第2课时 杂化轨道理论简介 配合物理论简介
1.了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp,sp2,sp3),并能根据杂化轨道理论判断简单分子或者离子的构型。 2.能正确叙述配位键的概念及其形成条件,会分析配位化合物的形成及应用。
3.熟知几种常见的配离子:[Cu(H2O)4]2+、[Cu(NH3)4]2+、[Fe(SCN)n](3-n)+、[Ag(NH3)2]+等的颜色及性质。
杂化轨道理论简介
1.轨道的杂化与杂化轨道
(1)概念
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相等的一组新轨道的过程。
②杂化轨道:杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道。
(2)杂化轨道类型
杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原子轨道及数目
1个s轨道和1个p轨道
1个s轨道和2个p轨道
1个s轨道和3个p轨道
杂化轨道的数目
2
3
4
(3)杂化轨道的四点理解
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(ns,np)发生杂化,双原子分子中,不存在杂化过程。
②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。
③杂化过程中,轨道的形状发生变化,但杂化轨道的形状相同,能量相等。
④杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对,且杂化轨道之间要满足最小排斥原理。
2.杂化轨道类型与分子立体构型的关系
杂化类型
sp
sp2
sp3
杂化轨道间的夹角
180°
120°
109°28′
分子立体构型名称
直线形
平面三角形
正四面体形
实例
CO2、C2H2
BF3、HCHO
CH4、CCl4
当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时,由于孤电子对参与互相排斥,会使分子的构型与杂化轨道的形状有所区别。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的,其分子不呈正四面体构型,而呈V形,氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个由孤电子对占据,氨分子不呈正四面体构型,而呈三角锥形。
3.杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型
下面为几种常见分子的杂化类型、VSEPR模型与分子构型的对应关系。
CO2
CH2O
CH4
SO2
NH3
H2O
价层电子对数
2
3
4
3
4
4
杂化轨道数
2
3
4
3
4
4
杂化类型
sp
sp2
sp3
sp2
sp3
sp3
杂化轨道立体构型
直线形
平面三角形
正四面体形
平面三角形
四面体形
四面体形
VSEPR模型
直线形
平面三角形
正四面体形
平面三角形
四面体形
四面体形
分子构型
直线形
平面三角形
正四面体形
V形
三角锥形
V形
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”,并阐释错因或列举反例)。
语句描述
正误
阐释错因或列举反例
(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)凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其立体构型都是正四面体形
(4)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
答案:(1)√
(2)√
(3)× 不一定,如CH3Cl,碳原子采取sp3杂化,但立体构型不是正四面体形
(4)× 不一定,如BF3分子中,B原子采取sp2杂化
2.已知:NCl3分子的立体构型为三角锥形,则氮原子的杂化方式是什么?
答案:sp3。
3.已知:C2H4分子中的键角都约是120°,则碳原子的杂化方式是什么?
答案:sp2。
题组一 杂化轨道类型及概念判断
1.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分子的中心原子磷的价层电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=3+=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。
2.(2019·瓦房店高级中学高二期中)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杂化轨道的夹角分别为109°28′、120°、180°
C.四面体形、三角锥形、V形分子的结构都可以用sp3杂化轨道解释
D.杂化轨道全部参与形成化学键
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。
题组二 杂化轨道与分子构型
3.下列分子的立体构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3 ②CH2===CH2 ③ ④CH≡CH
⑤NH3 ⑥CH4
A.①②③
B.①⑤⑥
C.②③④
D.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。
4.(1)(2019·高考全国卷Ⅰ)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,分子中氮、碳的杂化类型分别是________、________。
(2)(2018·高考全国卷Ⅰ)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子立体构型是__________、中心原子的杂化形式为________。
(3)(2018·高考全国卷Ⅲ)《中华本草》等中医典籍中,记载了炉甘石(ZnCO3)入药,可用于治疗皮肤炎症或表面创伤。ZnCO3中,阴离子立体构型为__________,C原子的杂化形式为________。
解析:(1)乙二胺分子中,1个N原子形成3个单键,还有一对孤电子对,故N原子价层电子对数为4,N原子采取sp3杂化;1个C原子形成4个单键,没有孤电子对,价层电子对数为4,采取sp3杂化。(2)[AlH4]-中Al采用sp3杂化,呈正四面体结构。(3)CO中碳原子的价层电子对数为3,中心碳原子采取sp2杂化,故CO的立体构型为平面三角形。
答案:(1)sp3 sp3 (2)正四面体 sp3 (3)平面三角形 sp2
eq
\a\vs4\al()
判断中心原子杂化轨道类型的三方法
(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
2
3
4
杂化类型
sp
sp2
sp3
(2)根据杂化轨道的空间分布判断
①若杂化轨道在空间的分布为正四面体或三角锥形,则中心原子发生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,则中心原子发生sp杂化。
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断
①若杂化轨道之间的夹角为109°28′,则中心原子发生sp3杂化。
②若杂化轨道之间的夹角为120°,则中心原子发生sp2杂化。
③若杂化轨道之间的夹角为180°,则中心原子发生sp变化。
配合物理论简介
1.配位键
(1)概念:由一个原子单方面提供孤电子对,而另一个原子提供空轨道接受孤电子对形成的共价键,即“电子对给予?接受键”,是一类特殊的共价键。
(2)表示方法:配位键可以用A→B来表示,其中A是提供孤电子对的原子,B是接受孤电子对的原子。
例如:
2.配位化合物
(1)概念:金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物,简称配合物。
(2)形成条件:①配体有孤电子对;②中心原子有空轨道。
(3)配合物的组成
一般中心原子(或离子)的配位数为2、4、6。
(4)配合物的形成(举例)
实验操作
实验现象
有关离子方程式
滴加氨水后,试管中首先出现蓝色沉淀,氨水过量后沉淀逐渐溶解,滴加乙醇后析出深蓝色晶体
Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH,Cu(OH)2+4NH3===[Cu(NH3)4]2++2OH-,[Cu(NH3)4]2++SO+H2O===[Cu(NH3)4]SO4·H2O↓
溶液颜色变成血红色
Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3
3.配合物的形成对物质性质的影响
(1)溶解性的影响:一些难溶于水的金属氯化物、溴化物、碘化物、氰化物,可以依次溶于含过量Cl-、Br-、I-、CN-和氨的溶液中,形成可溶性的配合物。
如银氨溶液的制备原理:
Ag++NH3·H2O===AgOH↓+NH,AgOH+2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]++OH-+2H2O;
AgCl溶于氨水:
AgCl+2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]Cl+2H2O。
(2)颜色的改变:当简单离子形成配离子时,颜色常发生变化,根据颜色的变化可以判断是否有配离子生成。如Fe3+与SCN-在溶液中可生成配位数为1~6的配离子,这种配离子的颜色是血红色的,反应的离子方程式如下:
Fe3++nSCN-===[Fe(SCN)n](3-n)+(n=1~6)。
(3)稳定性增强:配合物具有一定的稳定性,配合物中的配位键越强,配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时,配合物的稳定性与配体的性质有关。如血红素中的Fe2+与CO分子形成的配位键比Fe2+与O2分子形成的配位键强,因此血红素中的Fe2+与CO分子结合后,就很难再与O2分子结合,使血红蛋白失去输送O2的功能,从而导致人体CO中毒。
正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”,并阐释错因或列举反例)。
语句描述
正误
阐释错因或列举反例
(1)形成配位键的条件是一方有空轨道,另一方有孤电子对
(2)配位键是一种特殊的共价键
(3)配位化合物中的配体可以是分子,也可以是阴离子
(4)共价键的形成条件是成键原子必须有未成对电子
答案:(1)√
(2)√
(3)√
(4)× 不一定,如配位键
题组一 配位键的形成与判断
1.若X、Y两种粒子之间可形成配位键,则下列说法正确的是( )
A.X、Y只能均是分子
B.X、Y只能均是离子
C.若X提供空轨道,则Y至少要提供一对孤电子对
D.若X提供空轨道,则配位键表示为X→Y
解析:选C。形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子,还可以一种是分子、一种是离子,但必须是一种微粒提供空轨道、一种微粒提供孤电子对,A、B项错误,C项正确;配位键中箭头应指向提供空轨道的X,D项错误。
2.下列关于[Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O的说法正确的是( )
A.配体为水分子,外界为Br-
B.中心离子的配位数为6
C.中心离子采取sp3杂化
D.中心离子的化合价为+2
解析:选B。[Cr(H2O)4Br2]Br·2H2O中内界为[Cr(H2O)4Br2]+,Cr3+为中心离子,配体为H2O、Br-,配位数为6,外界为Br-,Cr3+提供的空轨道数为6,中心离子未采取sp3杂化。
3.(2019·高考全国卷
Ⅰ)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)能与Mg2+、Cu2+等金属离子形成稳定环状离子,其原因是_______________________________________________________,
其中与乙二胺形成的化合物稳定性相对较高的是________(填“Mg2+”或“Cu2+”)。
解析:乙二胺中2个N原子提供孤电子对与金属镁离子或铜离子形成稳定的配位键,故能形成稳定环状离子。
由于铜离子半径大于镁离子,形成配位键时“头碰头”重叠程度较大,其与乙二胺形成的化合物较稳定。
答案:乙二胺的两个N提供孤电子对给金属离子形成配位键 Cu2+
题组二 配合物的性质与判断
4.(2019·广州高二检测)Co(NH3)5BrSO4可形成两种钴的配合物,P:[Co(NH3)5Br]SO4;Q:[Co(SO4)(NH3)5]Br。向P、Q的溶液中分别加入BaCl2溶液后,下列有关说法错误的是( )
A.Q溶液中会产生白色沉淀
B.P溶液中会产生白色沉淀
C.Q中SO是配体
D.P、Q的配位数均是6
解析:选A。由P、Q的化学式知P的外界是SO,Q的外界是Br-,在溶液中前者能电离出大量的SO而后者不能,故Q溶液中不能产生白色沉淀。
5.下列关于配位化合物的叙述中,不正确的是( )
A.配位化合物中必定存在配位键,可能存在极性键
B.配位化合物中只有配位键
C.[Cu(H2O)6]2+中的Cu2+提供空轨道,H2O中的氧原子提供孤电子对形成配位键
D.配位化合物在半导体等尖端技术、医学科学、催化反应和材料化学等领域都有着广泛的应用
解析:选B。配位化合物中一定含有配位键,也可能含有其他化学键,A项正确,B项错误;Cu2+有空轨道,H2O中氧原子有孤电子对,可以形成配位键,C项正确;配位化合物应用领域特别广泛,D项正确。
6.(2019·哈尔滨第六中学高二期中)已知Ti3+可形成配位数为6,颜色不同的两种配合物晶体,一种为紫色,另一种为绿色。两种晶体的组成皆为TiCl3·6H2O。为测定这两种晶体的化学式,设计了如下实验:
a.分别取等质量的两种配合物晶体的样品配成待测溶液;
b.分别往待测溶液中滴入AgNO3溶液,均产生白色沉淀;
c.沉淀完全后分别过滤得两份沉淀,经洗涤干燥后称量,发现原绿色晶体的水溶液得到的白色沉淀质量为原紫色晶体的水溶液得到的白色沉淀质量的2/3。
则绿色晶体配合物的化学式为________________。
答案:[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O
学习小结
1.杂化轨道理论是为了解释分子的立体构型提出的一种价键理论。常见的杂化类型有sp杂化、sp2杂化、sp3杂化。2.价层电子对数为2、3、4时,中心原子分别采取sp、sp2、sp3杂化。3.sp杂化得到夹角为180°的直线形杂化轨道,sp2杂化得到3个夹角为120°的平面三角形杂化轨道,sp3杂化得到4个夹角为109°28′的正四面体形杂化轨道。
4.由一个原子单方面提供孤电子对而另一个原子接受孤电子对形成的共价键为配位键,金属离子(或原子)与某些分子(或离子)通过配位键形成配位化合物。5.常见的能形成配合物的粒子(1)常见的含孤电子对的配体:分子如CO、NH3、H2O等;离子如Cl-、CN-、NO等。(2)常见的可提供空轨道的中心原子(或离子):过渡元素的离子或原子,如Cu2+、Ag+、Fe3+、Fe、Ni等。
课后达标检测[学生用书P73(单独成册)]
一、选择题
1.下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A.ⅠA族元素成键时不可能有杂化轨道
B.杂化轨道既可能形成σ键,也可能形成π键
C.杂化轨道可容纳孤电子对
D.s轨道和p轨道杂化不可能有sp4出现
解析:选B。ⅠA族元素如果是碱金属,易失电子,不能形成共价键,如果是H,一个电子在1s能级上不可能杂化;杂化轨道只能形成σ键,不可能形成π键;p能级只有3个轨道,不可能有sp4杂化。
2.下列配合物或配离子的配位数是6的是( )
A.K2[Co(SCN)4]
B.[Fe(CN)5(CO)]3-
C.[Zn(CN)4]2-
D.Na[Al(OH)4]
解析:选B。配位数指与中心原子(或离子)以配位键结合的粒子的数目。K2[Co(SCN)4]的配位数是4,[Fe(CN)5(CO)]3-的配位数是6,[Zn(CN)4]2-的配位数是4,Na[Al(OH)4]的配位数是4。
3.(2019·瓦房店高级中学高二期中)下列有关有机物分子的叙述不正确的是( )
A.乙烯分子中有一个sp2?sp2σ键和一个p?p
π键
B.乙炔分子中每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道,它们之间可形成两个π键
C.乙烷分子中两个C原子均是sp3杂化,分子中一共有6个σ键
D.苯分子每个碳原子均是sp2杂化
解析:选C。乙烷分子中一共有7个σ键,C项不正确。
4.甲醛分子的结构式为,下列描述正确的是( )
A.甲醛分子中有4个σ键
B.甲醛分子中的C原子为sp3杂化
C.甲醛分子中的O原子为sp杂化
D.甲醛分子为平面三角形,有一个π键垂直于三角形平面
解析:选D。从结构式看,甲醛分子为平面三角形结构,所以中心原子应为sp2杂化,形成三个杂化轨道,分别与O原子和两个H原子形成σ键,还有一个未参与杂化的p轨道与O原子形成π键,该π键垂直于杂化轨道的平面。O原子不是中心原子,不发生轨道杂化。
5.三氯化磷分子中的中心原子以sp3杂化,下列有关叙述正确的是( )
①3个P—Cl键的键长、键角均相等
②立体构型为平面三角形
③立体构型为正四面体形
④立体构型为三角锥形
A.①②
B.②③
C.③④
D.①④
解析:选D。PCl3中P原子采取sp3杂化,有一对孤电子对,结构类似于NH3分子,3个P—Cl键的键长、键角均相等,立体构型为三角锥形。
6.在中,中间的碳原子和两边的碳原子分别采用的杂化方式是( )
A.sp2、sp2
B.sp3、sp3
C.sp2、sp3
D.sp、sp3
解析:选C。中间的碳原子形成了3个σ键,无未成键电子对,需要形成3个杂化轨道,采用的杂化方式是sp2杂化;两边的碳原子各自形成了4个σ键,无未成键电子对,需要形成4个杂化轨道,采用的杂化方式是sp3杂化。
7.下列微粒中含配位键的是( )
①N2H
②CH4
③OH-
④NH
⑤Fe(CO)3
⑥Fe(SCN)3
⑦H3O+
⑧Ag(NH3)2OH
A.①②④⑦⑧
B.③④⑤⑥⑦
C.①④⑤⑥⑦⑧
D.①②③④⑤⑥⑦⑧
解析:选C。形成配位键的条件是一个原子(或离子)有孤电子对,另一个原子(或离子)有空轨道。②CH4、③OH-不符合题意。
8.下列过程与配合物的形成无关的是( )
A.除去Fe粉中的SiO2可用强碱溶液
B.向一定量的AgNO3溶液中加入氨水至沉淀消失
C.向FeCl3溶液中加入KSCN溶液
D.向一定量的CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失
解析:选A。对于A项,除去Fe粉中的SiO2是利用SiO2可与强碱反应的化学性质,与配合物的形成无关;对于选项B,AgNO3与氨水反应生成了AgOH沉淀,继续反应生成了配合物离子[Ag(NH3)2]+;对于C项,Fe3+与KSCN反应生成了配合物(离子)[Fe(SCN)n]3-n;对于D项,CuSO4与氨水反应生成了配合物离子[Cu(NH3)4]2+。
9.下列分子中,中心原子的杂化轨道类型相同的是( )
A.CO2与SO2
B.CH4与NH3
C.BeCl2与BF3
D.C2H4与C2H2
解析:选B。CO2为sp杂化,SO2为sp2杂化,二者不相同,故A项不正确;CH4为sp3杂化,NH3也为sp3杂化,二者相同,故B项正确;BeCl2为sp杂化,BF3为sp2杂化,二者不相同,故C项不正确;C2H4为sp2杂化,C2H2为sp杂化,二者不相同,故D项不正确。
10.下列组合中,中心离子的电荷数和配位数均相同的是( )
①K[Ag(CN)2]、[Cu(NH3)4]SO4
②[Ni(NH3)4]Cl2、[Cu(NH3)4]SO4
③[Ag(NH3)2]Cl、K[Ag(CN)2]
④[Ni(NH3)4]Cl2、[Ag(NH3)2]Cl
A.①②
B.②③
C.③④
D.①④
解析:选B。中心离子的电荷数可由配合物内界离子的总电荷数与配体所带电荷共同判断。各中心离子的电荷数和配位数分别为①+1,2 +2,4;②+2,4 +2,4;③+1,2 +1,2;④+2,4 +1,2,故选B。
11.某物质的实验式为PtCl4·2NH3,其水溶液不导电,加入AgNO3溶液不产生沉淀,以强碱处理并没有NH3放出,则关于此化合物的说法正确的是( )
A.配合物中中心离子的电荷数和配位数均为6
B.该配合物可能是平面正方形结构
C.Cl-和NH3分子均与Pt4+配位
D.配合物中Cl-与Pt4+配位,而NH3分子不与Pt4+配位
解析:选C。由化合价规则知PtCl4·2NH3中铂为+4价,A项错误;加入AgNO3溶液无沉淀生成,加入强碱无NH3放出,表明PtCl4·2NH3溶液中不存在Cl-、NH3,又因为Pt4+有空轨道,故Pt4+是中心离子,NH3、Cl-是配体,C项正确,D项错误;因配位数是6,故配合物不可能是平面正方形结构,B项错误。
12.(2019·延边高二检测)如图是卟啉配合物叶绿素的结构示意图(部分),下列有关叙述正确的是( )
A.示意图中的两个氧原子的杂化类型无法确定
B.该叶绿素是配合物,中心离子是镁离子
C.该叶绿素是配合物,其配体是N原子
D.该叶绿素不是配合物,而是高分子化合物
解析:选B。由示意图知,两个氧原子均形成了两个σ键,故均为sp3杂化,A项错误;Mg的最高化合价为+2,而化合物中Mg与4个氮原子形成化学键,由此可以判断该化合物中Mg与N原子间存在配位键,该物质为配合物,B项正确;因氮原子还与碳原子成键,因此只能说氮原子是配位原子而不能说是配体,C项错误;高分子化合物的相对分子质量通常在10
000以上,D项错误。
二、非选择题
13.(1)在BF3分子中,F—B—F的键角是________,硼原子的杂化轨道类型为________,BF3和过量NaF作用可生成NaBF4,BF的立体构型为________________。
(2)肼(N2H4)分子可视为NH3分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。NH3分子的立体构型是________;N2H4分子中氮原子轨道的杂化类型是________。
(3)H+可与H2O形成H3O+,H3O+中氧原子采用____________杂化。H3O+中H—O—H键角比H2O中H—O—H键角大,原因为__________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)SO的立体构型是________,其中硫原子的杂化轨道类型是________。
解析:(1)因为BF3的立体构型为平面三角形,所以F—B—F的键角为120°。(3)H3O+中氧原子采用sp3杂化。(4)SO的中心原子S的成键电子对数为4,无孤电子对,为正四面体结构,中心原子采用sp3杂化。
答案:(1)120° sp2 正四面体形 (2)三角锥形 sp3
(3)sp3 H2O中氧原子有2对孤电子对,H3O+中氧原子只有1对孤电子对,排斥力较小
(4)正四面体形 sp3
14.已知:
①红磷在氯气中燃烧可以生成两种化合物——PCl3和PCl5;氮与氢也可形成两种化合物——NH3和NH5。
②PCl5分子中,P原子的1个3s轨道、3个3p轨道和1个3d轨道发生杂化形成5个sp3d杂化轨道;PCl5分子呈三角双锥形()。
(1)NH3、PCl3和PCl5分子中,所有原子的最外层电子数都是8个的是________(填分子式),该分子的立体构型是________。
(2)有同学认为,NH5与PCl5类似,N原子的1个2s轨道、3个2p轨道和1个2d轨道可能发生sp3d杂化。请你对该同学的观点进行评价:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)经测定,NH5中存在离子键,N原子的最外层电子数是8,所有氢原子的最外层电子数都是2,则NH5的电子式是________。
解析:(1)写出NH3、PCl3和PCl5分子的电子式不难发现,氢原子是2e-稳定,氯原子是8e-稳定。在PCl3中磷原子外围是8e-,PCl5中磷原子外围是10e-,所有原子的最外层电子数都是8个的只有PCl3;联想到氨分子的立体构型,PCl3分子的立体构型是三角锥形。(3)要满足N原子的最外层电子数是8,所有氢原子的最外层电子数都是2,则NH5的电子式应是
。
答案:(1)PCl3 三角锥形
(2)不对,因为N原子没有2d轨道
15.配位键是一种特殊的共价键,即共用电子对由某原子单方面提供和另一缺电子的粒子结合。如NH就是由NH3(氮原子提供电子对)和H+(缺电子)通过配位键形成的。据此,回答下列问题:
(1)下列粒子中可能存在配位键的是________。
A.CO2
B.H3O+
C.CH4
D.H2SO4
(2)硼酸(H3BO3)溶液呈酸性,试写出其电离方程式:________________________________________________________________________________。
(3)科学家对H2O2结构的认识经历了较为漫长的过程,最初科学家提出了两种观点:
甲:、乙:H—O—O—H,式中O→O表示配位键,在化学反应中O→O键遇到还原剂时易断裂。化学家Baeyer和Villiyer为研究H2O2的结构,设计并完成了下列实验:
a.将C2H5OH与浓H2SO4反应生成(C2H5)2SO4和水;
b.将制得的(C2H5)2SO4与H2O2反应,只生成A和H2SO4;
c.将生成的A与H2反应(已知该反应中H2作还原剂)。
①如果H2O2的结构如甲所示,实验c中化学反应方程式为(A写结构简式)________________________________________________________________________。
②为了进一步确定H2O2的结构,还需要在实验c后添加一步实验d,请设计d的实验方案:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:本题综合考查配位键的形成和配合物的性质。解题时要注意配位键形成条件中的一方提供电子对,另一方提供空轨道。
(1)由题中信息可导出结论:凡能给出H+的物质中一般含有配位键。
(2)硼原子为缺电子原子,H3BO3的电离是B原子和水中的OH-形成配位键,水产生的H+表现出酸性。
(3)由题中所含配位键的物质的反应特点分析。
答案:(1)BD
(2)H3BO3+H2OH++[B(OH)4]-
(3)+H2―→C2H5OC2H5+H2O
②用无水硫酸铜检验c的反应产物中有没有水(或其他合理答案)
PAGE
14(共41张PPT)
第二章 分子结构与性质
第二章 分子结构与性质
能量相近
相等
2
3
4
180°
120°
109°28′
直线形
平面三角形
正四面体形
CO2、C2H2
BF3、HCHO
CH4
、
CCl4
孤电子对
空轨道
孤电子对
提供
接受
金属离子(或原子)
配体
配位键
孤电子对
空轨道
蓝色沉淀
溶解
深蓝色晶体
血红
学习目标第1课时 价层电子对互斥理论
1.认识共价分子结构的多样性和复杂性。 2.理解价层电子对互斥理论的含义。 3.能根据有关理论判断简单分子或离子的立体构型。
形形色色的分子
1.常见分子的立体构型
(1)三原子分子的立体构型有直线形和V形两种。
化学式
电子式
结构式
键角
立体构型
立体构型名称
CO2
O===C===O
180°
直线形
H2O
105°
V形
(2)四原子分子大多数采取平面三角形和三角锥形两种立体构型。
化学式
电子式
结构式
键角
立体构型
立体构型名称
CH2O
约120°
平面三角形
NH3
107°
三角锥形
(3)五原子分子的可能立体构型更多,最常见的是正四面体形。
化学式
电子式
结构式
键角
立体构型
立体构型名称
CH4
109°28′
正四面体形
CCl4
109°28′
正四面体形
2.分子的立体构型与键角的关系
分子类型
键角
立体构型
实例
AB2
180°
直线形
CO2、BeCl2、CS2
<180°
V形
H2O、H2S
AB3
120°
平面三角形
BF3、BCl3
<120°
三角锥形
NH3、PH3
AB4
109°28′
正四面体形
CH4、CCl4
3.分子的不同构型及其成因
(1)分子构型不同的原因:共价键具有方向性与饱和性,由此产生的键长、键角不同。
(2)依据元素周期律推测立体结构相似的分子,如CO2与CS2、H2O与H2S、NH3与PH3、CH4与CCl4等。CH4和CCl4都是五原子型正四面体,CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3是四面体构型但不是正四面体,而白磷是四原子型正四面体,它与CH4等五原子型正四面体的构型、键角是不同的(P4分子中的键角为60°)。
(3)典型有机物分子的立体构型
C2H4、苯(C6H6)、CH2===CH—CH===CH2(1,3?丁二烯)、CH2===CH—C≡CH(乙烯基乙炔)等都是平面形分子;C2H2为直线形分子。
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”,并阐释错因或列举反例)。
语句描述
正误
阐释错因或列举反例
(1)CS2分子的立体构型是V形
(2)NF3分子的立体构型是四面体形
(3)键长、键角不同是导致分子构型不同的主要原因
(4)正四面体形分子一定是五原子分子
答案:(1)× 应为直线形
(2)× 应为三角锥形
(3)√
(4)× 不一定,如P4分子
2.CH4是正四面体构型,CH4与Cl2的四种取代产物(CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4)都是正四面体构型吗?说明理由。
答案:不是。由于C—H键和C—Cl键的键长不相等,所以CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3不是正四面体构型,而CCl4是正四面体构型。
1.能说明CH4分子中的五个原子不在同一平面而呈正四面体结构的是( )
A.两个键之间的夹角为109°28′
B.C—H键为极性共价键
C.4个C—H键的键能、键长相同
D.碳原子的价电子都参与成键
答案:A
2.下列分子的立体结构模型正确的是( )
A
B
C
D
CO2
H2O
NH3
CH4
解析:选D。CO2的立体构型是直线形,A项错误;H2O的立体构型为V形,B项错误;NH3的立体构型为三角锥形,C项错误;CH4是正四面体结构,D项正确。
3.下列分子构型与分子中共价键键角对应一定正确的是( )
A.直线形分子:180°
B.平面正三角形:120°
C.三角锥形:109°28′
D.正四面体形:109°28′
解析:选B。A项,HCl是直线形分子,因只有一个共价键,故不存在键角,A项错误;氨分子呈三角锥形,键角为107°,C项错误;甲烷与白磷分子均是正四面体形分子,但键角分别为109°28′、60°,D项错误。
4.下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面的是( )
A.CH4、CS2、BF3
B.CO2、H2O、NH3
C.C2H4、C2H2、C6H6
D.CCl4、BeCl2、PH3
解析:选C。题中的CH4和CCl4为正四面体形分子,NH3和PH3为三角锥形分子,这几种分子的所有原子不可能都在同一平面上。CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子,C2H4为平面形分子,C6H6(苯)为平面正六边形分子,这些分子都是平面形结构。故选C项。
价层电子对互斥理论
1.价层电子对互斥理论(VSEPR):分子中的价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对,由于电子对的相互排斥作用,而趋向尽可能彼此远离,分子尽可能采取对称的立体构型,以减小斥力。
2.价层电子对的确定方法
(1)a表示中心原子的价电子数。
对于主族元素:a=最外层电子数;
对于阳离子:a=价电子数-离子电荷数;
对于阴离子:a=价电子数+|离子电荷数|。
(2)x表示与中心原子结合的原子数。
(3)b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数,氢为1,其他原子=8-该原子的价电子数。
3.VSEPR模型预测分子或离子的立体构型
(1)中心原子上的价电子都用于形成共价键的分子
ABn
n=2
n=3
n=4
价层电子对数
2
3
4
电子对排布方式
立体构型名称
直线形
平面三角形
正四面体形
键角
180°
120°
109°28′
实例
CO2
BF3
CH4
(2)中心原子上有孤电子对的分子:对于中心原子上有孤电子对(未用于形成共价键的电子对)的分子,中心原子上的孤电子对也要占据中心原子周围的空间,并互相排斥使分子呈现不同的立体构型。
化学式
含孤电子对的VSEPR模型
分子或离子的立体构型
分子或离子的立体构型名称
H2O
V形
NH3
三角锥形
H3O+
三角锥形
SO2
V形
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”,并阐释错因或列举反例)。
语句描述
正误
阐释错因或列举反例
(1)分子的VSEPR模型和相应分子的立体构型是相同的
(2)根据价层电子对互斥理论,H3O+的立体构型为平面正三角形
(3)SO2分子与CO2分子的组成相似,故它们都是直线形分子
(4)SnBr2分子中Sn—Br键的键角等于180°
答案:(1)× 不一定,如H2O的VSEPR模型是四面体形,而H2O分子的立体构型是V形
(2)× 应为三角锥形
(3)× SO2分子是V形
(4)× SnBr2分子为V形,Sn—Br键的键角等于105°
2.NH与NH3的VSEPR模型一致吗?分子(离子)的立体构型一致吗?说明理由。
答案:NH与NH3的价层电子对数都是4,故其VSEPR模型都是四面体形;但NH无孤电子对,离子构型为正四面体形,而NH3有一对孤电子对,分子构型为三角锥形。
1.用价层电子对互斥理论判断SO3的立体构型为( )
A.正四面体形
B.V形
C.三角锥形
D.平面三角形
解析:选D。本题考查用价层电子对互斥模型判断分子的构型,SO3中S原子的价电子全部用于形成共价键,S原子周围有3个氧原子,应属于平面三角形。
2.(2019·成都高二检测)用价层电子对互斥理论(VSEPR)可以预测许多分子或离子的立体构型,有时也能用来推测键角大小,下列判断错误的是( )
A.SO2、CS2、HI都是直线形分子
B.BF3键角为120°
C.BF3是平面三角形分子
D.PCl3、NH3都是三角锥形分子
解析:选A。A.SO2中价层电子对数=2+×(6-2×2)=3且含有1对孤电子对,所以SO2为V形结构,CS2、HI为直线形结构,故A错误;B.BF3中价层电子对数=3+×(3-3×1)=3,为平面三角形结构,所以BF3键角为120°,故B正确;C.BF3中中心原子价层电子对数是3且不含孤电子对,所以BF3分子是平面三角形结构,故C正确;D.PCl3、NH3中价层电子对数=3+×(5-3×1)=4且含有1对孤电子对,所以PCl3、NH3均为三角锥形结构,故D正确。
3.若ABn分子的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对,根据价层电子对互斥理论,下列说法正确的是( )
A.若n=2,则分子的立体构型为V形
B.若n=3,则分子的立体构型为三角锥形
C.若n=4,则分子的立体构型为正四面体形
D.以上说法都不正确
解析:选C。若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对,则根据斥力最小的原则,当n=2时,分子的立体结构为直线形;当n=3时,分子的立体结构为平面三角形;当n=4时,分子的立体结构为正四面体形。
4.请填写下表:
分子或离子
价层电子对数
中心原子上的孤电子对数
分子或离子的立体构型
OF2
ClF
PCl3
SiCl4
NH
解析:依据价层电子对互斥理论判断分子立体构型,通常有以下过程:(1)用公式计算出中心原子的价层电子对数目。(2)根据中心原子的价层电子对数,判断价层电子的立体构型。(3)根据中心原子上存在的孤电子对数,判断出分子的相应立体构型。
答案:
分子或离子
价层电子对数
中心原子上的孤电子对数
分子或离子的立体构型
OF2
4
2
V形
ClF
4
2
V形
PCl3
4
1
三角锥形
SiCl4
4
0
正四面体形
NH
4
0
正四面体形
eq
\a\vs4\al()
利用价层电子对互斥理论判断
分子或离子的立体构型解题思路
说明:(1)若ABn型分子中,A与B之间通过两对或三对电子(即通过双键或三键)结合而成,则价层电子对互斥理论把双键或三键看作一对电子对。
(2)价层电子对之间相互排斥作用大小的一般规律:孤电子对?孤电子对>孤电子对?成键电子对>成键电子对?成键电子对。随着孤电子对数目的增多,成键电子对与成键电子对之间的斥力减小,键角也减小。如CH4、NH3和H2O分子中的键角依次减小。
学习小结
1.常见分子的立体构型:CO2呈直线形,H2O呈V形,HCHO呈平面三角形,NH3呈三角锥形,CH4呈正四面体形。2.价层电子对是指中心原子上的电子对,包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对。中心原子形成几个σ键就有几对σ键电子对,而中心原子上的孤电子对数可由下式计
算:(a-xb),其中a表示中心原子的价电子数,x表示与中心原子结合的原子数,b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。3.价层电子对为2时,VSEPR模型为直线形;价层电子对为3时,呈平面三角形;价层电子对为4时,呈四面体形,由此可推测分子的立体构型。
课后达标检测[学生用书P71(单独成册)]
一、选择题
1.有关价层电子对互斥理论的描述正确的是( )
A.价层电子对就是σ键电子对
B.孤电子对数可以直接由分子式来确定
C.分子的立体构型是价层电子对互斥的结果
D.孤电子对数等于π键数
解析:选C。价层电子对数是σ键电子对数与孤电子对数之和,孤电子对数是指没有成键的价电子对数,其需要由中心原子价电子数、与中心原子结合的原子最多能接受的电子数及与中心原子结合的原子数来计算得出,A、B、D项错误。
2.硒(Se)是第ⅥA族元素,则SeS3的分子构型是( )
A.正四面体形
B.V形
C.三角锥形
D.平面三角形
解析:选D。SeS3中的Se原子呈+6价,Se原子的价层电子对全部用于形成共价键,Se周围有3个硫原子,故其分子构型为平面三角形,D项正确。
3.下列分子或离子中,中心原子价层电子对的立体构型为四面体形,且分子或离子的立体构型为V形的是( )
A.NH
B.PH3
C.H3O+
D.OF2
解析:选D。中心原子价层电子对的立体构型为四面体形,且分子或离子的立体构型为V形的只能是由3个原子组成的分子,中心原子有2对孤电子对,OF2符合要求。NH是三角锥形的NH3结合一个H+后形成的正四面体形结构;H3O+是V形的H2O结合一个H+后形成的三角锥形结构;PH3中P原子有一对孤电子对,呈三角锥形。
4.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;三角锥形
B.V形;三角锥形
C.直线形;平面三角形
D.V形;平面三角形
解析:选D。在H2S中,其中心原子S与H成键后,还有两对孤电子对,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H2S为V形结构。在BF3中,其中心原子B上无孤电子对,因此BF3为平面三角形结构。
5.用价层电子对互斥理论判断NO的立体构型为( )
A.正四面体形
B.V形
C.三角锥形
D.平面三角形
解析:选D。NO中,中心原子N上的价层电子对数为3+×(5+1-3×2)=3,其VSEPR模型为平面三角形,又因为其孤电子对数为0,即价层电子对全部用于形成σ键,故NO为平面三角形。
6.下列说法中正确的是( )
A.NO2、BF3、NCl3分子中原子的最外层电子都不满足8电子稳定结构
B.P4和CH4都是正四面体形分子且键角都为109°28′
C.NH的电子式为,离子呈平面正方形结构
D.NH3分子中有一对未成键的孤电子对,它对成键电子的排斥作用较强
解析:选D。NCl3分子的电子式为,分子中各原子都满足8电子稳定结构,A错误;P4为正四面体形分子,但其键角为60°,B错误;NH为正四面体形结构而非平面正方形结构,C错误;NH3分子电子式为HN··,··H,H,有一对未成键的孤电子对,由于孤电子对对成键电子的排斥作用,使其键角为107°,呈三角锥形,D正确。
7.已知CH4中C—H键间的键角为109°28′,NH3中N—H键间的键角为107°,H2O中O—H键间的键角为105°,则下列说法中正确的是( )
A.孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力
B.孤电子对与成键电子对间的斥力小于成键电子对与成键电子对间的斥力
C.孤电子对与成键电子对间的斥力等于成键电子对与成键电子对间的斥力
D.题干中的数据不能说明孤电子对与成键电子对间的斥力和成键电子对与成键电子对间的斥力之间的大小关系
解析:选A。电子对间斥力的大小顺序为孤电子对?孤电子对>孤电子对?成键电子对>成键电子对?成键电子对,恰好可以解释题述分子的键角大小关系。
8.以下分子或离子的结构为正四面体形且键与键夹角为109°28′的是( )
①CH4 ②SiCl4 ③CH3Cl ④P4 ⑤SO
A.①②④
B.①②③④⑤
C.①②
D.①②⑤
解析:选D。在CH4和SiCl4中,中心原子价层电子对数均为4,且没有孤电子对,4个氢原子和4个氯原子在空间呈正四面体形排列,且键角为109°28′;CH3Cl可看成CH4中一个氢原子被一个氯原子替换,由于氢原子与氯原子间的排斥作用力不同且氢原子与氯原子半径不同,故CH3Cl的立体构型不是正四面体形;P4是正四面体结构,但键角为60°;SO中,S原子价层电子对数为4,没有孤电子对,SO为正四面体形,键角为109°28′。
9.H2O2的结构式为H—O—O—H,下列有关H2O2的说法正确的是( )
A.是直线形分子
B.是三角锥形分子
C.氧原子有1对孤电子对
D.氧原子的价层电子对数为4
解析:选D。H2O2中的每个氧原子有6个价电子,形成了2个σ键,故还有4个电子没有成键,孤电子对数为2,价层电子对数为4,C项错误,D项正确;以氧为中心的三个原子呈V形结构,H2O2中相当于有两个V形结构,故不可能是直线形或三角锥形分子,A、B项错误。
10.下列各组分子的立体构型相同的是( )
A.SnCl2、BeCl2
B.BF3、NH3
C.CCl4、SiF4
D.CS2、OF2
解析:选C。先确定分子的价层电子对数、孤电子对数后再确定分子的立体构型。
σ键电子对数
孤电子对数
价层电子对数
分子立体构型
SnCl2
2
×(4-2×1)=1
3
V形
BeCl2
2
×(2-2×1)=0
2
直线形
BF3
3
×(3-3×1)=0
3
平面三角形
NH3
3
×(5-3×1)=1
4
三角锥形
CCl4
4
×(4-4×1)=0
4
正四面体形
SiF4
4
×(4-4×1)=0
4
正四面体形
CS2
2
×(4-2×2)=0
2
直线形
OF2
2
×(6-2×1)=2
4
V形
11.下列对应关系不正确的是( )
选项
A
B
C
D
中心原子
所在族
ⅣA
ⅤA
ⅣA
ⅥA
分子通式
AB4
AB3
AB2
AB2
立体构型
正四面体形
平面三角形
直线形
V形
解析:选B。当中心原子在ⅤA族,AB3分子应是三角锥形。当中心原子在ⅣA族,AB4分子是正四面体形,AB2分子是直线形。当中心原子在ⅥA族,AB2分子是V形。
12.短周期主族元素A、B可形成AB3分子,下列有关叙述正确的是( )
A.若A、B为同一周期元素,则AB3分子一定为平面正三角形
B.若AB3分子中的价电子个数为24个,则AB3分子可能为平面正三角形
C.若A、B为同一主族元素,则AB3分子一定为三角锥形
D.若AB3分子为三角锥形,则AB3分子一定为NH3
解析:选B。A项,若为PCl3,则分子为三角锥形,错误;B项,BCl3满足要求,其分子为平面正三角形,正确;C项,若为SO3,则分子为平面正三角形,错误;D项,满足要求的分子不一定为NH3,也可能为NF3等。
二、非选择题
13.有下列分子或离子:①CS2,②PCl3,③H2S,④CH2O,⑤H3O+,⑥NH,⑦BF3,⑧SO2。
粒子的立体构型为直线形的有____________________________________________;
粒子的立体构型为V形的有_________________________________________________;
粒子的立体构型为平面三角形的有_________________________________________;
粒子的立体构型为三角锥形的有__________________________________________;
粒子的立体构型为正四面体形的有__________________________________________。
解析:题述物质中中心原子上孤电子对数及粒子的立体构型如下表。
ABn
中心原子孤电子对数
分子或离子
分子或离子的立体构型
AB2
0
CS2
直线形
AB3
CH2O、BF3
平面三角形
AB4
NH
正四面体形
AB2
1
SO2
V形
AB3
PCl3、H3O+
三角锥形
AB2
2
H2S
V形
答案:① ③⑧ ④⑦ ②⑤ ⑥
14.(1)利用VSEPR理论推断分子或离子的立体构型:
ClO________;AlBr3(共价分子)________。
(2)有两种活性反应中间体,它们的粒子中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种粒子的球棍模型,写出相应的化学式:
(3)按要求写出由第二周期非金属元素的原子构成的中性分子的化学式:
平面三角形分子________;三角锥形分子________;四面体形分子________。
解析:(1)ClO是AB3型离子,价层电子对数是4,孤电子对数是1,为三角锥形。AlBr3是AB3型分子,价层电子对数是3,孤电子对数为0,是平面三角形。(2)AB3型分子或离子中,中心原子无孤电子对的呈平面三角形,有一对孤电子对的呈三角锥形,所以分别是CH、CH。(3)由第二周期非金属元素构成的中性分子中,呈三角锥形的是NF3,呈平面三角形的是BF3,呈四面体形的是CF4。
答案:(1)三角锥形 平面三角形
(2)CH CH (3)BF3 NF3 CF4
15.价层电子对互斥理论(简称VSEPR理论)可用于预测简单分子的立体构型。用AXnEm表示只含一个中心原子的分子组成,A为中心原子,X为与中心原子相结合的原子,E为中心原子最外层未参与成键的电子对(称为孤电子对),(n+m)称为价层电子对数。
(1)请填写下表:
n+m
2
VSEPR理想模型
正四面体形
价层电子对之间的
理想键角
109°28′
(2)请用VSEPR模型解释CO2为直线形分子的原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)用价层电子对互斥理论判断下列分子或离子的立体构型:
分子或离子
PbCl2
PF3Cl2
ClO
立体构型
解析:(1)当n+m=4时,VSEPR模型为正四面体形,其键角是109°28′,当n+m=2时,VSEPR模型为直线形,其键角是180°。(2)CO2分子中,n+m=2,故为直线形。(3)PbCl2中中心原子Pb的孤电子对数是×(4-2×1)=1,所以是V形结构;PF3Cl2分子中价层电子对数=5+0=5,所以PF3Cl2的立体构型为三角双锥形;ClO中价层电子对数=4+×(7+1-4×2)=4,且不含孤电子对,为正四面体形结构。
答案:(1)
n+m
2
4
VSEPR理想模型
直线形
正四面体形
价层电子对之间的理想键角
180°
109°28′
(2)CO2属AX2E0型分子,n+m=2,故为直线形
(3)
分子或离子
PbCl2
PF3Cl2
ClO
立体构型
V形
三角双锥形
正四面体形
PAGE
13(共34张PPT)
第二章 分子结构与性质
第二章 分子结构与性质
直线
V
180°
直线形
105°
V形
平面三角
三角锥
120°
平面三
角形
三角锥形
107°
正四面体
109°28′
正四面
体形
109°28′
正四面
体形
σ键电子对
孤电子对
电子对的相互排斥
最外层电子数
价电子数
离子电荷数
价电子数
|离子电荷数|
与中心原子结合的原子数。
最多能接受的电子数
1
8-该原子的价电子数
2
3
4
直线形
平面三角形
正四面体形
V形
三角锥形
三角锥形
V形
学习目标
确定价层价层电子对尽可能远离价层电子对
电子对数
均分空间
立体构型
确定孤电
孤电子对的排斥作用较强
变形后的
子对数孤电子对与成键电子对尽可能远离立体构型
去掉孤电子对
所
分子或离子的立体构型