分子结构与性质知识点.docx

第二章 分子结构与性质第一节 共价键知识点梳理】1化学键（1）概念：相邻的原子间强烈的相互作用叫做化学键。 注意：必须是相邻的原子间。 必须是强烈的相互作用，所谓 “强烈的 ”是指原子间存在电子的转移，即形成共用电 子对或得失电子。（2）化学键只存在与分子内部或晶体中的相邻原子间及阴、阳离子间，对由共价键形 成的分子来说就是分子内的相邻的两个或多个原子间的相互作用，对由离子形成的物质来 说，就是阴、阳离子间的静电作用，这些作用是物质能够稳定存在的根本原因。（3）化学键类型包括离子键、共价键和金属键。2共价键（1）概念：原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。（2）成键粒子：原子。成键元素电负性差别较小。（ 3）成键性质：共用电子对对两原子的电性作用。（ 4）成键条件：同种非金属原子或不同种非金属原子之间，且成键的原子最外层电子 不一定达饱和状态。（ 5）共价键的本质（成键原因） ：成键原子相互靠近，自旋方向相反的两个电子形成 共用电子对（发生电子云重叠） ，且各原子最外层电子数目一般能达到饱和（通常为 8 电子 稳定结构），由不稳定变稳定；原子通过共用电子对形成共价键后，体系总能量降低。（ 6）共价键类型包括 键和 键。（7）共价键的特征：共价键具有饱和性和方向性。 共价键的饱和性： a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，便可和几个自旋相反 的电子 成键，这就是共价键的 “饱和性 ”。H 原子、 Cl 原子都只有一个未成对电子，因而只 能形成 H2、HCl 、Cl 2分子，不能形成 H3、H2Cl、Cl3等分子。b共价键的饱和决定了共价化合物的分子组成。 共价键的方向性：a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， 电子在两核出现概率越多，形成的共价键越牢固。 电子所在 的原子轨道都是有一定形状，所以要取得最大重叠，共价键必然有方向性。b同分子（如 HX ）中成键原子电子云（原子轨道）重叠程度越大，形成的共价键越 牢固，分子结构越稳定。如 HX 的稳定性 HF>HCl>HBr >HI 。（8）共价键的存在范围： 非金属单质分子中（除稀有气体外） ，如 O2、F2、 H2、C60等。 非金属形成的化合物中，如 SO2、CO2、CH4、H2O2、CS2 等。 部分离子化合物中，如 Na2SO4 中的 SO42-中存在共价键， NaOH 中的 OH中存在共 价键， NH4Cl 中 NH4+中存在共价键，等等。（9）用电子式表示共价化合物等的形成过程。 用 “ ”表示，不用 “=”。 “ ”两端的物质均用电子式表示。（10）用结构式表示共价化合物。在化学上常用一根短线表示一对共用电子， 其余电子一律省去， 这样的式子叫做结构式。 如下表化学式结构式化学式结构式N2NNCH4NH3CO2OCOHClHClHClOHOCl3 键和 键（1）键 键：形成共价键的未成对电子的原子轨道采取“头碰头 ”的重叠，这种共价键叫 键。 键的类型：根据成键电子原子轨道的不同， 键可分为 s s键、s - p键、p - 键。as-s键：两个成键原子均提供 s 原子轨道成键，如 H2 分子中 键形成过程：bs-p键：成键原子分别提供 s轨道和 p 轨道形成共价键。如： HCl 分子中 键的形 成过程：cp-p键：成键原子分别提供 p 原子轨道形成共价键。如 Cl2 分子中 键的形成过程。 键的特征： a.以形成化学键的两原子核的连线为轴作旋转操作，共价的电子云图形 不变，这种特征称为轴对称。 b.形成 键的原子轨道重叠程度较大，故 键有较强稳定性。 键的存在：共价键为 键，共价双键和叁键中存在 键（通常含一个 键）。（2）键： 键：形成共价键的未成对电子的原子轨道，采取“肩并肩 ”式重叠，这种共价键叫 键。 如下图 p - p键的形成： 键的特征：a每个 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，这种特征称为镜像对称。b形成 键时电子云重叠程度比 键小， 键没有 键牢固。 键的存在： 键通常存在于双键或叁键中。（3）价键轨道： 键、 键总称价键轨道。（4）键、 键存在规律：共价单键为 键；共价双键中有一个 键、一个 键； 共价叁键由一个 键和两个 键组成。 C2H6、C2H4中的化学键： C2H 6中只有 键； C2H4 中有 C - H键， C C 中有一个 键和一个 键。4键参数 键能、键长、键角（1）键能键能是原子形成 1mol 化学键释放的最低能量。键能通常取正值。单位：KJ.mol -1，用EA-B 表示。键能越大，形成该化学键所放出的能量越大，所形成的化学键越稳定。（2）键长 键长是形成共价键的两个原子之间的核间距。键长越短，往往键能越大，共价键越稳定。（3）键角在原子超过 2 个的分子中，两个共价键之间的夹角称为键角。如在CH4 中的键角为109 °28 ， P4分子中的键角为 60°。多原子分子中的键角一定， 表明共价键是有方向性的。 键角是描述分子立体结构的重要 参数，分子的许多性质都与键角有关。一般来说，若已知某分子中的键长和键角的数据，就可确定该分子的空间构型。5等电子原理（1）原子总数相同、价电子总数相同的分子具有相似化学键特征，它们的许多性质是 相近的。此原理称为等电子原理。满足等电子原理的分子称为等电子体。 注意：等电子体的价电子总数相同，而组成原子核外电子总数不一定相同。（2）CO 分子和 N2 分子具有相同原子总数、相同的价电子数，是等电子分子，其性质 对比如下：CO 分子和 N2 分子的某些性质分子熔点 /oC沸点 /oC在水中的溶 解度（室温 ）分子的价 电子总数CO-205.05-191.492.3mL107510N2-210.00-195.811.6mL946103）常见等电子体类型实例空间构型二原子 10 电子的等电子体+ 2- -N2、CO、NO+、C22-、CN-直线型三原子 16 电子的等电子体CO2，CS2，N2O，NCO -，NO 2+， N3-，NCS-， BeCl2(g)直线型三原子 18 电子的等电子体NO2-，O3，SO2V形四原子 24 电子的等电子体- 2- 3- NO3 ，CO3 ，BO3 ， CS33-，BF3，SO3(g)平面三角形五原子 32 电子的等电子体SiF4,CCl4，BF4-，SO42-，PO43-四个 键，正四面体形七原子 48 电子的等电子体SF6，PF6-，SiF62-，AlF 63-六个 键，正八面体（4）等电子原理的应用判断一些简单分子或离子的立体构型。 利用等点字体在性质上的相似性制造新材料。 利用等电子原理针对某物质找等电子体。第二节 分子的立体结构知识点梳理】1形形色色的分子 路易斯结构式：是在通常的结构式的基础上将未成键的孤对电子表示出来。（ 1）三原子分子的立体结构有直线形和V 形两种立体结构化学式电子式结构式路易斯结构式键角CO2180°H2O105°2）四原子分子多采取平面三角形和三角锥形两种立体结构化学式电子式结构式路易斯结构式键角CH2O120°NH3107°3）五原子分子的可能结构很多，最常见的是正四面体化学式电子式结构式路易斯结构式键角CH4109°282价层电子对互斥模型（ VSEPR ）模型 从形形色色分子的路易斯结构式可以看到， 有的分子中心原子上的价电子都用于形成共 价键； 有的分子中心原子上的价电子除用于成键外，还有孤对电子 （未用来形成共价键的电子对）。1）分子中心原子上的价电子都用于形成共价键，其价电子对的互拆模型就是中心原子周围 键电子对（不包括 键）的互拆模型。如：CO2CH2O不难看出，这类分子的价层电子对互拆（ VSEPR）模型与它们的分子结构模型相同。（2）分子中心原子上的价电子除用于成键外，还有孤对电子，其价电子对的互拆模型就是中心原子周围 键电子对（不包括 键）和孤对电子间的互拆模型。如：H2O同样，不难看出，将 VSEPR 模型中的孤对电子去掉，即得到这些分子的立体结构模型。综合上述情况，可用 AB nEm来表示分子的构成。 A 为中心原子， B 表示中心原子 A 周 围的原子 （B 可以是一种元素的原子， 也可以是几种元素的原子） ，n表示原子个数， E 表示 中心原子 A 周围的孤对电子， m 表示孤对电子数。n + mVSEPR 模型范例2直线性CO2、BeCl23平面三角形CH2O、BF34正四面体形CH 4、 CCl 45三角双锥形PCl56正八面体形SF6价层电子对互拆（ VSEPR ）模型可用来预测分子的立体结构。在中心原子周围无孤对电子，若 m = 0 ，即分子中心原子上的价电子都用于形成共价键， 则 VSEPR 模型就是其分子的立体结构模型。若 m 0，即分子中心原子周围有孤对电子， 则将 VSEPR 模型中的孤对电子去掉， 即得 到这些分子的立体结构模型。；NH 3 的 VSEPR如去掉两队孤对电子得其分子的立体结构模型为模型为去掉孤对电子得其分子的立体结构模型为3杂化轨道理论（1）杂化与杂化轨道： 轨道的杂化：原子内部能量相近的原子轨道重新组合生成一组新轨道的过程。 杂化轨道：杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道，叫杂化原子轨道。 形成甲烷分子时碳原子中 sp3 杂化四化轨道的形成过程：在形成 CH 4分子时，由于碳原子的一个 2s电子可被激发到 2p 空轨道，一个 2s轨道和 三个 2p轨道杂化形成四个能量相等的 sp3杂化轨道。四个 sp3杂化轨道分别与四个 H 原子的 1s轨道重叠成键形成 CH 4分子，所以四个 C - H 是等同的。可表示为：C 原子的杂化轨道（ 2）杂化轨道的类型： sp杂化： sp杂化轨道是由一个 ns轨道和一个 np轨道组合而成。每个 sp杂化轨道含 有 1/2s 和 1/2p 轨道的成分。 sp 杂化轨道间的家教为 180o，呈直线行（如 BeCl2）。 sp2杂化： sp2杂化轨道由一个 ns轨道和 2个 np 轨道组合而成，每个 sp2杂化轨道含 有 1/3s 和 2/3p 的成分， sp2 杂化轨道间的夹角为 120o，呈平面三角形（如 BF 3）。 sp3杂化： sp3杂化轨道是由一个 ns 轨道和 3 个 np 轨道组合而成。每个 sp3杂化轨道 含有 1/4s 和 3/4p 的成分， sp3 杂化轨道的夹角为 109.5o，呈空间正四面体形（如 CH 4、CF4、 CCl4 等）。（ 3）常见的杂化轨道类型类型参与杂化的轨道杂化轨道的 构型杂化轨道 的夹角中心原子杂化实例sp3杂 化轨道1 个 s 轨道和 3 个 p 轨道109°28CH 4、NH 4+、 NH 3、H2O、CCl4、SO42-、ClO 4-、PO43-sp2杂 化轨道1 个 s 轨道和 2 个 p 轨道120°CH 2=CH 2、HCHO 、SO3 、BF 3、BCl 3、NO3 、 CO32-sp 杂化 轨道1 个 s 轨道和 1 个 p 轨道180°CH CH、BeCl2、CO2注意：原子轨道杂化后原子轨道总数不变。杂化轨道只用于形成 键或者容纳未参加成键的弧对电子。未参加成键的 p 轨道，可用于形成 键。 能级相近的原子轨道才形成杂化轨道。4配合物理论简介（ 1）四水合铜离子a教材中实验 21 中， NaCl 、K 2SO4、 KBr 的水溶液呈无色， CuSO4、CuCl2.2H2O、 CuBr 2的水溶液呈天蓝色。呈天蓝色的物质是四合合铜离子Cu（H 2O）42+b四水合铜离子的结构式：（2）配位键电子对给予 接受键叫配位键。其本质是共价键，两个原子成键的共用电子对是由单方 提供，双方共用的。形成配位键的两原子中必须是其中一个原子有空轨道 如 Cu（H 2O）4 2+中， Cu2+有空轨道 ，作为电子接受体（简称受体） ；另一个原子有孤对电子 如 Cu（H 2O）4 2+ 中， O有孤对电子 ，作为电子给予体（简称给体） 。（3）配位化合物 通常把金属离子（或原子）与某些分子或离子（称为配体）以配位键结合形成的化合物 称为配位化合物，简称配合物。在四水合铜离子（ Cu（H 2O）42+）中， Cu2+是中心原子， H2O 是配体。即有空轨道的离子 是中心离子，有孤对电子的原子、分子或离子是配体。（ 4）四氨合铜离子a教材中实验 2 2b四氨合铜离子的结构 在Cu（NH3）42+中，NH3的 N 原子给出孤对电子对， Cu2+接受电子对，以配位键形成了 2+ 2+Cu（NH 3）4 2+。 Cu（NH 3）42+的结构式可表示为，其中 Cu2+是中心离子， NH 3 是配体。5）硫氰合铁离子硫氰合铁离子中 Fe3+是中心离子， SCN-是配体，其配位数可为 1 6。此反映可用来鉴 定 Fe3+ 。（6）过渡金属离子易形成配合物上述讨论的 Cu（H 2O） 42+、 Cu（NH 3）42+、Fe（SCN）2+、Fe（SCN）63-中的中心离子均为过 渡金属离子。这是由于过渡金属离子与多种配体具有很强的结合力，能形成较强的配位键， 所以过渡金属离子易形成配合物。 但这不是说主族元素的金属离子不能形成配合物， 如冰晶 石（Na 3AlF 6 ）中的 AlF 63-就是由主族元素的 Al 3+做中心离子形成的配合离子。第三节 分子的性质【知识点梳理】1键的极性和分子的极性（1）键的极性：极性键：a在不同原子间所形成的共价键， 由于不同原子的电负性不同， 共用电子对发生偏移， 这样的共价键是极性共价键，简称极性键。b成键原子中电负性大的原子带负电性 （），电负性小的原子带正电性 （ +）。如：、。 非极性键： 在相同原子间所形成的共价键， 由于相同原子的电负性相同， 则共用电子 对不发生偏移，这样的共价键就是非极性共价键，简称非极性键。如：N2中的 NN键、 P4分子中的 PP 键。（2）分子的极性：可以认为， 分子中正电荷的作用集中于一点， 是正电中心； 负电荷的作用几种于一点， 是负电中心。如果正电中心与负电中心不重合，使分子的一部分呈正电性（+），另一部分呈负电性（ ）这样的分子就是极性分子。如果正电中心与负电中心重合，这样的分子就 是非极性分子。分子的极性与键的极性的关系a只含非极性键的分子一定是非极性分子，如N2、P4、Cl2 等大部分非金属单质b分子中的极性键对称， 即分子中极性键的向量和为 0，是非极性分子， 如：CH 4、PCl5、SiCl 4。c分子中的极性键不对称， 即分子中极性键的向量和不为 0，是极性分子， 如：CH 3Cl 、 NH 3、PCl 3 等。分子共价键的极性分子中正 负电荷中 心结论举例同核双原 子分子非极性键重合非极性分子H2、N2、O2异核双原 子分子极性键不重合极性分子CO、HF、HCl异核多原分子中各键的 向量和为零重合非极性分子CO2、BF3、CH4子分子分子中各键的 向量和不为零不重合极性分子H2O、NH 3、CH3Cl2范德华力及其对物质的影响（ 1）分子间作用力概念： 把分子聚集在一起的作用力叫做分子间作用力， 又称范德华力， 其实是分子间 的电性引力。证明：从气体在降低温度、增大压强时能够凝结成液态或固态（在这个过程中， 气体 分子间的距离不断缩小， 并由不规则运动的混乱状态转变成有规则排列） 的事实可以证明分 子间存在着相互作用。大小判断：a影响分子间作用力的主要因素：分子的质量（相对分子质量）、分子的极性等。b组成和结构相似的物质，相对分子质量越大；分子间作用力越大。 c分子的极性越强，分子间作用力越大。例如：分子间作用力大小关系： F2 < Cl2 < Br2 < I2；CF4 < CCl 4 < CBr 4 < CI 4。如左下图所示），四卤华碳也有类似的情形（2）分子间作用力对物质的熔、沸点、溶解度等的影响： 规律：范德华力越大，物质的熔沸点越高。如卤素单质，随着相对分子质量的增大，分 子间的作用力越大，它们的熔沸点也相应升 （如右下图所示） 。溶质分子与溶剂分子间的范德华力越大，则溶质分子的溶解度越大。如CH4 和 HCl 在水中的溶解情况，由于 CH4与 H2O 分子间的作用力很小，故 CH4几乎不溶于水，而 HCl 与苯 分子间的作用力较大，故 Br 2、I2易溶于苯中，而 H2O与苯分子间的作用力很小，故 H2O 很 难溶与苯中。 注意：能量远小于化学键能，分子间作用力一般只有每摩尔几千焦至几十千焦，比化学 键能小 1 2 个数量级，而化学键主要影响物质的化学性质；存在于分子之间，且分子间 充分接近时才有相互的作用力，如固体和液体物质中；实质是电性引力。3氢键及其对物质性质的影响 （1）氢键概念： 某些氢化物分子间存在的比分子间作用力稍强的作用力叫做氢键， 其本质还是 静电吸引作用。氢键的形成：以 HF 为例，在 HF 分子中，由于 F 原子吸引电子的能力很强， HF 键的极性很强， 共用电子对强烈地偏向 F 原子，亦即 H 原子的电子云被 F 原子吸引， 使 H 原子几乎成为 “裸 露”的质子。这个半径很小、带部分正电荷的 H 核，与另一个 HF 分子带部分负电荷的 F 原 子相互吸引。这种静电吸引作用就是氢键。 氢键的表示方法： 氢键不是化学键，为了与化学键相区别，在下图用“”来表示氢键。注意三个原子不在用一直线上。HF 分子间的氢键 氢键的形成条件：在用 X HY 表示的氢键中， 氢原子位于其间是氢键形成的最重要的条件之一， 同时， 氢原子两边的 X 原子和 Y 原子所属元素具有很强的电负性、很小的原子半径是氢键形成的 另一个条件。由于 X 原子和 Y 原子具有很强烈吸引电子的作用，氢键才能存在。这类原子 应该是位于元素周期表的右上角元素的原子， 主要是氮原子、 氧原子和氟原子。 有机物分子 中含有羟基时，通常能形成氢键。 氢键的类型： 氢键既可以存在于分子之间， 也可存在于分子内部的原子团之间。 如邻 羟基苯甲醛的氢键存在于分子内部（醛基和羟基之间） ，对羟基苯甲醛存在分子间氢键，因 此对羟基苯甲醛的熔点、沸点分别比邻羟基苯甲醛的熔点、沸点高。（ 2）氢键对物质性质的影响：氢键的存在使得物质的熔点和沸点相对较高。例如下图中 NH3、HF和H2O的沸点反常， 分子间形成的氢键会使物质的熔点和沸点升 高，这是因为固体熔化或汽化时必须破坏分子间的氢键，从而需要消耗较多能量的缘故。（ 3）水中的氢键对水的性质的影响水分子间形成氢键，增大了水分子间的作用，使水的熔、沸点比同周期元素中H 2S高。氢键与水分子的性质：水的熔、沸点比 H2S 高，水结冰时，体积膨胀，密度减小。这些反常性质均与氢键有 关。（如下图）在水蒸汽中水以单个的 H2O 分子形式存在；在液态水中，通常是好几个水分 子通过氢键结合，形成 （H2O） n；在固态水（冰）中，水分子大范围地以氢键互相联结，称为 疏松的晶体， 因在冰的结构中有许多空隙， 造成体积膨胀、 密度减小、 所以冰会浮在水面上。 水的这种性质对水生物生存有重要的意义。除此之外，接近数的沸点时，用实验测定的水蒸气的相对分子质量比用化学式H2O 计算出来的相对分子质量大一些。 这也是由于氢键存在使接 “缔合 ”，形成了一些 “缔合分子 ”的原因。4溶解性（1）物质在水和四氯化碳中的溶解性物质名称水四氯化碳蔗糖易溶难溶氨易溶难溶萘难溶易溶碘难溶易溶2）分子的极性极性分子水、蔗糖、氨非极性分子四氯化碳、 萘、碘（ 3） “相似相溶 ”规律 非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。 溶质和溶剂之间的氢键作用力越大，溶解性越好。如NH3 与 H2O 之间存在氢键，故NH3 在水中的溶解度很大。无氢键相互作用的溶质在有氢键的水中的溶解性较小。如H 2S 和 H2O 都是极性分子，但 H 2S 和 H 2O 之间无氢键，故 H 2S 和 H 2O 水中的溶解性较小。 分子结构相似的溶质和溶剂互溶性较好。如乙醇分子中的OH 与水的 OH 相似，因而乙醇能与水互溶；而戊醇中的烃基较大，其分子中的 OH 与水中的 OH 相似性较差，因而它在水中的溶解性不大。（ 4）溶质与水发生反应可增大它在水中的溶解度。如：SO2 、NH 3 均与 H2O 反应分别生成 H2SO3、NH3.H2O，故可增大 SO2、NH3 的溶解度。5手性 （1）手性分子：两个分子从平面上看一模一样，但在空间上会完全不同，它们构成了 实物和镜像的关系如图甲，可以比作左右手的关系，所以叫手性分子如乙图。如：2）手性异构体：具有手性关系的分子互称为手性异构体，又叫对映异构体，光学异构体。（3）手性碳原子：如果一个碳原子所链接的四个原子或原子 团各不相同，则该碳原子称为手性碳原，用*C 表示。如，R1、R2、R3、R4 互不相同。（4）手性分子的用途： a常见手性分子：构成声明体的有机物绝大多数为手性分子。两个手性分子的性质不 同，且手性有机物中必定含手性碳原子。b手性分子的应用：生产手性药物；生产手性催化剂（手性催化剂只催化或主要催化 一种手性分子的合成） 。6无机含氧酸分子的酸性（ 1）无机含氧酸分子产生的酸性是由分子中羟基的氢原子离解成氢离子而引起的。因而无机含氧酸的分子的结构为（2）无机含氧酸酸性：含氧酸的通式可写成 （HO） mRO n的形式，成酸的元素 R相同时，则 n值越大， R的正电 性越高， 就会使 ROH 中的 O电子向 R 偏移，因而在水分子的作用下， 也就越容易电离 出 H+，因此酸性也就越强。如 H2SO3可写成 （HO） 2SO，n=1；H2SO4可写成 （OH）2SO2，n=2。 所以 H2SO4 的酸性强于 H2SO3。而对 HNO 2 来说，可写成 (HO)NO ，n=1；HNO 3 可写成 (HO) 2SO2， n=2。故 HNO3 的酸性强于 HNO 2。而对氯元素所形成的几种含氧酸，可分别写 成(HO)Cl ，n=0；(HO)ClO ， n=1； (HO)ClO 2，n=2；(HO)ClO 3,n=3。故其酸性顺序为 HClO <HClO 2<HClO 3<HClO 4。( 3)含氧酸酸性强弱判断： a同种元素的含氧酸中，成酸元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。如：HNO 3>HNO 2,H2SO4>H2SO3、HClO <HClO 2<HClO 3<HClO 4。b酸分子可表示为 (HO) mROn， n(非羟基氧原子数)值越大酸性越强；不同元素的含 氧酸中若 n 值相同，则酸的酸性相近。如硼酸H 3BO 3 (OH) 3B强度与次氯酸 (HO)Cl 相近(n 均为 0)；高溴酸 (HO)BrO 3 的强度与高氯酸 (HO)ClO 3相近。c碳酸的酸性：碳酸可表示为 (HO) 2CO，非羟基氧原子数为 1，酸强度与中强酸磷酸 (HO) 3PO似乎相似， H2CO 3实为弱酸。原因是 CO2 全部转化为 H 2CO 3分子来估算的强度相 比，酸锌要弱很多，故 H 2CO3为弱酸。