高考一轮化学：选修33分子空间结构与物质性质(苏教版).ppt

专题3 分子空间结构与物质性质,1.了解键的极性和分子的极性，了解极性分子和非极性分子的性质差异。,2.能根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断简单分子或离子的空间构型（对d轨道参与杂化和AB型以上的复杂分子或离子的空间构型不作要求）。,3.了解简单配合物的成键情况（配合物的空间构型和中心原子的杂化类型不作要求）。,一、分子的空间构型,1.杂化轨道理论,杂化类型,sp,sp,2,sp,3,轨道,组成,s,_,_,_,p,_,_,_,轨道夹角,_,_,_,1,180,120,109.5,1,1,1,2,3,分子结构,示意图,分子构型,_,_,_,直线形,平面三角形,正四面体型,2.价层电子对互斥模型,(1)外围电子对。,外围电子对包括_。,（2）外围电子对分布的几何构型。,由于相互排斥作用，外围电子对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。,外围电子对数目,2,3,4,外围电子对分布的几何构型,_,_,_,成键电子对和孤电子对,直线形,平面三角形,正四面体形,3.等电子原理,原子总数相同,价电子总数相同,等电子体,化学键特征相似,有相近的化学性质,二、分子的性质,1.分子的极性,（1）极性分子：正电荷重心和负电荷重心_。,（2）非极性分子：正电荷重心和负电荷重心_。,2溶解性,(1)“相似相溶”的规律,非极性溶质一般能溶于_，极性溶质一般能溶于,_。若存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力,越大，溶解性越好。,(2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性，如乙醇和水互溶(C,2,H,5,OH和H,2,O中的羟基相近)，而戊醇在水中的溶解度明显减小。,不相重合,相重合,非极性溶剂,极性溶剂,三、配位化合物,1.配位键,（1）形成。,由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成的共价键。,（2）表示。,常用“_”表示配位键，箭头指向接受孤电子对的原子，,如NH,4,+,的结构式可表示为_，但NH,4,+,中4个NH键是完全相同的。,中心原子的杂化类型与分子的空间构型,1.由杂化轨道数判断中心原子杂化类型的方法,（1）计算公式。,杂化轨道用来形成键和容纳孤电子对，对于AB,m,型分子（A是中心原子，B是配位原子），等于杂化轨道数=,其中，中心原子的外围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、氢原子按提供一个外围电子，氧原子和硫原子按不提供外围电子计算。,2.中心原子杂化类型和分子构型的相互判断,（1）分子中中心原子的杂化轨道上无孤电子对时，分子构型与外围电子对的几何构型相同。,（2）分子中中心原子的杂化轨道上存在孤电子对时，由于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，键角减小；分子构型与外围电子对的几何构型不再相同。,（3）几种类型分子的空间构型。,分子组成（A为中心原子）,中心原子的孤电子对数,中心原子的杂化方式,分子空间构型,示例,AB,2,0,sp,直线形,BeCl,2,1,sp,2,V形,SO,2,2,sp,3,V形,H,2,O,AB,3,0,sp,2,平面三角形,BF,3,1,sp,3,三角锥型,NH,3,AB,4,0,sp,3,正四面体型,CH,4,【高考警示钟】,(1)杂化轨道只用于形成键或者用来容纳孤电子对，剩余的p轨道可以形成键，即杂化过程中若还有未参与杂化的p轨道，可用于形成键。,(2)组成相似的分子中心原子的杂化类型不一定相同，要看其键和孤电子对数是否相同。,【典例1】（2011福建高考）氮元素可以形成多种化合物。回答以下问题：,（1）基态氮原子的外围电子排布式是_。,（2）C、N、O三种元素第一电离能从大到小的顺序是_。,（3）肼（N,2,H,4,）分子可视为NH,3,分子中的一个氢原子被NH,2,（氨基）取代形成的另一种氮的氢化物。,NH,3,分子的空间构型是_；N,2,H,4,分子中氮原子轨道的杂化类型是_。,肼可用作火箭燃料，燃烧时发生的反应是：,N,2,O,4,(l)+2N,2,H,4,(l)=3N,2,(g)+4H,2,O(g),H,=-1 038.7 kJmol,-1,若该反应中有4 mol NH键断裂，则形成的键有_mol。,肼能与硫酸反应生成N,2,H,6,SO,4,。N,2,H,6,SO,4,晶体类型与硫酸铵相同，则N,2,H,6,SO,4,的晶体内不存在_。,a.离子键 b.共价键,c.配位键 d.范德华力,【解题指南】,解答本题要明确以下三点：,（1）根据肼分子的形成确定肼与氨气的结构相似；,（2）注意氢键的形成条件和存在；,（3）结构式的书写方法及键和键个数的判断方法。,【解析】,（1）氮原子的最外层有5个电子，其外围电子排布式为2s,2,2p,3,。,（3）NH,3,分子中氮原子的杂化方式为sp,3,，其分子的空间构型为三角锥型；氨基（NH,2,）中氮原子的杂化方式也为sp,3,，其分子的空间构型为V形。N,2,H,4,的结构为H,2,NNH,2,，相当于2个氨基，所以氮原子的杂化方式也为sp,3,。,（4）H原子连接电负性大、半径小有孤电子对的N、O、F原子时，能够形成氢键，所以CF,4,和CH,4,不能形成氢键，由图2可知，4个氮原子处于正四面体的顶点形成4个氢键，需要4个氢原子，所以NH,4,+,能够被该有机化合物识别。,答案：,（1）2s,2,2p,3,（2）NOC,（3）三角锥型 sp,3,3 d （4）c,【误区警示】,（1）“基态原子的外围电子排布式”与“电子排布式不同”，书写时易混淆；,（2）前四周期同周期第一电离能的递变规律中A、A比相邻主族均大；,（3）虽然N,2,H,6,SO,4,的组成中只有非金属元素，但其晶体类型与硫酸铵相同即可类比硫酸铵判断含有的键型；,（4）注意氢键的形成条件是“H原子”与“N、O、F原子”，其他原子不形成氢键。,2.配合物的组成与形成条件,（1）组成。,（2）形成条件。,中心原子有空轨道：如Fe,3+,、Cu,2+,、Zn,2+,、Ag,+,等。,配位体有,孤电子对,中性分子：如H,2,O、NH,3,和CO等。,离子：如F,-,、Cl,-,、CN,-,等。,【高考警示钟】,(1)根据分子构型可以判断分子的极性，但必,须注意键对分子极性的影响，例如，同是直线形的O,C,O和HC,N，前者为非极性分子，后者为极性分子；同是四面体型的CH,4,和CH,3,Cl，前者为非极性分子，后者为极性分子；,(2)配位键的形成过程与共价键不同,一旦形成配位键后与共,价键无本质区别;,(3)配位体可以是分子,也可以是离子。,（3）元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子体，元素Z的这种氧化物的分子式是_，其分子构型为_形，属于_分子（填“极性”或“非极性”）。,（4）W的+1价离子与Cl,-,能否形成配位键_（填“能”或“不能”），原因是_,若W,+,与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成的配合物H,n,WCl,3,中配体是_，反应的化学方程式为_。,【解题指南】,解答本题应注意以下四点：,（1）根据题干提供的各元素的特征及原子结构特点推断出相关元素；,（2）熟悉常见微粒的杂化轨道类型和键数目的确定方法；,（3）充分利用等电子原理判断分子的构型和性质；,（4）了解配位键的形成条件。,【解析】,根据题给信息可推知X、Y、Z、W分别为氢、碳、氮、铜四种元素。,（1）Y,2,X,2,为乙炔，乙炔含有一个碳碳叁键，乙炔中的碳原子的杂化轨道类型为sp杂化,一个乙炔分子中含有3个键，1 mol乙炔中键为3 mol；,（2）ZX,3,为氨气，YX,4,为甲烷，氨气分子间能形成氢键，使沸点升高；,（3）Y（碳）的氧化物有CO、CO,2,，Z（氮）的氧化物有N,2,O、NO、N,2,O,3,、NO,2,、N,2,O,4,、N,2,O,5,，CO,2,与N,2,O互为等电子体，结构相似，性质相似，故类比CO,2,分子可知N,2,O的分子构型为直线形，属于非极性分子；,（4）Cu,+,中有空轨道，Cl,-,中有孤对电子两者可以形成配位键,根据题目提供氯化物中Cu的化合价可知该氯化物的化学式为CuCl，CuCl与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成物中有1个Cu，3个Cl，所以CuCl与HCl反应的物质的量之比为12。生成物H2CuCl,3,中Cu为中心原子，Cl原子为配体。,答案：,（1）sp 3 mol或36.0210,23,（2）NH,3,分子间存在氢键,（3）N,2,O 直线 非极性,(4)能 Cu,+,能提供空轨道,Cl,-,能提供孤对电子,从而形成配位键ClCuCl2HCl=H,2,CuCl,3,（或CuCl2HCl=H,2,CuCl,3,）,【互动探究】,（1）ZX,3,的水溶性与YX,4,比较有何不同？为什么？,提示：,NH,3,极易溶于水，CH,4,难溶于水。,原因：,NH,3,为极性分子，CH,4,为非极性分子，根据相似相溶原理，NH,3,在水中的溶解度大；且NH,3,易与水形成氢键，更利于氨气的溶解。,（2）含有元素Y或Z的微粒中与题（3）中元素Z的氧化物属于等电子体的还有哪些？,提示：,NO,2,+,、CNO,-,。,1.（双选）（2011海南高考）下列分子中，属于非极性的,是（）,ASO,2,BBeCl,2,CBBr,3,DCOCl,2,【解析】,选B、C。SO,2,是V形分子，其结构不高度对称，为极,性分子；BeCl,2,的结构式为ClBeCl，是直线形分子，结构,对称，为非极性分子；BBr,3,是平面正三角形分子，结构对,称，为非极性分子；COCl,2,的结构式为 ，其结构,不高度对称，为极性分子。,2（2012南通模拟）已知H,2,O,2,的分子空,间结构可在二面角中表示，如图所示，则,有关H,2,O,2,结构的说法中正确的是（）,A分子的正、负电荷重心重合,B分子中只有极性键,C是极性分子,D是非极性分子,【解析】,选C。由H,2,O,2,的结构式可以看出，该分子中存在HO极性键和OO非极性键；由分子空间结构可以看出，其分子正、负电荷重心不重合，故为极性分子。,3.（2012连云港模拟）Co,3+,的八面体配合物（配位数为6）CoCl,m,nNH,3,，若1 mol该配合物与AgNO,3,作用生成1 mol AgCl 沉淀，则m、n的值是（）,Am1、n5 Bm3、n4,Cm4、n5 Dm5、n1,【解析】,选B。因为1 mol该配合物与AgNO,3,作用生成1 mol AgCl 沉淀，所以该配合物只能电离出1个Cl,，阳离子带一个正电荷，所以,Co,3+,要结合2个Cl,才能形成该阳离子，再结合配位数为6，所以还需要4个NH,3,，其化学式可表示为：,Co（NH,3,）,4,Cl,2,Cl，即m3、n4。,4.（2011安徽高考）科学家最近研制出可望成为高效火箭推进剂的N(NO,2,),3,（如图所示）。已知该分子中NNN键角都是108.1，下列有关N(NO,2,),3,的说法正确的是（）,A.分子中N、O间形成的共价键是非极性键,B.分子中四个氮原子共平面,C.该物质既有氧化性又有还原性,D.15.2 g该物质含有6.0210,22,个原子,【解析】,选C。,选项,具体分析,结论,A,分子中N、O间形成的共价键为不同元素原子之间形成的共价键，属于极性键,错误,B,N(NO,2,),3,的分子结构与NH,3,相似，分子中四个氮原子构成三角锥型,错误,C,该分子的中心元素N呈3价，处于中间价态，既有氧化性又有还原性,正确,D,因为1个N(NO,2,),3,分子含有10个原子，15.2 g该物质，即0.1 mol含有6.0210,23,个原子,错误,5.（2012扬州模拟）实验测得BH,3,为平面三角形（键角均为120），NH,3,为三角锥型（键角为107.3）。已知电子数相同的微粒具有相似的结构。由此推断：甲基（CH,3,），,甲基碳正离子（CH,3,+,），甲基碳负离子（CH,3,-,）的键角相对大小顺序为（）,A B,C D,【解析】,选A。这三种微粒中，碳原子都形成三个CH键，所不同的是所含电子数不同，CH,3,含9个电子，其中1个单电子，CH,3,+,含8个电子，其中1个空轨道，CH,3,-,含10个电子，其中1对孤电子对，孤电子对对成键电子的排斥力比单电子的大，空轨道对成键电子无排斥力，排斥力越大，键角越小，所以CH,3,-,的键角最小，CH,3,+,的键角最大。,6.(1)下列物质的分子中HCl,H,2,O N,2,H,2,O,2,C,2,H,4,C,6,H,6,既有键，又有键的是_。,(2)CaC,2,中的C,2,2,与O,2,2,互为等电子体，O,2,2,的电子式可表示为_；1 mol O,2,2,中含有的键数目为_。,(3)某有机物分子结构为H,2,C,CCHCN，其分子中碳原子杂化轨道类型是_；分子中处于同一直线上的原子数目最多为_。,(4)下列分子中若有手性分子，请用“*”标出其手性碳原子。,【解题指南】,解答本题时应注意以下三点：,（1）利用共价键不同分类的关系判断共价键类型；,（2）利用外围电子对互斥理论确定分子的空间构型；,（3）形成的四条键均不相同的碳原子为手性碳原子。,【解析】,(1)当两个原子间能形成多个共用电子对时，先形成,一个键，另外的原子轨道只能形成键。N,2,中有三个共价,键：一个键，两个键；C,2,H,4,中碳碳原子之间有两个共价,键：一个键，一个键；C,6,H,6,中碳碳原子之间有7个共价,键：6个键，1个键。,(2)C,2,2,和O,2,2,互为等电子体，根据等电子体的概念，两微粒,原子总数相同，外围电子总数相同、结构相似，可推知O,2,2,的电子式为 中氧氧三键中有2个键是,键。,(3)分子 H,2,1,C,2,C,3,CH,4,CN中，,1,C、,3,C原子发生sp,2,杂化，2C、4C原子发生sp杂化，与三键碳直接相连的原子在同一直线上。,（4）形成的四条键均不相同的碳原子为手性碳原子。,答案,：,（,1,）,N,2,、,C,2,H,4,、,C,6,H,6,(2),2,N,A,(3)sp,2,杂化、sp杂化 3,(4),【方法技巧】,中心原子的杂化轨道类型的判断,并不是说碳原子只要形成双键就发生sp,2,杂化，如上题中第2个C原子形成两条双键，为sp杂化。判断中心原子的杂化轨道类型的方法：,(1)看中心原子有没有形成双键或三键，如果碳原子形成1个三键或两个双键，则其中有2个键，用去了2个p轨道，形成的是sp杂化；如果有1个双键则其中有1个键，形成的是sp,2,杂化；如果全部是单键，则形成的是sp,3,杂化。,(2)由分子的空间构型结合外围电子对互斥理论判断。没有填充电子的空轨道一般不参与杂化，1对孤电子对占据1个杂化轨道。如NH,3,为三角锥型，且有一对孤电子对，即4条杂化轨道应呈正四面体型，为sp,3,杂化。,7.A、B、C、D、E五种元素，A元素的周期数、主族数、原子序数相同；B的基态原子核外有3种能量不同的原子轨道，且每种轨道中的电子数相同；C元素的电离能如图所示；D元素的外围电子构型为ns,n,np,n2,；E是第4周期的过渡金属元素，血红蛋白中的E元素与BD形成的配位键比与D形成的配位键强。E单质与BD形成的配合物E（BD）,5,，常温下呈液态，熔点为20.5，沸点为103，易溶于非极性溶剂。,（1）E（BD）,5,晶体属于_（填晶体类型）。,（2）A元素和B元素组成的化合物分子之间_（填“有”或“没有”）形成氢键。,（3）基态E原子的电子排布式为_。,（4）B、C、D三种元素的电负性由大到小的顺序是_（填元素符号）。,（5）C,2,和B,2,A,2,的分子中根据电子云重叠的方式不同，都包含的共价键类型有_。,（6）已知原子数和外围电子数相同的粒子叫等电子体，等电子体的结构相似。根据下表数据，说明BD分子比C,2,分子活泼的原因_。,XY,X,Y,XY,BD的键能（kJmol,-1,）,3577,7989,1 0719,C,2,的键能（kJmol,-1,）,1548,4184,9417,【解析】,由题意可推出A是H，B是C，C是N，D是O，E是Fe。,（1）由Fe（CO）,5,的物理性质熔、沸点较低可推知该晶体是分子晶体。,（2）碳的氢化物分子间没有氢键。,（3）基态Fe原子的电子排布式是1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,6,4s,2,。,（4）由电负性的概念可知非金属性越强其电负性越大，故C、N、O三种元素的电负性由大到小的顺序是：O、N、C。,（5）N,2,和C,2,H,2,中均有键和键。,（6）由表中数据对比可知CO中断裂第一个键所消耗能量（1 071.9798.9）kJmol,1,比N,2,中断裂第一个键消耗能量（941.7418.4）kJmol,1,小，故CO较活泼。,答案：,（1）分子晶体 （2）没有,（3）1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,6,4s,2,（4）O、N、C （5）键和键,（6）CO中断裂第一个键消耗的能量（273 kJmol,1,）比N,2,中断裂第一个键消耗的能量（523.3 kJmol,1,）小，CO的第一个键较容易断裂，因此CO较活泼（合理即可）,8.（2011新课标全国卷改编）氮化硼（BN）是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF,3,和BN，如图所示：,硼,砂,H,2,SO,4,NH,3,高温,BF,3,BN,B,2,O,3,H,3,BO,3,CaF,2,，H,2,SO,4,请回答下列问题：,（1）由B,2,O,3,制备BF,3,、BN的化学方程式依次是_、_；,（2）基态B原子的电子排布式为_；B和N相比，电负性较大的是_，BN中B元素的化合价为_；,（3）在BF,3,分子中，FBF的键角是_，B原子的杂化轨道类型为_，BF,3,分子含有的化学键类型为_，分子类型为_，易溶于_；,A.水 B.苯 C.四氯化碳,（4）BF,3,和过量NaF作用可生成配合物NaBF,4,，表示其配位键为_，BF,4,-,的立体结构为_;,（5）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为_，层间作用力为_。,【解题指南】,解答本题时应注意：,（1）化合物中电负性强的元素显负价；,（2）利用外围电子对互斥理论确定分子的空间构型；,（3）相似相溶原理的应用。,【解析】,（1）由B,2,O,3,制备BF,3,、BN的化学反应都是非氧化还原反应，写出主要的反应物、生成物再配平即可。,（2）B原子的核外电子为5个，电子排布式为1s,2,2s,2,2p,1,;N电负性比B强，BN中B显正价，为+3价。,（3）BF,3,分子构型为平面正三角形，B原子的杂化轨道类型为sp,2,杂化，FBF的键角是120，由于分子很对称，BF,3,分子为极性键构成的非极性分子。,（4）BF,4,-,中B为中心原子，F为配体，BF,4,-,为正四面体型。,（5）六方氮化硼晶体与石墨结构相似，层内原子之间的化学键为共价键，层间作用力为分子间作用力。,答案,：,(1)B,2,O,3,3CaF,2,3H,2,SO,4,2BF,3,3CaSO,4,3H,2,O,B,2,O,3,2NH,3,2BN,3H,2,O,(2)1s,2,2s,2,2p,1,N +3,(3)120 sp,2,极性共价键 非极性分子,B,、,C,(4)FB 正四面体,(5)共价键（极性共价键）分子间作用力,=,高温,=,9.已知A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素，它们的核电荷数依次增加。其中A与B、A与D在周期表中位置相邻，A原子核外有两个未成对电子，B元素的第一电离能比同周期相邻两种元素都大，C原子在同周期原子中半径最大（稀有气体除外）；E与C位于不同周期，E原子核外最外层电子数与C相同，其余各电子层均充满。请根据以上信息，回答下列问题：（答题时A、B、C、D、E用所对应的元素符号表示）,（1）A、B、C、D四种元素电负性由大到小排列顺序为_。,（2）B的氢化物的结构式为_，其空间构型为_。,（3）E核外电子排布式是，E的某种化合物的结构如图所示。,微粒间的相互作用包括化学键和分子间作用力，此化合物中各种粒子间的相互作用力有_。,（4）A与B的气态氢化物的沸点_更高，A与D的气态氢化物的沸点_更高。,（5）A的稳定氧化物中，中心原子的杂化类型为_，空间构型为_。,【解析】,A、B、D的相对位置为 ，又因为B的第,一电离能比同周期相邻的两种元素大，所以B为半充满结构，B为N，A为C，D为Si，C为Na，E为第4周期的元素，最外层为1个电子，其余各电子层均排满，则E的电子排布式为1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,1,即为Cu。,（1）A、B、C、D分别为C、N、Na、Si，根据电负性的递变规律可知，电负性NCSiNa。,（2）B的气态氢化物为NH,3,，中心原子N以sp,3,杂化，空间构型为三角锥型。,（3）E为Cu，其电子排布式为1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,1,。根据图示可判断H,2,O分子和Cu,2+,间存在配位键，同时水分子之间还存在氢键，H,2,O分子内存在共价键。该化合物还有阴离子，故有离子键。,（4）A与B的气态氢化物分别为CH,4,和NH,3,，其沸点高低为NH,3,CH,4,（因NH,3,分子之间存在氢键），A与D的气态氢化物分别为CH,4,和SiH,4,，由于其组成和结构相似，SiH,4,的相对分子质量大于CH,4,，故沸点SiH,4,CH,4,。,（5）CO,2,中C原子为sp杂化，CO,2,分子呈直线形。,答案,：,（,1,）,NCSiNa,（,2,）,三角锥型,（,3,）,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,1,离子键、共价键、配位键、氢键,（,4,）,NH,3,SiH,4,（,5,）,sp,直线形,