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高考化学,新高考专用,专题八化学键分子和晶体的结构与性质,考点一化学键分子间作用力,一、化学键,1.共价键1)共价键类型注意:共价键成键规律:共价单键是键;1个共价双键中有1个键、1个键;1个共价三键中有1个键、2个键。,3)配位键:一种特殊的共价键,由一方提供孤电子对,另一方接受孤电子对形成“电子对给予接受”键。配位键可表示为AB,其中A是能够提供孤电子对的原子或离子(称为配体或配位体),B是具有能够接受孤电子对的空轨道的原子或离子。配合物:通常把金属离子或原子(称为中心离子或原子)与某些分子或离子(称为配体或配位体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物,简称配合物。如:,2)共价键的键参数及对分子性质的影响,2.离子键、金属键1)离子键:阴、阳离子之间的静电作用。成键条件为成键原子所属元素电负性差值较大。2)金属键:金属阳离子和自由电子之间的一种电性作用,存在于同种金属元素原子之间或不同种金属元素原子之间(合金)。,3.物质的表示方法电子式的书写方法如下:,2)结构式:电子式中共用电子对用短线“”代替,省略未成键电子,如HClHCl,NH3。,二、分子间作用力,1.范德华力一般来说,组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越强,物质的熔、沸点越高;相对分子质量接近时,分子极性越强,范德华力越强。,2.氢键1)概念:氢键是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间的作用力。2)表示方法:XHY,X、Y分别可为N、O、F,“”表示共价键,“”表示形成的氢键。3)氢键不属于化学键。氢键影响物质的熔、沸点,溶解性等。,1.价层电子对互斥(VSEPR)模型1)理论要点价层电子对在空间上彼此相距最远时,排斥力最小,体系的能量最低。孤电子对的排斥力较大,孤电子对越多,排斥力越强,键角越小。2)中心原子价层电子对数(n)计算方法n=键电子对数+中心原子上的孤电子对数计算法:中心原子上的孤电子对数=(a-xb)。对于中性分子,式中a为中心原子的价电子数;对于阳离子,a为中心原子的价电子数减去离子所带的电荷数;对于阴离子,a为中心原子的价电子数加上离子所带的电荷数。x为与中心原子结合的原子数。b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。,考点二分子结构与性质,键电子对数由化学式确定,键电子对数=与中心原子结合的原子个数。电子式或结构式法:写出电子式或结构式,观察键电子对数和中心原子上的孤电子对数,两者相加即可。,2.杂化轨道理论1)理论要点:中心原子上若干不同类型(主要是s、p轨道)、能量相近的原子轨道混合起来,重新组合成同等数目、能量完全相同的新轨道。2)杂化轨道的类型,3)中心原子的杂化轨道数和杂化类型判断杂化轨道用来形成键和容纳孤电子对,所以有关系式:杂化轨道的数目=中心原子上的孤电子对数+中心原子的键电子对数(与中心原子直接相连的原子个数)=中心原子的价层电子对数,4)分子(ABn型)、离子(A型)的空间结构分析示例,3.比较键角大小的三种思维模型1)杂化轨道类型不同:spsp2sp3。2)3)在同一分子中,键电子斥力大,键角大。,4.分子的性质1)分子的手性当碳原子所连接的四个原子或原子团均不相同时,这样的碳原子称为手性碳原子(不对称碳原子),含有手性碳原子的分子不一定为手性分子;有手性异构体的分子为手性分子。注意:手性碳原子一定是饱和碳原子。2)分子的极性极性分子:正、负电中心不重合。如NH3、H2O、HCl。非极性分子:正、负电中心重合。如H2、Cl2、BF3、CH4、CO2。点拨:双原子单质分子为非极性分子,双原子化合物分子为极性分子。,3)溶解性“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。如卤素单质可溶于CCl4,乙醇、甲醛可溶于水。氢键:溶质与溶剂形成氢键时可以增强溶质的溶解性。,5.超分子1)概念:超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。2)超分子内分子间的作用力:超分子内部分子之间通过非共价键相结合,包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。3)超分子的应用:在分子水平上进行分子设计,有序组装甚至复制出一些新型的分子材料。,1.晶体1)结构特征:原子在三维空间里呈周期性有序排列。2)性质特征:有自范性、固定熔点、各向异性。3)获得途径:熔融态物质凝固、气态物质凝华、溶质从溶液中析出。4)结构测定:X射线衍射实验。,考点三晶体结构与性质,2.晶胞1)概念:描述晶体结构的基本单元。2)常见晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”,一般为平行六面体。,3.常见晶体结构模型,1)二氧化碳型(分子间作用力只有范德华力,例如C60、H2S)结构特点:每个晶胞含4个CO2分子;每个CO2分子周围最近的CO2分子有12个。,2)金刚石结构特点:每个碳原子与相邻4个碳原子以共价键结合,形成正四面体结构,碳原子杂化方式为sp3;键角均为10928;最小碳环由6个碳原子组成且6个原子不在同一平面内;每个碳原子参与4个CC键的形成,碳原子数与CC键个数之比为12;每个晶胞含8个碳原子,1 mol 金刚石含2 mol 共价键。,3)二氧化硅结构特点:每个Si与4个O以共价键结合,形成正四面体结构;每个正四面体占有1个Si,4个“O”,n(Si)n(O)=12;最小环上有12个原子,即6个O、6个Si。,4)氯化钠型结构特点:Na+周围最近的Cl-有6个、Cl-周围最近的Na+有6个;每个Na+(Cl-)周围紧邻(距离最近且相等)的Cl-(Na+)构成正八面体;每个Na+(Cl-)周围紧邻的Na+(Cl-)有12个;每个晶胞中含4个Na+、4个Cl-。,5)氯化铯型结构特点:Cs+周围最近的Cl-有8个、Cl-周围最近的Cs+有8个;每个晶胞中含1个Cs+、1个Cl-。,4.过渡晶体和混合型晶体1)过渡晶体:四类典型晶体是分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体,大多数晶体是它们之间的过渡晶体。离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大,当作离子晶体处理;离子键成分的百分数小,当作共价晶体处理。注意:电负性的差值越大,离子键成分的百分数越大。2)混合型晶体:像石墨这样,既有共价键又有范德华力,同时还存在类似金属键的作用力,兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体,称为混合型晶体。,5.典型晶体的结构、微粒间作用力及性质比较,综合一杂化类型判断大键分析,一、杂化类型判断,1.根据中心原子杂化轨道的空间结构判断,2.根据杂化轨道之间的夹角判断,3.根据中心原子的价层电子对数判断,4.根据中心原子形成的键数目判断一般情况下:,二、大键分析,1.大键概念:3个及3个以上原子构成的离子或分子中,原子有彼此平行的未参与杂化的p轨道,这些p轨道相互重叠形成大键,又称为离域键。,2.大键的形成条件:原子在同一平面,中心原子采取sp杂化或sp2杂化。,3.大键的表示:(m指参与形成大键的原子数;n指参与形成大键的电子数,且n2m,即参与形成大键的电子数小于p轨道数目的2倍)。,4.确定大键的步骤1)先画出原子间形成的键。2)除形成键外的多余电子置于该原子的周围。3)若该原子有1个单电子,则该单电子参与形成大键;若该原子没有单电子,则其最多有1个孤电子对参与形成大键。例如SO2中大键的确定:S和O最外层均为6个电子,S与2个O形成2个键,S多余的4个电子为2个孤电子对,则S有1个孤电子对参与形成大键;O与S形成1个键后还多余5个电子,其中有2个孤电子对,还有1个为单电子,则该单电子参与形成大键;故SO2中的大键为。注意:对于阴、阳离子,其参与形成大键的电子数要相应加上或减去其所带电荷数。,例(2020山东,7,2分)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,也有大键。下列关于B3N3H6的说法错误的是()A.其熔点主要取决于所含化学键的键能B.形成大键的电子全部由N提供C.分子中B和N的杂化方式相同D.分子中所有原子共平面,解题导引B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似,这是解决本题的关键。,解析A项,B3N3H6的结构与苯类似,二者都属于分子晶体,熔化过程中化学键不断裂,熔点主要取决于分子间作用力;B项,B有3个价电子,分别与N、H形成3个键,因此形成大键的电子全部由N提供;C项,B和N周围都形成3个键,余下电子形成大键,因此N与B都采取sp2杂化;D项,无机苯与苯结构类似,分子中所有原子共平面。,答案A,1.同类型晶体1)共价晶体:成键原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的熔、沸点越高。例如熔、沸点:金刚石SiC单晶Si。2)离子晶体:一般阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,熔、沸点越高。例如熔、沸点:MgONaClCsCl。3)分子晶体首先看能否形成分子间氢键,若能形成分子间氢键,则熔、沸点较高,形成的分子间氢键越多、越强,则熔、沸点越高,例如熔、沸点:H2OH2S,HOCH2CH2OHCH3CH2OH;若形成分子内氢键反而会降低其熔、沸点,例如熔、沸点:邻羟基苯甲醛对羟基苯甲醛。,综合二物质熔、沸点高低的比较,若不能形成氢键,对于组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越强,熔、沸点越高,例如熔、沸点:HIHBrHCl;相对分子质量接近的物质,分子的极性越大,范德华力越强,熔、沸点越高,例如熔、沸点:CON2。4)金属晶体:金属离子半径越小,价电子数越多,金属键越强,熔、沸点越高。,2.不同类型晶体熔、沸点高低一般规律:共价晶体离子晶体分子晶体。金属晶体熔、沸点分布范围较广。,例1(2022福建三明三模,14节选)稀土元素钆(Gd)及其化合物在医药、光学仪器、核反应控制等方面有广泛应用。(3)Gd2O3可用于增感荧光材料和核反应堆控制,熔点较高,常温下能与H2O、CO2等物质发生反应,熔点Gd2O3H2OCO2的原因是。,解题导引比较物质熔、沸点高低的思维流程:分析物质所属晶体类型分析微粒间作用力分析作用力的影响因素。,解析(3)Gd2O3是离子晶体,H2O和CO2是分子晶体,则Gd2O3的熔点最高,而H2O分子间存在氢键,则熔点H2OCO2。,答案(3)Gd2O3是离子晶体,H2O和CO2是分子晶体,H2O分子间存在氢键,例2(2023届重庆南开中学9月月考,18节选)虎年春晚上,一段舞蹈诗剧只此青绿生动还原了北宋画家王希孟的绝世之作千里江山图。它之所以能够流传千年依旧色彩艳丽,璀璨夺目,与其绘制方法和所用颜料有关。(4)根据价层电子对互斥理论,H2O、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是。S8的熔、沸点比SO2高很多,主要原因是。,解析(4)根据价层电子对互斥理论,H2O、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数分别是2+(6-21)=4、2+(6-22)=3、3+(6-32)=3,不同于其他分子的是H2O;S8的熔、沸点比SO2高很多,主要原因是S8的相对分子质量大,分子间范德华力强。,答案(4)H2OS8的相对分子质量大,分子间范德华力强,应用晶胞相关计算,1.均摊法计算晶胞中粒子的数目1)立方晶胞中某个微粒为n个晶胞所共用,则该微粒有属于这个晶胞。,2)非立方体形结构单元若结构单元不是立方体形,则微粒对结构单元的贡献视情况而定,计算顶点及侧棱上的微粒时与立方晶胞有所不同。,以下图的正三棱柱形结构单元为例,12个三棱柱才能将一个顶点完全盖住,所以顶点为12个结构单元共用,侧棱被6个结构单元共用,上下边被4个结构单元共用,有A:4=B:3+6=2C:11=1。因此,A、B、C三种微粒的个数比为163。,2.立方晶胞中粒子周围的粒子的个数判断1)A周围有4个B,B周围有12个A2)A周围有2个C,C周围有6个A3)B周围有6个D,D周围有2个B4)B周围有8个C,C周围有8个B5)C周围有12个D,D周围有4个C6)A周围有4个D,D周围有4个A,3.截距法判断原子的分数坐标1)原子的分数坐标:以晶胞参数为单位长度(不论晶胞边长大小,都是1)建立的坐标系。2)确定某原子坐标的方法:通过该原子可以作出三个平行于坐标轴的平面,三个平面在三条坐标轴上的截距占晶胞边长的分数,即该原子的分数坐标。如图,通过B点原子的三个面分别是BEFC(在x轴上没有截距)、BEGA(在y轴上没有截距)、BCDA(在z轴上的截距是1),故B点原子的分数坐标是(0,0,1);通过右面心M点的三个面,在x轴上的截距是,在y轴上的截距是1,在z轴上的截距是,故M点原子的分数坐标是(,1,)。,4.晶胞密度的计算根据晶体晶胞的结构特点和有关数据,求算晶体的密度或晶体晶胞的体积或晶胞参数a(晶胞边长)。对于立方晶胞,可建立如下求算途径:得关系式:=(a表示晶胞边长,表示密度,NA表示阿伏加德罗常数,N表示一个晶胞所含基本粒子或特定组合的数目,M表示摩尔质量)。,注意单位换算:1 pm=10-10 cm=10-12 m;1 nm=10-7 cm=10-9 m。,5.原子间距的计算已知立方晶胞的边长为a,根据原子所在的位置关系计算原子间的距离。1)三种常见类型,2)根据截距法求出两原子的分数坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2),再按照公式d=a进行计算。,