高考化學 專題4 第一單元 分子構型與物質的性質 蘇教版選修3

歡迎進入化學課堂 專題4分子空間結構與物質性質 專題4分子空間結構與物質性質 第一單元分子構型與物質的性質 課程標準導航1 初步認識分子空間構型 鍵角 極性分子 非極性分子 手性分子等概念 2 了解雜化軌道的類型 sp3 sp2 sp 并能運用雜化軌道理論判斷分子的空間構型 3 學習運用模型化思想判斷分子的空間構型 4 理解物質結構與性質之間的辯證關系 性質與應用之間的紐帶關系 5 認識分子的空間構型與極性的關系 能運用有關理論預測分子的極性 自主學習一 分子的空間構型1 雜化軌道理論 1 軌道的雜化原子內部 的原子軌道重新組合生成與原軌道數(shù) 的一組新軌道的過程 能量相近 相等 2 雜化軌道雜化后形成的新的 的一組原子軌道 3 雜化類型 sp雜化sp雜化軌道是由 ns軌道和 np軌道組合而成的 每個sp雜化軌道都含有s和p軌道的成分 能量相同 一個 一個 雜化軌道間的夾角為 呈 sp2雜化sp2雜化軌道是由 ns軌道和 np軌道組合而成的 每個sp2雜化軌道都含有s和p軌道的成分 雜化軌道間的夾角為 呈 180 直線形 一個 兩個 120 平面三角形 sp3雜化sp3雜化軌道是由 ns軌道和 np軌道組合而成的 每個sp3雜化軌道都含有s和p軌道的成分 雜化軌道間的夾角為 空間構型為 一個 三個 109 5 正四面體形 2 價層電子對互斥理論分子中的價電子對 包括 和 由于 作用 而趨向于盡可能彼此遠離以減小 分子盡可能采取 的空間構型 電子對之間的夾角越大 排斥力 3 等電子原理 是指具有相同 和相同 具有相同的結構特征 成鍵電子對 孤電子對 相互排斥 斥力 對稱 越小 價電子數(shù) 原子數(shù)的分子或離子 想一想1 用雜化軌道理論分析NH3呈三角錐形的原因 提示 氨分子中的氮原子價電子的軌道表示式為 1個2s軌道與3個2p軌道雜化后 形成4個sp3雜化軌道 其中3個雜化軌道中是成單電子 分別與3個氫原子形成 鍵 1個雜化軌道中是成對電子 不形成共價鍵 sp3雜化軌道應為正四面體構型 但由于孤電子對不形成化學鍵 故NH3分子為三角錐形 二 分子的極性1 鍵的極性與非極性 兩種非金屬元素之間形成化學鍵 如果兩種元素相同 則兩者之間為 若兩者不同 則形成 2 1 極性分子 正電荷重心和負電荷重心 的分子稱為極性分子 非極性鍵 極性鍵 不重合 2 非極性分子 正電荷重心和負電荷重心 的分子稱為非極性分子 3 相似相溶規(guī)則 一般情況下 由極性分子構成的物質易溶于 溶劑 由非極性分子構成的物質易溶于 溶劑 重合 極性 非極性 想一想2 NH3極易溶于水的原因是什么 提示 NH3和H2O均是極性分子 根據(jù) 相似相溶規(guī)則 知 兩者可以相互溶解 三 手性分子1 手性異構現(xiàn)象 具有完全相同的組成和原子排列的分子 如左手和右手一樣互為 在三維空間里 的現(xiàn)象 2 手性分子 具有 的分子 3 手性碳原子 在有機物分子中 連接 的碳原子 鏡像 不能重疊 手性異構體 四個不同的原子或基團 想一想3 手性碳原子有什么特點 提示 連接四個不同的原子或基團的碳原子稱為手性碳原子 具有手性的有機物 是因為其含有手性碳原子造成的 如右圖中碳原子稱為手性碳原子 用 C表示 R1 R2 R3 R4是互不相同的原子或基團 所以 判斷一種有機物是否具有手性異構體 就看其含有的碳原子是否連有四個不同的原子或基團 自主體驗1 下列有關乙炔分子中的化學鍵描述正確的是 A 乙炔為直線形B 兩個碳原子采用sp2雜化方式C 每個碳原子都有兩個未雜化的2p軌道形成 鍵D 兩個碳原子之間僅形成兩個 鍵 解析 選C 乙炔分子中的兩個碳原子采用sp雜化方式 形成2個sp雜化軌道 與2個H原子形成C H 鍵 2個碳原子各以1個sp軌道形成C C 鍵 又用兩個未雜化的2p軌道形成2個 鍵 碳碳之間為叁鍵 2 下列各組物質中 都是由極性鍵構成的極性分子的是 A CH4和Br2B NH3和H2OC H2S和CCl4D CO2和HCl解析 選B A選項中的Br2和CH4 C選項中的CCl4 D選項中的CO2都是非極性分子 3 下列化合物中含有手性碳原子的是 解析 選B 連接四個不同的原子或基團的碳原子叫手性碳原子 A選項中碳原子上連有兩個氯原子和兩個氟原子 B選項中有一個碳原子連有氫原子 甲基 羥基 羧基四個不同的原子或基團 C D中的每個碳原子都連有兩個或兩個以上相同的原子或基團 4 下列物質屬于等電子體的一組是 A CH4和NH3B B3H6N3和C6H6C F 和MgD H2O和CH4解析 選B 本題主要考查對等電子體概念的理解 等電子體需具備兩個條件 一是微粒的原子總數(shù)相同 二是微粒的價電子總數(shù)相同 分析可知B項正確 A項中CH4與NH3原子總數(shù)不相同 C項中F 和Mg的價電子總數(shù)不相同 D項中H2O和CH4的原子總數(shù)不相同 探究導引1碳原子的價電子構型為2s22p2 是由一個2s軌道和三個2p軌道組成的 用它們和4個氫原子的1s原子軌道重疊 可得到正四面體構型的甲烷分子 請用雜化軌道理論解釋 提示 CH4分子的形成過程 碳原子2s軌道中1個電子吸收能量躍遷到2p空軌道上 這個過程稱為激發(fā) 但此時各個軌道的能量并不完全相同 于是1個2s軌道和3個2p軌道 混合 起來 形成能量相等 成分相同的4個sp3雜化軌道 然后4個sp3雜化軌道上的電子間相互排斥 使四個雜化軌道指向空間距離最遠的正四面體的四個頂點 碳原子的4個sp3雜化軌道分別與4個H原子的1s軌道形成4個相同的 鍵 從而形成CH4分子 由于4個C H鍵完全相同 所以形成的CH4分子為正四面體形 鍵角是109 5 探究導引2孤電子對和成鍵電子對對分子空間結構有哪些影響 提示 價層電子對包含孤電子對和成鍵電子對 價層電子對之間存在相互排斥作用 它們總是趨向于盡可能相互遠離 其相互關系可簡單表示如下 價層電子對 成鍵電子對 孤電子對 探究導引3CH4中的C原子和NH3中的N原子同樣是發(fā)生sp3雜化 為什么兩者的分子空間構型不同 提示 CH4分子中C原子無孤電子對 C原子發(fā)生sp3雜化 根據(jù)價層電子對互斥理論知 CH4為正四面體結構 NH3分子中N原子有一孤電子對 N原子發(fā)生sp3雜化 孤電子對占據(jù)一個軌道 所以NH3為三角錐形 要點歸納1 sp型三種雜化類型的比較 特別提醒1 雜化軌道間的夾角與分子內的鍵角不一定相等 中心原子雜化類型相同時 孤電子對越多 鍵角越小 無孤電子對時 鍵角相同 2 雜化軌道數(shù)與參與雜化的原子軌道數(shù)相同 但能量不同 3 雜化軌道應盡量占據(jù)整個空間使它們之間的排斥力最小 4 雜化軌道的類型與分子的空間構型有關 2 價層電子對數(shù)與分子空間構型的關系 特別提醒1 價電子對包括孤電子對和成鍵電子對 一般孤電子對離核較近 2 價電子對之間存在相互排斥作用 為減小斥力 相互之間盡可能遠離 因此分子的空間構型受到影響 一般 分子盡可能采取對稱的空間結構以減小斥力 相鄰電子對間斥力大小順序 孤電子對 孤電子對 孤電子對 成鍵電子對 成鍵電子對 成鍵電子對 即時應用1 下列物質中 分子的空間結構與水分子相似的是 A CO2B H2SC PCl3D SiCl4解析 選B 水分子為V形 A項CO2為直線形 B項H2S為V形 C項PCl3為三角錐形 D項SiCl4為正四面體形 探究導引以極性鍵結合的分子一定是極性分子嗎 提示 不一定 分子的極性要以分子的空間結構來看 而鍵的鍵性與兩原子有關 如CH4分子 C與H之間為極性鍵 四個碳氫鍵在空間呈正四面體 正負中心重合 即CH4為非極性分子 要點歸納1 鍵的極性和分子的極性 特別提醒1 極性分子中一定有極性鍵 而非極性分子中不一定只有非極性鍵 例如 CH4是非極性分子 只有極性鍵 2 含有非極性鍵的分子不一定為非極性分子 如H2O2是含有非極性鍵的極性分子 2 判斷ABn型分子極性的經(jīng)驗規(guī)律若中心原子A的化合價的絕對值等于該元素所在的主族序數(shù) 則為非極性分子 若不等則為極性分子 如下表 即時應用2 PH3的分子構型為三角錐形 BeCl2的分子構型為直線形 CH4的分子構型為正四面體形 CO2的分子構型為直線形 BF3的分子構型為平面正三角形 NF3的分子構型為三角錐形 下面對分子極性的判斷正確的是 A 為極性分子 為非極性分子B 只有 為非極性分子 其余為極性分子C 只有 是極性分子 其余為非極性分子D 只有 是非極性分子 其余是極性分子解析 選A CO2分子為直線形 鍵的極性抵消 為非極性分子 CH4為正四面體形分子 故鍵的極性也可抵消 為非極性分子 NF3中由于N原子的孤電子對對成鍵電子對的排斥作用 使電子不能均勻分布 故為極性分子 同理 PH3也為極性分子 BeCl2分子構型為直線形 故鍵的極性可抵消 為非極性分子 BF3分子構型為平面正三角形 鍵的極性抵消 故為非極性分子 探究導引NH3 H2O均為10電子 故兩者為等電子體關系 正確嗎 提示 不正確 等電子體含有的原子數(shù)必須相等 要點歸納等電子原理可以判斷一些簡單分子或離子的空間構型 1 N2 CO CN 都是雙原子的分子或離子 價電子總數(shù)為10 兩個原子間都以叁鍵相結合 叁鍵中有一個 鍵 兩個 鍵 6 等電子體不僅有相似的空間構型 而且有相似的性質 如晶體硅 鍺是良好的半導體材料 它們的等電子體AlP GaAs也都是良好的半導體材料 即時應用 下列關于原子軌道的說法正確的是 A 凡是中心原子采取sp3雜化軌道成鍵的分子其空間構型都是正四面體形 B CH4分子中的sp3雜化軌道是由4個H原子的1s軌道和C原子的2p軌道混合起來而形成的C sp3雜化軌道是由同一個原子中能量相近的s軌道和p軌道混合起來形成的一組能量相近的新軌道D 凡AB3型的共價化合物 其中心原子A均采用sp3雜化軌道成鍵 思路點撥 理解sp sp2 sp3雜化的含義 解析 H2O NH3中的O N均為sp3雜化 但空間構型卻分別為V形和三角錐形 故A項錯誤 sp3雜化是由同一個原子的1個s軌道和3個p軌道形成的一組能量相近的雜化軌道 故B項錯誤 C項正確 BF3中的B為sp2雜化 故D項錯誤 答案 C 規(guī)律方法 sp雜化軌道是由1個s軌道和1個p軌道雜化而成的 sp2雜化軌道是由1個s軌道和2個p軌道雜化而成的 sp3雜化軌道是由1個s軌道和3個p軌道雜化而成的 雜化軌道不但形成共價鍵 還可以容納孤電子對 分子的空間構型不考慮孤電子對占據(jù)的空間 根據(jù)價層電子對互斥理論及原子的雜化理論判斷NF3分子的空間構型和中心原子的雜化方式為 A 直線形sp雜化B 三角形sp2雜化C 三角錐形sp2雜化D 三角錐形sp3雜化 思路點撥 判斷分子的雜化方式要計算中心原子的孤電子對數(shù)以及與中心原子相連的原子個數(shù) 解析 在NF3分子中N原子的孤電子對數(shù)為1 與其相連的原子數(shù)為3 所以根據(jù)價層電子對互斥理論可推知中心原子的雜化方式為sp3雜化 空間構型為三角錐形 類似于NH3 答案 D 規(guī)律方法 軌道雜化時 軌道的數(shù)目不變 軌道在空間的分布方向和分布情況發(fā)生改變 對于判斷分子的雜化方式及空間構型 一般要求我們熟記教材上常見的分子就可以了 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全