(完整版)第三周慕课分子结构----北大卞江普通化学原理

分子结构与性质一、共价键1.本质：原子间形成共用电子对分类非极性共价键：两个相同的非金属元素的原子间形成的共价键极性共价键：两个不相同的非金属元素的原子间形成的共价键、HCl的形成思考：用电子式表示H2共价键特征：①饱和性：每个原子形成共价键的数目是确定的②方向性：原子轨道沿一定方向重叠使成键的原子轨道最大程度地重叠2.σ键和π键①σ键--原子轨道沿着连线方向以“头碰头”方式重叠形成的共价键特点：以形成化学键的两个原子核的连线为轴旋转，σ键电子云的图形不变电子云描述氢原子形成氢分子的过程（s-s σ键）②π键--原子轨道沿着连线方向以“肩并肩”方式重叠形成的共价键特点：（1）电子云为镜像，即是每个π键的电子云由两块组成，分别位于由两个原子核构成的平面的两侧（2）不稳定,容易断裂p-p π键的形成N2分子中的N≡N思考：分析CH3CH3、CH2=CH2、CH≡CH、CO2分子中键的类别和个数3.键参数--键能、键长与键角①键能：气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量键能越大，即形成化学键时放出的能量越多，化学键越稳定应用--计算化学反应的反应热ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和②键长：形成共价键的两个原子之间的核间距键长是衡量共价稳定性的另一个参数规律：键长越短，一般键能越大，共价键越稳定一般地，形成的共价键的键能越大，键长越短，共价键越稳定，含有该键的分子越稳定，化学性质越稳定③键角：两个共价键之间的夹角键角是描述分子立体结构的重要参数，分子的许多性质与键角有关思考：N2、O2、F2跟H2的反应能力依次增强，从键能的角度如何理解4.等电子原理等电子体：原子总数相同、价电子（最外层电子）总数相同的分子如N2和CO是等电子体，但N2和C2H4不是等电子体等电子体原理：原子总数、价电子总数相同的分子具有相似的化学键特征，它们的物理性质是相近的。

例如N2和CO的熔沸点、溶解性、分子解离能等都非常接近5.用质谱测定分子的结构原理：不同质核比的粒子在磁场中运动轨迹不同eg：1.下列物质中能证明某化合物中一定有离子键的是（）A.可溶于水B.熔点较高C.水溶液能导电D.熔融状态能导电2.下列关于化学键的叙述中，正确的是（）A.离子化合物可以含共价键B.共价化合物可能含离子键C.离子化合物中只含离子键D.只有活泼金属与活泼非金属间才能形成离子键3.能够用键能解释的是（）A.氮气的化学性质比氧气稳定B.常温常压下，溴呈液体，碘为固体C.稀有气体一般很难发生化学反应D.硝酸易挥发，硫酸难挥发二、分子的立体结构1.价层电子对互斥理论对于ABn型分子，价电子对数 =σ键电子对数+中心原子的孤电子对数σ键电子对数=n，孤电子对数= （a-nb）a：中心原子价的价电子数n：与中心原子结合的原子数b：与中心原子结合的原子最多能接受的电子数（H为1，其他原子等于“8-该原子的价电子数”）注意：①对于复杂离子，在计算价层电子对数时，还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数②双键、叁键等多重键作为1对电子看待思考：分析CCl4、PO3-4、NH+4、SO3、SO2-4、NO2、H3O+的立体构型2.杂化轨道理论①CH4的正四面体构型sp3杂化：碳原子的2s轨道和3个2p轨道进行杂化，得到4个相同的sp3杂化轨道，夹角109°28′，分子的几何构型为正四面体思考：CCl4的杂化类型和结构②BF3的平面正三角形sp2杂化：硼原子的2s轨道与2个2p轨道进行杂化，得到3个相同的sp2杂化轨道，夹角是120°，分子的几何构型为平面正三角形思考CH2=CH2的杂化类型和结构③BeCl2的直线型sp杂化：铍原子的2s轨道与1个2p轨道进行杂化，得到2个相同的sp杂化轨道，夹角是180°，分子的几何构型为直线型思考CH≡CH的杂化类型和结构①看中心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π键，用去了2个p轨道，形成的是sp杂化；如果有1个双键则其中有1个π键，形成的是sp2杂化；如果全部是单键，则形成的是sp3杂化②杂化轨道数=中心原子孤对电子对数＋中心原子结合的原子数杂化的轨道形成的3.配合物理论①配位键--共用电子对由一个原子单方向提供给另一原子共用所形成的共价键形成条件：一个原子必须有孤对电子，另一原子必须有接受孤对电子的空轨道表示方法A B电子对给予体电子对接受体含有配位键的离子或分子：H3O+、NH+4②配位化合物--由金属离子（或原子）与分子或离子以配位键结合形成的复杂化合物中心原子：具有接受孤对电子的离子或原子配体：提供孤对电子的中性分子或者离子（如H2O、NH3、Cl-）配位原子：配体中直接与中心原子键合的原子③性质与应用a.配合物溶于水易电离为内界配离子和外界离子，而内界离子较稳定，不能电离[Cu(NH3)4]SO4= [Cu(NH3)4]2+ + SO2-4b.配合物的形成会对离子的溶解度产生的影响银氨溶液的配制：AgNO3 + NH3·H2O = AgOH↓+ NH4NO3AgOH + 2NH3·H2O = Ag(NH3)2OH + 2H2Oc.配合物的形成引起离子颜色的改变Fe3+ + SCN- = [Fe(SCN)]2+eg：1.下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是（）A.CO2与SO2B.CH4与NH3C.BeCl2与BF3D.CH≡CH与CH2=CH22.H2O、CH4、NH3中心原子均为sp3杂化，为什么水的键角为105°，氨气的为107°？3.写出下列分子的路易斯结构式并指出中心原子可能采用的杂化轨道类型，并预测分子的几何构型①PCl3②AlCl3③CS2④C12O4.对于HCN分子和HCHO分子①写出路易斯结构式②用VSEPR模型分析其立体结构③分析中心原子的杂化类型④分析分子中的π键5.下列分子或离子中都存在着配位键的是（）A.NH3、H2O B.NH+4、H3O+C.N2、HClO D.[Cu(NH3)4]2+、PCl36.下列分子或离子中，能提供孤对电子与某些金属离子形成配位键的是（）①H2O ②NH3③F-④CN-⑤COA.①②B.①②③C.①②④D.①②③④⑤三、分子的性质1.键的极性和分子的极性 共价键 非极性共价键极性共价键分子非极性分子：正电中心和负电中心重合极性分子：正电中心和负电中心不重合键的极性和分子的空间构型共同决定分子的极性 极性分子的判断：①经验规律：对于AB n 型分子，若中心原子A 的化合价的绝对值等于该元素原子的最外层电子数（价电子数），则为非极性分子，否则为极性分子 ②分子结构呈几何空间对称，则为非极性分子 思考：H 2O 2是否为极性分子？2.范德华力--分子间作用力特点：①范德华力很弱，不属于化学键，比化学键小的多（约l- 2个数量级） ②结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大；分子的极性越大，范德华力越大③范德华力主要影响物理性质(熔、沸点，溶解性等)；化学键主要影响物质的化学性质如气体降温、加压会液化，壁虎在天花板爬行自如3.氢键--除范德华力外的另一种分子间作用力 NH 3、H 2O 、HF （最强） 氢键的表示 A —H…B①氢键的影响--熔、沸点、密度、溶解性a.NH 3、H 2O 、HF 的熔、沸点反常，比VA 、VIA 、VIIA 族其他元素的氢化物的熔、沸点高出许多b.水凝固时体积膨胀，密度减小c.相对分子质量相近的醇、羧酸的沸点远高于烷烃d.接近水的沸点的水蒸气的相对分子质量测定值比用化学式H 2O 计算的值大 ②氢键的类型4.溶解性相似相溶：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①如果存在氢键，溶解性更好如NH3在H2O中溶解度很大②分子结构相似的溶解性更好如CH3CH20H与H2O混溶③溶质与溶剂发生反应的溶解性更好如SO2能与H2O反应可增加SO2溶解度思考：低碳醇与水互溶，而高碳醇在水中的溶解度却很小5.手性手性异构体--具有完全相同的组成和原子排列（即分子式相同），结构互为镜像，在三维空间里不能重叠手性分子--有手性异构体的分子手性碳原子--连有四个不同原子（原子团）的碳原子，记为*C判断：当分子中只有一个*C，则此分子为手性分子6.无机含氧酸分子的酸性R-O-H规则：无机含氧酸可以写成(HO)m ROn，如果成酸元素R相同，n值越大（即非羟基氧的个数越多），R的正电性越高，导致R-O-H中的O的电子向R偏移，因而在水分子的作用下，也就越容易电离出H+，即酸性越强应用--解释对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强思考：HCl0、HClO2、HClO3、HCl04的酸性强弱顺序eg：1.以下物质CO2、O3、P4、NH4Cl、PH3、HCN、H2O、BF3、CH3Cl含离子键的物质是由极性键构成的极性分子是由极性键构成的非极性分子是由非极性键构成的极性分子是2.下列对极性分子和非极性分子的认识正确的是（）A.只含非极性键的分子一定是非极性分子B.含有极性键的分子一定是极性分子C.非极性分子一定含有非极性键D.由极性键构成的双原子分子一定是极性分子3.下列有关性质判断正确且可以由范德华力来解释的是（）A.沸点：HBr > HClB.沸点：CH3CH2Br < C2H5OHC.稳定性：HF > HClD.-OH上氢原子的活泼性：H-O-H > C2H5-O-H4.下列现象的原因与氢键的存在无关的是（）A.邻羟基苯甲酸的沸点比对羟基苯甲酸低B.HCl的熔沸点比HF低C.NH3极易溶于水D.CH4的沸点比SiH4低习题精选1.下列有关化学键的说法不正确的是（）A.分子中不一定存在化学键B.分子中若有共价键，则一定存在σ键C.p和p轨道既能形成σ键又能形成π键D.含π键的物质不如含σ键的物质稳定2.关于键长、键能和键角，下列说法不正确的是（）A.键角是描述分子立体结构的重要参数B.键长的大小与成键原子的半径和成键数目有关C.键能越大，键长越长，共价化合物越稳定D.键角的大小与键长、键能的大小无关3.下图为元素周期表前4周期的一部分，下列有关R、W、X、Y、Z 5种元素的叙述中，正确的是（）A.W、R元素单质分子内的化学键都是非极性键B.X、Z元素都能够形成双原子分子C.键能W-H＞Y-H，键的极性Y-H＞W-HD.键长X-H＜W-H，键能X-H＜W-H4.下列不互不等电子体的是（）A.N2O和 CO2B.O3和NO-2C.CH4和NH+4D.OH-和NH-25.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几何构型都是正四面体B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道D.凡AB3型的共价化合物，其中中心原子A均采用sp3杂化轨道成键6.对SO2与CO2说法正确的是（）A.都是直线形结构B.中心原子都采取sp杂化轨道C.S原子和C原子上都没有孤对电子D.SO2为V形结构， CO2为直线形结构7.下列关于杂化轨道的叙述中，不正确的是（）A.分子中中心原子通过SP3杂化轨道成键时，该分子不一定为正四面体结构B.杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子C.H2SO4硫酸分子中三种原子均以杂化轨道成键D.N2分子中N原子没有杂化，分子中有一个σ键、2个π键8.配合物在许多方面有着广泛的应用，下列叙述不正确的是（）A.以Mg2+为中心的大环配合物叶绿素能催化光合作用B.Fe2+的卟啉配合物是输送O2的血红素C.[Ag(NH3)2]+是化学镀银的有效成分D.向溶液中逐滴加入NH3·H2O，可除去ZnSO4溶液中的Cu2+9.PCl3分子的空间构型是三角锥形而不是平面正三角形，下列关于PCl3分子空间构型理由的叙述，不正确的是（）A.PCl3分子中三个共价键的键长，键角都相等B.PCl3分子中的P-Cl键属于极性共价键C.PCl3分子中三个共价键键能，键角均相等D.PCl3是非极性分子10.下列推论正确的（）A.SiH4的沸点高于CH4，可推测PH3的沸点高于NH3B.NH+4为正四面体结构，可推测出PH+4也为正四面体结构C.CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体D.C2H6是碳链为直线型的非极性分子，可推测C3H8也是碳链为直线型的非极性分子11.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12.下列物质发生变化时，所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是（）A.液溴和苯分别受热变为气体B.干冰和氯化铵分别受热变为气体C.二氧化硅和铁分别受热熔化D.食盐和葡萄糖分别溶解在水中13.下列说法中正确的是（）A.无机含氧酸分子中的氧原子数越多，则其酸性也越强B.氯化银能溶于过量的氨水，是因为它与氨水反应生成了一种可溶的配位化合物C.分子是否具有极性决定分子中是否存在极性共价键D.氢键就是一种存在于某些特殊含氢元素的分子中的一种化学键14.下列操作利用了相似相溶原理的是（）A.用稀硝酸洗做过银镜反应实验的试管B.用稀盐酸清洗做高锰酸钾分解实验的试管C.用氢氧化钠溶液清洗盛过硅酸的试管D.用四氯化碳清洗做过碘升华的烧杯15.有机物含有一个手性碳原子(标有“*”的碳原子)，具有光学活性。