2019-2020学年高中化学 专题4 分子空间结构与物质性质 第一单元 分子构型与物质的性质课件

专题4分子空间结构与物质性质第一单元分子构型与物质的性质专题4分子空间结构与物质性质1．初步认识分子空间构型、键角、极性分子、非极性分子、手性分子等概念。2．了解杂化轨道的类型(sp3、sp2、sp)，并能运用杂化轨道理论判断分子的空间构型。3．能根据价层电子对互斥模型判断简单分子或离子的空间构型。4．结合实例说明“等电子原理”的应用。5．认识分子的空间构型与极性的关系，能运用有关理论预测分子的极性。分子的空间构型1．杂化轨道理论(1)轨道的杂化原子内部能量相近的原子轨道重新组合，形成与原轨道数目相等的一组新轨道的过程。(2)杂化轨道杂化后形成的新的____________________的一组原子轨道。(3)杂化类型①sp杂化sp杂化轨道是由___个ns轨道和___个np轨道组合而成的，每个sp杂化轨道都含有12s和12p轨道的成分，杂化轨道间的夹角为__________，呈______形。能量相等、成分相同一一180°直线②sp2杂化sp2杂化轨道是由___个ns轨道和___个np轨道组合而成的，每个sp2杂化轨道都含有13s和23p轨道的成分，杂化轨道间的夹角为__________，呈__________形。一两120°平面三角③sp3杂化sp3杂化轨道是由___个ns轨道和___个np轨道组合而成的，每个sp3杂化轨道都含有14s和34p轨道的成分，杂化轨道间的夹角为______________，空间构型为__________形。一三109．5°正四面体(1)在形成多原子分子时，中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道发生混杂，重新组合成一组新的轨道的过程，叫做轨道的杂化。双原子分子中，不存在杂化过程。(2)只有能量相近的轨道才能杂化(ns，np)。(3)杂化过程中，原子轨道总数不变，即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等。(4)杂化过程中，轨道的形状发生变化。2．价层电子对互斥模型(1)分子中的价电子对(包括____________和__________)由于__________作用，而趋向于尽可能彼此远离以减小______，分子尽可能采取______的空间构型。电子对之间的夹角越大，排斥力______。成键电子对孤电子对相互排斥斥力对称越小(2)ABm型分子的价电子对计算方法对于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)，价电子对数＝中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m2其中，中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子提供1个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算。3．等电子原理：具有相同________数和相同______数的____________具有相同的结构特征。价电子原子分子或离子1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)杂化轨道与参与杂化的原子轨道的数目相同，但能量不同。()(2)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同。()(3)凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键。()(4)只有原子总数和价电子总数都相同的分子(或离子)才是等电子体。()√√×√(5)互为等电子体的物质，物理性质、化学性质都相似。()(6)CH4、H2O、NH3、HF均含10个质子和10个电子，故为等电子体。()(7)H2O、H2S、H2Se互为等电子体。()××√2．下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是()①BF3②CH2===CH2③④CH≡CH⑤NH3⑥CH4A．①②③B．①⑤⑥C．②③④D．③⑤⑥解析：选A。sp2杂化轨道形成夹角为120°的平面三角形，①BF3为平面三角形且B—F键夹角为120°；②C2H4中碳原子以sp2杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；③与②相似；④乙炔中的碳原子为sp杂化，未杂化的2p轨道重叠形成π键；⑤NH3中的氮原子为sp3杂化；⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。3．下列关于杂化轨道的说法错误的是()A．并不是所有的原子轨道都参与杂化B．同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化C．杂化轨道能量集中，有利于牢固成键D．杂化轨道都用来成键解析：选D。参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p的能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A、B正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道都用来成键，也可以容纳孤电子对(如NH3、H2O的形成)，故D项错误。4．用价层电子对互斥模型预测H2O和CH4的空间构型，两个结论都正确的是()A．直线形，三角锥形B．V形，三角锥形C．直线形，正四面体形D．V形，正四面体形解析：选D。在H2O分子中，价电子对数为4，若无孤电子对存在，则其应为正四面体形。但中心原子O上有两对孤电子对，而且孤电子对也要占据中心原子周围的空间，它们相互排斥，因此H2O为V形结构。在CH4分子中，价电子对数为4，无孤电子对，所以CH4为正四面体形。5．下列不是等电子体的是()A．N2O和CO2B．O3和NO－2C．CH4和NH＋4D．OH－和NH－2解析：选D。原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。A、B、C项的原子总数相同，价电子总数也相同；D项的原子总数不相同。1．三种杂化类型的比较杂化类型spsp2sp3参与杂化的原子轨道1个s轨道1个p轨道1个s轨道2个p轨道1个s轨道3个p轨道杂化轨道及数目2个sp杂化轨道3个sp2杂化轨道4个sp3杂化轨道杂化类型spsp2sp3杂化轨道示意图分子结构示意图杂化类型spsp2sp3杂化轨道间夹角180°120°109．5°形成分子空间构型直线形平面三角形正四面体形实例BeCl2、C2H2BF3CH4、CCl4(1)杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相等，中心原子杂化类型相同时，孤电子对越多，键角越小；无孤电子对时，键角相同。(2)杂化轨道数目与参与杂化的原子轨道数目相同，但能量不同。(3)杂化轨道应尽量占据整个空间使它们之间的排斥力最小。(4)杂化轨道的类型与分子的空间构型有关。2．杂化类型的判断方法(1)根据杂化轨道数目判断杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键，故有下列关系：杂化轨道数目＝价层电子对数目＝σ键电子对数目＋中心原子的孤电子对数目，再由杂化轨道数目确定杂化类型。杂化轨道数目234杂化类型spsp2sp3(2)根据杂化轨道的空间分布构型判断①若杂化轨道在空间的分布为正四面体，则分子的中心原子发生sp3杂化。②若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则分子的中心原子发生sp2杂化。③若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则分子的中心原子发生sp杂化。(3)根据杂化轨道之间的夹角判断若杂化轨道之间的夹角为109．5°，则分子的中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则分子的中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则分子的中心原子发生sp杂化。3．价电子对数与分子空间构型的关系价电子对数杂化轨道类型价电子对空间构型孤电子对数成键电子对数分子空间构型实例2sp直线形02直线形BeCl23sp2平面三角形03平面三角形BF312V形SnCl2价电子对数杂化轨道类型价电子对空间构型孤电子对数成键电子对数分子空间构型实例4sp3正四面体形04正四面体形CH413三角锥形NH322V形H2O(1)价电子对包括孤电子对和成键电子对，一般孤电子对离核较近。(2)价电子对之间存在相互排斥作用，为减小斥力，相互之间尽可能远离，因此分子的空间构型受到影响。一般地，分子尽可能采取对称的空间结构以减小斥力。(3)价电子对间斥力大小顺序：孤电子对与孤电子对之间的斥力孤电子对与成键电子对之间的斥力成键电子对与成键电子对之间的斥力。4．常见的等电子体类型实例三原子、16个价电子的等电子体CO2、CS2、N2O、NO＋2、N－3、BeCl2(g)两原子、10个价电子的等电子体N2、CO、NO＋、C2－2、CN－类型实例三原子、18个价电子的等电子体NO－2、O3、SO2四原子、24个价电子的等电子体NO－3、CO2－3、BF3、SO3(g)五原子、32个价电子的等电子体SiF4、CCl4、BF－4、SO2－4、PO3－45．等电子原理的应用：等电子体的许多性质是相近的，立体构型是相同的。(1)利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。如NH3和H3O＋，原子总数和价电子总数都相等，其立体构型相同(三角锥形)；SiCl4、SO2－4、SiO4－4、PO3－4等的原子数目和价电子总数都相等，互为等电子体，都呈正四面体形。(2)应用于新材料的制造。等电子体不仅有相似的立体构型，而且有相似的性质。如晶体硅、锗是良好的半导体材料，它们的等电子体AlP、GaAs也都是良好的半导体材料。(3)利用等电子原理针对某物质找等电子体。(1)BF3是平面三角形，但NF3却是三角锥形，试用杂化轨道理论加以说明。(2)甲烷中的碳原子是sp3杂化，下列用*表示的碳原子的杂化和甲烷中的碳原子杂化方式相同的是________。A．CH2===CH*CH2CH3B．*CH2===CHCH3C．CH2===*CHCH3D．CH2===*CH2[解析](1)BF3中B原子以sp2杂化轨道与三个F原子的各一个2p轨道重叠形成三个sp2­p的σ键。由于三个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120°，所以BF3为平面三角形的结构。而NF3分子中N原子采用不等性sp3杂化，有一对孤电子对占据一个杂化轨道，三个sp3杂化轨道与F原子的2p轨道形成三个共价键，由于孤电子对占据四面体的一角，使NF3分子空间构型成为三角锥形。(2)当碳原子以sp3杂化轨道成键时，应形成4个σ键，A项符合题意。其他选项中带星号的碳原子均形成了1个π键(杂化方式是sp2杂化)，不符合题意。[答案](1)BF3中B原子采用sp2杂化轨道成键，没有孤电子对，所以其分子构型是平面三角形；NF3中N原子采用sp3杂化轨道成键且杂化轨道中有1个由孤电子对占据，所以其分子构型是三角锥形。(2)A轨道杂化时，轨道的数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变。对于判断分子的杂化方式及空间构型，一般要求熟记教材上常见的分子。杂化轨道类型及概念判断1．s轨道和p轨道杂化的类型不可能有()A．sp杂化B．sp2杂化C．sp3杂化D．sp4杂化解析：选D。np轨道有三个：npx、npy、npz，当s轨道和p轨道杂化时只有三种类型：①sp杂化：由一个ns轨道和一个np轨道组合而成；②sp2杂化：由一个ns轨道和两个np轨道组合而成；③sp3杂化：由一个ns轨道和三个np轨道组合而成。2．下列说法正确的是()A．PCl3分子呈三角锥形，这是磷原子采取sp2杂化的结果B．sp3杂化轨道是由任意的1个s轨道和3个p轨道混杂形成的4个新轨道C．中心原子采取sp3杂化的分子，其立体构型可能是四面体形或三角锥形或V形D．AB3型分子的立体构型必为平面三角形解析：选C。PCl3分子的价电子对数＝5＋1×32＝4，因此PCl3分子中磷原子采取sp3杂化，A项错误。sp3杂化轨道是原子最外电子层上的s轨道和3个p轨道混杂形成的4个新轨道，B项错误。一般采取sp3杂化的分子，其立体构型呈四面体形，但如果有杂化轨道被中心原子上的孤电子对占据，则分子的立体构型会发生变化，如NH3、PCl3分子呈三角锥形，H2O分子呈V形，C项正确，D项错误。3．有关杂化轨道的说法不正确的是()A．杂化前后的轨道数目不变，但轨道的形状发生了改变B．sp3、sp2、sp杂化轨道间的夹角分别为109．5°、120°、180°C．四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释D．杂化轨道可用来形成π键解析：选D。杂化轨道用于形成σ键或容纳未参与成键的孤电子对。杂化轨道与分子构型4．根据价层电子对互斥理论及原子的杂化轨道理论判断PF3分子的立体构型和中