高中化學(xué)-41分子構(gòu)型與物質(zhì)的性質(zhì)課件-蘇教版選修3

專題4分子空間結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)第一單元分子構(gòu)型與物質(zhì)的性質(zhì)一、研究分子結(jié)構(gòu)“三個(gè)”意義1.分子性質(zhì)的決定因素:分子的性質(zhì)主要由分子的___________決定。2.分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定、解釋或預(yù)測(cè):分子的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)_____________________等實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行測(cè)定,也可以根據(jù)相關(guān)的理論進(jìn)行解釋或預(yù)測(cè)。3.分子結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響:分子結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)的____________________________________________等都有很大的影響。組成和結(jié)構(gòu)X射線衍射、電子衍射極性、磁性、旋光性、溶解性、化學(xué)反應(yīng)活潑性二、分子的空間構(gòu)型1.sp3雜化與CH4分子的空間構(gòu)型:(1)雜化軌道的形成。碳原子2s軌道上的1個(gè)電子進(jìn)入2p空軌道,____2s軌道和____2p軌道“混合”,形成能量相等、成分相同的____sp3雜化軌道。圖示為1個(gè)3個(gè)4個(gè)(2)sp3雜化軌道的空間指向。碳原子的4個(gè)sp3雜化軌道指向__________________,每個(gè)軌道上都有一個(gè)未成對(duì)電子。(3)共價(jià)鍵的形成。碳原子的4個(gè)_______軌道分別與4個(gè)氫原子的___軌道重疊形成4個(gè)相同的σ鍵。正四面體的4個(gè)頂點(diǎn)sp3雜化1s(4)CH4分子的空間構(gòu)型。CH4分子為空間_________結(jié)構(gòu),分子中C—H鍵之間的夾角都是________。正四面體109.5°2.sp2雜化與BF3分子的空間構(gòu)型:(1)雜化軌道的形成。硼原子2s軌道上的1個(gè)電子進(jìn)入2p軌道。1個(gè)2s軌道和__個(gè)2p軌道發(fā)生雜化,形成能量相等、成分相同的__個(gè)sp2雜化軌道。圖示為23(2)sp2雜化軌道的空間指向。硼原子的3個(gè)sp2雜化軌道指向_____________________,3個(gè)sp2雜化軌道間的夾角為_(kāi)_____。(3)共價(jià)鍵的形成。硼原子的3個(gè)_______軌道分別與3個(gè)氟原子的2p軌道_____,形成3個(gè)相同的σ鍵。(4)BF3分子的空間構(gòu)型。BF3分子的空間構(gòu)型為_(kāi)__________,鍵角為_(kāi)_____。平面三角形的三個(gè)頂點(diǎn)120°sp2雜化重疊平面三角形120°3.sp雜化與BeCl2分子的空間構(gòu)型:(1)雜化軌道的形成。鈹原子2s軌道上的1個(gè)電子進(jìn)入2p軌道,1個(gè)2s軌道和1個(gè)2p軌道發(fā)生雜化,形成能量相等、成分相同的__個(gè)sp雜化軌道。圖示為2(2)sp雜化軌道的空間指向。兩個(gè)sp雜化軌道呈_______,其夾角為_(kāi)_____。(3)共價(jià)鍵的形成。鈹原子的2個(gè)sp雜化軌道分別與2個(gè)氯原子的___軌道重疊形成__個(gè)相同的σ鍵。直線形180°3p2三、確定分子空間構(gòu)型的簡(jiǎn)易方法1.價(jià)層電子對(duì)互斥模型。由于價(jià)層電子對(duì)之間的_________作用,它們趨向于盡可能地相互遠(yuǎn)離以減小斥力,分子盡可能采取_____的空間構(gòu)型。2.價(jià)電子對(duì)數(shù)計(jì)算方法。對(duì)于ABm型分子(A為中心原子,B為配位原子),分子的價(jià)電子對(duì)數(shù)可以通過(guò)下式確定:相互排斥對(duì)稱3.具有相同價(jià)電子對(duì)數(shù)的分子,中心原子的_________________,價(jià)電子對(duì)分布的幾何構(gòu)型也相同。4.一般來(lái)說(shuō),孤電子對(duì)、成鍵電子對(duì)之間斥力大小的順序?yàn)開(kāi)__________________之間的斥力>_____________________之間的斥力>_______________________之間的斥力。雜化軌道類型相同孤電子對(duì)與孤電子對(duì)孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)5.等電子理論:(1)等電子原理:具有相同_________和相同_______的分子或離子具有相同的_________。如CO和N2,二者分子結(jié)構(gòu)非常相似,它們的分子中價(jià)電子總數(shù)都是10,都形成1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵,鍵能都較大。(2)利用等電子原理可以判斷一些簡(jiǎn)單分子或離子的立體構(gòu)型。價(jià)電子數(shù)原子數(shù)結(jié)構(gòu)特征四、分子的極性和手性分子1.極性分子與非極性分子:(1)極性分子:正電荷重心和負(fù)電荷重心_________的分子。(2)非極性分子:正電荷重心和負(fù)電荷重心_______的分子。不相重合相重合2.非極性分子、極性分子的判斷方法:(1)雙原子分子。分子的極性取決于成鍵原子之間的共價(jià)鍵是否有_____,以_______結(jié)合的雙原子分子是極性分子,以_________結(jié)合的雙原子分子是非極性分子。極性極性鍵非極性鍵(2)以極性鍵結(jié)合的多原子分子(ABm型)。分子的極性取決于分子的_________。若配位原子_____地分布在中心原子周圍,整個(gè)分子的正、負(fù)電荷重心_______,則分子為非極性分子?？臻g構(gòu)型對(duì)稱相重合3.分子的極性對(duì)物質(zhì)溶解性的影響——相似相溶規(guī)則。非極性分子構(gòu)成的物質(zhì)一般易溶于_______溶劑,極性分子構(gòu)成的物質(zhì)一般易溶于_____溶劑。非極性極性4.手性分子:(1)手性異構(gòu)體和手性分子。_____和_______________完全相同,但如同左手和右手一樣互為鏡像,在三維空間里不能_____的一對(duì)分子互稱手性異構(gòu)體。有手性異構(gòu)體的分子稱為手性分子。(2)手性碳原子。當(dāng)四個(gè)不同的原子或基團(tuán)連接在同一碳原子上時(shí),形成的化合物存在___________。其中,連接四個(gè)不同的原子或基團(tuán)的_______稱為手性碳原子。組成原子的排列方式重疊手性異構(gòu)體碳原子【自我小測(cè)】1.思考辨析:(1)任意不同的原子軌道都可以雜化。()分析:×。原子軌道只有在形成分子的過(guò)程中才能雜化,孤立的原子不會(huì)發(fā)生雜化;另外,不是任意的不同軌道都能雜化,只有能量相近的軌道才能雜化。(2)價(jià)電子對(duì)數(shù)相同的分子,其空間構(gòu)型都相同。()分析:×。CH4、NH3、H2O分子的價(jià)電子對(duì)數(shù)均為4,CH4呈正四面體構(gòu)型,NH3為三角錐型,H2O為V形。(3)含有極性鍵的分子一定是極性分子。()分析:×。含有極性鍵的分子不一定是極性分子,如CO2分子,在其內(nèi)部存在兩個(gè)碳氧極性鍵,但是由于二氧化碳是一個(gè)直線形的高對(duì)稱分子,所以CO2分子是一個(gè)非極性分子。(4)手性分子存在同分異構(gòu)體。()分析:√。具有手性關(guān)系的分子之間互稱同分異構(gòu)體,也叫手性異構(gòu)體。2.(2015·廈門(mén)高二檢測(cè))下列說(shuō)法正確的是()A.CHCl3是三角錐型B.H2O分子中氧原子為sp2雜化,其分子幾何構(gòu)型為V形C.二氧化碳中碳原子為sp雜化,為直線形分子D.N是平面四邊形結(jié)構(gòu)【解析】選C。CHCl3是四面體形分子,A錯(cuò)誤;H2O分子中氧原子為sp3雜化,其分子幾何構(gòu)型為V形,B錯(cuò)誤;二氧化碳中碳原子為sp雜化,為直線形分子,C正確;N是正四面體結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論及原子的雜化理論判斷NF3分子的空間構(gòu)型和中心原子的雜化方式分別為()A.直線形、sp雜化B.三角形、sp2雜化C.三角錐型、sp2雜化 D.三角錐型、sp3雜化【解析】選D。氮原子的雜化軌道數(shù)為3+1=4,采用sp3雜化。氮原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)為=4,氮原子結(jié)合了3個(gè)原子,故該分子呈三角錐型。4.(SJ·P75改編)根據(jù)等電子原理,判斷下列各組微粒屬于等電子體的是()A.H2O、H2S B.HF、NH3C.CO、CO2 D.NO2、SO2【解析】選A。A中兩個(gè)分子的價(jià)電子數(shù)和原子數(shù)分別相等,是等電子體。5.(SJ·P75改編)已知CO2、BF3、CH4、SO3都是非極性分子,NH3、H2S、H2O、SO2都是極性分子,由此可推知ABn型分子是非極性分子的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律是()A.分子中所有原子都在同一平面內(nèi)B.分子中不含氫原子C.在ABn型分子中,A元素為最高正價(jià)D.在ABn型分子中,A原子最外層電子都已成鍵【解析】選D。結(jié)合所給出的實(shí)例分析可知,當(dāng)A元素的最外層電子均已成鍵時(shí),分子無(wú)極性,此時(shí)A元素的化合價(jià)的絕對(duì)值等于最外層電子數(shù),所以D項(xiàng)正確。6.(SJ·P75改編)當(dāng)一個(gè)碳原子所連四個(gè)原子或原子團(tuán)不同時(shí),該碳原子叫“手性碳原子”。下列化合物中含有2個(gè)手性碳原子的是()【解析】選C。A、B、D中各有一個(gè)手性碳原子。一、雜化軌道理論1.雜化軌道的成鍵特點(diǎn):(1)雜化軌道成鍵時(shí),要滿足化學(xué)鍵之間最小排斥原理,鍵與鍵間排斥力的大小決定鍵的方向,即決定雜化軌道間的夾角,鍵角越大,化學(xué)鍵之間的排斥力越小。(2)sp雜化和sp2雜化的兩種形式中,原子還有未參與雜化的p軌道,可用于形成π鍵,而雜化軌道只能用于形成σ鍵或者用來(lái)容納未參與成鍵的孤電子對(duì)。2.雜化類型的判斷:(1)公式:n=(中心原子的價(jià)電子數(shù)+配位原子的成鍵電子數(shù)±電荷數(shù));其中中心原子的價(jià)電子數(shù)等于中心原子的最外層電子數(shù),配位原子中鹵素原子、氫原子提供1個(gè)電子,氧、硫原子按不提供電子計(jì)算。(2)根據(jù)n值判斷雜化類型。n=2時(shí),sp雜化,如BeCl2,n=×(2+2)=2;n=3時(shí),sp2雜化,如N,n=×(5+1)=3;n=4時(shí),sp3雜化,如N,n=×(5+4-1)=4。3.常見(jiàn)雜化類型:4.等電子原理及其應(yīng)用:(1)原理:具有相同的原子總數(shù),而且全部電子總數(shù)或價(jià)電子總數(shù)也相等的分子或離子具有相同的結(jié)構(gòu)特征,這個(gè)原理稱為“等電子原理”。符合此條件的分子或離子互為等電子體。(2)應(yīng)用:判斷一些簡(jiǎn)單分子或離子的立體結(jié)構(gòu)。①S、P等離子符合AX4通式,價(jià)電子總數(shù)為32,中心原子采取sp3雜化,呈四面體空間構(gòu)型。②S、P等離子符合AX3通式,價(jià)電子總數(shù)為26,中心原子采取sp3雜化,由于存在一對(duì)孤電子對(duì),分子呈三角錐型空間構(gòu)型。③等電子體不僅有相似的空間構(gòu)型,而且有相似的性質(zhì)。如晶體硅、鍺是良好的半導(dǎo)體材料,它們的等電子體AlP、GaAs也都是良好的半導(dǎo)體材料?！军c(diǎn)撥】(1)原子軌道的雜化只有在形成分子的過(guò)程中才會(huì)發(fā)生,孤立的原子是不可能發(fā)生雜化的。(2)雜化前后軌道數(shù)目不變。(3)只有能量相近的軌道才能雜化(如2s和2p)。(4)雜化軌道成鍵時(shí)要滿足化學(xué)鍵間最小排斥原理。雜化軌道間的夾角決定分子的空間構(gòu)型。(5)雜化軌道所形成的化學(xué)鍵全部為σ鍵?！踞槍?duì)訓(xùn)練】1.(2015·邯鄲高二檢測(cè))下列分子的中心原子采用sp2雜化方式的是()A.PBr3B.CH4C.BF3D.H2O【解析】選C。A中磷原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為(5+3)/2=4,磷原子采用sp3雜化;B中碳原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為(4+4)/2=4,碳原子采用sp3雜化;C中硼原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為(3+3)/2=3,硼原子采用sp2雜化;D中氧原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為(6+2)/2=4,氧原子采用sp3雜化。2.(2015·衡陽(yáng)高二檢測(cè))下列說(shuō)法正確的是()A.凡是中心原子采取sp3雜化方式成鍵的分子其空間構(gòu)型都是正四面體B.CH4分子中的sp3雜化軌道是由4個(gè)氫原子的1s軌道和碳原子的2p軌道混合起來(lái)形成的C.sp3雜化軌道是由同一個(gè)原子中能量相近的s軌道和p軌道混合起來(lái)形成的一組能量相近的新軌道D.含有π鍵的化合物與只含σ鍵的化合物的化學(xué)性質(zhì)差別較大【解析】選D。凡是中心原子采取sp3雜化方式成鍵的分子,其空間構(gòu)型不一定都是正四面體,如H2O、NH3,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;CH4分子中的sp3雜化軌道是由碳原子的2s軌道和2p軌道雜化形成的,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;sp3雜化軌道是由同一個(gè)原子中能量相近的s軌道和p軌道形成的一組能量相同的新軌道,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;D項(xiàng)正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】下列關(guān)于丙烯(CH3—CHCH2)的說(shuō)法正確的是()A.丙烯分子有8個(gè)σ鍵,1個(gè)π鍵B.丙烯分子中3個(gè)碳原子都是sp3雜化C.丙烯分子不存在非極性鍵D.丙烯分子中3個(gè)碳原子不在同一平面內(nèi)【解題指南】解答本題時(shí)要注意以下兩點(diǎn):(1)丙烯中碳原子的成鍵方式的多樣性決定了碳原子的雜化類型的多樣性。(2)碳原子的雜化類型決定了分子的空間構(gòu)型?！窘馕觥窟xA。丙烯(CH3—CH＝CH2)分子中甲基上的碳原子雜化方式是sp3雜化,所以其形成的化學(xué)鍵全部是σ鍵,中間的“—CH＝”中的碳原子的雜化方式是sp2雜化,形成3個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵,最后的“＝CH2”中的碳原子的雜化方式是sp2雜化,其中含有3個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵,綜上所述丙烯分子有8個(gè)σ鍵,1個(gè)π鍵,A正確,B不正確;丙烯分子中存在碳碳單鍵和碳碳雙鍵的非極性鍵,C不正確;由于丙烯(CH3—CH＝

CH2)分子中的兩個(gè)雙鍵碳原子均是采用的sp2雜化,所以兩個(gè)雙鍵碳原子以及與其直接相連的原子構(gòu)成平面形,所以丙烯分子中的三個(gè)碳原子均在一個(gè)平面內(nèi)。二、用價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定分子空間構(gòu)型1.雜化類型的判斷。因?yàn)殡s化軌道只能用于形成σ鍵或者用來(lái)容納孤電子對(duì),而兩個(gè)原子之間只能形成一個(gè)σ鍵,故有下列關(guān)系:雜化軌道數(shù)=中心原子孤電子對(duì)數(shù)+中心原子結(jié)合的原子數(shù),再由雜化軌道數(shù)判斷雜化類型。例如,代表物雜化軌道數(shù)雜化軌道類型CO20+2=2spCH2O0+3=3sp2CH40+4=4sp3SO21+2=3sp2NH31+3=4sp3H2O2+2=4sp32.確定中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)的方法。對(duì)于AXm型分子(A是中心原子,X是配位原子),分子的價(jià)電子對(duì)數(shù)可以通過(guò)下式確定:即規(guī)定:①作為配體,鹵素原子和氫原子提供1個(gè)電子,氧族元素的原子不提供電子;②作為中心原子,鹵素原子按提供7個(gè)電子計(jì)算,氧族元素的原子按提供6個(gè)電子計(jì)算,即中心原子的價(jià)電子數(shù)等于中心原子的最外層電子數(shù);③對(duì)于復(fù)雜離子,在計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù)時(shí),還應(yīng)加上陰離子的電荷數(shù)或減去陽(yáng)離子的電荷數(shù);④計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù)時(shí),若剩余1個(gè)電子,亦當(dāng)作1對(duì)電子處理。⑤雙鍵、叁鍵等多重鍵作為1對(duì)電子看待。3.判斷分子的空間構(gòu)型。根據(jù)成鍵電子對(duì)數(shù)和孤電子對(duì)數(shù),可以確定相應(yīng)的較穩(wěn)定的分子幾何構(gòu)型,如下表所示:價(jià)電子成鍵電子對(duì)數(shù)孤電子對(duì)數(shù)分子空間構(gòu)型實(shí)例220直線形BeCl2、CO2330平面三角形BF3、SO321V形SnBr2、PbCl2440正四面體型CH4、CCl431三角錐型NH3、PCl322V形H2O【針對(duì)訓(xùn)練】1.下列分子和離子中中心原子價(jià)層電子對(duì)互斥模型為四面體型,且分子或離子空間的構(gòu)型為V形的是()A.NB.PH3C.H3O+D.OF2【解題指南】解答本題時(shí)要注意以下兩點(diǎn):(1)根據(jù)價(jià)電子對(duì)的計(jì)算方法計(jì)算價(jià)電子對(duì)數(shù);(2)價(jià)電子對(duì)空間構(gòu)型和分子或離子的空間構(gòu)型的差別。

【解析】選D。根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論計(jì)算中心原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)可知:N的價(jià)電子對(duì)數(shù):n=(5+1×4-1)/2=4;PH3的價(jià)電子對(duì)數(shù):n=(5+1×3)/2=4;H3O+的價(jià)電子對(duì)數(shù):n=(6+1×3-1)/2=4;OF2的價(jià)電子對(duì)數(shù):n=(6+1×2)/2=4;所以四種分子或者離子的中心原子價(jià)層電子對(duì)互斥模型為四面體型,但是由于OF2中氧原子與兩個(gè)氟原子形成兩個(gè)σ鍵,且氧原子還有兩對(duì)孤電子對(duì),會(huì)對(duì)兩個(gè)σ鍵產(chǎn)生強(qiáng)大的排斥力,所以該分子的空間構(gòu)型是V形?！痉椒ㄒ?guī)律】用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷分子或離子構(gòu)型的思路(1)確定中心原子的價(jià)電子層中總電子對(duì)數(shù),即中心原子的價(jià)電子數(shù)和配位原子供給的電子總和,然后除以2,即為中心原子價(jià)電子對(duì)數(shù)。(2)根據(jù)中心原子的價(jià)電子對(duì)數(shù)找出價(jià)層電子對(duì)互斥模型,即價(jià)電子對(duì)數(shù)為2:直線形,為3:平面三角形,為4:正四面體。(3)根據(jù)孤電子對(duì)及成鍵電子對(duì)之間的斥力判斷出微粒的空間結(jié)構(gòu)。2.(2015·成都高二檢測(cè))用價(jià)層電子對(duì)互斥理論預(yù)測(cè)H2S和BF3的立體結(jié)構(gòu),兩個(gè)結(jié)論都正確的是()A.直線形;三角錐型B.V形;三角錐型C.直線形;平面三角形D.V形;平面三角形【解析】選D。根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論,H2S是屬于中心原子上有孤電子對(duì)的,它們相互排斥而形成V形結(jié)構(gòu);BF3是中心原子上沒(méi)有孤電子對(duì)的,中心原子周圍原子數(shù)是3,故為平面三角形。【補(bǔ)償訓(xùn)練】氯化亞砜(SOCl2)是一種很重要的化學(xué)試劑,可以作為氯化劑和脫水劑。下列關(guān)于氯化亞砜分子的幾何構(gòu)型和中心原子(S)采取雜化方式的說(shuō)法正確的是()A.三角錐型、sp3 B.V形、sp2C.平面三角形、sp2 D.三角錐型、sp2【解析】選A。SOCl2分子中S的雜化軌道數(shù)為1+3=4,S采取sp3雜化,由于孤電子對(duì)占據(jù)一個(gè)雜化軌道,分子構(gòu)型為三角錐型。三、分子的極性和手性分子1.鍵的極性與分子極性之間的關(guān)系:2.分子極性的判斷方法:(1)化合價(jià)法。ABm型分子中心原子的化合價(jià)的絕對(duì)值等于該元素的價(jià)電子數(shù)時(shí),該分子為非極性分子,此時(shí)分子的空間結(jié)構(gòu)對(duì)稱;若中心原子的化合價(jià)的絕對(duì)值不等于其價(jià)電子數(shù),則分子的空間結(jié)構(gòu)不對(duì)稱,其分子為極性分子。(2)物理模型法。將ABm型分子中心原子看成一個(gè)受力物體,將A、B間的極性共價(jià)鍵看成作用于中心原子上的力,根據(jù)ABm的空間構(gòu)型,判斷中心原子受力是否平衡,如果受力平衡,則ABm型分子為非極性分子,否則為極性分子。3.分子的極性對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響:(1)分子的極性對(duì)物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的影響。分子的極性越大,分子間作用力越強(qiáng),克服分子間的作用力使物質(zhì)熔化或汽化所需的外界能量就越多,則物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)越高。在相對(duì)分子質(zhì)量相同的情況下,極性分子比非極性分子有更高的沸點(diǎn),這是因?yàn)闃O性分子之間的取向力比非極性分子之間的色散力大。(2)分子的極性對(duì)物質(zhì)溶解性的影響。一般情況下,由極性分子構(gòu)成的物質(zhì)易溶于極性溶劑,由非極性分子構(gòu)成的物質(zhì)易溶于非極性溶劑,即遵循“相似相溶規(guī)則”。蔗糖、氨等極