2020-2021学年人教版高二化学选修3第二章《 分子结构与性质》归纳与整理 课件（共35张）
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年人教版高二化学选修3第二章《 分子结构与性质》归纳与整理 课件（共35张） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 882.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2021-06-22 10:28:19 | ||
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文档简介
共一课时
归纳与整理
第二章 分子结构与性质
核心素养发展目标
1．通过知识网络构建，形成对分子结构与性质的整体认识，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。
2．通过归纳总结、讨论交流，进一步了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)及价层电子对互斥理论，并能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的立体构型。
3．通过典例剖析，进一步了解化学键和分子间作用力的区别、氢键的存在对物质性质的影响，并能列举或判断含有氢键的物质。
活动一、重点知识网络构建
【讨论交流1】1.共价键的本质及类型
【讨论交流2】2.分子的立体构型及性质型
【对应训练】
1．用杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构，下列说法中不正确的是( )
A．C原子的四个杂化轨道的能量一样
B．C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样
C．C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道
D．C原子有1个sp3杂化轨道由孤电子对占据
【答案】D【解析】在甲烷分子中，C原子以sp3杂化，每个杂化轨道上1个电子分别与1个氢原子上的1个s电子结合生成共价键，这四个共价键完全相同，轨道间夹角为109°28′。
2.下列说法正确的是( )
A．NH3分子的空间构型是三角锥形，且不存在杂化轨道
B．配合物K2[Co(SCN)4]的配位数为6
C．1 mol NH3分子中含有3NA个σ键和4NA个sp3杂化轨道(NA为阿伏加德罗常数的值)
D．已知Zn2＋的4s轨道和4p轨道可以形成sp3杂化轨道，则[ZnCl4]2－的空间构型为平面正方形
【答案】C【解析】A项，NH3分子中N采取sp3杂化，有1对孤电子对，对N—H键产生斥力作用，故NH3分子的空间构型是三角锥形，错误；B项，配合物K2[Co(SCN)4]的中心离子为Co2＋，配体为SCN－，则该配合物的配位数为4，错误；D项，[ZnCl4]2－的空间构型为正四面体形，错误。
3．在半导体生产及灭火剂的使用过程中，会向空气中逸散气体，如NF3、CHClFCF3、C3F8等。它们虽然是微量的，但有些却是强温室气体。下列推测不正确的是( )
A．NF3分子呈三角锥形
B．C3F8在CCl4中的溶解度比在水中的大
C．CHClFCF3存在手性异构
D．CHClFCF3中没有非极性键
【答案】D【解析】在NF3分子中，N原子上有1对孤对电子，有3个N—F键，类似NH3分子的结构，NF3分子中N原子采取sp3杂化，分子呈三角锥形，A项正确；有机物易溶于有机物，而水为无机物，故C3F8在CCl4中的溶解度比在水中的大，B项正确；若碳原子连有四个不同的基团，则该碳原子具有手性，故CHClFCF3存在手性异构，C项正确；CHClFCF3中存在C—C非极性键，D项错误。
核心知识一：三种化学键的比较
【关键突破】
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
离子键
共价键
金属键
形成过程
阴阳离子间的静电作用
原子间通过共用电子对所形成的相互作用
金属阳离子与自由电子间的相互作用
构成元素
典型金属（含NH4+）和典型非金属、含氧酸根
非金属（或金属与非金属）
金属
实例
离子化合物，如典型金属氧化物、强碱、大多数盐
多原子非金属单质、气态氢化物、非金属氧化物、酸等
金属
【对应训练】下列关于化学键的叙述正确的是：
A.化学键存在于原子之间，也存在于分子之间
B.两个原子之间的相互作用叫做化学键
C.离子键是阴、阳离子之间的吸引力
D.化学键通常指的是相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用
【答案】D【解析】理解化学键、离子键等基本概念是解答本题的关键。化学键不存在于分子之间，也不仅是两个原子之间的相互作用，也可能是多个原子之间的相互作用，而且是强烈的相互作用。所以A、B都不正确。C项考查的是离子键的实质，离子键是阴、阳离子间通过静电作用（包括吸引力和排斥力）所形成的化学键，故C项也不正确。正确选项为D。
核心知识二：键角决定分子空间构型，常见分子的键角和空间构型
【关键突破】
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}分子空间构型
键角
实 例
正四面体
109°28′
CH4、CCl4、(NH4+)
60°
白磷：P4
平面型
120°
苯、乙烯、SO3、BF3等
三角锥型
107°18′
NH3
折线型
104°30′
H2O
直线型
180°
CO2、CS2、CH≡CH
【对应训练】NH3分子的空间构型是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，其理由是
A.NH3分子是极性分子
B.NH3分子内三个N—H键的键长相等，键角相等
C.NH3分子内三个N—H键的键长相等，3个键角都等于107°18′
D.NH3分子内三个N—H键的键长相等，3个键角都等于120°
【答案】AC【解析】空间构型决定分子的极性，反过来分子的极性验证了分子的空间构型，即分子有极性说明其空间结构不对称。若NH3分子是正三角形的平面结构，则其键角应为120°，分子无极性；若NH3分子是极性分子，说明NH3分子不是正三角形的平面结构，故A正确。若键角为107°18′则接近于正四面体的109°28′，说明NH3分子应为三角锥形。
核心知识三：共价键及分子的极性
【关键突破】
1.共价键的极性
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
极性键
非极性键
共用电子对偏移程度
偏移
不偏移
构成元素
不同种非金属元素
同种非金属元素
实例
HCl、H2O、CO2、H2SO4
H2、N2、Cl2
2.分子的极性：（1）非极性分子：从整个分子看，分子里电荷分布是对称的。如： ①只由非极性键构成的同种元素的双原子分子：H2、Cl2、N2等；②只由极性键构成，空间构型对称的多原子分子：CO2、CS2、BF3、CH4、CCl4等；③极性键非极性键都有的：CH2=CH2、CH≡CH、
。
（2）极性分子：整个分子电荷分布不对称。例如：①不同元素的双原子分子如：HCl，HF等;②折线型分子，如H2O、H2S等;③三角锥形分子如NH3等。
（3）判断是否是极性分子，可以从分子空间构型是否对称，即分子中各键的空间排列是否对称，若对称，则正负电荷重心重合，分子为非极性分子，反之，是极性分子。
【对应训练】三氯化磷分子的空间构型是三角锥形而不是平面正三角形，下列关于三氯化磷分子空间构型的叙述，不正确的是( )
A．PCl3分子中P—Cl三个共价键的键长、键角都相等
B．PCl3分子中P—Cl三个共价键键能、键角均相等
C．PCl3分子中的P—Cl键属于极性共价键
D．PCl3是非极性分子，中心原子是sp3杂化
D
核心知识四：等电子原理及应用
【关键突破】
1.常见的等电子体汇总(完成下表)
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}微粒
通式
价电子总数
立体构型
CO2、CNS－、NO、N
AX2
16
直线形
CO、NO、SO3
AX3
24
平面三角形
SO2、O3、NO
AX2
18
V形
SO、PO
AX4
32
四面体型
PO、SO、ClO
AX3
26
三角锥形
CO、N2
AX
10
直线形
CH4、NH
AX4
8
四面体型
2.应用：根据已知的一些分子结构推测另一些与它等电子的微粒的立体结构，并推测其物理性质。
(1)(BN)x与(C2)x，N2O与CO2等也是等电子体；
(2)硅和锗是良好的半导体材料，他们的等电子体磷化铝(AlP)和砷化镓(GaAs)也是很好
的半导体材料；
(3)白锡(β?Sn2)与锑化铟是等电子体，它们在低温下都可转变为超导体；
(4)SiCl4、SiO4(4－)、SO4(2－)的原子数目和价电子总数都相等，它们互为等电子体，中心原
子都是sp3杂化，都形成正四面体形立体构型。
注意：等电子体结构相同，物理性质相近，但化学性质不同。
【对应训练】根据等电子原理判断，下列说法中错误的是( )
A．B3N3H6分子中所有原子均在同一平面上
B．B3N3H6分子中存在双键，可发生加成反应
C．H3O＋和NH3是等电子体，均为三角锥形
D．CH4和NH4+是等电子体，均为正四面体
【答案】B【解析】等电子原理是指具有相同价电子数相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。苯是B3N3H6的等电子体，因此，它们的结构相同，苯分子中所有的原子均在同一平面上，苯分子中不存在双键，而存在大π键，因此A正确，B错误。H3O＋和NH3是等电子体，NH3是三角锥形结构，则H3O＋也是三角锥形结构，C正确。CH4和NH4+是等电子体，CH4是正四面体形结构，所以NH4+也是正四面体形结构，D正确。
核心知识五：杂化轨道理论、价层电子对互斥理论预测分子的空间构型
【关键突破】
注意：当中心原子上没有孤电子对时，杂化轨道理论和价层电子对互斥理论对分子空间构型的预测结论一致。
【对应训练】在乙烯分子中有5个σ键和1个π键，它们分别是( )
A．sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键
B．sp2杂化轨道形成π键，未杂化的2p轨道形成σ键
C．C—H之间是sp2杂化轨道形成σ键，C—C之间是未杂化的2p轨道形成π键
D．C—C之间是sp2杂化轨道形成σ键，C—H之间是未杂化的2p轨道形成π键
【答案】A【解析】乙烯分子的结构式为 ，分子中每个碳原子的2s轨道与2个2p轨道杂化形成3个sp2杂化轨道，其中2个sp2杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道“头碰头”重叠形成C—H σ键，另外1个sp2杂化轨道形成C—C σ键。2个碳原子未杂化的2p轨道“肩并肩”重叠形成1个π键。碳碳之间既有σ键又有π键，C、D选项错误。
核心知识六：常见分子的空间构型(见下表)
【关键突破】
【对应训练】下列有关中心原子杂化轨道类型和分子几何构型的说法不正确的是( D )
A．PCl3中P原子以sp3杂化，分子为三角锥形
B．BCl3中B原子以sp2杂化，分子为平面三角形
C．CS2中C原子以sp杂化，分子为直线形
D．H2S中S原子以sp杂化，分子为直线形
【答案】D【解析】PCl3中中心原子的价电子对数为4，其中有一对孤电子对，sp3杂化，为三角锥形，A对；BCl3中中心原子B的价电子对数为3，sp2杂化，无孤电子对，为平面三角形，B对；CS2中中心原子的价电子对数为2，sp杂化，孤电子对数为0，为直线形，C对；H2S中中心原子S的价电子对数为4，孤电子对数为2，为V形，D错。
活动三、综合典例剖析
【典例1】元素X和元素Y属于同一主族。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。
(1)确定X、Y两种元素在周期表中的位置 。
(2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中，写出X质量分数为50%的化合物的化学式________；该分子的中心原子以sp2杂化，是________分子，分子构型为________。
(3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式________；该分子的中心原子以sp2杂化，是________分子，分子构型为_______________。
2，ⅥA,3，ⅥA
SO2
极性
V形
SO3
非极性
平面正三角形
(4)由元素氢、X、Y三种元素形成的化合物常见的有两种，其水溶液均呈酸性，试分别写出其分子式________、________，并比较酸性强弱：____________。
(5)由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是________(写分子式)，分子构型为V形的是________(写分子式)。
H2SO3
H2SO4
H2SO4>H2SO3
H2O2
H2O
【解析】根据氢化物化学式H2X知Mr(X)/[2+Mr(X)]×100%＝88.9%，Mr(X)＝16。可推知，X的相对原子质量为16，则X为O，Y为S，则其氧化物分别为SO2、SO3，根据杂化轨道理论易确定其分子立体构型、极性。三种元素组成的化合物为H2SO3、H2SO4，酸性：H2SO4>H2SO3。X元素为O，与H元素形成两种化合物H2O和H2O2，其中H2O的分子构型为V形，H2O2分子中含有非极性键“—O—O—”。
【典例2】氯化铬酰(CrO3Cl2)在有机合成中可作氧化剂或氯化剂，能与许多有机物反应。请回答下列问题。
(1)写出铬原子的基态电子排布式：__________________，与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有________(填元素符号)。
(2)CrO2Cl2常温下为深红色液体，能与CCl4、CS2等互溶，据此可判断CrO2Cl2是________分子(填“极性”或“非极性”)。
(3)在①苯、②CH3OH、③HCHO、④CS2、⑤CCl4五种有机溶剂中，碳原子采取sp2杂化的分子有________(填序号)，CS2分子的空间构型是________，易溶于水的有________(填序号)，理由是：_______________________
______________________________________________
__________________。
1s22s22p63s23p63d54s1
K、Cu
非极性
①③
直线形
②③
CH3OH、HCHO均为极性分子
而溶剂水也为极性分子，根据相似相溶规律可知CH3OH、HCHO易溶于水
【解析】(1)铬为24号元素，位于周期表中第四周期ⅥB族，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。第四周期最外层为1个电子的元素还有K：[Ar]4s1，Cu：[Ar]3d104s1。(2)CCl4、CS2为非极性溶剂，根据相似相溶规律可推测CrO2Cl2应是非极性分子。(3)在所给五种物质中碳原子的杂化方式分别为：sp2、sp3、sp2、sp、sp3，因此采取sp2杂化的有苯和甲醛两种物质。因CS2中碳原子采用sp杂化，因此其分子构型为直线形。
【典例3】一项科学研究成果表明，铜锰氧化物(CuMn2O4)能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛(HCHO)。(1)向一定物质的量浓度的Cu(NO3)2和Mn(NO3)2溶液中加入Na2CO3溶液，所得沉淀经高温灼烧，可制得CuMn2O4。①Mn2＋基态的电子排布式可表示为_________。②NO3－的空间构型是___________(用文字描述)。
(2)在铜锰氧化物的催化下，CO被氧化为CO2，HCHO被氧化为CO2和H2O。①根据等电子体原理，CO分子的结构式为_______。②H2O分子中O原子轨道的杂化类型为_____。③1 mol CO2中含有的σ键数目为______。
(3)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu(OH)4]2－。不考虑空间构型，[Cu(OH)4]2－的
结构可用示意图表示为__________________________。
[Ar]3d5
平面三角形
C≡O
sp3
2
【解析】(1)Mn的原子序数为25，价电子排布式为3d54s2，先失去4s2能级上的两个电子，即得Mn2＋。根据价电子对互斥理论，NO3(－)中N原子采用sp2杂化，所以NO3(－)的空间构型为平面三角形。(2)CO与N2互为等电子体，根据氮气分子的结构式可以写出CO的结构式为C≡O。H2O分子中O原子存在两对孤电子对，配位原子个数为2，价电子对数目为4，所以O原子采用sp3杂化。二氧化碳分子内含有两个碳氧双键，一个双键中含有一个σ键，一个π键，则1 mol CO2中含有2 mol σ键。(3)Cu2＋中存在空轨道，而OH－中O原子上有孤电子对，故O与Cu之间以配位键结合。
课堂检测
1．下列说法中正确的是（ ）
A．分子中键能越大，键越长，则分子越稳定
B．失电子难的原子获得电子的能力一定强
C．化学反应中，某元素由化合态变为游离态，该元素被还原能够训练
D．电子层结构相同的不同离子，其半径随核电荷数增多而减少
【答案】D【解析】A．分子中键能越大，键越短，分子越稳定；B．失电子难的原子，获得电子的能力不一定强，例如ⅣA族中的碳原子、零族的稀有气体原子，失电子难，得电子也难。C．化学反应中，元素由化合态变为游离态，可能被氧化，也可能被还原，如：CuCl2+Fe = FeCl2+Cu，则Cu2+被还原；CuBr2+Cl2 = CuCl2+Br2，则Br－被氧化。
2．短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、X原子的最外层电子数之比为4:3，Z原子比X原子的核外电子数多4。下列说法正确的是( )
A．W、Y、Z的电负性大小顺序一定是Z>Y>W
B．Z的氢化物分子间存在氢键
C．Y、Z形成的分子的中心原子可能采取sp3杂化
D．WY2分子中σ键与π键的个数之比是2:1
【答案】C 【解析】由题意知，W为C，X为Al，Z为Cl，Y可能为Si、P、S。A项，若Y为Si，则C的电负性大于Si，错误；B项，HCl分子间不存在氢键，错误；C项，若Y为Si，则Y、Z形成的SiCl4为正四面体形分子，Si原子采取sp3杂化，正确；D项，若Y为S，则WY2为CS2，CS2的结构式为S==C==S，所含σ键、π键的个数相等，错误。
3.下列说法不正确的是( )
A．N2O与CO2、CCl3F与CCl2F2互为等电子体
B．CCl2F2无同分异构体，说明其中碳原子采用sp3方式杂化
C．H2CO3与H3PO4的非羟基氧原子数均为1，二者的酸性(强度)非常相近
D．由第ⅠA族和第ⅥA族元素形成的原子个数比为1:1、电子总数为38的化合物，是含有共价键的离子化合物
【答案】C【解析】N2O与CO2的原子数相同，价电子数相同，CCl3F与CCl2F2的原子数相同，价电子数相同，它们互为等电子体；CCl2F2无同分异构体，说明它是立体结构而不是平面结构，则碳原子采用sp3方式杂化；由于CO2与H2O的化合程度小，H2CO3的酸性比H3PO4弱得多，C项错误；D项中的物质指的是Na2O2，它是含有(非极性)共价键的离子化合物。
4．科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)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4个氮原子共平面
C．该分子中的中心氮原子还有一对孤电子对
D．15.2 g该物质含有6.02×1022个原子
【答案】C 【解析】A 项，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项，N(NO2)3的分子结构与NH3相似，分子中四个N原子构成三角锥形，错误；C项，该分子中N—N—N键角都是108.1°，分子构型为三角锥形，中心氮原子还有一对孤电子对，正确；D项，因为1个N(NO2)3分子含有10个原子，15.2 g该物质，即0.1 mol 含有6.02×1023个原子，错误。
5．某一化合物的分子式为AB2，A属第ⅥA族元素，B属第ⅦA族元素，A和B在同一周期，它们的电负性值分别为3.44和3.98，已知AB2分子的键角为103.3°。下列推断不正确的是( )
A．AB2分子的空间构型为“V”形
B．A－B键为极性共价键，AB2分子为非极性分子
C．AB2与H2O相比，AB2的熔点、沸点比H2O的低
D．AB2分子中无H原子，分子间不能形成氢键，而H2O分子间能形成氢键
【答案】B 【解析】根据A、B的电负性值，可判断A元素为O，B元素为F，该分子为OF2，由已知AB2分子的键角为103.3°可知OF2分子中键的极性不能抵消，为极性分子。
谢谢聆听！
归纳与整理
第二章 分子结构与性质
核心素养发展目标
1．通过知识网络构建，形成对分子结构与性质的整体认识，能用键能、键长、键角等说明简单分子的某些性质。
2．通过归纳总结、讨论交流，进一步了解杂化轨道理论及常见的杂化轨道类型(sp，sp2，sp3)及价层电子对互斥理论，并能用价层电子对互斥理论或者杂化轨道理论推测常见的简单分子或离子的立体构型。
3．通过典例剖析，进一步了解化学键和分子间作用力的区别、氢键的存在对物质性质的影响，并能列举或判断含有氢键的物质。
活动一、重点知识网络构建
【讨论交流1】1.共价键的本质及类型
【讨论交流2】2.分子的立体构型及性质型
【对应训练】
1．用杂化轨道理论解释甲烷分子的四面体结构，下列说法中不正确的是( )
A．C原子的四个杂化轨道的能量一样
B．C原子的sp3杂化轨道之间夹角一样
C．C原子的4个价电子分别占据4个sp3杂化轨道
D．C原子有1个sp3杂化轨道由孤电子对占据
【答案】D【解析】在甲烷分子中，C原子以sp3杂化，每个杂化轨道上1个电子分别与1个氢原子上的1个s电子结合生成共价键，这四个共价键完全相同，轨道间夹角为109°28′。
2.下列说法正确的是( )
A．NH3分子的空间构型是三角锥形，且不存在杂化轨道
B．配合物K2[Co(SCN)4]的配位数为6
C．1 mol NH3分子中含有3NA个σ键和4NA个sp3杂化轨道(NA为阿伏加德罗常数的值)
D．已知Zn2＋的4s轨道和4p轨道可以形成sp3杂化轨道，则[ZnCl4]2－的空间构型为平面正方形
【答案】C【解析】A项，NH3分子中N采取sp3杂化，有1对孤电子对，对N—H键产生斥力作用，故NH3分子的空间构型是三角锥形，错误；B项，配合物K2[Co(SCN)4]的中心离子为Co2＋，配体为SCN－，则该配合物的配位数为4，错误；D项，[ZnCl4]2－的空间构型为正四面体形，错误。
3．在半导体生产及灭火剂的使用过程中，会向空气中逸散气体，如NF3、CHClFCF3、C3F8等。它们虽然是微量的，但有些却是强温室气体。下列推测不正确的是( )
A．NF3分子呈三角锥形
B．C3F8在CCl4中的溶解度比在水中的大
C．CHClFCF3存在手性异构
D．CHClFCF3中没有非极性键
【答案】D【解析】在NF3分子中，N原子上有1对孤对电子，有3个N—F键，类似NH3分子的结构，NF3分子中N原子采取sp3杂化，分子呈三角锥形，A项正确；有机物易溶于有机物，而水为无机物，故C3F8在CCl4中的溶解度比在水中的大，B项正确；若碳原子连有四个不同的基团，则该碳原子具有手性，故CHClFCF3存在手性异构，C项正确；CHClFCF3中存在C—C非极性键，D项错误。
核心知识一：三种化学键的比较
【关键突破】
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
离子键
共价键
金属键
形成过程
阴阳离子间的静电作用
原子间通过共用电子对所形成的相互作用
金属阳离子与自由电子间的相互作用
构成元素
典型金属（含NH4+）和典型非金属、含氧酸根
非金属（或金属与非金属）
金属
实例
离子化合物，如典型金属氧化物、强碱、大多数盐
多原子非金属单质、气态氢化物、非金属氧化物、酸等
金属
【对应训练】下列关于化学键的叙述正确的是：
A.化学键存在于原子之间，也存在于分子之间
B.两个原子之间的相互作用叫做化学键
C.离子键是阴、阳离子之间的吸引力
D.化学键通常指的是相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用
【答案】D【解析】理解化学键、离子键等基本概念是解答本题的关键。化学键不存在于分子之间，也不仅是两个原子之间的相互作用，也可能是多个原子之间的相互作用，而且是强烈的相互作用。所以A、B都不正确。C项考查的是离子键的实质，离子键是阴、阳离子间通过静电作用（包括吸引力和排斥力）所形成的化学键，故C项也不正确。正确选项为D。
核心知识二：键角决定分子空间构型，常见分子的键角和空间构型
【关键突破】
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}分子空间构型
键角
实 例
正四面体
109°28′
CH4、CCl4、(NH4+)
60°
白磷：P4
平面型
120°
苯、乙烯、SO3、BF3等
三角锥型
107°18′
NH3
折线型
104°30′
H2O
直线型
180°
CO2、CS2、CH≡CH
【对应训练】NH3分子的空间构型是三角锥形，而不是正三角形的平面结构，其理由是
A.NH3分子是极性分子
B.NH3分子内三个N—H键的键长相等，键角相等
C.NH3分子内三个N—H键的键长相等，3个键角都等于107°18′
D.NH3分子内三个N—H键的键长相等，3个键角都等于120°
【答案】AC【解析】空间构型决定分子的极性，反过来分子的极性验证了分子的空间构型，即分子有极性说明其空间结构不对称。若NH3分子是正三角形的平面结构，则其键角应为120°，分子无极性；若NH3分子是极性分子，说明NH3分子不是正三角形的平面结构，故A正确。若键角为107°18′则接近于正四面体的109°28′，说明NH3分子应为三角锥形。
核心知识三：共价键及分子的极性
【关键突破】
1.共价键的极性
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
极性键
非极性键
共用电子对偏移程度
偏移
不偏移
构成元素
不同种非金属元素
同种非金属元素
实例
HCl、H2O、CO2、H2SO4
H2、N2、Cl2
2.分子的极性：（1）非极性分子：从整个分子看，分子里电荷分布是对称的。如： ①只由非极性键构成的同种元素的双原子分子：H2、Cl2、N2等；②只由极性键构成，空间构型对称的多原子分子：CO2、CS2、BF3、CH4、CCl4等；③极性键非极性键都有的：CH2=CH2、CH≡CH、
。
（2）极性分子：整个分子电荷分布不对称。例如：①不同元素的双原子分子如：HCl，HF等;②折线型分子，如H2O、H2S等;③三角锥形分子如NH3等。
（3）判断是否是极性分子，可以从分子空间构型是否对称，即分子中各键的空间排列是否对称，若对称，则正负电荷重心重合，分子为非极性分子，反之，是极性分子。
【对应训练】三氯化磷分子的空间构型是三角锥形而不是平面正三角形，下列关于三氯化磷分子空间构型的叙述，不正确的是( )
A．PCl3分子中P—Cl三个共价键的键长、键角都相等
B．PCl3分子中P—Cl三个共价键键能、键角均相等
C．PCl3分子中的P—Cl键属于极性共价键
D．PCl3是非极性分子，中心原子是sp3杂化
D
核心知识四：等电子原理及应用
【关键突破】
1.常见的等电子体汇总(完成下表)
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}微粒
通式
价电子总数
立体构型
CO2、CNS－、NO、N
AX2
16
直线形
CO、NO、SO3
AX3
24
平面三角形
SO2、O3、NO
AX2
18
V形
SO、PO
AX4
32
四面体型
PO、SO、ClO
AX3
26
三角锥形
CO、N2
AX
10
直线形
CH4、NH
AX4
8
四面体型
2.应用：根据已知的一些分子结构推测另一些与它等电子的微粒的立体结构，并推测其物理性质。
(1)(BN)x与(C2)x，N2O与CO2等也是等电子体；
(2)硅和锗是良好的半导体材料，他们的等电子体磷化铝(AlP)和砷化镓(GaAs)也是很好
的半导体材料；
(3)白锡(β?Sn2)与锑化铟是等电子体，它们在低温下都可转变为超导体；
(4)SiCl4、SiO4(4－)、SO4(2－)的原子数目和价电子总数都相等，它们互为等电子体，中心原
子都是sp3杂化，都形成正四面体形立体构型。
注意：等电子体结构相同，物理性质相近，但化学性质不同。
【对应训练】根据等电子原理判断，下列说法中错误的是( )
A．B3N3H6分子中所有原子均在同一平面上
B．B3N3H6分子中存在双键，可发生加成反应
C．H3O＋和NH3是等电子体，均为三角锥形
D．CH4和NH4+是等电子体，均为正四面体
【答案】B【解析】等电子原理是指具有相同价电子数相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征。苯是B3N3H6的等电子体，因此，它们的结构相同，苯分子中所有的原子均在同一平面上，苯分子中不存在双键，而存在大π键，因此A正确，B错误。H3O＋和NH3是等电子体，NH3是三角锥形结构，则H3O＋也是三角锥形结构，C正确。CH4和NH4+是等电子体，CH4是正四面体形结构，所以NH4+也是正四面体形结构，D正确。
核心知识五：杂化轨道理论、价层电子对互斥理论预测分子的空间构型
【关键突破】
注意：当中心原子上没有孤电子对时，杂化轨道理论和价层电子对互斥理论对分子空间构型的预测结论一致。
【对应训练】在乙烯分子中有5个σ键和1个π键，它们分别是( )
A．sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键
B．sp2杂化轨道形成π键，未杂化的2p轨道形成σ键
C．C—H之间是sp2杂化轨道形成σ键，C—C之间是未杂化的2p轨道形成π键
D．C—C之间是sp2杂化轨道形成σ键，C—H之间是未杂化的2p轨道形成π键
【答案】A【解析】乙烯分子的结构式为 ，分子中每个碳原子的2s轨道与2个2p轨道杂化形成3个sp2杂化轨道，其中2个sp2杂化轨道分别与2个氢原子的1s轨道“头碰头”重叠形成C—H σ键，另外1个sp2杂化轨道形成C—C σ键。2个碳原子未杂化的2p轨道“肩并肩”重叠形成1个π键。碳碳之间既有σ键又有π键，C、D选项错误。
核心知识六：常见分子的空间构型(见下表)
【关键突破】
【对应训练】下列有关中心原子杂化轨道类型和分子几何构型的说法不正确的是( D )
A．PCl3中P原子以sp3杂化，分子为三角锥形
B．BCl3中B原子以sp2杂化，分子为平面三角形
C．CS2中C原子以sp杂化，分子为直线形
D．H2S中S原子以sp杂化，分子为直线形
【答案】D【解析】PCl3中中心原子的价电子对数为4，其中有一对孤电子对，sp3杂化，为三角锥形，A对；BCl3中中心原子B的价电子对数为3，sp2杂化，无孤电子对，为平面三角形，B对；CS2中中心原子的价电子对数为2，sp杂化，孤电子对数为0，为直线形，C对；H2S中中心原子S的价电子对数为4，孤电子对数为2，为V形，D错。
活动三、综合典例剖析
【典例1】元素X和元素Y属于同一主族。负二价的元素X和氢的化合物在通常状况下是一种液体，其中X的质量分数为88.9%；元素X和元素Y可以形成两种化合物，在这两种化合物中，X的质量分数分别为50%和60%。
(1)确定X、Y两种元素在周期表中的位置 。
(2)在元素X和元素Y两种元素形成的化合物中，写出X质量分数为50%的化合物的化学式________；该分子的中心原子以sp2杂化，是________分子，分子构型为________。
(3)写出X的质量分数为60%的化合物的化学式________；该分子的中心原子以sp2杂化，是________分子，分子构型为_______________。
2，ⅥA,3，ⅥA
SO2
极性
V形
SO3
非极性
平面正三角形
(4)由元素氢、X、Y三种元素形成的化合物常见的有两种，其水溶液均呈酸性，试分别写出其分子式________、________，并比较酸性强弱：____________。
(5)由氢元素与X元素形成的化合物中，含有非极性键的是________(写分子式)，分子构型为V形的是________(写分子式)。
H2SO3
H2SO4
H2SO4>H2SO3
H2O2
H2O
【解析】根据氢化物化学式H2X知Mr(X)/[2+Mr(X)]×100%＝88.9%，Mr(X)＝16。可推知，X的相对原子质量为16，则X为O，Y为S，则其氧化物分别为SO2、SO3，根据杂化轨道理论易确定其分子立体构型、极性。三种元素组成的化合物为H2SO3、H2SO4，酸性：H2SO4>H2SO3。X元素为O，与H元素形成两种化合物H2O和H2O2，其中H2O的分子构型为V形，H2O2分子中含有非极性键“—O—O—”。
【典例2】氯化铬酰(CrO3Cl2)在有机合成中可作氧化剂或氯化剂，能与许多有机物反应。请回答下列问题。
(1)写出铬原子的基态电子排布式：__________________，与铬同周期的所有元素的基态原子中最外层电子数与铬原子相同的元素有________(填元素符号)。
(2)CrO2Cl2常温下为深红色液体，能与CCl4、CS2等互溶，据此可判断CrO2Cl2是________分子(填“极性”或“非极性”)。
(3)在①苯、②CH3OH、③HCHO、④CS2、⑤CCl4五种有机溶剂中，碳原子采取sp2杂化的分子有________(填序号)，CS2分子的空间构型是________，易溶于水的有________(填序号)，理由是：_______________________
______________________________________________
__________________。
1s22s22p63s23p63d54s1
K、Cu
非极性
①③
直线形
②③
CH3OH、HCHO均为极性分子
而溶剂水也为极性分子，根据相似相溶规律可知CH3OH、HCHO易溶于水
【解析】(1)铬为24号元素，位于周期表中第四周期ⅥB族，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1或[Ar]3d54s1。第四周期最外层为1个电子的元素还有K：[Ar]4s1，Cu：[Ar]3d104s1。(2)CCl4、CS2为非极性溶剂，根据相似相溶规律可推测CrO2Cl2应是非极性分子。(3)在所给五种物质中碳原子的杂化方式分别为：sp2、sp3、sp2、sp、sp3，因此采取sp2杂化的有苯和甲醛两种物质。因CS2中碳原子采用sp杂化，因此其分子构型为直线形。
【典例3】一项科学研究成果表明，铜锰氧化物(CuMn2O4)能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛(HCHO)。(1)向一定物质的量浓度的Cu(NO3)2和Mn(NO3)2溶液中加入Na2CO3溶液，所得沉淀经高温灼烧，可制得CuMn2O4。①Mn2＋基态的电子排布式可表示为_________。②NO3－的空间构型是___________(用文字描述)。
(2)在铜锰氧化物的催化下，CO被氧化为CO2，HCHO被氧化为CO2和H2O。①根据等电子体原理，CO分子的结构式为_______。②H2O分子中O原子轨道的杂化类型为_____。③1 mol CO2中含有的σ键数目为______。
(3)向CuSO4溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu(OH)4]2－。不考虑空间构型，[Cu(OH)4]2－的
结构可用示意图表示为__________________________。
[Ar]3d5
平面三角形
C≡O
sp3
2
【解析】(1)Mn的原子序数为25，价电子排布式为3d54s2，先失去4s2能级上的两个电子，即得Mn2＋。根据价电子对互斥理论，NO3(－)中N原子采用sp2杂化，所以NO3(－)的空间构型为平面三角形。(2)CO与N2互为等电子体，根据氮气分子的结构式可以写出CO的结构式为C≡O。H2O分子中O原子存在两对孤电子对，配位原子个数为2，价电子对数目为4，所以O原子采用sp3杂化。二氧化碳分子内含有两个碳氧双键，一个双键中含有一个σ键，一个π键，则1 mol CO2中含有2 mol σ键。(3)Cu2＋中存在空轨道，而OH－中O原子上有孤电子对，故O与Cu之间以配位键结合。
课堂检测
1．下列说法中正确的是（ ）
A．分子中键能越大，键越长，则分子越稳定
B．失电子难的原子获得电子的能力一定强
C．化学反应中，某元素由化合态变为游离态，该元素被还原能够训练
D．电子层结构相同的不同离子，其半径随核电荷数增多而减少
【答案】D【解析】A．分子中键能越大，键越短，分子越稳定；B．失电子难的原子，获得电子的能力不一定强，例如ⅣA族中的碳原子、零族的稀有气体原子，失电子难，得电子也难。C．化学反应中，元素由化合态变为游离态，可能被氧化，也可能被还原，如：CuCl2+Fe = FeCl2+Cu，则Cu2+被还原；CuBr2+Cl2 = CuCl2+Br2，则Br－被氧化。
2．短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、X原子的最外层电子数之比为4:3，Z原子比X原子的核外电子数多4。下列说法正确的是( )
A．W、Y、Z的电负性大小顺序一定是Z>Y>W
B．Z的氢化物分子间存在氢键
C．Y、Z形成的分子的中心原子可能采取sp3杂化
D．WY2分子中σ键与π键的个数之比是2:1
【答案】C 【解析】由题意知，W为C，X为Al，Z为Cl，Y可能为Si、P、S。A项，若Y为Si，则C的电负性大于Si，错误；B项，HCl分子间不存在氢键，错误；C项，若Y为Si，则Y、Z形成的SiCl4为正四面体形分子，Si原子采取sp3杂化，正确；D项，若Y为S，则WY2为CS2，CS2的结构式为S==C==S，所含σ键、π键的个数相等，错误。
3.下列说法不正确的是( )
A．N2O与CO2、CCl3F与CCl2F2互为等电子体
B．CCl2F2无同分异构体，说明其中碳原子采用sp3方式杂化
C．H2CO3与H3PO4的非羟基氧原子数均为1，二者的酸性(强度)非常相近
D．由第ⅠA族和第ⅥA族元素形成的原子个数比为1:1、电子总数为38的化合物，是含有共价键的离子化合物
【答案】C【解析】N2O与CO2的原子数相同，价电子数相同，CCl3F与CCl2F2的原子数相同，价电子数相同，它们互为等电子体；CCl2F2无同分异构体，说明它是立体结构而不是平面结构，则碳原子采用sp3方式杂化；由于CO2与H2O的化合程度小，H2CO3的酸性比H3PO4弱得多，C项错误；D项中的物质指的是Na2O2，它是含有(非极性)共价键的离子化合物。
4．科学家最近研制出有望成为高效火箭推进剂的N(NO2)3(如图所示)。已知该分子中N—N—N键角都是108.1°，下列有关N(NO2)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4个氮原子共平面
C．该分子中的中心氮原子还有一对孤电子对
D．15.2 g该物质含有6.02×1022个原子
【答案】C 【解析】A 项，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项，N(NO2)3的分子结构与NH3相似，分子中四个N原子构成三角锥形，错误；C项，该分子中N—N—N键角都是108.1°，分子构型为三角锥形，中心氮原子还有一对孤电子对，正确；D项，因为1个N(NO2)3分子含有10个原子，15.2 g该物质，即0.1 mol 含有6.02×1023个原子，错误。
5．某一化合物的分子式为AB2，A属第ⅥA族元素，B属第ⅦA族元素，A和B在同一周期，它们的电负性值分别为3.44和3.98，已知AB2分子的键角为103.3°。下列推断不正确的是( )
A．AB2分子的空间构型为“V”形
B．A－B键为极性共价键，AB2分子为非极性分子
C．AB2与H2O相比，AB2的熔点、沸点比H2O的低
D．AB2分子中无H原子，分子间不能形成氢键，而H2O分子间能形成氢键
【答案】B 【解析】根据A、B的电负性值，可判断A元素为O，B元素为F，该分子为OF2，由已知AB2分子的键角为103.3°可知OF2分子中键的极性不能抵消，为极性分子。
谢谢聆听！