N AX2 16e－ 直線形 CO、NO、SO3 AX3 24e－ 平面三角形 SO2、O3、NO AX2 18e－ V形 SO、PO AX4 32e－ 正四面體形 PO、SO、ClO AX3 26e－ 三角錐形 CO、N2 AX 10e－ 直線形 CH4、NH AX4 8e－ 正四面體形 (3)根據(jù)已知的一些分子結(jié)構(gòu)推測另一些與它等電子的微粒的立體結(jié)構(gòu)，并推測其物理性質(zhì)。①(BN)x與(C2)x，N2O與CO2等也是等電子體；②硅和鍺是良好的半導體材料，他們的等電子體磷化鋁(AlP)和砷化鎵(GaAs)也是很好的半導體材料；③白錫(β－Sn2)與銻化銦是等電子體，它們在低溫下都可轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢w；④SiCl4、SiO、SO的原子數(shù)目和價電子總數(shù)都相等，它們互為等電子體，中心原子都是sp3雜化，都形成正四面體形立體構(gòu)型。 題組訓練 5.NH3分子的空間構(gòu)型是三角錐形，而不是正三角形的平面結(jié)構(gòu)，能充分說明此種現(xiàn)象的理由是(　　) ①NH3是極性分子?、诜肿觾?nèi)3個N—H鍵的鍵長相等，3個鍵角都等于107?、鄯肿觾?nèi)3個N—H鍵的鍵長相等、鍵角相等　④NH3分子內(nèi)3個N—H鍵的鍵長相等，3個鍵角都等于120 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 解析　NH3分子中的N—H鍵屬于極性共價鍵，所以其分子的極性完全由分子的空間構(gòu)型確定，反過來分子的極性驗證分子的空間構(gòu)型。①中NH3分子為極性分子，說明分子的空間構(gòu)型不對稱、不均勻，三角錐形符合這種構(gòu)型；②中3個N—H鍵的鍵長相等，3個鍵角都等于107，正好也屬于三角錐形的特征；③中3個N—H鍵的鍵長相等、鍵角相等并不反映出分子的極性(可能是極性分子，也可能是非極性分子)；④中恰恰說明NH3分子為非極性分子，不符合事實。 答案　A 6．下列敘述中正確的是(　　) A．以非極性鍵結(jié)合起來的雙原子分子一定是非極性分子 B．以極性鍵結(jié)合起來的分子一定是極性分子 C．非極性分子只能是雙原子單質(zhì)分子 D．非極性分子中，一定含有非極性共價鍵 解析　對于抽象的選擇題可用反例法，以具體的物質(zhì)判斷正誤。A項是正確的，如O2、H2、N2等；B項錯誤，以極性鍵結(jié)合起來的分子不一定是極性分子，若分子構(gòu)型對稱，正負電荷重心重合，就是非極性分子，如CH4、CO2、CCl4、CS2等；C項錯誤，某些共價化合物如CH4、CO2、CCl4、C2H4等也是非極性分子；D項錯誤，非極性分子中不一定含有非極性鍵，如CH4、CO2。 答案　A 7．下列各組分子中，都屬于含極性鍵的非極性分子的是(　　) A．CO2、H2S B．C2H4、CH4 C．Cl2、C2H2 D．NH3、HCl 解析　H2S和NH3、HCl都是含有極性鍵的極性分子；Cl2是含有非極性鍵的非極性分子；CO2、CH4是含有極性鍵的非極性分子；C2H4和C2H2是含有極性鍵和非極性鍵的非極性分子。 答案　B 8．1919年，Langmuir提出等電子原理：原子數(shù)相同、電子總數(shù)相同的分子，互稱為等電子體。等電子體的結(jié)構(gòu)相似、物理性質(zhì)相近。 (1)根據(jù)上述原理，僅由第二周期元素組成的共價分子中，互為等電子體的是______________和______________；______________和______________。 (2)此后，等電子原理又有所發(fā)展。例如，由短周期元素組成的微粒，只要其原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，也可互稱為等電子體，它們也具有相似的結(jié)構(gòu)特征。在短周期元素組成的物質(zhì)中，與NO互為等電子體的分子有________、________。 解析　(1)僅由第二周期元素組成的共價分子中，即C、N、O、F組成的共價分子，如：N2與CO均為14個電子，N2O與CO2均為22個電子。 (2)依題意，只要原子數(shù)相同，各原子最外層電子數(shù)之和相同，即可互稱為等電子體，NO為三原子，各原子最外層電子數(shù)之和為5＋62＋1＝18，SO2、O3也為三原子，各原子最外層電子數(shù)之和為63＝18。 答案　(1)N2　CO　N2O　CO2 (2)SO2　O3 考點3 范德華力、氫鍵和共價鍵的比較 范德華力 氫鍵 共價鍵 概念 物質(zhì)分子之間普遍存在的一種相互作用力，又稱分子間作用力 由已經(jīng)與電負性很強的原子形成共價鍵的氫原子與另一個分子中電負性很強的原子之間的作用力 原子間通過共用電子對所形成的相互作用 分類 分子內(nèi)氫鍵、分子間氫鍵 極性共價鍵、非極性共價鍵 作用微粒 分子或原子(稀有氣體) 氫原子、原子 原子 特征 無方向性、無飽和性 有方向性、有飽和性 有方向性、有飽和性 強度比較 共價鍵>氫鍵>范德華力 影響強度 的因素 ①隨著分子極性和相對分子質(zhì)量的增大而增大 ②組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大 對于A—H…B—，A、B的電負性越大，B原子的半徑越小，形成的氫鍵越強 成鍵原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定 對物質(zhì)性 質(zhì)的影響 ①影響物質(zhì)的熔沸點、溶解度等物理性質(zhì) ②組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，隨相對分子質(zhì)量的增大，物質(zhì)的熔沸點升高，如F2H2S，HF>HCl， NH3>PH3 ①影響分子的穩(wěn)定性 ②共價鍵鍵能越大，分子穩(wěn)定性越強 題組訓練 9．若不斷地升高溫度，實現(xiàn)“雪花→水→水蒸氣→氧氣和氫氣”的變化。在變化的各階段被破壞的粒子間的主要相互作用依次是(　　) A．氫鍵；分子間作用力；極性鍵 B．氫鍵；氫鍵；非極性鍵 C．氫鍵；極性鍵；分子間作用力 D．分子間作用力；氫鍵；非極性鍵 答案　A 10．氨氣溶于水時，大部分NH3與H2O以氫鍵(用“…”表示)結(jié)合形成NH3H2O分子。根據(jù)氨水的性質(zhì)可推知NH3H2O的結(jié)構(gòu)式為(　　) 解析　從氫鍵的成鍵原理上講，A、B都成立；但從空間構(gòu)型上講，由于氨分子是三角錐形，易于提供孤對電子，所以，以B方式結(jié)合空間阻礙最小，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定；從事實上講，依據(jù)NH3H2O===NH＋OH－，可知答案是B。 答案　B 11．已知H和O可以形成H2O和H2O2兩種化合物，試根據(jù)有關(guān)信息完成下列問題： (1)水是維持生命活動所必需的一種物質(zhì)。 ①1 mol冰中有________mol氫鍵。 ②用球棍模型表示的水分子結(jié)構(gòu)是________。 (2)已知H2O2分子的結(jié)構(gòu)如圖所示：H2O2分子不是直線形的，兩個氫原子猶如在半展開的書的兩面上，兩個氧原子在書脊位置上，書頁夾角為9352′，而兩個O—H鍵與O—O鍵的夾角均為9652′。 試回答： ①H2O2分子的電子式是________，結(jié)構(gòu)式是________________。 ②H2O2分子是含有________鍵和________鍵的________(填“極性”或“非極性”)分子。 ③H2O2難溶于CS2，簡要說明理由：_____________。 ④H2O2中氧元素的化合價是________，簡要說明原因_______。 解析　(1)在冰中，每個水分子與周圍的4個水分子形成4個氫鍵，按“均攤法”計算，相當于每個水分子有2個氫鍵；水分子為V形結(jié)構(gòu)。 (2)由H2O2的空間構(gòu)型圖可知，H2O2是極性分子，分子內(nèi)既有極性鍵，又有非極性鍵，根據(jù)“相似相溶”規(guī)律，H2O2難溶于CS2。 答案　(1)①2　②B (2)①H:::H　H—O—O—H?、跇O性 非極性　極性?、垡騂2O2為極性分子，而CS2為非極性溶劑，根據(jù)“相似相溶”規(guī)律，H2O2難溶于CS2?、埽?價　因O—O鍵為非極性鍵，而O—H鍵為極性鍵，共用電子對偏向氧，故氧為－1價