化学键与分子、晶体结构

选择性必修 2 · 物质结构与性质 第二章 分子的空间结构与性质　把共用电子对分为 σ 键与 π 键，用价层电子对互斥模型与杂化轨道推出分子的空间结构，再由结构解释分子的极性、分子间作用力与溶解性。　必修阶段只说「共用电子对」。本章把这对电子拆成 σ 与 π，把分子的空间结构推出来，再用结构解释极性、熔沸点与溶解性。

第一节 共价键　共价键的饱和性：有 H₂、Cl₂，却没有 H₃、Cl₃。　σ 键：头碰头重叠，电子云呈轴对称。　π 键：肩并肩重叠，电子云呈镜面对称。　σ 键与 π 键的数目：双键含一个 π 键，三键含两个。　键能：断开 1 mol 气态化学键吸收的能量。　键长：两个成键原子的核间距。　键角：相邻两个共价键之间的夹角。

第二节 分子的空间结构　分子结构的测定：红外光谱可测出分子中的化学键。　多样的空间结构：平面三角形、三角锥形与四面体形。　价层电子对互斥模型：价层电子对相互排斥，尽量远离。　价层电子对数：σ 键电子对数加孤电子对数。　VSEPR 模型与空间结构：略去孤电子对，就是分子的空间结构。　孤电子对与键角：孤电子对斥力较大，键角变小。　杂化轨道：能量相近的轨道混杂成新的轨道。　三种杂化轨道：夹角分别为 180°、120° 与 109°28′。

第三节 分子结构与物质的性质　键的极性：共用电子对偏移，一端 δ+、一端 δ−。　极性分子与非极性分子：看正电中心与负电中心是否重合。　键的极性与酸性：氟的电负性大，三氟乙酸酸性最强。　范德华力：分子间普遍存在、比化学键弱得多的作用。　范德华力与熔沸点：相对分子质量越大，熔、沸点越高。　氢键：X—H…Y，X、Y 为 N、O、F 等原子。　氢键与沸点：水分子之间有氢键，沸点反常地高。　相似相溶：非极性溶于非极性，极性溶于极性。　手性分子：互为镜像，却不能相互叠合。

常见题型 σ 键与 π 键。　N₂ 分子中有 ______ 个 σ 键、______ 个 π 键。　乙烯（CH₂=CH₂）分子中有 ______ 个 σ 键、______ 个 π 键。　乙炔（HC≡CH）分子中有 ______ 个 σ 键。　H₂ 中的 σ 键由两个 s 轨道重叠形成，HCl 中的是 ______ σ 键。

常见题型 键参数。　C—C、C=C、C≡C 的键长依次 ______，键能依次 ______。　Cl—Cl、Br—Br、I—I 中键能最小的是 ______。　CO₂ 的键角为 ______，H₂O 的键角为 ______。　多原子分子的键角一定，说明共价键具有 ______ 性。

常见题型 价层电子对互斥模型。　SO₂ 的中心原子上有 ______ 个孤电子对，价层电子对数为 ______。　SO₂ 的 VSEPR 模型为 ______，空间结构为 ______。　NH₄⁺ 的空间结构为 ______。　CO₃²⁻ 的中心原子上的孤电子对数为 ______。

常见题型 杂化轨道类型。　CH₄ 中 C 原子采取 ______ 杂化。　BF₃ 中 B 原子采取 ______ 杂化，分子呈 ______。　CO₂ 中 C 原子采取 ______ 杂化。　H₂O 中 O 原子采取 ______ 杂化，有 ______ 个孤电子对。

常见题型 分子的极性。现有下列分子：① CO₂　② H₂O　③ NH₃　④ CH₄　⑤ HCl　⑥ BF₃　属于极性分子的是 ______（填序号，下同）。　含极性键的非极性分子是 ______。　空间结构为三角锥形的是 ______。　键角最小的是 ______。

常见题型 分子间作用力与溶解性。　F₂、Cl₂、Br₂、I₂ 的沸点依次升高，是因为 ______ 依次增大。　H₂O 的沸点高于 H₂S，是因为水分子之间存在 ______。　碘易溶于 CCl₄ 而难溶于水，可用 ______ 规律解释。　NH₃ 极易溶于水，还因为 NH₃ 与 H₂O 之间能形成 ______。

拓展提高 由价层电子对推断空间结构。　H₃O⁺ 的空间结构为 ______，O 原子采取 ______ 杂化。　NO₂⁻ 的键角为 115°，小于 120°，是因为中心原子上有 ______。　SO₃²⁻ 的 VSEPR 模型为 ______，空间结构为 ______。　ClO₄⁻ 的空间结构为 ______。

拓展提高 键能与反应热。已知键能（kJ/mol）：H—H 436.0，Cl—Cl 242.7，H—Cl 431.8。　1 mol H₂ 与 1 mol Cl₂ 反应，断键共吸收 ______ kJ。　生成 2 mol HCl，成键共放出 ______ kJ。　该反应共放出能量 ______ kJ。　HCl、HBr、HI 中最容易受热分解的是 ______。

拓展提高 共价键的类型。图中是丙烯腈的结构式。　分子中有 ______ 个 σ 键、______ 个 π 键。　双键碳原子采取 ______ 杂化，与 N 相连的碳原子采取 ______ 杂化。　分子中的 ______ 个原子都在同一平面上。　C≡N 中的两个 π 键，由未参与杂化的 ______ 轨道肩并肩重叠形成。

拓展提高 分子内氢键与分子间氢键。图中是邻羟基苯甲醛与对羟基苯甲醛。　能形成分子内氢键的是 ______（填「邻」或「对」）羟基苯甲醛。　二者中沸点较高的是 ______ 羟基苯甲醛。　氢键 X—H…Y 中，X、Y 一般为 ______、______、______ 等电负性很大的原子。　H₂O 比 H₂S 稳定，原因是 ______（填「O—H 键能大」或「水分子间有氢键」）。

拓展提高 极性、溶解性与酸性。　O₃ 是 ______（填「极性」或「非极性」）分子，它在四氯化碳中的溶解度 ______ 在水中的溶解度。　乙醇与水互溶，而戊醇在水中的溶解度很小，是因为戊醇的 ______ 较大。　CF₃COOH 的酸性 ______（填「强于」或「弱于」）CCl₃COOH。　甲酸、乙酸、丙酸中，酸性最强的是 ______。

拓展提高 分子的手性。　互为镜像而不能叠合的一对分子，互称 ______。　CHFClBr ______（填「有」或「没有」）手性异构体。　CH₂Cl₂ ______（填「有」或「没有」）手性异构体。　手性药物的两种异构体，药效 ______（填「一定相同」或「可能不同」）。

选择性必修 2 · 物质结构与性质 第三章 晶体结构与配合物　由分子走向晶体：晶体与晶胞，分子、共价、金属、离子四类晶体的结构与性质，以及由配位键形成的配合物与超分子。　前两章处理单个分子，本章处理微粒堆积成固体之后的事：微粒之间靠什么作用结合，决定了这块固体的硬度、熔点与导电性。

第一节 物质的聚集状态与晶体的常识　物质的聚集状态：除三态外，还有等离子体、液晶等。　晶体与非晶体：晶体内部微粒呈周期性有序排列。　自范性：晶体能自发地呈现多面体外形。　得到晶体的途径：熔融态凝固、凝华、从溶液中析出。　各向异性：晶体的导热等性质随方向而不同。　X 射线衍射：区分晶体与非晶体最可靠的方法。　晶胞：描述晶体结构的基本单元。　均摊法：顶角 1/8、棱上 1/4、面上 1/2、体内 1。

第二节 分子晶体与共价晶体　分子晶体：只含分子，分子间靠分子间作用力结合。　分子晶体的熔点：分子晶体熔点低、硬度小。　常见的分子晶体：氢化物、多数非金属单质、酸与有机物。　分子密堆积：只有范德华力时，周围有 12 个紧邻分子。　冰的结构：氢键有方向性，每个水分子周围只有 4 个。　共价晶体：原子间以共价键形成三维骨架。　共价晶体的性质：熔点高、硬度大。　二氧化硅：硅氧四面体顶角相连，没有单个分子。

第三节 金属晶体与离子晶体　金属键：金属原子共用遍布整块晶体的电子气。　金属的导电性：电子气在电场中定向移动。　合金：掺入其他原子，延展性与硬度随之改变。　离子晶体：阴、阳离子以离子键结合，熔点较高。　NaCl 与 CsCl 的晶胞：每个 Na⁺ 周围 6 个 Cl⁻，Cs⁺ 周围 8 个。　过渡晶体：多数晶体介于几类典型晶体之间。　混合型晶体：石墨层内是共价键，层间是范德华力。

第四节 配合物与超分子　水合铜离子：天蓝色来自 [Cu(H₂O)₄]²⁺。　配位键：一方提供孤电子对，一方提供空轨道。　配合物的组成：中心离子、配体与配位数，内界与外界。　生命中的配合物：血红素、叶绿素都是配合物。　超分子：分子通过分子间作用形成的聚集体。　分子识别：冠醚的空穴只适配大小合适的离子。

实验 简单配合物的形成　硫酸铜与氨水：先生成蓝色沉淀，再成深蓝色溶液。　加入乙醇：乙醇极性较小，深蓝色晶体析出。　氯化银与氨水：白色的 AgCl 沉淀溶于氨水。　简单离子与配离子：Fe³⁺ 遇 SCN⁻ 变红，[Fe(CN)₆]³⁻ 不变。

常见题型 晶体与非晶体。　区分晶体与非晶体最可靠的方法是 ______。　水晶球外层的玛瑙由熔融态 SiO₂ ______ 冷却形成，内层的水晶由熔融态 SiO₂ ______ 冷却形成。　得到晶体的三条途径是熔融态物质凝固、______ 和溶质从溶液中析出。　缺角的 NaCl 晶体在饱和 NaCl 溶液中慢慢变为完美的立方体，体现了晶体的 ______。

常见题型 均摊法。图中是三种晶胞。　晶胞 A（金属钠）平均含 ______ 个原子。　晶胞 B（NaCl）中含 ______ 个 Na⁺、______ 个 Cl⁻。　晶胞 C（CsCl）中 Cs⁺ 与 Cl⁻ 的个数比为 ______。　面心立方的铜晶胞平均含 ______ 个铜原子。

常见题型 晶体的类型。现有下列晶体：① 干冰　② 金刚石　③ NaCl　④ 铜　⑤ 碘　⑥ SiO₂　⑦ CsCl　⑧ 冰　属于分子晶体的是 ______（填序号，下同）。　属于共价晶体的是 ______。　属于离子晶体的是 ______。　熔点最高的是 ______。

常见题型 分子晶体与共价晶体。　干冰中，每个 CO₂ 周围紧邻 ______ 个 CO₂。　冰中，每个水分子周围紧邻 ______ 个水分子。　金刚石中碳原子采取 ______ 杂化，C—C—C 的夹角为 ______。　金刚石、硅、锗的熔点依次降低，是因为共价键的键长依次 ______。

常见题型 金属晶体与离子晶体。　金属能导电，是因为电子气在电场中 ______ 移动。　NaCl 晶体中，每个 Na⁺ 周围紧邻 ______ 个 Cl⁻。　CsCl 晶体中，每个 Cs⁺ 周围紧邻 ______ 个 Cl⁻。　石墨层内碳原子采取 ______ 杂化，层与层之间靠 ______ 维系。

常见题型 配合物与超分子。　[Cu(NH₃)₄]SO₄ 中，中心离子是 ______，配体是 ______，配位数为 ______。　形成配位键时，NH₃ 中的 N 原子提供 ______，Cu²⁺ 提供 ______。　向 FeCl₃ 溶液中滴加 KSCN 溶液，溶液呈 ______ 色。　超分子的两个重要特征是 ______ 和 ______。

拓展提高 晶胞计算。图中是钙钛矿的晶胞：Ti 位于顶角，O 位于棱的中点，Ca 位于体心。　该晶胞中 Ti、O、Ca 的个数分别为 ______、______、______。　该化合物的化学式为 ______。　每个 Ti 周围与它最近且距离相等的 Ti 有 ______ 个。　每个 Ca 周围紧邻 ______ 个 O。

拓展提高 熔点的比较。钠的卤化物 NaF、NaCl、NaBr、NaI 的熔点（℃）依次为 995、801、775、651；硅的卤化物 SiF₄、SiCl₄、SiBr₄、SiI₄ 的熔点（℃）依次为 −90.2、−70.4、5.2、120.5。　钠的卤化物属于 ______ 晶体，硅的卤化物属于 ______ 晶体。　从 NaF 到 NaI 熔点降低，是因为阴离子半径增大，离子键 ______。　从 SiF₄ 到 SiI₄ 熔点升高，是因为相对分子质量增大，______ 增大。　HF 晶体的熔点比 HCl 的高，是因为 HF 分子之间存在 ______。

拓展提高 金刚石与石墨。图中是二者的结构。　金刚石中，由共价键形成的最小碳环上有 ______ 个碳原子。　石墨层内，每个六元环平均占有 ______ 个碳原子。　石墨能导电，是因为未参与杂化的 ______ 轨道相互平行、相互重叠。　石墨的导电性只能沿 ______ 的方向。

拓展提高 冰与干冰。　冰中水分子之间的主要作用力是 ______，它具有 ______ 性。　冰的密度比液态水的 ______。　干冰升华时，CO₂ 分子中的 C=O ______（填「被」或「不被」）破坏。　可燃冰中，甲烷分子与水分子之间 ______（填「有」或「没有」）氢键。

拓展提高 配合物的组成。　K₃[Fe(CN)₆] 中的配离子是 ______，配位数为 ______。　(NH₄)₂[PtCl₆] 中的中心离子是 ______。　H₃O⁺ 中有 ______ 个配位键。　NH₄⁺ 不能作配体，是因为 N 原子上没有 ______。

拓展提高 晶体类型的判断。　硫粉熔点为 112.8 ℃，能溶于 CS₂、CCl₄，它可能属于 ______ 晶体。　下列各组物质熔化或升华时，克服同种作用的是 ______（填序号）：① 碘和干冰升华　② Na₂O 和 SiO₂ 熔化　③ Mg 和 S 熔化　Na₂O、MgO、Al₂O₃、SiO₂ 中，化学键中离子键成分的百分数最大的是 ______。　离子液体难挥发，是因为它全部由 ______ 构成。