化学键与分子间作用力考点精析

■广东省佛山市高明区纪念中学 雷范军

■四川省眉山市眉山中学校 银代智

化学键与分子间作用力考点精析

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化学键和分子间作用力既是高中化学的基本概念和重要规律,也包含电子式等化学用语书写的基本技能,还与元素周期律(表)、原子结构、离子结构、分子结构、元素化合物的性质和制备等具有紧密的联系。下面根据课程标准和考试大纲及其说明的要求,提炼该部分常见的重要考点,阐释各考点在高考中的考查方式和类型,并命制典型试题予以说明。

一、化学键的分类及共价键、离子键的辨别

该考点通常涉及构成物质的微粒(原子、离子、分子)之间是否存在化学键,化学键常按什么标准进行分类,离子键和共价键的成键微粒、成键元素、成键原因分别是什么,共价键可按什么标准进行分类等问题。活泼金属和活泼非金属元素易结合成含有离子键的离子化合物(还有NH4C l、NH4H等盐,但A l C l3等例外),非金属元素与非金属元素一般结合为含有共价键的共价单质或化合物(还有A l C l3等,但铵盐除外)。

例1 下列说法正确的是( )。

A.金属元素和非金属元素形成的化学键一定是离子键,非金属元素组成的化合物中只含共价键

解析：金属元素和非金属元素形成的化学键不一定是离子键,如A l C l3、B e C l2等,非金属元素组成的化合物中可以含有离子键,如铵盐等,故A项错误。由碳四价、氢一价、氧二价成键的特点和结构简式可知,碳酸亚乙烯分子式为C3H2O3,含有C■ C、CH、C O、C■ O 键,其中C■ C是非极性键,故B项错误。高氯酸钾属于钾盐,其所含K+与C l O4-以离子键结合,而高氯酸根离子中氯元素和氧元素都是非金属,二者的原子以共价键或极性键结合,故C项正确。化学键形成的原因是“使原子或离子的最外层排满8个电子(氢为2个)”,而惰性气体原子最外层已经排满电子,达到“稳定的电子层结构”,因此稀有气体单质都是单原子分子,不含非极性共价键,故D项错误。

答案：C

点评：物质所含化学键的类型主要有五种情况,具体如下：(1)只含共价键的物质有：①同种非金属元素组成的单质,如I2、N2、P4、金刚石、晶体硅等;②不同非金属元素组成的共价化合物,如HX、H2O、NH3、S i O2、C S2、大多数有机物等。(2)只含有离子键的物质有：活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物,如N a2O、K2S、N a H等。(3)既含离子键又含有共价键的物质有：N a OH、N a2O2、NH4C l、(NH4)3P O4、N a C l O等。(4)金属键只存在于金属单质或合金中。(5)无化学键的物质有稀有气体,如氩气、氦气等。

二、电子式的书写或正误判断

该考点主要涉及常见物质或具有重要用途的物质的电子式,且逐渐由常见物质向联系

C.K C l O4是助氧化剂,K C l O4含有化学键的类型是离子键和共价键

D.气态单质分子中一定含有非极性共价键生活、生产、高科技的陌生物质过渡,不仅仅局限于知识与技能,还逐渐向过程与方法的考查过渡,要求考生应用有关规则去书写陌生物质的电子式,如N2、H2O2、C2H2、(C N)2、N a C N、N a B H4、(C N)2、K S C N、H C N等。

例2 下列叙述正确的是( )。

A.N2的电子式为N︙︙N

B.K+的结构示意图为

C.H2O2的电子式为

D.硼氢化钠(N a B H4)是有机合成中的重要还原剂,其电子式为N a+

解析：A项错误,漏写了每个氮原子最外层的非共用电子对,N2的电子式为∶N︙︙N∶,每个氮原子最外层均达到8电子稳定结构。B项错误,搞反了钾原子和钾离子的结构示意图,K是位于第ⅠA族的活泼金属,其原子最外层电子数为1,容易失去,变为最外层8电子稳定结构的钾离子。C项错误,把共价化合物的电子式错写成离子化合物的电子式,氢元素、氧元素是两种非金属元素,它们之间以共价键结合,过氧化氢的电子式为。D项正确,N a B H4所含N a+与B H-4以离子键结合,金属阳离子的电子式就是阳离子符号,元素周期表中B与C相邻,C与N相邻,B H-4与C H4、NH+4互为电子体(指价电子数和原子数相同的分子、离子或原子团),则阴离子的电子式与C H4、NH+4相似。

答案：D

点评：电子式书写容易陷入误区,常见的类型主要有六种。(1)漏写未参与成键的电子,如N2：N︙︙N(错),应写为∶N︙︙N∶。(2)化合物类型不清楚,漏写或错写电荷数,如N a C l：(3)书写不规范,错写共用电子对,如：N2的电子式为∶N︙︙N∶,不能写成不能写成。(4)不考虑原子间的结合顺序,如HC l O的电子式为(5)不考虑原子最外层有几个电子,均写成8电子结构,如C H+3的电子式为。(6)不考虑A B2型离子化合物中2个B是分开写还是一起写,如C a B r2、C a C2的电子式分别为

三、化学键与化合物类型的关系

该考点一般包括离子化合物和共价化合物的判断方法、物质所含化学键类型的判断等。离子化合物与共价化合物的根本区别是看熔化状态下能否导电。离子键只存在于离子化合物中;共价键不仅存在于非金属单质和共价化合物中,还可存在于离子化合物中,但惰性气体和金属单质中没有共价键。

例3 下列说法正确的是( )。

A.HC l溶液和N a C l溶液均通过离子导电,所以HC l和N a C l均是离子化合物

B.由不同元素组成的多原子分子里,一定只存在极性共价键

C.含共价键的化合物一定是共价化合物

D.N a在C l2中燃烧的生成物含离子键

解析：HC l是共价化合物,N a C l是离子化合物,故A项错误。由不同元素组成的多原子分子里,不一定只存在极性共价键,可能含有非极性键,如多个碳原子的烃及其衍生物中含有C C(或C■ C 、C■ C)等非极性键,故B项错误。含共价键的化合物可能是离子化合物,如N a OH、N a2O2、NH4C l等,故C项错误。N a在C l2中燃烧,生成的N a C l属于盐,其所含阴、阳离子之间存在离子键,故D项正确。

答案：D

点评：离子化合物和共价化合物的判断方法主要有三类：(1)根据构成化合物的粒子间作用力是离子键还是共价键判断,活泼金属原子和活泼非金属原子之间形成离子键,同种或不同非金属原子之间形成共价键。(2)根据化合物的类型判断,大多数碱性氧化物、A l2O3、强碱和盐是离子化合物;非金属氢化物、非金属氧化物、含氧酸一般是共价化合物。(3)根据化合物的性质判断,溶于水后不能发生电离的化合物是共价化合物;熔化状态下能导电的化合物是离子化合物,不能导电的化合物是共价化合物。

四、化学键、分子间作用力对物质沸点等性质的影响

该考点主要涉及物质熔化、溶解、沸腾等过程能不能导致化学键和分子间作用力变化,化学键和分子间作用力的强弱及其重要应用(规律及使用范围),范德华力和氢键对物质沸点高低的影响规律及应用等。

例4 下列叙述正确的是( )。

A.共价化合物溶于水,分子内共价键被破坏,单质溶于水,分子内共价键不被破坏

B.分子之间一定存在分子间作用力,分子中不一定存在共价键

C.所有的物质中均含化学键,因此有化学键断裂的一定是化学变化

D.因为结构和组成相似的物质的沸点一般随相对分子质量增大而升高,所以NH3沸点低于P H3

解析：共价化合物溶于水,分子内共价键可以被破坏,如S O3等,也可以不被破坏,如乙醇等,单质溶于水,分子内共价键可以不被破坏,如O2等,也可以被破坏,如F2、C l2等,故A项错误。分子晶体中相邻分子之间一定存在分子间作用力,但分子内相邻原子之间不一定存在化学键,如固态稀有气体单质,故B项正确。并非所有的物质中均含化学键,如稀有气体单质中无化学键,只有分子间作用力;有化学键断裂的不一定是化学变化,有化学键的断裂和形成过程才是化学变化,故C项错误。氨分子之间存在氢键,且比磷化氢分子间的范德华力强,因此氨的沸点高于磷化氢,故D项错误。

答案：B

点评：(1)化学键存在于原子或离子之间,作用力大,影响的是物质的化学性质和物理性质;离子化合物溶于水或受热熔化,离子键会被破坏。(2)具有分子式的共价化合物受热熔化时,共价键不会被破坏,溶于水时可能会被破坏,如卤化氢(HX)等;但晶体硅、二氧化硅、碳化硅等只有化学式而没有分子式的共价化合物受热熔化时,需要克服相邻原子之间的作用力(或共价键)。(3)分子间作用力只影响物质的物理性质,不影响物质的化学性质。(4)范德华力的大小与分子的相对分子质量之间存在正相关的关系,对结构和组成相似的分子形成的物质,相对分子质量越大,其熔点、沸点越高。(5)氢键比分子间作用力稍大,影响的是物质的物理性质(如熔点、沸点、溶解度)。

五、真题演练

1.原子序数依次增大的元素a、b、c、d,它们的最外层电子数分别为1、6、7、1。a-的电子层结构与氦相同,b和c的次外层有8个电子,c-和d+的电子层结构相同。下列叙述错误的是( )。

A.元素的非金属性顺序为c＞b＞a

B.a和其他3种元素均能形成共价化合物

C.d和其他3种元素均能形成离子化合物

D.元素a、b、c各自最高和最低化合价的代数和分别为0、4、6

2.短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置如表1所示。已知Y、W的原子序数之和是Z的3倍,下列说法正确的是( )。

表1

A.原子半径：X＜Y＜Z

B.气态氢化物的稳定性：X＞Z

C.Z、W均可与M g形成离子化合物

D.最高价氧化物对应水化物的酸性：Y＞W

3.某晶体中含有极性键,关于该晶体的说法错误的是( )。

A.不可能有很高的熔沸点

B.不可能是单质

C.可能是有机物

D.可能是离子晶体

4.下列关于化学用语的表示正确的是( )。

B.质子数为3 5、中子数为4 5的溴原子：8035B r

5.下列有关氯元素及其化合物的表示正确的是( )。

A.质子数为1 7、中子数为2 0的氯原子：2017C l

B.氯离子(C l-)的结构示意图：

D.氯乙烯分子的结构简式：H3C C H2C l

6.C O2的资源化利用是解决温室效应的重要途径。以下是在一定条件下用NH3捕获C O2生成重要化工产品三聚氰酸的反应：列有关三聚氰酸的说法正确的是( )。

A.分子式为C3H6N3O3

B.分子中既含极性键,又含非极性键

C.属于共价化合物

D.生成该物质的上述反应为中和反应

7.在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中,被破坏的作用力依次是( )。

A.范德华力、范德华力、范德华力

B.范德华力、范德华力、共价键

C.范德华力、共价键、共价键

D.共价键、共价键、共价键

8.下列各组中两种微粒所含电子数不相等的是( )。

A.H3O+和OH-B.C O和N2

C.HNO2和NO2-D.C H3+和NH4+

9.元素单质及其化合物有广泛用途,请根据周期表中第三周期元素相关知识回答下列问题：

(1)按原子序数递增的顺序(稀有气体除外),以下说法正确的是。

a.原子半径和离子半径均减小

b.金属性减弱,非金属性增强

c.氧化物对应的水合物碱性减弱,酸性增强

d.单质的熔点降低

(2)原子最外层电子数与次外层电子数相同的元素名称为,氧化性最弱的简单阳离子是。

(3)已知(如表2)：

表2

工业制镁时,电解M g C l2而不电解M g O的原因是;制铝时,电解A l2O3而不电解A l C l3的原因是。

(4)晶体硅(熔点14 1 0℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如下：

S i C l4的电子式为,在上述由S i C l4制纯硅的反应中,测得每生成1.1 2k g纯硅需吸收ak J热量,写出该反应的热化学方程式：。

(5)P2O5是非氧化性干燥剂,下列气体不能用浓硫酸干燥,可用P2O5干燥的是。

a.NH3b.H I c.S O2d.C O2

(6)K C l O3可用于实验室制O2,若不加催化剂,4 0 0℃时分解只生成两种盐,其中一种是无氧酸盐,另一种盐的阴、阳离子个数比为1∶1。写出该反应的化学方程式：。

参考问题与答案

1.B 解析：将核外电子层排布列表,可以快速推断核电荷数为1～2 0的元素原子或离子,进而推断元素及其重要化合物的性质、物质结构等。本题采用列表法(如表3)解答过程如下：

表3

由元素周期律可知,非金属性：C l＞S＞H,故A项正确。氢、硫、氯都是非金属,钾是金属,则氢与硫、氯能形成共价化合物H2S、HC l,但氢元素与钾元素不能形成共价化合物,只能形成离子化合物KH,故B项错误。钾与氢、硫、氯均能形成属于离子化合物的KH、K2S、K C l,故C项正确。氢元素的最高和最低价分别为+1、-1,硫元素的最高和最低价分别为+6、-2,氯元素的最高和最低价分别为+7、-1,+1+(-1)=0,+6+(-2) =4,+7+(-1)=6,故D项正确。

2.C 3.A

4.B 解析：过氧化钠不是共价化合物,而是离子化合物,其电子式为故A项错。质量数为3 5+4 5=8 0、质子数为3 5的溴原子,核素符号为B r,故B项正确。S原子核外具有2、8、6电子层,S2-核外具有稳定的2、8、8电子层结构,故C项错。间二甲苯的2个甲基位于苯环上1、3号碳或相间位置,2个甲基位于1、4号碳或相对位置则形成对二甲苯,故D项错。

5.C

6.C 解析：A项错误,观察结构简式,其中遵循碳四价、氮三价、氧二价、氢一价规则(使成键原子最外层达到8或2电子稳定结构),三聚氰酸的分子式为C3H3N3O3。B项错误,三聚氰酸结构简式中含有HO、O C、C■ N 、C N 四种共价键,成键微粒均为不同非金属原子,均为极性键。C项正确,三聚氰酸由多种元素组成,只含共价键,无离子键。D项错误,酸碱中和反应生成盐和水,三聚氰酸不是盐,而是非电解质。

7.B

8.D 解析：H3O+和O H-均为1 0电子离子,故A项错。C O和N2均含有两个原子1 4个电子,互为等电子体,故B项错。H N O2和N O-2均含有2 4个电子,故C项错。C H+3和N H+4分别含有8个电子、1 0个电子,故D项正确。

9.(1)b (2)氩 N a+或钠离子 (3)M g O的熔点高,熔融时耗费更多资源,增加生产成本 A l C l3是共价化合物,熔融态难导电

解析：第(4)问,S i C l4分子中每个硅原子周围形成四对共用电子对,每个氯原子周围含有1对共用电子对、3对非共用电子对,成键后硅、氯原子最外层均达到8电子的稳定结构。由题意可得：S i C l4(g)+2 H2(g)■■S i(s)+4 HC l(g),由1.1 2k g=11 2 0g,S i相对原子质量为2 8,可知,n(S i)=由吸热反应的焓变大+0.0 2 5ak J·m o l-1。

(责任编辑 谢启刚)