高考化学分子构型与物质的性质.docx
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高考化学分子构型与物质的性质
专题四分子空间结构与物质性质
第一单元 分子构型与物质的性质
思考、分析两个问题:
1.S原子与H原子结合为什么形成H2S分子,而不是H3S或H4S?
答案:
共价键具有饱和性,S原子最外层有两个未成对电子,故只可与两个H原子结合形成两对共用电子对,形成H2S分子,而不会形成H3S或H4S
2.C原子与H原子结合形成的是CH4分子?
而不是CH2或CH3?
CH4分子为什么具有正四面体的空间构型?
(1)杂化轨道的形成
碳原子的1个2s轨道上的电子进入2p空轨道,1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来,形成能量相同的4个sp3杂化轨道,可表示为
(2)共价键的形成
碳原子的4个sp3杂化轨道分别与四4个H原子的1s轨道重叠形成4个相同的σ键。
(3)CH4分子的空间构型
甲烷分子中的4个C—H是等同的,C—H之间的夹角——键角是109.5°,形成正四面体型分子。
sp3杂化
同一个原子中能量相近的一个ns轨道与三个np轨道进行混合组成四个新的原子轨道称为sp3杂化轨道。
一、杂化轨道及其理论要点
1.杂化:
原子内部能量相近的原子轨道,在外界条件影响下重新组合的过程
2.杂化轨道:
原子轨道组合杂化后形成的一组新轨道
3.轨道杂化的过程:
激发→杂化→轨道重叠。
4.杂化结果
①变化:
轨道的能量(降低)和方向发生改变;不变:
轨道数目不变
②杂化轨道的电子云形状一头大,一头小。
杂化轨道增强了成键能力。
例如一个ns轨道与三个np轨道进行混合杂化后得到4个sp3杂化轨道
③常见杂化类型:
sp、sp2、sp3
④杂化轨道成键时应满足化学键间最小排斥,最大夹角
如两个杂化轨道夹角理论上应为180°,三个杂化轨道为120°,四个为109°28′
⑤杂化轨道一般用于形成σ键或容纳孤电子对。
未参与杂化的轨道上的电子可形成π键
二、用杂化轨道理论解释分子的形成及分子中的成键情况
1.用杂化轨道理论解释BeCl2、BF3分子的形成
BF3是平面三角形构型,分子中键角均为120o;气态BeCl2是直线型分子构型,分子中键角为180o。
试用杂化轨道理论加以说明。
(1)BF3分子的形成
①sp2杂化:
同一个原子的一个ns轨道与两个np轨道进行杂化组合为sp2杂化轨道。
sp2杂化轨道间的夹角是120°,分子的几何构型为平面正三角形。
②杂化后的3个sp2杂化轨道分别与F原子的2p轨道发生重叠,形成3个σ键,构成正三角形的BF3分子。
(2)BeCl2分子的形成
①sp杂化:
同一原子中ns-np杂化成新轨道:
一个S轨道和一个P轨道杂化组合成两个新的sp杂化轨道。
②杂化后的2个sp杂化轨道分别与氯原子的3p轨道发生重叠,形成2个σ键,构成直线形的BeCl2分子。
2.用杂化轨道理论解释乙烯、乙炔分子中的成键情况
(1)乙烯分子中的成键情况
在乙烯分子中,C原子采取sp2杂化,形成3个杂化轨道,两个碳原子各以1个杂化轨道互相重叠,形成1个C—Cσ键,另外两个杂化轨道分别与氢原子的1s轨道重叠,形成2个C—Hσ键,这样形成的5个键在同一平面上,此外每个C原子还剩下1个未杂化的p轨道,它们发生重叠,形成一个π键。
其结构示意图如下:
(2)乙炔分子中的成键情况
在乙炔分子中,碳原子采取sp杂化,形成2个杂化轨道,两个碳原子各以1个杂化轨道互相重叠,形成1个C—Cσ键,每一个碳原子又各以1个sp轨道分别与1个氢原子形成σ键,这样形成的3个键在同一直线上,此外每个碳原子还有2个未杂化的2p轨道,它们发生重叠,形成两个π键。
其结构示意图如下:
三、杂化轨道的类型与分子空间构型的关系
杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原子轨道及数目
ns
np
杂化轨道数目
杂化轨道间的夹角
空间构型
实例
答案:
杂化类型
sp
sp2
sp3
参与杂化的原子轨道及数目
ns
1
1
1
np
1
2
3
杂化轨道数目
2
3
4
杂化轨道间的夹角
180°
120°
109.5°
空间构型
直线形
平面三角形
正四面体
实例
BeCl2、CO2、CS2
BCl3、BF3、BBr3
CF4、SiCl4、SiH4
[特别提醒]
(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。
[巩固练习]
1.s轨道和p轨道杂化的类型不可能有( )
A.sp杂化B.sp2杂化
C.sp3杂化D.sp4杂化
2.下列有关sp杂化轨道的叙述正确的是( )
A.是由一个1s轨道和一个2p轨道线性组合而成
B.sp杂化轨道中的两个杂化轨道完全相同
C.sp杂化轨道可与其他原子轨道形成σ键和π键
D.sp杂化轨道有两个,一个能量升高,另一个能量降低,但总能量保持不变
3. 下列关于杂化轨道的说法错误的是( )
A.所有原子轨道都参与杂化形成杂化轨道
B.同一原子中能量相近的原子轨道参与杂化
C.杂化轨道能量集中,有利于牢固成键
D.杂化轨道中不一定有一个电子
4. 有关杂化轨道的说法不正确的是( )
A.杂化前后的轨道数不变,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109.5°、120°、180°
C.杂化轨道既可形成σ键,又可形成π键
D.已知CO2为直线形分子,其分子结构可以用sp杂化轨道解释
5.在乙炔分子中有3个σ键、2个π键,它们分别是( )
A.sp杂化轨道形成σ键、未杂化的2个2p轨道形成2个π键,且互相垂直
B.sp杂化轨道形成σ键、未杂化的2个2p轨道形成2个π键,且互相平行
C.C—H之间是sp杂化轨道形成的σ键,C—C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
D.C—C之间是sp杂化轨道形成的σ键,C—H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键
6.在
分子中,羰基碳原子与甲基碳原子成键时所采取的杂化方式分别为( )
A.sp2杂化;sp2杂化B.sp3杂化;sp3杂化
C.sp2杂化;sp3杂化D.sp杂化;sp3杂化
7.下列分子的空间构型可用sp2杂化轨道来解释的是( )
①BF3 ②CH2===CH2 ③
④CH≡CH⑤NH3 ⑥CH4
A.①②③B.①⑤⑥
C.②③④D.③⑤⑥
8.石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的平面结构新型材料,石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯(图乙)。
(1)图甲中,1号C与相邻C形成σ键的个数为________。
(2)图乙中,1号C的杂化方式是________,该C与相邻C形成的键角________(填“>”“<”或“=”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。
答案:
1-7DBACACA.8.
(1)3
(2)sp3 <
四、价层电子对互斥理论(VSEPR)
1.价层电子对互斥理论的基本内容:
分子中的价电子对——成键电子对和孤电子对由于相互排斥作用,而趋向于尽可能彼此远离。
(1)当中心原子的价电子全部参与成键时,为使价电子斥力最小,就要求尽可能采取对称结构。
(2)当中心原子的价电子部分参与成键时,未参与成键的孤电子对与成键电子对之间及孤电子对之间、成键电子对之间的斥力不同,从而影响分子构型。
(3)电子对之间的夹角越大,相互之间的斥力越小。
(4)含孤电子对的斥力由大到小顺序:
孤电子对—孤电子对>孤电子对—单键>单键—单键。
2.价层电子对=成键电子对+孤对电子对
3.价层电子对互斥理论与分子的空间构型
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
4.ABm型分子中心原子价层电子对数目的计算方法
ABm型分子(A是中心原子,B是配位原子)中价层电子对数n的计算:
n=
(2)在计算中心原子的价层电子对数时应注意如下规定
①中心原子A的价电子数=主族序数=原子的最外层电子数
②作为配位原子,卤素原子和H原子提供1个电子,氧族元素的原子不提供电子;N原子按-1算;
③作为中心原子,卤素原子按提供7个电子计算,氧族元素的原子按提供6个电子计算;
④对于复杂离子,在计算价层电子对数时,还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数。
如PO
中P原子价层电子数应加上3,而NH
中N原子的价层电子数应减去1;
⑤计算电子对数时,若剩余1个电子,即出现奇数电子,也把这个单电子当作1对电子处理;
⑥双键、叁键等多重键作为1对电子看待。
5.价层电子对数与中心原子杂化方式的关系
价层电子对数目
2
3
4
中心原子杂化方式
sp
sp2
sp3
中心原子的价电子对数=成键电子对数+孤电子对数=σ键电子对数+孤电子对数=中心原子的杂化轨道数。
6.常见分子的价层电子对互斥模型和空间构型
物质
价层电子对数
成键(σ键)电子对数
孤电子对数
中心原子杂化方式
价层电子对空间构型(VSPER模型)
分子空间构型
键角
BeCl2
CO2
BF3
SO2
SO3
NO3-
CH4
CH3Cl
NH3
NH4+
H2O
H3O+
SO42-
答案:
物质
价层电子对数
成键(σ键)电子对数
孤电子对数
中心原子杂化方式
价层电子对空间构型(VSPER模型)
分子空间构型
键角
BeCl2
2
2
0
sp
直线形
直线形
180°
CO2
2
2
0
sp
直线形
直线形
180°
BF3
3
3
0
sp2
正三角形
正三角形
120°
SO2
3
2
1
sp2
正三角形
V形
SO3
3
3
0
sp2
正三角形
正三角形
120°
NO3-
3
3
0
sp2
正三角形
正三角形
120°
CH4
4
4
0
sp3
正四面体
正四面体
109°28′
CH3Cl
4
4
0
sp3
正四面体
四面体
NH3
4
3
1
sp3
正四面体
三角锥形
107.3°
NH4+
4
4
0
sp3
正四面体
正四面体
109°28′
H2O
4
2
2
sp3
正四面体
V形
104.5°
H3O+
4
3
1
sp3
正四面体
三角锥形
SO42-
4
4
0
sp3
正四面体
正四面体
109°28′
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- 高考 化学 分子 构型 物质 性质