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新教材(广西专版)高考化学一轮复习第5章物质结构与性质 元素周期律第4讲分子结构与性质课件
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这是一份新教材(广西专版)高考化学一轮复习第5章物质结构与性质 元素周期律第4讲分子结构与性质课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础增分策略，增素能精准突破，研专项前沿命题，明考向真题演练，课程标准，杂化轨道的类型，2分子的极性，分子的手性，归纳总结等内容，欢迎下载使用。
1.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用相关理论和模型进行解释和预测。2.知道分子的结构可以通过波谱、晶体X射线衍射等技术进行测定。3.知道分子可以分为极性分子和非极性分子,知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。4.结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响。
一、价层电子对互斥模型(VSEPR mdel) 用来预测分子的空间结构1.理论要点(1)价层电子对互斥模型认为,分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对” 相互排斥 的结果。 (2)VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的 孤电子对 。 多重键只计其中的σ键电子对,不计π键电子对
2.中心原子价层电子对数的计算用价层电子对互斥模型推测分子的空间结构的关键是判断分子中的中心原子上的价层电子对数。其中:a为中心原子的价电子数(对于主族元素等于原子的 最外层 电子数,阳离子要减去电荷数,阴离子要加上电荷数);x为与中心原子结合的原子数;b为与中心原子结合的原子最多能 接受 的电子数(氢原子为1,其他原子=8-该原子的价电子数,如卤族元素为1,氧族元素为2等)。
3.VSEPR模型与分子(或离子)空间结构的关系
应用提升 VSEPR模型与分子(或离子)空间结构的关系(1)VSEPR模型反映中心原子的价层电子对的空间结构,而分子(或离子)的空间结构是指σ键电子对的空间结构,不包括孤电子对。(2)VSEPR模型和分子的空间结构不一定相同,还要看中心原子是否有孤电子对,若不含孤电子对,二者空间结构相同,否则不相同。
二、杂化轨道理论简介1.理论要点(1)当原子成键时,原子中能量 相近 的价电子轨道发生混杂,混杂时保持轨道总数 不变 ,得到与原轨道数目 相等 、方向 不同 的一组新的杂化轨道。 (2)杂化轨道数不同,轨道间的 夹角 不同,形成分子的空间结构也不同。
3.杂化轨道类型与分子(或离子)空间结构的关系
微点拨杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同,中心原子杂化类型相同时孤电子对数越多,键角越小。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)价层电子对互斥模型中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。( √ )(2)PH3分子的空间结构为三角锥形,则P原子采取sp2杂化。( × )(3)所有空间构型为平面三角形的分子,中心原子均采取sp3杂化。( × )
三、分子的性质1.共价键的极性和分子的极性(1)键的极性键的极性对物质的化学性质有重要影响。例如,羧酸(R—COOH)的酸性强弱与其分子中—R的组成和结构有关。
微点拨根据分子中化学键的极性的向量和判断分子的极性,当分子中各个键的极性的向量和等于0时,是非极性分子,否则是极性分子。
(3)键的极性对羧酸酸性的影响
2.范德华力及其对物质性质的影响
3.氢键及其对物质性质的影响
4.溶解性(1)“相似相溶”的规律:非极性溶质一般能溶于 非极性 溶剂,极性溶质一般能溶于 极性 溶剂。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度 增大 。 (2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。乙醇中的—OH与水分子的—OH相近,因而乙醇能与水互溶。
应用提升 分子极性与键的极性的关系
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)臭氧(O3)分子有极性,分子中的共价键是极性键。( √ )(2)HF、HCl、HBr、HI的相对分子质量依次增大,故其沸点依次升高。( × )(3)氢键是一种特殊的化学键,具有饱和性和方向性。( × )(4)H2O的稳定性强于H2S,其原因是H2O分子间存在氢键。( × )
考向1.价层电子对互斥模型、杂化轨道理论及应用
典例突破1.(1)OF2分子中,中心原子上的σ键电子对数为 ,孤电子对数为 ,价层电子对数为 ,中心原子的杂化方式为 杂化,VSEPR模型为 ,分子的空间结构为 。 (2)BF3分子中,中心原子上的σ键电子对数为 ,孤电子对数为 ,价层电子对数为 ,中心原子的杂化方式为 杂化,VSEPR模型为 ,分子的空间结构为 。 (3)磷酸根离子的空间结构为 ,其中P的价层电子对数为 。
答案 (1)2 2 4 sp3 四面体形 V形(2)3 0 3 sp2 平面三角形 平面三角形 (3)正四面体形 4解析 (1)OF2分子中,中心原子为O原子,与2个F原子形成σ键,故σ键电子对数为2,孤电子对数为 (6-2×1)=2,价层电子对数为4,中心原子的杂化方式为sp3杂化,VSEPR模型为四面体形,分子的空间结构为V形。(2)BF3分子中,σ键电子对数为3,孤电子对数为0,价层电子对数为3,中心原子的杂化方式为sp2杂化,VSEPR模型为平面三角形,分子的空间结构为平面三角形。
2.(1)已知KH2PO2是次磷酸的正盐,H3PO2的结构式为 ,其中P采取 杂化方式。 (2)利用价层电子对互斥理论推断下列分子或离子的空间结构:SeO3 ;SCl2 ; HCHO ;HCN 。
(2)平面三角形 V形 直线形 V形 平面三角形 直线形
针对训练1. 第ⅥA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态,含第ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。下列说法正确的是( )A.O、S、Se元素的第一电离能:O>S>SeB.气态SeO3、 的VSEPR模型均为平面三角形C.NH3、H2S的VSEPR模型和分子的空间结构均相同D.S单质的常见形式为S8,其环状结构如图所示,则S原子采取的杂化方式为sp2杂化
答案 A解析 同主族元素的第一电离能从上到下逐渐减小,则O、S、Se元素的第一电离能为O>S>Se,A正确。SeO3的VSEPR模型为平面三角形, 的VSEPR模型为四面体形,B错误。NH3中N原子含有3个成键电子对和1个孤电子对,H2S分子的S原子最外层含有2个成键电子对和2个孤电子对,则二者的VSEPR模型均为四面体形,而NH3的空间结构为三角锥形,H2S分子的空间结构为V形,C错误。由S8分子的结构可知,S原子采取sp3杂化,D错误。
2.(1)有机碱 中,N原子的杂化轨道类型是 。 (2)COCl2分子中所有原子均满足8电子稳定结构,COCl2分子中σ键和π键的个数比为 ,中心原子的杂化轨道类型为 。
(3)As4O6的分子结构如图所示,其中As原子的杂化轨道类型为 。 (4) 中,Al原子的杂化轨道类型为 。
答案 (1)sp3 (2)3∶1 sp2 (3)sp3 (4)sp3解析 (1)有机碱 中,N原子形成4个σ键,不含孤电子对,则N的价层电子对数为4,杂化轨道类型为sp3杂化。(2)COCl2的结构式为 ,中心C原子的价层电子对数为3,杂化类型为sp2。(3)由As4O6的结构可知,中心原子As的价层电子对数为4,孤电子对数为1,As原子的杂化轨道类型为sp3杂化。(4) 的价层电子对数为4,Al原子的杂化轨道类型为sp3。
答案 (1)sp3 sp3 (2)三角锥形 sp3杂化解析 (1)乙二胺中N原子形成3个单键,含有1个孤电子对,属于sp3杂化;C原子形成4个单键,不存在孤电子对,属于sp3杂化。
(2)根据中心原子价层电子对数判断杂化轨道类型
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断
(4)根据分子(或离子)的空间结构判断
考向2.分子中键角大小的判断
典例突破比较下列分子或离子中的键角大小(填“>”“<”或“=”)。(1)BF3 NCl3,H2O CS2。 (2)H2O NH3 CH4,SO3 。 (3)H2O H2S,NCl3 PCl3。 (4)NF3 NCl3,PCl3 PBr3。
答案 (1)> < (2)< < > (3)> > (4)< <
针对训练1.(1)常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4空间结构为 ;NH3、PH3、AsH3的键角由大到小的顺序为 。 (2)(2022湖南卷,节选)乙烷硒啉(Ethaselen)是一种抗癌新药,其结构简式如下:
①基态Se原子的核外电子排布式为[Ar] ; ②该新药分子中有 种不同化学环境的C原子; ③比较键角大小:气态SeO3分子 (填“>”“<”或“=”)离子,原因是 。
(3)(2022北京卷,节选)比较 和H2O分子中的键角大小并给出相应解释: 。
答案 (1)正四面体形 NH3>PH3>AsH3(2)①3d104s24p4 ②8 ③> SeO3的空间结构为平面三角形, 的空间结构为三角锥形(3) 的键角大于H2O的, 中S原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,离子的空间结构为正四面体形,H2O分子中O原子的价层电子对数为4、孤电子对数为2,分子的空间结构为V形
解析 (1)SnCl4分子中Sn原子价层电子对数为4+ (4-4×1)=4,不含孤电子对,则SnCl4分子的空间结构均为正四面体形。NH3、PH3、AsH3的中心原子(N、P、As)的价层电子对数均为3+ (5-3×1)=4,均含1个孤电子对。由于元素的电负性:N>P>As,中心原子对价层电子对的吸引力:N>P>As,则电子对之间的排斥力:N>P>As,故键角:NH3>PH3>AsH3。(2)①硒元素的原子序数为34,基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p4。②由结构简式可知,乙烷硒啉的分子结构对称,分子中含有8种不同化学环境的碳原子。③三氧化硒分子中硒原子的价层电子对数为3,孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,键角为120°;亚硒酸根离子中硒原子的价层电子对数为4,孤电子对数为1,离子的空间结构为三角锥形,键角小于120°。
2.(1)在 分子中,键角∠HCO (填“>”“<”或“=”)∠HCH。理由是 。
(2)NH3分子中H—N—H的键角为107°,其VSEPR模型为 。 [Zn(NH3)6]2+的部分结构及H—N—H键角的值如图所示。解释NH3形成[Zn(NH3)6]2+后H—N—H键角变大的原因: 。
答案 (1)> π键斥力大于σ键斥力(2)四面体形 NH3分子中N的孤电子对进入Zn2+的空轨道后形成配位键,原孤电子对与成键电子对间的斥力变为成键电子对间的斥力,斥力减弱,所以NH3形成[Zn(NH3)6]2+后H—N—H键角变大
归纳总结分子中键角大小的判断(1)先判断中心原子的杂化类型,若杂化类型不同,则其键角大小为sp杂化(180°)>sp2杂化(120°)>sp3杂化(109°28'),如CO2、BF3、CH4。(2)当中心原子的杂化类型相同时,中心原子上的孤电子对数越多,键角越小,如H2O、NH3、CH4。(3)当中心原子的杂化类型和孤电子对数都相同时,可根据中心原子和配位原子电负性大小判断,中心原子电负性越大,键角越大,如NH3、PH3;配位原子电负性越大,键角越小,如NF3、NCl3。(4)双键间斥力>双键与单键间的斥力>单键间的斥力,如HCHO中∠O—C—H(大于120°)大于∠H—C—H(小于120°)。
考向1.分子的极性和键的极性
典例突破如图所示是过氧化氢(H2O2)分子的空间结构示意图。
(1)写出过氧化氢分子的电子式: 。 (2)下列关于过氧化氢的说法中正确的是 (填序号)。 ①分子中有极性键 ②分子中有非极性键 ③氧原子的杂化方式为sp2杂化 ④O—O共价键是p-p σ键 ⑤分子是非极性分子(3)过氧化氢难溶于二硫化碳,主要原因是 ; 过氧化氢易溶于水,主要原因是 。
(3)H2O2分子是极性分子,CS2分子是非极性分子,根据“相似相溶”规律,H2O2难溶于CS2 H2O2分子与H2O分子之间形成氢键解析 (2)在H—O—O—H分子中,H—O是极性键,O—O是非极性键;由于H2O2分子具有图中所示的空间结构,所以H2O2分子是极性分子;借助H2O分子中氧原子的杂化方式可知,H2O2分子中氧原子的杂化方式是sp3,所以O—O共价键不是p-p σ键。
针对训练1.二氯化二硫(S2Cl2)是非平面结构,常温下是一种黄红色液体,有刺激性恶臭,熔点为80 ℃,沸点为135.6 ℃,对于二氯化二硫叙述正确的是( )B.分子中既有极性键又有非极性键C.二氯化二硫属于非极性分子D.分子中S—Cl的键能小于S—S的键能
答案 B解析 类似于H2O2分子的结构,二氯化二硫的结构式为Cl—S—S—Cl,其电子式为 ,A项错误;分子中Cl—S是极性键,S—S是非极性键,B项正确;二氯化二硫分子呈空间立体结构,分子结构不完全对称,正、负电荷的中心不重合,属于极性分子,C项错误;S原子半径大于Cl原子半径,则S—Cl的键长小于S—S的键长,故S—Cl的键能大于S—S的键能,D项错误。
2.在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2分子中:(1)以非极性键相结合的非极性分子是 。 (2)以极性键相结合,具有直线形结构的非极性分子是 。 (3)以极性键相结合,具有三角锥形结构的极性分子是 。 (4)以极性键相结合,具有正四面体结构的非极性分子是 。 (5)以极性键相结合,具有V形结构的极性分子是 。 (6)以极性键相结合,而且分子极性最大的是 。
答案 (1)N2 (2)CS2 (3)NH3 (4)CH4 (5)H2O (6)HF解析 不同元素间形成的共价键均为极性键,以极性键形成的分子,正、负电中心重合的为非极性分子,不重合的为极性分子。
考向2.范德华力和氢键及其对物质性质的影响典例突破(1)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之间,其原因是 。 (2)NH3的沸点比PH3的 ,原因是 。 (3)H2S、CH4、H2O的沸点由高到低顺序为 。
答案 (1)甲硫醇不能形成分子间氢键,而水和甲醇均能,且水分子中形成的氢键比甲醇分子形成的氢键多(2)高 NH3形成分子间氢键 (3)H2O>H2S>CH4解析 (2)NH3能形成分子间氢键,故NH3的沸点比PH3的高。(3)H2S、CH4、H2O均为分子晶体,H2O分子间存在氢键,沸点较高,H2S、CH4的分子间范德华力随相对分子质量增大而增加,因此沸点由高到低的顺序为H2O>H2S>CH4。
针对训练1.(1)ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是 。 (2)NH3、CH3CH2OH、CH3CHO都极易溶于水的原因是 。
答案 (1)ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,极性较小(2)NH3、CH3CH2OH、CH3CHO都是极性分子,且都能与H2O形成分子间氢键
2.有关分子的熔点、沸点,回答下列各题。(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,但乙二胺比三甲胺的沸点高得多,原因是 。 (2)丙酸钠(CH3CH2COONa)和氨基乙酸钠均能水解,水解产物有丙酸(CH3CH2COOH)和氨基乙酸(H2NCH2COOH),常温下丙酸为液体,而氨基乙酸为固体,主要原因是 。 (3)硝酸和尿素( )的相对分子质量接近,但常温下硝酸为挥发性液体,尿素为固体,请解释原因: 。
(4)两个甲酸分子通过氢键形成二聚体(含八元环),写出二聚体结构简式: 。 (5)单质硫的某种同素异形体S8的熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主要原因为 。
答案 (1)乙二胺分子间可以形成氢键,三甲胺分子间不能形成氢键(2)羧基的存在使丙酸形成分子间氢键,而氨基乙酸分子中,羧基和氨基均能形成分子间氢键(3)尿素分子间存在氢键,使其熔、沸点升高,而硝酸分子内存在氢键,使其熔、沸点降低(4) (5)S8相对分子质量大,分子间范德华力大
归纳总结(1)一般来说,组成和结构相似的物质,随着相对分子质量的增大,范德华力逐渐增大。(2)范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质,范德华力越强,物质的熔点、沸点越高,硬度越大。(3)分子间氢键对物质性质的影响主要表现为使物质的熔、沸点升高,对电离和溶解度等产生影响。
陌生物质分子结构及性质的推测
例题.(1)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是 (填字母)。 A.spB.sp2C.sp3D.sp3d(2)SiCl4可发生水解反应,机理如下:含s、p、d轨道的杂化类型有:①dsp2;②sp3d;③sp3d2,中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为 (填标号)。
思路指导(1)Xe是第五周期的稀有气体元素,XeF2中心原子的价层电子对数;
(2)SiCl4发生水解反应的机理:
解析 (1)XeF2中Xe的价层电子对数为5,根据杂化过程中原子轨道总数不变可知,Xe原子要形成5个杂化轨道,sp、sp2、sp3杂化轨道总数分别为2、3、4,而sp3d杂化轨道总数为1+3+1=5,据此推测XeF2中心原子杂化方式为sp3d。(2)中间体SiCl4(H2O)中Si形成5个σ键,则Si的价层电子对数为5,杂化轨道数总数为5。dsp2、sp3d、sp3d2杂化的轨道总数依次为4、5、6,据此推测Si采取的杂化类型为sp3d。答案 (1)D (2)②
突破方法推测陌生分子中心原子的杂化方式中心原子杂化方式除了教材中介绍的sp、sp2、sp3杂化外,还有sp3d、dsp2、sp3d2、d2sp3等杂化类型。推测中心原子的杂化类型,要依据杂化过程中原子轨道总数不变和分子(或离子)的空间结构,推测依据:中心原子价层电子数=σ键电子对数+孤电子对数=杂化轨道总数。
针对训练1.雌黄(As2S3)的结构如图所示。下列说法不正确的是( )A.As、S原子的杂化方式均为sp3B.AsH3的沸点比NH3的低C.与As同周期且基态原子核外未成对电子数目相同的元素只有VD.已知As2F2分子中各原子均满足8电子稳定结构,分子中σ键和π键的个数比为3∶1
答案 C解析 As2S3分子中,As形成3个单键,含有1个孤电子对,杂化轨道数为4,杂化方式为sp3;S原子形成2个单键,含有2个孤电子对,杂化轨道数为4,杂化方式也是sp3,A正确;NH3分子间存在氢键,导致其沸点较高,即AsH3的沸点比NH3的低,B正确;基态As原子未成对电子数是3,第四周期元素中,与基态As原子核外未成对电子数目相同的元素有V、C,C错误;As2F2分子中各原子均满足8电子稳定结构,其结构式为F—As=As—F,σ键和π键的个数比为3∶1,D正确。
2.(2023山东淄博月考)(1)镍能形成多种配合物,其中Ni(CO)4和K2[Ni(CN)4]的相关信息如下:
Ni(CO)4为 (填“极性”或“非极性”)分子;Ni提供的空轨道数目为 。
(3)抗坏血酸的分子结构如图所示。
分子中碳原子的杂化轨道类型为 ;其 (填“易”或“难”)溶于水,原因是 。
答案 (1)非极性 4(2)低于 吡咯易形成分子间氢键(3)sp3、sp2 易 1个抗坏血酸分子中存在4个羟基,易与水形成氢键解析 (1)Ni(CO)4中Ni与CO中的C原子形成配位键,其空间结构为正四面体形,正、负电荷中心重合,则Ni(CO)4为非极性分子,Ni提供的空轨道数目为4。(3)由抗坏血酸的分子结构可知,碳原子的杂化轨道类型为sp3和sp2。
1.(2023全国乙卷,节选)中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物(MgxFe2-xSiO4)。已知一些物质的熔点数据如下表:
Na与Si均为第三周期元素。NaCl熔点明显高于SiCl4,原因是 。分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因 。 SiCl4的空间结构为 ,其中Si的轨道杂化形式为 。
答案 NaCl是离子晶体,SiCl4是分子晶体 SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点逐渐升高;同是分子晶体,范德华力随相对分子质量增大而增大 正四面体 sp3解析 离子晶体与分子晶体的熔点高低影响因素不同,离子晶体熔化时需破坏的是离子键,而分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力,因此氯化钠的熔点更高。SiCl4、GeCl4、SnCl4三者晶体类型相同,影响其熔点高低的因素为范德华力,范德华力随相对分子质量的增大而递增,晶体熔点也随着范德华力的增大而升高。SiCl4的中心原子的价层电子对数为4,Si的杂化方式为sp3,空间结构为正四面体形。
2.(1)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如图所示。PH3中P的杂化类型是 。
(2)(2022山东卷,节选)①吡啶( )替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的 大π键,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据 (填字母)。 A.2s轨道B.2p轨道 C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道
②在水中的溶解度,吡啶远大于苯,主要原因是 , 。
答案 (1)sp3 (2)①D ②吡啶能与H2O分子形成分子间氢键 吡啶和H2O均为极性分子“相似相溶”,而苯为非极性分子 ③
解析 (1)由PH3的空间结构可知,P原子形成3个P—H且含1个孤电子对,则P原子的价层电子对数为4,其杂化类型为sp3。
1.结合实例了解共价分子具有特定的空间结构,并可运用相关理论和模型进行解释和预测。2.知道分子的结构可以通过波谱、晶体X射线衍射等技术进行测定。3.知道分子可以分为极性分子和非极性分子,知道分子极性与分子中键的极性、分子的空间结构密切相关。4.结合实例初步认识分子的手性对其性质的影响。
一、价层电子对互斥模型(VSEPR mdel) 用来预测分子的空间结构1.理论要点(1)价层电子对互斥模型认为,分子的空间结构是中心原子周围的“价层电子对” 相互排斥 的结果。 (2)VSEPR的“价层电子对”是指分子中的中心原子与结合原子间的σ键电子对和中心原子上的 孤电子对 。 多重键只计其中的σ键电子对,不计π键电子对
2.中心原子价层电子对数的计算用价层电子对互斥模型推测分子的空间结构的关键是判断分子中的中心原子上的价层电子对数。其中:a为中心原子的价电子数(对于主族元素等于原子的 最外层 电子数,阳离子要减去电荷数,阴离子要加上电荷数);x为与中心原子结合的原子数;b为与中心原子结合的原子最多能 接受 的电子数(氢原子为1,其他原子=8-该原子的价电子数,如卤族元素为1,氧族元素为2等)。
3.VSEPR模型与分子(或离子)空间结构的关系
应用提升 VSEPR模型与分子(或离子)空间结构的关系(1)VSEPR模型反映中心原子的价层电子对的空间结构,而分子(或离子)的空间结构是指σ键电子对的空间结构,不包括孤电子对。(2)VSEPR模型和分子的空间结构不一定相同,还要看中心原子是否有孤电子对,若不含孤电子对,二者空间结构相同,否则不相同。
二、杂化轨道理论简介1.理论要点(1)当原子成键时,原子中能量 相近 的价电子轨道发生混杂,混杂时保持轨道总数 不变 ,得到与原轨道数目 相等 、方向 不同 的一组新的杂化轨道。 (2)杂化轨道数不同,轨道间的 夹角 不同,形成分子的空间结构也不同。
3.杂化轨道类型与分子(或离子)空间结构的关系
微点拨杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相同,中心原子杂化类型相同时孤电子对数越多,键角越小。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)价层电子对互斥模型中,π键电子对数不计入中心原子的价层电子对数。( √ )(2)PH3分子的空间结构为三角锥形,则P原子采取sp2杂化。( × )(3)所有空间构型为平面三角形的分子,中心原子均采取sp3杂化。( × )
三、分子的性质1.共价键的极性和分子的极性(1)键的极性键的极性对物质的化学性质有重要影响。例如,羧酸(R—COOH)的酸性强弱与其分子中—R的组成和结构有关。
微点拨根据分子中化学键的极性的向量和判断分子的极性,当分子中各个键的极性的向量和等于0时,是非极性分子,否则是极性分子。
(3)键的极性对羧酸酸性的影响
2.范德华力及其对物质性质的影响
3.氢键及其对物质性质的影响
4.溶解性(1)“相似相溶”的规律:非极性溶质一般能溶于 非极性 溶剂,极性溶质一般能溶于 极性 溶剂。若溶剂和溶质分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度 增大 。 (2)“相似相溶”还适用于分子结构的相似性。乙醇中的—OH与水分子的—OH相近,因而乙醇能与水互溶。
应用提升 分子极性与键的极性的关系
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)臭氧(O3)分子有极性,分子中的共价键是极性键。( √ )(2)HF、HCl、HBr、HI的相对分子质量依次增大,故其沸点依次升高。( × )(3)氢键是一种特殊的化学键,具有饱和性和方向性。( × )(4)H2O的稳定性强于H2S,其原因是H2O分子间存在氢键。( × )
考向1.价层电子对互斥模型、杂化轨道理论及应用
典例突破1.(1)OF2分子中,中心原子上的σ键电子对数为 ,孤电子对数为 ,价层电子对数为 ,中心原子的杂化方式为 杂化,VSEPR模型为 ,分子的空间结构为 。 (2)BF3分子中,中心原子上的σ键电子对数为 ,孤电子对数为 ,价层电子对数为 ,中心原子的杂化方式为 杂化,VSEPR模型为 ,分子的空间结构为 。 (3)磷酸根离子的空间结构为 ,其中P的价层电子对数为 。
答案 (1)2 2 4 sp3 四面体形 V形(2)3 0 3 sp2 平面三角形 平面三角形 (3)正四面体形 4解析 (1)OF2分子中,中心原子为O原子,与2个F原子形成σ键,故σ键电子对数为2,孤电子对数为 (6-2×1)=2,价层电子对数为4,中心原子的杂化方式为sp3杂化,VSEPR模型为四面体形,分子的空间结构为V形。(2)BF3分子中,σ键电子对数为3,孤电子对数为0,价层电子对数为3,中心原子的杂化方式为sp2杂化,VSEPR模型为平面三角形,分子的空间结构为平面三角形。
2.(1)已知KH2PO2是次磷酸的正盐,H3PO2的结构式为 ,其中P采取 杂化方式。 (2)利用价层电子对互斥理论推断下列分子或离子的空间结构:SeO3 ;SCl2 ; HCHO ;HCN 。
(2)平面三角形 V形 直线形 V形 平面三角形 直线形
针对训练1. 第ⅥA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态,含第ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。下列说法正确的是( )A.O、S、Se元素的第一电离能:O>S>SeB.气态SeO3、 的VSEPR模型均为平面三角形C.NH3、H2S的VSEPR模型和分子的空间结构均相同D.S单质的常见形式为S8,其环状结构如图所示,则S原子采取的杂化方式为sp2杂化
答案 A解析 同主族元素的第一电离能从上到下逐渐减小,则O、S、Se元素的第一电离能为O>S>Se,A正确。SeO3的VSEPR模型为平面三角形, 的VSEPR模型为四面体形,B错误。NH3中N原子含有3个成键电子对和1个孤电子对,H2S分子的S原子最外层含有2个成键电子对和2个孤电子对,则二者的VSEPR模型均为四面体形,而NH3的空间结构为三角锥形,H2S分子的空间结构为V形,C错误。由S8分子的结构可知,S原子采取sp3杂化,D错误。
2.(1)有机碱 中,N原子的杂化轨道类型是 。 (2)COCl2分子中所有原子均满足8电子稳定结构,COCl2分子中σ键和π键的个数比为 ,中心原子的杂化轨道类型为 。
(3)As4O6的分子结构如图所示,其中As原子的杂化轨道类型为 。 (4) 中,Al原子的杂化轨道类型为 。
答案 (1)sp3 (2)3∶1 sp2 (3)sp3 (4)sp3解析 (1)有机碱 中,N原子形成4个σ键,不含孤电子对,则N的价层电子对数为4,杂化轨道类型为sp3杂化。(2)COCl2的结构式为 ,中心C原子的价层电子对数为3,杂化类型为sp2。(3)由As4O6的结构可知,中心原子As的价层电子对数为4,孤电子对数为1,As原子的杂化轨道类型为sp3杂化。(4) 的价层电子对数为4,Al原子的杂化轨道类型为sp3。
答案 (1)sp3 sp3 (2)三角锥形 sp3杂化解析 (1)乙二胺中N原子形成3个单键,含有1个孤电子对,属于sp3杂化;C原子形成4个单键,不存在孤电子对,属于sp3杂化。
(2)根据中心原子价层电子对数判断杂化轨道类型
(3)根据杂化轨道之间的夹角判断
(4)根据分子(或离子)的空间结构判断
考向2.分子中键角大小的判断
典例突破比较下列分子或离子中的键角大小(填“>”“<”或“=”)。(1)BF3 NCl3,H2O CS2。 (2)H2O NH3 CH4,SO3 。 (3)H2O H2S,NCl3 PCl3。 (4)NF3 NCl3,PCl3 PBr3。
答案 (1)> < (2)< < > (3)> > (4)< <
针对训练1.(1)常温常压下SnCl4为无色液体,SnCl4空间结构为 ;NH3、PH3、AsH3的键角由大到小的顺序为 。 (2)(2022湖南卷,节选)乙烷硒啉(Ethaselen)是一种抗癌新药,其结构简式如下:
①基态Se原子的核外电子排布式为[Ar] ; ②该新药分子中有 种不同化学环境的C原子; ③比较键角大小:气态SeO3分子 (填“>”“<”或“=”)离子,原因是 。
(3)(2022北京卷,节选)比较 和H2O分子中的键角大小并给出相应解释: 。
答案 (1)正四面体形 NH3>PH3>AsH3(2)①3d104s24p4 ②8 ③> SeO3的空间结构为平面三角形, 的空间结构为三角锥形(3) 的键角大于H2O的, 中S原子的价层电子对数为4、孤电子对数为0,离子的空间结构为正四面体形,H2O分子中O原子的价层电子对数为4、孤电子对数为2,分子的空间结构为V形
解析 (1)SnCl4分子中Sn原子价层电子对数为4+ (4-4×1)=4,不含孤电子对,则SnCl4分子的空间结构均为正四面体形。NH3、PH3、AsH3的中心原子(N、P、As)的价层电子对数均为3+ (5-3×1)=4,均含1个孤电子对。由于元素的电负性:N>P>As,中心原子对价层电子对的吸引力:N>P>As,则电子对之间的排斥力:N>P>As,故键角:NH3>PH3>AsH3。(2)①硒元素的原子序数为34,基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s24p4。②由结构简式可知,乙烷硒啉的分子结构对称,分子中含有8种不同化学环境的碳原子。③三氧化硒分子中硒原子的价层电子对数为3,孤电子对数为0,分子的空间结构为平面三角形,键角为120°;亚硒酸根离子中硒原子的价层电子对数为4,孤电子对数为1,离子的空间结构为三角锥形,键角小于120°。
2.(1)在 分子中,键角∠HCO (填“>”“<”或“=”)∠HCH。理由是 。
(2)NH3分子中H—N—H的键角为107°,其VSEPR模型为 。 [Zn(NH3)6]2+的部分结构及H—N—H键角的值如图所示。解释NH3形成[Zn(NH3)6]2+后H—N—H键角变大的原因: 。
答案 (1)> π键斥力大于σ键斥力(2)四面体形 NH3分子中N的孤电子对进入Zn2+的空轨道后形成配位键,原孤电子对与成键电子对间的斥力变为成键电子对间的斥力,斥力减弱,所以NH3形成[Zn(NH3)6]2+后H—N—H键角变大
归纳总结分子中键角大小的判断(1)先判断中心原子的杂化类型,若杂化类型不同,则其键角大小为sp杂化(180°)>sp2杂化(120°)>sp3杂化(109°28'),如CO2、BF3、CH4。(2)当中心原子的杂化类型相同时,中心原子上的孤电子对数越多,键角越小,如H2O、NH3、CH4。(3)当中心原子的杂化类型和孤电子对数都相同时,可根据中心原子和配位原子电负性大小判断,中心原子电负性越大,键角越大,如NH3、PH3;配位原子电负性越大,键角越小,如NF3、NCl3。(4)双键间斥力>双键与单键间的斥力>单键间的斥力,如HCHO中∠O—C—H(大于120°)大于∠H—C—H(小于120°)。
考向1.分子的极性和键的极性
典例突破如图所示是过氧化氢(H2O2)分子的空间结构示意图。
(1)写出过氧化氢分子的电子式: 。 (2)下列关于过氧化氢的说法中正确的是 (填序号)。 ①分子中有极性键 ②分子中有非极性键 ③氧原子的杂化方式为sp2杂化 ④O—O共价键是p-p σ键 ⑤分子是非极性分子(3)过氧化氢难溶于二硫化碳,主要原因是 ; 过氧化氢易溶于水,主要原因是 。
(3)H2O2分子是极性分子,CS2分子是非极性分子,根据“相似相溶”规律,H2O2难溶于CS2 H2O2分子与H2O分子之间形成氢键解析 (2)在H—O—O—H分子中,H—O是极性键,O—O是非极性键;由于H2O2分子具有图中所示的空间结构,所以H2O2分子是极性分子;借助H2O分子中氧原子的杂化方式可知,H2O2分子中氧原子的杂化方式是sp3,所以O—O共价键不是p-p σ键。
针对训练1.二氯化二硫(S2Cl2)是非平面结构,常温下是一种黄红色液体,有刺激性恶臭,熔点为80 ℃,沸点为135.6 ℃,对于二氯化二硫叙述正确的是( )B.分子中既有极性键又有非极性键C.二氯化二硫属于非极性分子D.分子中S—Cl的键能小于S—S的键能
答案 B解析 类似于H2O2分子的结构,二氯化二硫的结构式为Cl—S—S—Cl,其电子式为 ,A项错误;分子中Cl—S是极性键,S—S是非极性键,B项正确;二氯化二硫分子呈空间立体结构,分子结构不完全对称,正、负电荷的中心不重合,属于极性分子,C项错误;S原子半径大于Cl原子半径,则S—Cl的键长小于S—S的键长,故S—Cl的键能大于S—S的键能,D项错误。
2.在HF、H2O、NH3、CS2、CH4、N2分子中:(1)以非极性键相结合的非极性分子是 。 (2)以极性键相结合,具有直线形结构的非极性分子是 。 (3)以极性键相结合,具有三角锥形结构的极性分子是 。 (4)以极性键相结合,具有正四面体结构的非极性分子是 。 (5)以极性键相结合,具有V形结构的极性分子是 。 (6)以极性键相结合,而且分子极性最大的是 。
答案 (1)N2 (2)CS2 (3)NH3 (4)CH4 (5)H2O (6)HF解析 不同元素间形成的共价键均为极性键,以极性键形成的分子,正、负电中心重合的为非极性分子,不重合的为极性分子。
考向2.范德华力和氢键及其对物质性质的影响典例突破(1)甲醇的沸点(64.7 ℃)介于水(100 ℃)和甲硫醇(CH3SH,7.6 ℃)之间,其原因是 。 (2)NH3的沸点比PH3的 ,原因是 。 (3)H2S、CH4、H2O的沸点由高到低顺序为 。
答案 (1)甲硫醇不能形成分子间氢键,而水和甲醇均能,且水分子中形成的氢键比甲醇分子形成的氢键多(2)高 NH3形成分子间氢键 (3)H2O>H2S>CH4解析 (2)NH3能形成分子间氢键,故NH3的沸点比PH3的高。(3)H2S、CH4、H2O均为分子晶体,H2O分子间存在氢键,沸点较高,H2S、CH4的分子间范德华力随相对分子质量增大而增加,因此沸点由高到低的顺序为H2O>H2S>CH4。
针对训练1.(1)ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是 。 (2)NH3、CH3CH2OH、CH3CHO都极易溶于水的原因是 。
答案 (1)ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,极性较小(2)NH3、CH3CH2OH、CH3CHO都是极性分子,且都能与H2O形成分子间氢键
2.有关分子的熔点、沸点,回答下列各题。(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,但乙二胺比三甲胺的沸点高得多,原因是 。 (2)丙酸钠(CH3CH2COONa)和氨基乙酸钠均能水解,水解产物有丙酸(CH3CH2COOH)和氨基乙酸(H2NCH2COOH),常温下丙酸为液体,而氨基乙酸为固体,主要原因是 。 (3)硝酸和尿素( )的相对分子质量接近,但常温下硝酸为挥发性液体,尿素为固体,请解释原因: 。
(4)两个甲酸分子通过氢键形成二聚体(含八元环),写出二聚体结构简式: 。 (5)单质硫的某种同素异形体S8的熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主要原因为 。
答案 (1)乙二胺分子间可以形成氢键,三甲胺分子间不能形成氢键(2)羧基的存在使丙酸形成分子间氢键,而氨基乙酸分子中,羧基和氨基均能形成分子间氢键(3)尿素分子间存在氢键,使其熔、沸点升高,而硝酸分子内存在氢键,使其熔、沸点降低(4) (5)S8相对分子质量大,分子间范德华力大
归纳总结(1)一般来说,组成和结构相似的物质,随着相对分子质量的增大,范德华力逐渐增大。(2)范德华力主要影响物质的熔点、沸点、硬度等物理性质,范德华力越强,物质的熔点、沸点越高,硬度越大。(3)分子间氢键对物质性质的影响主要表现为使物质的熔、沸点升高,对电离和溶解度等产生影响。
陌生物质分子结构及性质的推测
例题.(1)Xe是第五周期的稀有气体元素,与F形成的XeF2室温下易升华。下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是 (填字母)。 A.spB.sp2C.sp3D.sp3d(2)SiCl4可发生水解反应,机理如下:含s、p、d轨道的杂化类型有:①dsp2;②sp3d;③sp3d2,中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为 (填标号)。
思路指导(1)Xe是第五周期的稀有气体元素,XeF2中心原子的价层电子对数;
(2)SiCl4发生水解反应的机理:
解析 (1)XeF2中Xe的价层电子对数为5,根据杂化过程中原子轨道总数不变可知,Xe原子要形成5个杂化轨道,sp、sp2、sp3杂化轨道总数分别为2、3、4,而sp3d杂化轨道总数为1+3+1=5,据此推测XeF2中心原子杂化方式为sp3d。(2)中间体SiCl4(H2O)中Si形成5个σ键,则Si的价层电子对数为5,杂化轨道数总数为5。dsp2、sp3d、sp3d2杂化的轨道总数依次为4、5、6,据此推测Si采取的杂化类型为sp3d。答案 (1)D (2)②
突破方法推测陌生分子中心原子的杂化方式中心原子杂化方式除了教材中介绍的sp、sp2、sp3杂化外,还有sp3d、dsp2、sp3d2、d2sp3等杂化类型。推测中心原子的杂化类型,要依据杂化过程中原子轨道总数不变和分子(或离子)的空间结构,推测依据:中心原子价层电子数=σ键电子对数+孤电子对数=杂化轨道总数。
针对训练1.雌黄(As2S3)的结构如图所示。下列说法不正确的是( )A.As、S原子的杂化方式均为sp3B.AsH3的沸点比NH3的低C.与As同周期且基态原子核外未成对电子数目相同的元素只有VD.已知As2F2分子中各原子均满足8电子稳定结构,分子中σ键和π键的个数比为3∶1
答案 C解析 As2S3分子中,As形成3个单键,含有1个孤电子对,杂化轨道数为4,杂化方式为sp3;S原子形成2个单键,含有2个孤电子对,杂化轨道数为4,杂化方式也是sp3,A正确;NH3分子间存在氢键,导致其沸点较高,即AsH3的沸点比NH3的低,B正确;基态As原子未成对电子数是3,第四周期元素中,与基态As原子核外未成对电子数目相同的元素有V、C,C错误;As2F2分子中各原子均满足8电子稳定结构,其结构式为F—As=As—F,σ键和π键的个数比为3∶1,D正确。
2.(2023山东淄博月考)(1)镍能形成多种配合物,其中Ni(CO)4和K2[Ni(CN)4]的相关信息如下:
Ni(CO)4为 (填“极性”或“非极性”)分子;Ni提供的空轨道数目为 。
(3)抗坏血酸的分子结构如图所示。
分子中碳原子的杂化轨道类型为 ;其 (填“易”或“难”)溶于水,原因是 。
答案 (1)非极性 4(2)低于 吡咯易形成分子间氢键(3)sp3、sp2 易 1个抗坏血酸分子中存在4个羟基,易与水形成氢键解析 (1)Ni(CO)4中Ni与CO中的C原子形成配位键,其空间结构为正四面体形,正、负电荷中心重合,则Ni(CO)4为非极性分子,Ni提供的空轨道数目为4。(3)由抗坏血酸的分子结构可知,碳原子的杂化轨道类型为sp3和sp2。
1.(2023全国乙卷,节选)中国第一辆火星车“祝融号”成功登陆火星。探测发现火星上存在大量橄榄石矿物(MgxFe2-xSiO4)。已知一些物质的熔点数据如下表:
Na与Si均为第三周期元素。NaCl熔点明显高于SiCl4,原因是 。分析同族元素的氯化物SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因 。 SiCl4的空间结构为 ,其中Si的轨道杂化形式为 。
答案 NaCl是离子晶体,SiCl4是分子晶体 SiCl4、GeCl4、SnCl4熔点逐渐升高;同是分子晶体,范德华力随相对分子质量增大而增大 正四面体 sp3解析 离子晶体与分子晶体的熔点高低影响因素不同,离子晶体熔化时需破坏的是离子键,而分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力,因此氯化钠的熔点更高。SiCl4、GeCl4、SnCl4三者晶体类型相同,影响其熔点高低的因素为范德华力,范德华力随相对分子质量的增大而递增,晶体熔点也随着范德华力的增大而升高。SiCl4的中心原子的价层电子对数为4,Si的杂化方式为sp3,空间结构为正四面体形。
2.(1)[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如图所示。PH3中P的杂化类型是 。
(2)(2022山东卷,节选)①吡啶( )替代苯也可形成类似的笼形包合物。已知吡啶中含有与苯类似的 大π键,则吡啶中N原子的价层孤电子对占据 (填字母)。 A.2s轨道B.2p轨道 C.sp杂化轨道 D.sp2杂化轨道
②在水中的溶解度,吡啶远大于苯,主要原因是 , 。
答案 (1)sp3 (2)①D ②吡啶能与H2O分子形成分子间氢键 吡啶和H2O均为极性分子“相似相溶”,而苯为非极性分子 ③
解析 (1)由PH3的空间结构可知,P原子形成3个P—H且含1个孤电子对,则P原子的价层电子对数为4,其杂化类型为sp3。
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