【世纪金榜】2015-2016学年高中化学 4.1分子构型与物质的性质课件 苏教版选修3

课件62张PPT。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一、研究分子结构“三个”意义
1.分子性质的决定因素:分子的性质主要由分子的___________决定。
2.分子结构的测定、解释或预测:分子的结构可以通过____________
_________等实验手段进行测定,也可以根据相关的理论进行解释或
预测。
3.分子结构对物质性质的影响:分子结构对物质的_____________
_______________________________等都有很大的影响。组成和结构X射线衍射、电子衍射极性、磁性、旋光性、溶解性、化学反应活泼性二、分子的空间构型
1.sp3杂化与CH4分子的空间构型:
(1)杂化轨道的形成。
碳原子2s轨道上的1个电子进入2p空轨道,____2s轨道和____2p轨
道“混合”,形成能量相等、成分相同的____sp3杂化轨道。
图示为 1个3个4个(2)sp3杂化轨道的空间指向。
碳原子的4个sp3杂化轨道指向__________________,每个轨道上都有一个未成对电子。
(3)共价键的形成。
碳原子的4个_______轨道分别与4个氢原子的___轨道重叠形成4个相同的σ键。正四面体的4个顶点sp3杂化1s(4)CH4分子的空间构型。
CH4分子为空间_________结构,分子中C—H键之间的夹角都是
________。正四面体109.5°2.sp2杂化与BF3分子的空间构型:
(1)杂化轨道的形成。
硼原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道。1个2s轨道和__个2p轨道
发生杂化,形成能量相等、成分相同的__个sp2杂化轨道。
图示为 23(2)sp2杂化轨道的空间指向。
硼原子的3个sp2杂化轨道指向_____________________,3个sp2杂化
轨道间的夹角为______。
(3)共价键的形成。
硼原子的3个_______轨道分别与3个氟原子的2p轨道_____,形成3个相同的σ键。
(4)BF3分子的空间构型。
BF3分子的空间构型为___________,键角为______。平面三角形的三个顶点120°sp2杂化重叠平面三角形120°3.sp杂化与BeCl2分子的空间构型:
(1)杂化轨道的形成。
铍原子2s轨道上的1个电子进入2p轨道,1个2s轨道和1个2p轨道
发生杂化,形成能量相等、成分相同的__个sp杂化轨道。
图示为2(2)sp杂化轨道的空间指向。
两个sp杂化轨道呈_______,其夹角为______。
(3)共价键的形成。
铍原子的2个sp杂化轨道分别与2个氯原子的___轨道重叠形成__个相同的σ键。直线形180°3p2三、确定分子空间构型的简易方法
1.价层电子对互斥模型。
由于价层电子对之间的_________作用,它们趋向于尽可能地相互
远离以减小斥力,分子尽可能采取_____的空间构型。
2.价电子对数计算方法。
对于ABm型分子(A为中心原子,B为配位原子),分子的价电子对数
可以通过下式确定:相互排斥对称3.具有相同价电子对数的分子,中心原子的_________________,价
电子对分布的几何构型也相同。
4.一般来说,孤电子对、成键电子对之间斥力大小的顺序为
___________________之间的斥力>_____________________之间的
斥力>_______________________之间的斥力。杂化轨道类型相同孤电子对与孤电子对孤电子对与成键电子对成键电子对与成键电子对5.等电子理论:
(1)等电子原理:具有相同_________和相同_______的分子或离子
具有相同的_________。如CO和N2,二者分子结构非常相似,它们的
分子中价电子总数都是10,都形成1个σ键和2个π键,键能都较大。
(2)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。价电子数原子数结构特征四、分子的极性和手性分子
1.极性分子与非极性分子:
(1)极性分子:正电荷重心和负电荷重心_________的分子。
(2)非极性分子:正电荷重心和负电荷重心_______的分子。不相重合相重合2.非极性分子、极性分子的判断方法:
(1)双原子分子。
分子的极性取决于成键原子之间的共价键是否有_____,以_______
结合的双原子分子是极性分子,以_________结合的双原子分子是
非极性分子。极性极性键非极性键(2)以极性键结合的多原子分子(ABm型)。
分子的极性取决于分子的_________。若配位原子_____地分布在中心原子周围,整个分子的正、负电荷重心_______,则分子为非极性分子。空间构型对称相重合3.分子的极性对物质溶解性的影响——相似相溶规则。
非极性分子构成的物质一般易溶于_______溶剂,极性分子构成的
物质一般易溶于_____溶剂。非极性极性4.手性分子:
(1)手性异构体和手性分子。
_____和_______________完全相同,但如同左手和右手一样互为镜
像,在三维空间里不能_____的一对分子互称手性异构体。有手性异
构体的分子称为手性分子。
(2)手性碳原子。
当四个不同的原子或基团连接在同一碳原子上时,形成的化合物存
在___________。其中,连接四个不同的原子或基团的_______称为手性碳原子。组成原子的排列方式重叠手性异构体碳原子【自我小测】
1.思考辨析:
(1)任意不同的原子轨道都可以杂化。　(　　)
分析:×。原子轨道只有在形成分子的过程中才能杂化,孤立的原子不会发生杂化;另外,不是任意的不同轨道都能杂化,只有能量相近的轨道才能杂化。(2)价电子对数相同的分子,其空间构型都相同。　(　　)
分析:×。CH4、NH3、H2O分子的价电子对数均为4,CH4呈正四面体构型,NH3为三角锥型,H2O为V形。
(3)含有极性键的分子一定是极性分子。　(　　)
分析:×。含有极性键的分子不一定是极性分子,如CO2分子,在其内部存在两个碳氧极性键,但是由于二氧化碳是一个直线形的高对称分子,所以CO2分子是一个非极性分子。(4)手性分子存在同分异构体。　(　　)
分析:√。具有手性关系的分子之间互称同分异构体,也叫手性异构体。2.(2015·厦门高二检测)下列说法正确的是　(　　)
A.CHCl3是三角锥型
B.H2O分子中氧原子为sp2杂化,其分子几何构型为V形
C.二氧化碳中碳原子为sp杂化,为直线形分子
D.N 是平面四边形结构
【解析】选C。CHCl3是四面体形分子,A错误;H2O分子中氧原子为
sp3杂化,其分子几何构型为V形,B错误;二氧化碳中碳原子为sp杂
化,为直线形分子,C正确;N 是正四面体结构。3.根据价层电子对互斥理论及原子的杂化理论判断NF3分子的空间构型和中心原子的杂化方式分别为　(　　)
A.直线形、sp杂化　　　　　 B.三角形、sp2杂化
C.三角锥型、sp2杂化 D.三角锥型、sp3杂化
【解析】选D。氮原子的杂化轨道数为3+1=4,采用sp3杂化。氮原子
的价电子对数为 =4,氮原子结合了3个原子,故该分子呈三角锥型。4.(SJ·P75改编)根据等电子原理,判断下列各组微粒属于等电子体的是　(　　)
A.H2O、H2S B.HF、NH3
C.CO、CO2 D.NO2、SO2
【解析】选A。A中两个分子的价电子数和原子数分别相等,是等电子体。5.(SJ·P75改编)已知CO2、BF3、CH4、SO3都是非极性分子,NH3、H2S、H2O、SO2都是极性分子,由此可推知ABn型分子是非极性分子的经验规律是　(　　)
A.分子中所有原子都在同一平面内
B.分子中不含氢原子
C.在ABn型分子中,A元素为最高正价
D.在ABn型分子中,A原子最外层电子都已成键【解析】选D。结合所给出的实例分析可知,当A元素的最外层电子均已成键时,分子无极性,此时A元素的化合价的绝对值等于最外层电子数,所以D项正确。6.(SJ·P75改编)当一个碳原子所连四个原子或原子团不同时,该碳原子叫“手性碳原子”。下列化合物中含有2个手性碳原子的是(　　)【解析】选C。A、B、D中各有一个手性碳原子。一、杂化轨道理论
1.杂化轨道的成键特点:
(1)杂化轨道成键时,要满足化学键之间最小排斥原理,键与键间排斥力的大小决定键的方向,即决定杂化轨道间的夹角,键角越大,化学键之间的排斥力越小。
(2)sp杂化和sp2杂化的两种形式中,原子还有未参与杂化的p轨道,可用于形成π键,而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。2.杂化类型的判断:
(1)公式:n= (中心原子的价电子数+配位原子的成键电子数±电荷数);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个电子,氧、硫原子按不提供电子计算。(2)根据n值判断杂化类型。
n=2时,sp杂化,如BeCl2,n= ×(2+2)=2;
n=3时,sp2杂化,如N ,n= ×(5+1)=3;
n=4时,sp3杂化,如N ,n= ×(5+4-1)=4。3.常见杂化类型:4.等电子原理及其应用:
(1)原理:具有相同的原子总数,而且全部电子总数或价电子总数也相等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。(2)应用:判断一些简单分子或离子的立体结构。
①S 、P 等离子符合AX4通式,价电子总数为32,中心原子采取sp3杂化,呈四面体空间构型。
②S 、P 等离子符合AX3通式,价电子总数为26,中心原子采取sp3杂化,由于存在一对孤电子对,分子呈三角锥型空间构型。
③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也都是良好的半导体材料。【点拨】
(1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生,孤立的原子是不可能发生杂化的。
(2)杂化前后轨道数目不变。
(3)只有能量相近的轨道才能杂化(如2s和2p)。
(4)杂化轨道成键时要满足化学键间最小排斥原理。杂化轨道间的夹角决定分子的空间构型。
(5)杂化轨道所形成的化学键全部为σ键。【针对训练】
1.(2015·邯郸高二检测)下列分子的中心原子采用sp2杂化方式的
是　(　　)
A.PBr3　　　B.CH4　　　C.BF3　　　D.H2O
【解析】选C。A中磷原子的价层电子对数为(5+3)/2=4,磷原子采用sp3杂化;B中碳原子的价层电子对数为(4+4)/2=4,碳原子采用sp3杂化;C中硼原子的价层电子对数为(3+3)/2=3,硼原子采用sp2杂化;D中氧原子的价层电子对数为(6+2)/2=4,氧原子采用sp3杂化。2.(2015·衡阳高二检测)下列说法正确的是　(　　)
A.凡是中心原子采取sp3杂化方式成键的分子其空间构型都是正四面体
B.CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个氢原子的1s轨道和碳原子的2p轨道混合起来形成的
C.sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道
D.含有π键的化合物与只含σ键的化合物的化学性质差别较大【解析】选D。凡是中心原子采取sp3杂化方式成键的分子,其空间构型不一定都是正四面体,如H2O、NH3,故A项错误;CH4分子中的sp3杂化轨道是由碳原子的2s轨道和2p轨道杂化形成的,故B项错误;sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道形成的一组能量相同的新轨道,故C项错误;D项正确。【补偿训练】下列关于丙烯(CH3—CHCH2)的说法正确的是(　　)
A.丙烯分子有8个σ键,1个π键
B.丙烯分子中3个碳原子都是sp3杂化
C.丙烯分子不存在非极性键
D.丙烯分子中3个碳原子不在同一平面内【解题指南】解答本题时要注意以下两点:
(1)丙烯中碳原子的成键方式的多样性决定了碳原子的杂化类型的多样性。
(2)碳原子的杂化类型决定了分子的空间构型。【解析】选A。丙烯(CH3—CH＝CH2)分子中甲基上的碳原子杂化方式
是sp3杂化,所以其形成的化学键全部是σ键,中间的“—CH＝”中的
碳原子的杂化方式是sp2杂化,形成3个σ键和1个π键,最后的“＝CH2”
中的碳原子的杂化方式是sp2杂化,其中含有3个σ键和1个π键,综上所
述丙烯分子有8个σ键,1个π键,A正确,B不正确;丙烯分子中存在碳碳
单键和碳碳双键的非极性键,C不正确;由于丙烯(CH3—CH＝ CH2)分子
中的两个双键碳原子均是采用的sp2杂化,所以两个双键碳原子以及与
其直接相连的原子构成平面形,所以丙烯分子中的三个碳原子均在一
个平面内。二、用价层电子对互斥理论确定分子空间构型
1.杂化类型的判断。
因为杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对,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=中心原子孤电子对数+中心原子结合的原子数,再由杂化轨道数判断杂化类型。例如,2.确定中心原子价电子对数的方法。
对于AXm型分子(A是中心原子,X是配位原子),分子的价电子对数可以通过下式确定:即
规定:①作为配体,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,即中心原子的价电子数等于中心原子的最外层电子数;
③对于复杂离子,在计算价电子对数时,还应加上阴离子的电荷数或减去阳离子的电荷数;
④计算价电子对数时,若剩余1个电子,亦当作1对电子处理。
⑤双键、叁键等多重键作为1对电子看待。3.判断分子的空间构型。
根据成键电子对数和孤电子对数,可以确定相应的较稳定的分子几何构型,如下表所示:【针对训练】
1.下列分子和离子中中心原子价层电子对互斥模型为四面体型,且分子或离子空间的构型为V形的是　(　　)
A.N　　　B.PH3　　　C.H3O+　　　D.OF2
【解题指南】解答本题时要注意以下两点:
(1)根据价电子对的计算方法计算价电子对数;
(2)价电子对空间构型和分子或离子的空间构型的差别。 【解析】选D。根据价层电子对互斥理论计算中心原子的价电子对数可知:
N 的价电子对数:n=(5+1×4-1)/2=4;
PH3的价电子对数:n=(5+1×3)/2=4;
H3O+的价电子对数:n=(6+1×3-1)/2=4;
OF2的价电子对数:n=(6+1×2)/2=4;所以四种分子或者离子的中心原子价层电子对互斥模型为四面体型,但是由于OF2中氧原子与两个氟原子形成两个σ键,且氧原子还有两对孤电子对,会对两个σ键产生强大的排斥力,所以该分子的空间构型是V形。【方法规律】用价层电子对互斥模型判断分子或离子构型的思路
(1)确定中心原子的价电子层中总电子对数,即中心原子的价电子数和配位原子供给的电子总和,然后除以2,即为中心原子价电子对数。
(2)根据中心原子的价电子对数找出价层电子对互斥模型,即价电子对数为2:直线形,为3:平面三角形,为4:正四面体。
(3)根据孤电子对及成键电子对之间的斥力判断出微粒的空间结构。2.(2015·成都高二检测)用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构,两个结论都正确的是　(　　)
A.直线形;三角锥型
B.V形;三角锥型
C.直线形;平面三角形
D.V形;平面三角形【解析】选D。根据价层电子对互斥理论,H2S是属于中心原子上有孤电子对的,它们相互排斥而形成V形结构;BF3是中心原子上没有孤电子对的,中心原子周围原子数是3,故为平面三角形。【补偿训练】氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂,可以作为氯化剂和脱水剂。下列关于氯化亚砜分子的几何构型和中心原子(S)采取杂化方式的说法正确的是　(　　)
A.三角锥型、sp3 B.V形、sp2
C.平面三角形、sp2 D.三角锥型、sp2
【解析】选A。SOCl2分子中S的杂化轨道数为1+3=4,S采取sp3杂化,由于孤电子对占据一个杂化轨道,分子构型为三角锥型。三、分子的极性和手性分子
1.键的极性与分子极性之间的关系:2.分子极性的判断方法:
(1)化合价法。
ABm型分子中心原子的化合价的绝对值等于该元素的价电子数时,该分子为非极性分子,此时分子的空间结构对称;若中心原子的化合价的绝对值不等于其价电子数,则分子的空间结构不对称,其分子为极性分子。(2)物理模型法。
将ABm型分子中心原子看成一个受力物体,将A、B间的极性共价键看成作用于中心原子上的力,根据ABm的空间构型,判断中心原子受力是否平衡,如果受力平衡,则ABm型分子为非极性分子,否则为极性分子。3.分子的极性对物质性质的影响:
(1)分子的极性对物质熔、沸点的影响。
分子的极性越大,分子间作用力越强,克服分子间的作用力使物质熔化或汽化所需的外界能量就越多,则物质的熔、沸点越高。
在相对分子质量相同的情况下,极性分子比非极性分子有更高的沸点,这是因为极性分子之间的取向力比非极性分子之间的色散力大。(2)分子的极性对物质溶解性的影响。
一般情况下,由极性分子构成的物质易溶于极性溶剂,由非极性分子构成的物质易溶于非极性溶剂,即遵循“相似相溶规则”。蔗糖、氨等极性分子和氯化钠等离子化合物易溶于水。具有长碳链的有机物,如油脂、石油的成分大多不溶于水,而溶于非极性的有机溶剂。【针对训练】
1.下列比较正确的是　(　　)
A.熔、沸点:C(CH3)4>CH3(CH2)3CH3
B.熔、沸点:H2S>H2O
C.I2的溶解度:水>苯
D.因为CS2为非极性分子,故硫易溶于CS2中【解析】选D。A项中两分子互为同分异构体,C(CH3)4为非极性分子,CH3(CH2)3CH3为极性分子,故熔、沸点应为C(CH3)4B项H2O分子间存在氢键,熔、沸点大小关系应为H2O>H2S。C项中I2在
苯中的溶解度大于在水中的溶解度。2.(2015·桂林高二检测)实验测得BeCl2为共价化合物,两个Be—Cl键间的夹角为180°,则BeCl2属于　(　　)
A.由极性键构成的极性分子
B.由极性键构成的非极性分子
C.由非极性键构成的极性分子
D.由非极性键构成的非极性分子【解析】选B。Be—Cl键由不同元素的原子形成,两种原子吸引电子能力不同,为极性键。由于两个Be—Cl键间的夹角为180°,分子空间构型为直线形,分子内正、负电荷重心重合,共价键的极性抵消,分子没有极性。由此可见,BeCl2属于由极性键构成的非极性分子。【补偿训练】实验测得AlCl3为共价化合物,两个Al—Cl键间的夹角为120°。由此可见,AlCl3属于　(　　)
A.由极性键构成的极性分子
B.由极性键构成的非极性分子
C.由非极性键构成的极性分子
D.由非极性键构成的非极性分子【解析】选B。Al—Cl键由不同元素的原子形成,两种原子吸引电子能力不同,为极性键。由于两个Al—Cl键间的夹角为120°,分子空间构型为平面三角形,分子内正、负电荷重心重合,共价键的极性抵消,分子没有极性。由此可见,AlCl3属于由极性键构成的非极性分子。