分子构型与物质的性质.

第一单元分子构型与物质的性质学习目标1.以CH4为例分析杂化轨道理论，使学生能用杂化轨道理论解释简单分子的空间构型。2.通过应用杂化轨道理论，使学生理解并掌握常见分子的空间构型。3.了解极性共价键和非极性共价键，极性分子和非极性分子。4.了解“手性分子”、等电子原理在生命科学等方面的应用。5.了解“相似相溶”原理。课时1杂化轨道理论与分子的空间构型课堂互动讲练探究整合应用知能优化训练课时1课前自主学案课前自主学案自主学习一、杂化轨道理论1．原子轨道的杂化指在外界条件的影响下，原子内部_____________的原子轨道________组合的过程。杂化轨道在__________分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更_______，从而使它与其他原子轨道的重叠程度更大，形成的共价键更_________。能量相近重新电子云均匀牢固2．当发生sp杂化时，杂化轨道间的夹角为________，形成的分子的空间构型为_______形，例如CO2；当发生sp2杂化时，杂化轨道间的夹角为_________，分子的空间构型为__________形，如BF3；当发生sp3杂化时，杂化轨道间的夹角为___________，分子的空间构型为____________形，如CH4(或CCl4)。180°直线120°平面三角109.5°正四面体二、甲烷分子的形成及立体构型甲烷分子中碳原子的杂化轨道是由1个____轨道和3个____轨道重新组合而成，这种杂化称为_____杂化，每两个sp3杂化轨道之间的夹角为________，这4个sp3杂化轨道能量______，据洪特规则，碳原子的价电子以_______________的方式分占每个轨道。因此，当碳原子与氢原子成键时，碳原子的每个杂化轨道与氢原子的1个_________电子配对形成一个共价键，这样形成的4个共价键是_______的，从而CH4分子具有___________结构。spsp3109.5°相同自旋方向相同s轨道相同正四面体思考感悟用杂化轨道理论分析NH3呈三角锥形的原因。【提示】氨分子中的氮原子价电子的轨道表示式为1个2s轨道与3个2p轨道杂化后，形成4个sp3杂化轨道，其中3个杂化轨道中是成单电子，分别与3个氢原子形成σ键，1个杂化轨道中是成对电子，不形成共价键。sp3杂化轨道应为正四面体构型，但由于孤电子对不形成化学键，故NH3分子为三角锥形。自主体验1．(2011年常州高二检测)下列分子中，所有原子不可能共处在同一平面上的是()A．C2H2B．CS2C．NH3D．C6H6解析：选C。C2H2、CS2为直线形，C6H6为平面正六边形，NH3为三角锥形，只有C选项的所有原子不可能在同一平面上。2．下列说法中，正确的是()A．由分子构成的物质中一定含有共价键B．形成共价键的元素不一定是非金属元素C．正四面体结构的分子中的键角一定是109.5°D．CO2和SiO2都是直线形分子解析：选B。由分子构成的物质中不一定有共价键，如He；AlCl3中Al与Cl之间以共价键结合，但Al为金属元素；P4为正四面体结构，键角为60°；CO2分子的中心原子无孤电子对，为直线形结构，而SiO2晶体中不存在单个分子。3．(2010年杭州高二检测)最近媒体报道了一些化学物质，如爆炸力极强的N5、结构类似白磷的N4、比黄金还贵的18O2、太空中的甲醇气团等。下列说法中，正确的是()A．18O2和16O2是两种不同的核素B．将ag铜丝灼烧成黑色后趁热插入甲醇中，铜丝变红，质量小于agC．N4为正四面体结构，每个分子中含有6个共价键，键角为109°28′D．2N5===5N2是化学变化解析：选D。核素是指具有一定质子数和中子数的原子，而18O2和16O2是单质，A错；将ag铜丝灼烧成黑色后趁热插入甲醇中，发生反应2Cu＋O22CuO和CuO＋CH3OHCu＋HCHO＋H2O，在反应前后铜的质量没变，B错；N4和白磷分子一样，为正四面体结构，含有6条共价键，键角应为60°，C错；N5和N2互为同素异形体，其相互转化为化学变化，D正确。=====△=====△课堂互动讲练分子的构型与杂化类型的关系杂化类型spsp2sp3轨道组成1个ns和1个np1个ns和2个np1个ns和3个np轨道夹角180°120°109.5°杂化类型spsp2sp3杂化轨道示意图实例BeCl2BF3CH4分子结构示意图分子构型直线形平面三角形正四面体形特别提醒：(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)杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相同，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。有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是(双选)()A．两个碳原子采用sp杂化方式B．两个碳原子采用sp2杂化方式C．每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成π键D．两个碳原子之间的键为两个π键例1【思路点拨】乙炔的结构式为，每个碳原子形成2个σ键和2个π键，没有孤电子对，故碳原子采取sp杂化方式，未杂化的2个2p轨道形成2个π键。【解析】乙炔分子中的两个碳原子采用sp杂化方式，均形成2个sp杂化轨道，分别与1个氢原子形成1个σ键，2个碳原子间形成1个σ键，再用2个未杂化的2p轨道形成2个π键，所以碳碳原子之间为叁键。【答案】BD【规律方法】解答这类问题，首先明确一般能量相近的ns轨道和np轨道发生杂化，所生成的杂化轨道数目等于参与杂化的ns轨道和np轨道的数目之和，且杂化轨道只能用来形成σ键和容纳孤电子对。(1)计算σ键和孤电子对的数目，确定所生成的杂化轨道数：杂化轨道数＝σ键数＋孤电子对数。(2)用杂化轨道数目减去1(ns轨道数)，所得数值即为参与杂化的np轨道数，从而确定sp型杂化的类型。一般情况下，单键均为σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，叁键中含有1个σ键和2个π键。变式训练1下列分子中的中心原子的杂化轨道属于sp杂化的是()A．CH4B．C2H4C．C2H2D．NH3解析：选C。本题考查了杂化轨道的类型。CH4分子中碳原子的杂化轨道是由一个2s轨道和3个2p轨道重新组合而成属sp3杂化；C2H4分子中碳原子的杂化类型属sp2杂化；C2H2分子中的碳原子的原子轨道发生sp杂化，NH3分子中的氮原子的原子轨道发生sp3杂化。价电子对互斥模型1．理论模型分子中的价电子对(包括成键电子对和孤电子对)，由于相互排斥作用，而趋向于尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。2．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1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；(5)双键、叁键等多重键作为1对电子看待。n＝中心原子的价电子数＋每个配原子提供的电子数×m2。3．价电子对之间的斥力(1)电子对之间的夹角越小，排斥力越大。(2)由于成键电子对受两个原子核的吸引，所以电子云比较紧缩，而孤电子对只受到中心原子的吸引，电子云比较“肥大”，对邻近电子对的斥力较大，所以电子对之间斥力大小顺序如下：孤电子对—孤电子对＞孤电子对—成键电子＞成键电子—成键电子(3)由于叁键、双键比单键包含的电子数多，所以其斥力大小次序为叁键＞双键＞单键。4．价层电子对互斥模型的两种类型价层电子对互斥模型说明的是价层电子对形成σ键的共用电子对和孤电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是形成σ键电子对的空间构型，不包括孤电子对。(1)当中心原子无孤电子对时，两者的构型一致；(2)当中心原子有孤电子对时，两者的构型不一致。见下表：物质H2ONH3CH4CCl4中心原子的孤电子对数21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形三角锥形正四面体正四面体键角104.5°107.3°109.5°109.5°杂化类型sp3sp3sp3sp3(2011年无锡高二检测)若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对，运用价层电子对互斥理论，下列说法正确的是()A．若n＝2，则分子的空间构型为V形B．若n＝3，则分子的空间构型为三角锥形C．若n＝4，则分子的空间构型为正四面体形D．以上说法都不正确例2【思路点拨】据价层电子对互斥理论可知，分子的稳定空间构型实际上是电子对排斥作用力最小的构型。本题亦可采用举反例论证的方法求解，对于ABn型分子，当n＝2时分子结构为直线形；当n＝3时，如BF3的立体结构为平面正三角形；当n＝4时，如CH4、CCl4等均为正四面体形。【解析】若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对，则根据排斥作用力最小的原则，当n＝2时，分子结构为直线形；当n＝3时，分子结构为平面正三角形；当n＝4时，分子结构为正四面体形。【答案】C变式训练2用价层电子对互斥理论推测下列分子的空间构型：(1)BeCl2(2)NH3(3)H2O(4)PCl3解析：(1)中心原子Be的价电子都参与成键，则据中心原子的周围原子数来判断为直线形。(2)、(3)、(4)中心原子有孤电子对，孤电子对占据中心原子周围的空间，价层电子对为4，故(2)为三角锥形；(3)为角形或V形；(4)为三角锥形。答案：(1)直线形(2)三角锥形(3)角形或V形(4)三角锥形等电子原理具有相同价电子数(指全部电子总数或价电子总数)和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征，这个原理称为“等电子原理”。符合此条件的分子或离子互为等电子体。利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的空间构型。1．N2、CO、CN－，都是双原子分子或离子，价电子总数为10，两个原子间都以叁键相结合，叁键中有1个σ键，2个π键。2．CO2、N－3、OCN－、SCN－、NO＋2，都含有3个原子，价电子总数为16，具有相同的结构，都是直线形分子，中心原子上都采取sp杂化轨道，形成直线形骨架，键角为180°。3．SO2、O3、NO－2，都含有3个原子，价电子总数为18，中心原子采取sp2杂化类型，价电子对的空间理想模型为平面三角形，中心原子上有1对孤电子对(处于分子平面上)，分子空间构型为V形(或角形、折线形)。4．CO2－3、NO－3、SO3等离子或分子具有相同的通式：AX3，价电子总数为24，有相同的结构，都是平面三角形，中心原子上没有孤电子对，故采取sp2杂化类型。5．CCl4、SiCl4、SO2－4、SiO4－4、PO3－4等粒子具有相同的通式：AX4，价电子总数为32，中心原子有4个σ键，故取sp3杂化类型，呈正四面体构型。6．等电子体不仅有相似的空间构型，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也是良好的半导体材料。(2011年浙江绍兴高二检测)已知化合物B3N3H6(硼氮苯)和C6H6(苯)为等电子体，人们把B3N3H6称作无机苯，其分子结构与苯相似，如图所示，下列说法中正确的是(双选)()例3A．B3N3H6是由极性键组成的非极性分子B．B3N3H6能发生加成反应和取代反应C．B3N3H6具有碱性D．B3N3H6各原子不在一个平面内【思路点拨】B3N3H6和C6H6为等电子体，其结构与性质都相似。解题时应用苯的结构与性质来推测B3N3H6的结构与性质，类比与迁移是解题的关键。【解析】根据互为等电子体的物质的结构和性质相似判断，B3N3H6应为平面形结构，B3N3H6分子中存在H—N、N—B、H—B三种极性共价键，且为非极性分子。苯能够发生加成反应和取代反应，根据互为等电子体的物质的化学性质相似推测，B3N3H6也能够发生加成反应和取代反应。B3N3H6分子中的N—H键不同于氨基中的N—H键，不具有碱性。【答案】AB【规律方法】解答有关等电子体的问题的关键是准确把握概念的要点，即具有相同的原子数和相同的