【志鸿优化设计】2014届高考化学一轮复习物质结构与性质第4讲分子空间构型与物质性质练习苏教版选修3

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1、 第 4 讲 分子空间构型与物质性质 考纲点击 1．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。 2．“等电子原理”的含义，能结合实例说明“等电子原理”的应用。 3．了解键的极性和分子的极性，了解极性分子和非极性分子及其性质的差异。 4．了解简单配合物的成键情况。 一、分子构型与物质的性质 ( 一 ) 分子的空间构型 1．杂化轨道理论简介 (1)sp 杂化 sp 杂化轨道由 ________和 ________组合而成，杂化轨道间夹角为 ______，呈 ______形， 如

2、 __________ 。 (2)sp 2 杂化 sp2 杂 化轨 道 由 ________ 和 __________ 组 合而 成， 杂 化轨 道 间夹 角为 ______ ，呈 __________ ，如 ______。 (3)sp 3 杂化 sp3 杂化轨道由 ________和______组合而成，杂化轨道间夹角为 __________，呈 ________ 形，如 ________。 2．价层电子对互斥模型 (1) 中心原子上的价电子都用于形成共价键 ABn 几何构型 范例 n＝ 2 n＝ 3 n＝ 4

3、 (2) 中心原子上有孤对电子的分子 中心原子上的 ____________________，并参与 ______。分子的立体结构模型与其 VSEPR 模型不完全相同，如 H O呈 ______形， NH分子呈 ______形。 2 3 3．常见分子的立体结构 分子类型 实例 结构式 立体结构 其他实例 三原子 CO BeCl 2 2 分子 H2O SO2、H2S 四原子 HCHO BF3

4、分子 NH PH 3 3 五原子 CH CCl 4 4 分子 CH3Cl CH3Br 4．等电子原理 ________相同、________相同的分子具有相似的 ____________ ，它们的许多性质 ______， 如 CO和 ______。 特别提示：由于孤对电子参与互相排斥，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 个是由孤对电子占据的，

5、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 个由孤对电子占据， 氨分子不呈正四面体构 型，而呈三角锥形。 ( 二 ) 分子的极性和手性 1．分子内各原子及共价键的空间排布 ______，分子内正、负电荷中心 ______的分子为 非极性分子； 分子内各原子及共价键的空间排布 ______，分子内正、 负电荷中心 ______的分 子为极性分子。常见分子中，属非极性分子的不多，具体有： (1) 非金属单质分子。如稀有气体、 H2、 Cl 2、 N2 等。 (2) 结构对称的直线形分子。如 CO2。

6、 1 (3) 结构对称的正三角形分子。如： BF3、 BCl3。 (4) 结构对称的正四面体形分子。如CH4、 CCl4、 P4。 而其他大多数分子则为极性分子。如 HCl、H2O、 NH3、 CH3Cl 等。 2．相似相溶原理 (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 ________ 。如果存在氢键，则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性 ______。 (2) “相似相溶”还适用于分子结构的相似性。如乙醇与水 ______，而戊醇在水中的溶 解度明显

7、______。 (3) 如果溶质与水发生反应，将增加物质的溶解度，如 SO2。 3．手性 (1) 手性异构： 具有完全相同的组成和原子排列的分子， 如左手和右手一样互为 ______， 在三维空间里 __________ 的现象。 (2) 手性分子：具有 ________的分子。 (3) 手性碳原子：在有机物分子中，连有________的碳原子。含有一个手性碳原子的分 子是手性分子，如 。 特别提示 ： (1) 分子的极性与键的极性没有必然的联系。由极性键形成的分子不一定是 极性分子，如 CO2；含有非极性键的分子也不

8、一定是非极性分子，如 H2O2。 (2) 几种常见共价分子的空间构型 ①直线形： O===C===O、H— Cl 、N≡N、CH≡CH ②V形： H2O 键角 (H— O— H)为 10430′ ③平面形： CH2===CH2及苯 C6H6 ④三角锥形： NH3键角 (H —N— H) 为 10718′ ＋ ⑤正四面体： CH4和 CCl4 及 NH4 键角为 10928′； P4 键角为 60 (3) 无机含氧酸分子的酸性 无机含氧酸可写成 (HO) RO， n 值越大， R 的正电性越高，使 R— O— H 中 O 的电子向 R

9、 m n 偏移，在水分子的作用下容易电离出 ＋ HClO＜ HClO＜ HClO＜ HClO ， H ，酸性越强。如酸性： 2 3 4 HNO＜ HNO， H SO＜ H SO。 2 3 2 3 2 4 ) 。 即时训练 1 下列关于丙烯 (CH — CH===CH)的说法正确的是 ( 3 2 A．丙烯分子中有 8 个 σ 键， 1 个 π 键 B

10、．丙烯分子中 3 个碳原子都是 sp3 杂化 C．丙烯分子不存在极性键 D．丙烯分子中 3 个碳原子在同一直线上 二、 配合物的形成和应用 1．配合物的形成 (1) 配合物：由提供孤对电子对的 ______与接受孤对电子对的 ________以__________ 结合形成的化合物称为配位化合物。 (2) 形成条件：配位体有 ____________ ，中心原子或离子有 ______。 (3) 配位体的内界与外界

11、 2 2．配合物的应用 在实验研究中， 人们常用形成配合物的方法来 ________、________、________测定物质 的组成；在生产中，配合物被广泛用于染色、 ____、硬水软化、 ________领域；在许多尖端 研究领域如激光材料、 ________、______________ 的研究， ______研制方面，配合物发挥的 作用越来越大。 特别提示 ： 1．常见

12、的中心原子或离子： Fe3＋ 、 Cu2＋ 、Zn2＋ 、Ag＋ 、Al 3＋ 、Fe、 Ni 、 Co等。 2．常见的配位体： － － － 等。 H2O、NH3、 CO、 F 、Cl 、 CN 即时训练 2 3 4 2 中 Pt 2＋ 的配位数是 ( ) 。 在 [Pt(NH ) ]Cl A． 1 个 B ． 2 个 C． 4 个 D ． 6 个 一、分子极性的判断 由非极性键结合而成的分子是

13、非极性分子， 由极性键结合而成的非对称性分子一般是极性分子；由极性键结合而成的完全对称性分子为非极性分子。 【例 1】下列叙述中正确的是 ( ) 。 A． NH3、 CO、 CO2 都是极性分子 B． CH4、 CCl4 都是含有极性键的非极性分子 C． HF、 HCl、 HBr、 HI 的稳定性依次增强 D． CS2、 H2O、 C2H2 都是直线形分子 方法归纳 分子极性的判断方法 (1) 只含非极性键的双原子分子一定是非极性分子，如H2、 N2、 O2 等。 (2)AB n 型分子，可根据分子的立体构型进行判断：若分子是对称的 ( 直

14、线形、正三角形、 正四面体等 ) ，极性键的极性向量和等于零时， 为非极性分子； 否则是极性分子。 如 CH4、CO2等含有极性键，是非极性分子； H2O、 NH3 等含有极性键，是极性分子。 (3)AB n 型分子中若中心原子 A 的化合价的绝对值＝该元素所在的主族序数， 则为非极性 分子；若不等，则为极性分子。 BCl 3 、 CO2是非极性分子； SO2、 NF3 是极性分子。 二、分子的空间构型与杂化方式的判断 1．根据分子结构式进行推断 (1) 公式： 杂化轨道数＝中心原子孤对电子对数 ( 未参与成键 ) ＋中心原子形成的 σ 键个数

15、(2) 中心原子形成 σ 键个数的判断方法： 因为两原子之间只能形成一个 σ 键，所以中心原子形成的 σ 键个数等于中心原子结合的原子数。 (3) 中心原子孤对电子对数的判断方法： n 中心原子 (A) 未用于键合的孤对电子对数＝ 对于通式 AXm A的族序数－ X的化合价绝对值 m－ ( n) 2－  6－24－ ( － 2) ；如 SO4 中的孤对电子对数＝ 2  2  ＝ 0、 ＋ 中的孤对电子对数＝ 5－14－ ( ＋ 1) NH4 ＝ 0、 HCN中的孤对电子对数＝

16、 2  4－ 1－ 3＝ 0。 2 2．根据分子的空间构型推断杂化方式 多原子 (3 个或 3 个以上 ) 分子的立体结构与中心原子杂化方式的对照： 分子的立 正四面 三角锥形 V 形 平面三 V 形 直线形 体结构 体形 角形 杂化类型 sp3 sp2 sp (1) 只要分子构型为直线形的，中心原子均是 sp 杂化，同理，只要中心原子是 sp 杂化 的，分子构型均为直线形。 (2) 只要分子构型为平面三角形的，中心原子均是sp2 杂化。

17、 (3) 只要分子中的原子不在同一平面内的，中心原子均是sp3 杂化。 3 (4)V 形分子的判断需要借助孤对电子， 有一对孤对电子的中心原子是 sp 2 杂化，有两对 孤对电子的中心原子是 sp3 杂化。 3．根据等电子体原理结构相似进行推断 如： CO2是直线形分子， － ＋ ＋ 与 CO2 是等电子体，所以分子构型均为直线形， CNS 、NO2 、 N3 中心原子均采用 sp 杂化。

18、【例 2】判断下列物质的立体结构和杂化类型。 PF3__________； SO3__________ ； SO2__________。 方法指导 1．判断分子的杂化方式时， 首先要判断出中心原子， 然后判断各原子的最外层电子数， 再判断孤对电子、 σ 及 π 键。 2．杂化轨道类型与分子空间构型的关系及常见分子 杂化 杂化轨道 常见分子 类型 几何构型

19、 sp 直线形 BeCl2、HgCl2、CH≡CH 等 2 平面三角形 BF 、 BCl 、 CH===CH sp 3 3 2 2 sp 3 四面体形 CH4、 CCl4、 NH3( 三角锥形 ) 、 H2O(V 形 ) 一般来说， 一个分子有几个轨道参与杂化就会形成几个能量相同的杂化轨道， 就形成几 个共价键， 形成对应的分子构型， 但如果分子中存在孤对电子或在一定场效应作用下， 分子 构型会发生变化，

20、如 NH、H O等。另外，具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有 3 2 相同的结构特征。 1．下列说法中错误 的是 () 。 ．． A． SO2、 SO3 都是极性分子 ＋ ) ] 2＋ 中都存在配位键 B．在 NH 和 [Cu(NH 4 3 4 C．元素电负性越大的原子，吸引电子的能力越强 D． 原子晶体中原子以共 价键结合，具有键能大、熔点高、硬度大的特性 2． SiCl 4 的分子结构与 C

21、Cl4 类似，对其做出如下推测，其中不正确的是() 。 A． SiCl 4 是分子晶体 B．常温、常压下 SiCl 4 是气体 C． SiCl 4 的分子是由极性键形成的非极性分子 D． SiCl 4 熔点高于 CCl4 3．下列说法正确的是 ( ) 。 A． CHCl3 是三角锥形 B． AB2 是 V 形，其 A 可能为 sp 2 杂化 C．二氧化硅中 Si 以 sp 杂化，是非极性分子 ＋ D． NH4 是平面四边形结构 4．用 VSEPR模型预测下列分子或离子的立体结构，其中不正确的是 ( ) 。 ＋

22、 A． NH4 为正四面体形 B． CS2 为直线形 C． HCN为折线形 (V 形 ) D． PCl3 为三角锥形 5．在硼酸 [B(OH) 3] 分子中， B 原子与 3 个羟基相连， 其晶体具有与石墨相似的层状结构。 则分子中 B 原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是 ( ) 。 A． sp，范德华力 2 B． sp ，范德华力 2 C． sp ，氢键 3 D． sp ，氢键 6．NH3、 H2 O等是极性分子， CO2、 BF3 、CCl4 等是极性键构成的非极性分子。根据上述事 实可推出 ABn 型分子是非极性分

23、子的经验规律是 ( ) 。 4 A．在 ABn 分子中 A 原子的所有价电子都参与成键 B．在 ABn 分子中 A 的相对原子质量应小于 B 的相对原子质量 C．在 ABn 分子中每个共价键的键长都相等 D．分子中不能含有 H 原子 7． A、B、 C、 D 四种元素处于同一周期。在同族元素中， A 的气态氢化物沸点最高， B 的最高价氧化物对应水化物的酸性在同周期中最强， C 的电负性介于 A、B 之间，D 与 B 相邻。 (1)C 原子的价电子排布式为 _________________________

24、________________________ 。 (2)A 、B、 C 三种原子的第一电离能由大到小的顺序是 ( 写元素符号 )________ 。 (3)B 的单质分子中存在 ________个 π 键； D 的气态氢化物 DH4 分子中的中心原子轨道 采用 ________杂化。 B 和 D 形成一种超硬、耐磨、耐高温的化合物，该化合物属于 ________ 晶体，其硬度比金刚石 ________( 填“大”或“小” ) 。 (4)A 的气态氢化物的沸点在同族中最高的原因是 ______________________________ 。 8．

25、(2011 福建理综 ) 氮元素可以形成多种化合物。回答以下问题： (1) 基态氮原子的价电子排布式是 __________ 。 (2)C 、N、 O三种元素第一电离能从大到小的顺序是 __________ 。 (3) 肼 (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。 ①NH 分子的空间构型是 ________； NH 分子中氮原子轨道的杂化类型是 __________ 。 3 2 4 ②肼可用作火箭燃料，燃烧时发生的反应是： N2O4(l) ＋2N2H4(

26、l)===3N 2(g) ＋ 4H2O(g) ＝－ 1 038.7 kJ mol －1 H 若该反应中有 4 mol N —H 键断裂，则形成的 π 键有 ______mol 。 ③肼能与硫酸反应生成 N2H6SO4。 N2H6SO4 晶体类型与硫酸铵相同，则 N2H6SO4 的晶体内不 存在 ______( 填标号 ) 。 a．离子键 B ．共价键 c．配位键 D ．范德华力 (4) 图 1 表示某种含氮有机化合物的结构，其分子内 4 个氮原子分别位于正四面体的4 个顶点 ( 见图

27、2) ，分子内存在空腔，能嵌入某离子或 分子并形成 4 个氢键予以识别。 下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是 __________( 填标号 ) 。 a． CF4 b ． CH4 ＋ d ． HO c． NH 4 2 5 参考答案 基础梳理整合 一、 ( 一 )1 ． (1)1 个

28、s 轨道 1 个 p 轨道 180 直线 H—C≡C— H (2)1 个 s 轨道 2 个 p 轨道 120 平面三角形 HCHO (3)1 个 s 轨道 3 个 p 轨道 10928′ 正四面体 CH4 2． (1) 直线形 CO2 平面三角形 BF3 正四面体形 CCl4 (2) 孤对电子也要占据中心原子周围空间 互相排斥 V 三角锥 3．O===C===O 直线形 V 形 平面三角形 三角锥形 正四面体形 l 变形四面体 4．原子总数 价电子总数 化学键特征 相似 N2 ( 二 )1 ．对

29、称 重合 不对称 不重合 2． (1) 非极性溶剂 极性溶剂 越强 (2) 互溶 减小 3． (1) 镜像 不能重叠 (2) 手性异构体 (3) 四个不同基团 即时训练 1 A 解析： 丙烯分子中 2 个碳原子是 sp2 杂化，只有一个碳原子是 sp3 杂化， B 错误；丙 烯分子中中间的碳原子是 sp2 杂化，所以 3 个碳原子一定不在同一直线上， D错误。 二、 1． (1) 配位体 中心原子 配位键 (2) 孤对电子 空轨道 2．检验金属离子 分离物质 定量 电镀 金属冶炼 超导材料 抗癌药物 催化剂 即时训练

30、 2 C 解析： 根据结构可知 4 个 NH3 是配体，所以 C 正确。核心归纳突破 【例 1】 B 解析： 分子的极性一般与物质的空间结构有关，空间结构对称，这属于 非极性分子，反之属于极性分子。对于 ABn 分子，其经验规则是中心原子 A 的化合价的绝对 值若等于最外层电子数， 则属于非极性分子， 反之属于极性分子。 当然根据分子的极性也可 以判断它的空间结构。 键的极性只与是否属于同种非金属有关， 而物质的稳定性在结构相似 的条件下，与原子半径有关。所以选项 A 中 CO2 属于非极性分子；选项 C 中 HF、 HCl、

31、 HBr、 HI 的稳定性减弱；选项 D 中的 H2O属于 V 形结构。 【例 2】 答案： 三角锥形、 sp3 平面三角形、 sp2 V 形、 sp 2 1 对孤对电子，是 sp3 解析： P 最外层有 5 个电子与 3 个 F 原子形成 3 个 σ 键后还余 杂化，三角锥形； SO：孤对电子对数为 6－23 2 ＝ 0， σ 键个数为 3，所以是 sp 杂化，平 3 2 面三角形； 2

32、 6－22 2，所以是 2 杂化， V 形。 SO：孤对电子对数为 2 ＝ 1， σ 键个数为 sp 演练巩固提升 1． A 解析： A选项中， SO是平面三角形的分子，为非极性分子，明显错误。 3 2． B 解析： 由 SiCl 4 的分子结构与 CCl4 类似，可知 SiCl 4 也是正四面体结构的分子晶 体，且其相对分子质量大于 CCl4 的，故 SiCl 4 的熔沸点应高于 CCl4 的，所以常温常压下

33、 SiCl 4 不是气体， B 不正确。因 SiCl 4 的结构对称，所以 SiCl 4 是非极性分子。 3． B 解析： CHCl3 分子中 C 原子没有孤对电子，是四面体结构， A 错误； AB2 分子中 A 原子如果以 sp2 或 sp 3 杂化均是 V 形， B 正确；二氧化硅中硅以 sp3 杂化，且是原子晶体，无 6 ＋ D 。 分子， C ； NH 是正四面体 构， 4

34、 4．C ＋ 、CS2、HCN、 PCl3 构中价 子 数分 4 、 2 、 2 、 4 ， 解析： NH4 VSEPR模型分子 正四面体形、直 形、直 形、空 四面体形，其中前三者中心原子均参 与成 ， 立体 构就是 VSEPR模型，PCl 3 分子中有 1 孤 子， 所以立体 构 三角 形。 5．C 解析： 因 B(OH)3 分子中， B原子与 3 个 基相 ，其晶体具有与石墨相似的 状 构，由此可判断在 B(OH)3 晶体中其 角 120， B 原子 化 型与石墨中 C 原子 化 道 型

35、相同， sp2 化； B(OH)3 分子中 基氧原子 sp3 化，有孤 子，易与其 他 B(OH)3 分子中的 原子形成 ，故 C正确。 AB 型分子中 A 原子 6． A 解析： 由 信息可以判断若 AB 型分子是非极性分子， n n 的所有价 子都参与成 ，与相 原子 量大小、 以及是否含有 H 原子无关。 7．答案： (1)2s 22p4 (2)F ＞N＞ O (3)2 sp3

36、原子 大 (4) 分子之 形成 解析： A 的气 化物沸点最高， A 的气 化物中含有 ， A 可能是 N、O、F；B 的 最高价氧化物 水化物的酸性在同周期中最 ，所以 B 为 N， C 的 性介于 A、 B 之 ， 所以 A 为 F、C 为 O，所以 D 碳。 (3)B 和 D 形成一种超硬、耐磨、耐高温的化合物可知符合原子晶体特征。 8．答案： (1)2s 22p3 (2)N ＞O＞ C (3) ①三角 形sp3 ②3 ③d (4)c

37、解析： 本 考 了原子核外 子排布、 化 道理 、分子 构等知 ，同 考 了考 生的 察能力和分析推理能力。 (3) 分子中有 4 个 N— H ，故有 4 mol N—H 。断裂 ， 2－ 有 1 mol 生反 ，生成 1.5 mol N 2， 形成 21.5 mol ＝ 3 mol π 。 SO4 中存在配 2＋ 2－ (4) 与 4 个氮原 位 、共价 ， N H 与 SO 之 存在离子 ，离子晶体中不存在范德 力。 2 6 4 子形成 4 个 ，要求被嵌入微粒能提供 4 个 原子，并 至少存在“ N⋯H”、“ H⋯O”、 “H⋯F”三 中的一种， 照条件知， ＋ NH 符合此要求。 4 7