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高考化学物质结构与性质

前言：高中化学120个关键知识，为高中理科生整理，请同学们收藏学习，为了资源的共享，请把此资料转载分享、或发表在博客、论坛上，以便分享给更多的同学 
一. 学习内容：
分子结构与晶体结构
 二. 学习目标
了解化学键的含义，理解并掌握共价键的主要类型及特点，共价键、离子键及金属键的主要区别及对物质性质的影响。
能根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断简单分子或离子的空间构型，了解等电子体的含义。
了解原子晶体、分子晶体和金属晶体的结构特征，掌握不同晶体的构成微粒及微粒间的相互作用力，掌握影响晶体熔沸点、溶解性的因素。
三. 学习重点、难点
分子结构与晶体结构的特点，影响物质熔沸点和溶解性、酸性的因素
四. 学习过程
（一）化学键与分子结构：
1、化学键：相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用，通常叫做化学键。

三种化学键的比较：
离子键
共价键
金属键
形成过程
阴阳离子间的静电作用
原子间通过共用电子对所形成的相互作用
金属阳离子与自由电子间的相互作用
构成元素
典型金属（含NH4+）和典型非金属、含氧酸根
非金属
金属
实例
离子化合物，如典型金属氧化物、强碱、大多数盐
多原子非金属单质、气态氢化物、非金属氧化物、酸等
金属
配位键：配位键属于共价键，它是由一方提供孤对电子，另一方提供空轨道所形成的共
价键，例如：NH4+的形成  

       在NH4+中，虽然有一个N－H键形成过程与其它3个N－H键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。
共价键的三个键参数
概念
意义
键长
分子中两个成键原子核间距离（米）
键长越短，化学键越强，形成的分子越稳定
键能
对于气态双原子分子AB，拆开1molA-B键所需的能量
键能越大，化学键越强，越牢固，形成的分子越稳定
键角
键与键之间的夹角
键角决定分子空间构型
键长、键能决定共价键的强弱和分子的稳定性：原子半径越小，键长越短，键能越大，分子越稳定。
共价键的极性
极性键
非极性键
共用电子对偏移程度
偏移
不偏移
构成元素
不同种非金属元素
同种非金属元素
实例
HCl、H2O、CO2、H2SO4
H2、N2、Cl2
共价键按成键形式可分为σ键和π键两种，σ键主要存在于单键中，π键主要存在于双键、叁键以及环状化合物中。σ键较稳定，而π键一般较不稳定。
共价键具有饱和性和方向性两大特征。
2、分子结构：
价层电子对互斥理论：
把分子分成两大类：一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键。如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测，概括如下：
ABn
立体结构
范例
n=2
直线型
CO2
n=3
平面三角形
CH2O
n=4
正四面体型
CH4
另一类是中心原子上有孤对电子（未用于形成共价键的电子对）的分子。如H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。因而H2O分子呈V型，NH3分子呈三角锥型。
杂化轨道理论： 
在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。据参与杂化的s轨道与p轨道的数目，存在sp3、sp2 、sp三种杂化。
杂化轨道理论分析多原子分子（离子）的立体结构
化学式
中心原子孤对电子对数
杂化轨道数
杂化轨道类型
分子结构
CH4
0
4
sp3
正四面体
C2H4
0
3
sp2
平面三角形
BF3
0
3
sp2
平面三角形
CH2O
0
3
sp2
平面三角形
C2H2
0
2
sp
直线型
CO2
0
2
sp
直线型
NH3
1
4
sp3
三角锥型
NH4+
0
4
sp3
正四面体
H2O
2
4
sp3
V形
H3O+
1
4
sp3
三角锥型
价层电子对互斥模型判断简单分子或离子的空间构型
电子对数 目
电子对的空间构型
成键电子对数
孤电子
对 数
电子对的
排列方式
分子的
空间构型
实  例
2
直 线
2
0

直 线
CO2、C2H2
3
三角形
3
0

三角形
BF3、SO3
2
1

V形
SnCl2、PbCl2
4
四面体
4
0

四面体
CH4、SO42-
CCl4、NH4+
3
1

三角锥
NH3、PCl3
2
2

V形
H2O、H2S
说明：
（1）等电子原理是指原子总数相同，价电子总数相同的分子或离子，对于主族元素而言，价电子就是其最外层电子数，即为最外层电子总数相等。这一类分子或离子具有相似的化学键特征、分子结构以及部分物理性质相似，但一般情况下，化学性质并不相似。同样，化学键相似，并不是指键角等一定相同。利用等电子原理可判断一些简单分子或离子的主体构型，如：CO2、CNS－、NO2＋、N3－的原子总数均为3，价电子总数均为16，因此，它们的空间构型均为直线型。
（2）运用价层电子对互斥模型可预测分子或离子的空间构型，但要注意判断其价层电子对数，对ABn型分子或离子，其价层电子对数的判断方法为：
n＝
在确定中心原子的价层电子对数时应注意如下规定：
    ①作为配体原子，卤素原子和氢原子提供一个电子，氧族元素的原子不提供电子；
    ②作为中心原子，卤素原子按提供7个电子计算，氧族元素的原子按提供6个电子计算
    ③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；
    ④计算电子对数时，若剩余1个电子，也当作1对电子处理，双键、叁键等多重键作为1对电子看待。
3、杂化类型的判断： 
①公式：n＝；
或：n＝中心原子的孤对电子对数＋配位原子总数
②根据n值判断杂化类型：
n＝2时，sp杂化；n＝3时，sp2杂化；n＝4时，sp3杂化；
③当电荷数为正值时，公式中取“－”，当电荷数为负值时，公式中取“＋”；当配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为0。
④杂化轨道所形成的化学键一般为单键，即为σ键。
4、价层电子对互斥模型和杂化轨道理论：说明的是价层电子对（杂化轨道）形成的σ键的共用电子对和孤对电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是形成σ键电子对的空间构型，不包括孤对电子。 它包括两种类型：
①当中心原子无孤对电子时，两者的构型一致；
②当中心原子有孤对电子时，两者的构型不一致。如：
物质
H2O
NH3
CH4
CCl4
中心原子孤对电子对数
2
1
无
无
价层电子对互斥模型
四面体
四面体
四面体
四面体
分子的空间构型
V
三角锥
正四面体
正四面体
键角
105°
107°
109°28′
109°28′
杂化类型
sp3
sp3
sp3
sp3
5、键的极性和分子的极性并非完全一致，只有极性键形成的分子不一定是极性分子，如CH4、CO2等。极性分子中也不一定不含非极性键。所以，二者不是因果关系。只含非极性键的分子是非极性分子，如H2、N2等；含极性键的分子，若分子空间构型是对称的是非极性分子，如CO2、CH4等，分子空间构型不对称的是极性分子。如H2O、NH3等。它们的关系表示如下：

6、配合物的命名
①关键在于配合物内界（即配离子）的命名。其命名顺序一般为：自左向右：配位体数（即配位体右下角的数字）－配位体名称－“合”字或“络”字－中心离子的名称－中心离子的化合价。如：
［Zn（NH3）2］SO4内界为二氨合锌（Ⅱ）
K3［Fe（CN）6］内界合称为：六氰合铁（Ⅲ）
②配合物可看作盐类，若内界为阳离子，则外界必为阴离子。若内界为阴离子，则外界必为阳离子。可按盐的命名方法命名：自右向左为：某酸某或某化某。
③配合物易溶于水电离为内界配体离子和外界离子，而内界的配体离子和分子通常不能电离。
 （二）晶体结构：
几种类型的晶体的比较
晶体类型
金属晶体
离子晶体
原子晶体
分子晶体
结
构
构成微粒
金属阳离子和自由电子
阴、阳离子
原子
分子
微粒间作用力
金属键
离子键
共价键
分子间作用力
性
质
熔、沸点
随金属键强弱变化，差别较大
较高
很高
较低
硬度
随金属键强弱变化，差别较大
较大
很大
较小
导电性
良好
水溶液和熔融状态能导电
一般不导电
一般不导电
举例
所有固态金属
NaCl、CsCl、CaF2
金刚石、晶体硅、SiO2
干冰、冰、I2
典型离子晶体的结构特征
NaCl型晶体
CsCl型晶体

每个Na+离子周围被六个离子所包围，同样每个离子也被六个Na+所包围。

每个正离子被8个负离子包围着，同时每个负离子也被8个正离子所包围。
金属键对金属通性的解释
金属通性
解释
金属光泽
金属中的自由电子能在一定范围内自由活动，无特征能量限制，可以在较宽范围内吸收可见光并随即放出，因而使金属不透明、具一定金属光泽（多数为银白色）。
导电
在外加电场的作用下，自由电子在金属内部发生定向运动，形成电流。
导热
自由电子把能量从温度高的区域传到温度低的区域，从而使整块金属达到同样的温度。
有延展性
当金属受到外力作用时，金属原子之间发生相对滑动，表现为良好的延展性。
金属原子在空间的堆积方式
钠、钾、铬、钨等

体心立方堆积
镁、钛、锌等

六方堆积
金、银、铜、铝等

面心立方堆积
说明：
1、分子晶体的微粒间以分子间作用力或氢键相结合，因此，分子晶体具有熔沸点低、硬度密度小，较易熔化和挥发等物理性质。影响分子间作用力的大小的因素有分子的极性和相对分子质量的相对大小。一般而言，分子的极性越大、相对分子质量越大，分子间作用力越强。分子晶体的熔沸点的高低与分子的结构有关：在同样不存在氢键时，组成与结构相似的分子晶体，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增大，分子晶体的熔沸点增大；对于分子中存在氢键的分子晶体，其熔沸点一般比没有氢键的分子晶体的熔沸点高，存在分子间氢键的分子晶体的熔沸点比存在分子内氢键的分子晶体的熔沸点高。分子晶体的溶解性与溶剂和溶质的极性有关：一般情况下，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂――这就是相似相溶原理。如：HCl、NH3等分子晶体易溶于水，而溴和碘等分子则易溶于汽油和四氯化碳等非极性溶剂。分子间作用力不具有方向性和饱和性，而氢键具有方向性和饱和性。所以，不存在氢键的分子晶体可以以紧密堆砌的方式排列，而存在氢键的分子晶体则必须在一定的方向上堆砌排列。由于水中存在氢键，所以水在凝结成冰时，体积增大，密度减小。
2、原子晶体的构成微粒是原子，原子间通过共价键相互结合，因此原子晶体的物理性质与分子晶体有明显的不同，熔沸点高，硬度、密度大等特点。原子晶体中不存在分子，其化学式表示晶体中各组成微粒的原子个数比。
3、金属晶体的熔沸点差异很大，主要与金属键的相对强弱有关，一般情况下，金属原子半径越小，电荷越大，金属键越强，金属晶体的熔沸点越高，反之越低。
4、离子键的实质是阴阳离子间的静电作用，它包括阴、阳离子间的静电引力和两种离子的核之间以及它们的电子之间的静电斥力两个方面，当静电引力与静电斥力之间达到平衡时，就形成了稳定的离子化合物，它不再显电性。离子键不具有方向性和饱和性。
决定离子晶体结构的因素有几何因素和电荷因素，除此以外还有键性因素。
（1）几何因素：晶体中正负离子的半径比
（2）电荷因素：晶体中阴、阳离子电荷比
（3）键性因素：离子键的纯粹程度
对晶体构型相同的离子化合物，离子电荷数越多，核间距越小，晶格能越大；晶格能越大，离子键越强，晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
【典型例题】
例1. 若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模型，下列说法正确的是：
A、若n＝2，则分子的立体构型为V形 
B、若n＝3，则分子的立体构型为三角锥形
C、若n＝4，则分子的立体构型为正四面体形
D、以上说法都不正确
解析：若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，则根据斥力最小的原则，当n＝2时，分子结构为直线形；n＝3时，分子结构为平面三角形；n＝4时，分子结构为正四面体形。故本题答案为C
答案：C
 例2. 向盛有少量NaCl溶液的试管中滴入少量的AgNO3溶液，再加入氨水，下列关于实验现象的叙述不正确的是
    A、生成白色沉淀，加入足量氨水后沉淀消失
    B、生成的沉淀为AgCl,它不溶于水，但溶于氨水，重新电离成Ag＋和Cl－
    C、生成的沉淀为AgCl，加入氨水后生成可溶性的配合物［Ag(NH3)2］Cl
    D、若向AgNO3溶液直接滴加氨水，产生的现象也是先出现白色沉淀后消失
解析：本题要从所学的配合物的知识解释沉淀消失的原因。Ag＋和NH3能发生如下的反应：Ag＋＋NH3·H2O＝AgOH＋NH4＋；AgOH＋2NH3＝［Ag(NH3)2］＋＋OH－，而AgCl存在微弱的电离：AgClAg＋＋Cl－，向其中滴加氨水后会使电离平衡向右移动，最终因生成可溶性的［Ag(NH3)2］Cl而溶解。故本题答案为B
答案：B
例3. 试判断下列分子中中心原子的杂化类型：
（1）NI3    （2）CH3Cl     （3）CO2      （4）SO2
解析：根据杂化轨道数的计算方法：
n＝；或：n＝中心原子的孤对电子对数＋配位原子总数
（1）中n＝1＋3＝4，属于sp3杂化
（2）中n＝0＋4＝4，属于sp3杂化
（3）中n＝0＋2＝2，属于sp杂化
（4）中n＝1＋2＝3，属于sp2杂化
答案：（1）sp3杂化　　（2）sp3杂化　　（3）sp杂化　　（4）sp2杂化
例4. 在短周期元素中，由三种元素组成的既有离子键又有共价键和配位键，且阴阳离子含电子总数相等的物质是　　　　　，物质的电子式为　　　　　　　。
解析：配位键是单方提供孤对电子而另一方有接受孤对电子的空轨道，短周期元素中常见的如：NH4＋与H3O＋。本题中含有三种化学键的物质一般为铵盐，而铵根离子含有10个电子，所以阴离子必为10个电子，即为F－，则该化合物为NH4F。有的同学可能会考虑到10个电子的OH－，但OH－与NH4＋会反应生成NH3·H2O，是一种共价化合物，不含有离子键故不正确。
答案：NH4F       电子式略