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分子构型与物质的性质编稿：宋杰 审稿：张灿丽【学习目标】1、认识共价分子结构的多样性和复杂性，知道键角的涵义，了解极性分子和非极性分子，知道“相似相溶”规则；2、能根据有关理论判断简单分子或离子的空间构型；3、知道手性分子、手性异构体的涵义；4、结合实例理解等电子原理的涵义；5、结合实例说明等电子物质具有相似的结构和性质；6、结合实例说明等电子原理的应用。【要点梳理】【高清课堂：分子结构与性质#杂化轨道理论】要点一、杂化轨道理论 1杂化：杂化是指在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新轨道。这种轨道重新组合的过程叫做杂化，所形成的新轨道就称为杂化轨道。 2杂化的过程：杂化轨道理论认为在形成分子时，通常存在激发、杂化和轨道重叠等过程。如CH4分子的形成过程：碳原子2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上，这个过程称为激发，但此时各个轨道的能量并不完全相同，于是1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来，形成能量相等、成分相同的4个sp3。杂化轨道（如下图），然后4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使四个杂化轨道指向空间距离最远的正四面体的四个顶点，碳原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道重叠形成4个相同的键，从而形成CH4分子。由于4个CH键完全相同，所以形成的CH4分子为正四面体形，键角是109.5。 3杂化轨道的类型（1）sp杂化 sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道组合而成的。sp杂化轨道间的夹角是180，呈直线形。例如，气态的BeCl2分子的结构。Be原子的电子结构是1s22s2，从表面上看Be原子似乎不能形成共价键，但是在激发状态下，Be的一个2s电子可以进入2p轨道，经过杂化形成两个sp杂化轨道，与氯原子中的3p轨道重叠形成两个spp键。由于杂化轨道间的夹角为180，所以形成的BeCl2分子的空间结构是直线形的。 （2）sp2杂化 sp2杂化是由一个ns轨道和两个np轨道组合而成的。sp2杂化轨道间的夹角是120。例如BF3分子的结构，硼原子的电子层结构为1s22s22p1x，当硼与氟反应时，硼原子的一个2s电子激发到一个空的2p轨道中，使硼原子的电子层结构为1s22s12p1x2p1y。硼原子的2s轨道和两个2p轨道杂化组合成三个sp2杂化轨道，硼原子的三个sp2杂化轨道分别与三个F原子的各一个2p轨道重叠形成三个sp2p键，由于三个sp2杂化轨道在同一平面上，而且夹角为120，所以BF3分子具有平面三角形结构。 （3）sp3杂化 sp3杂化轨道是由一个ns轨道和三个np轨道组合而成。sp3杂化轨道间的夹角是109.5，空间构型为正四面体形。如CH4的成键过程与分子结构。 特别提示 当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，由于孤电子对参与互相排斥，会使分子的构型与杂化轨道的形状有所不同。如水分子中氧原子的sp3杂化轨道有2个是由孤电子对占据的，故其分子不是正四面体构型，而是V形；再如氨分子中氮原子的sp3杂化轨道有1个是由孤电子对占据，故氨分子不是正四面体构型，而是三角锥形。【高清课堂：分子结构与性质#价层电子对互斥模型】要点二、价层电子对互斥理论 1价层电子对互斥模型的概述 该理论模型认为，在一个共价分子或离子中，中心原子A周围所配置的B原子的几何构型，主要取决于中心原子的价电子层中各电子对间的相互排斥作用，这些电子对在中心原子周围按尽可能互相远离的位置排布，以使彼此间的斥力最小。 2推断分子或离子的空间构型的具体步骤 （1）确定ABm型分子的价电子对数。 中心原子A的价电子数与配体B提供的电子数之和的一半，即分子的价电子对数目。计算时注意： 氧族元素原子作为配位原子时，可认为不提供电子，但作中心原子时可认为它提供所有的6个价电子，卤素原子作为配位原子时，每个原子提供1个价电子。 如果讨论的是离子，则应加上或减去与离子电荷相应的电子数。如PO43中P原子价电子数应加上3，而NH4+中N原子的价电子数应减去1。 （2）确定价电子对的空间构型。 由于价电子对之间的相互排斥作用，它们趋向于尽可能的相互远离。价电子对的空间构型与价电子对数目的关系如下表所示： 价电子对数目与价电子对构型关系价层电子对数目23456价层电子对构型直线三角形正四面体三角双锥八面体 （3）分子空间构型确定。 根据分子中成键电子对数和中心原子的孤电子对数，可以确定相应的较稳定的分子几何构型，如下表所示。 ABm型分子的空间构型 要点三、等电子原理 1概念：原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相同的结构特征，此原理称为等电子原理。满足等电子原理的分子或离子称为等电子体。 特别提示 等电子体的价电子总数相同，而组成原子核外电子总数不一定相同。 2应用 （1）判断一些简单分子或离子的立体模型。 （2）利用等电子体具有某些相似的物理性质制造新材料。 3常见等电子体（表中电子是指价电子）类型实例空间构型二原子10电子的等电子体N2，CO，CN直线形（一个键，两个键）三原子16电子的等电子体CO2，CS2，BeCl2（g）直线形（sp杂化）三原子18电子的等电子体NO2，O3，SO2V形四原子8电子的等电子体NH3，H3O+三角锥形四原子24电子的等电子体NO3，CO32，BO33，BF3，SO3（g）平面三角形（sp2杂化）五原子32电子的等电子体SiF4，CCl4，SO42，PO43正四面体形（sp3杂化）七原子48电子的等电子体SF6，SiF62，AlF63正八面体（六个键）【高清课堂：分子结构与性质#键的极性与分子的极性】要点四、分子极性的判断方法 1首先看键是否有极性，然后再看各键的空间排列状况。类型通式键的极性空间构型分子极性结论实例单原子分子A非极性分子He、Ne、Ar双原子分子A2非极性键直线形非极性分子与键的极性一致H2、O2、N2AB极性键直线形极性分子与键的极性一致HCl、HBr、CO三原子分子ABA极性键直线形非极性分子空间结构对称，正负电荷重心重合CO2、CS2ABA极性键V形极性分子空间结构不对称，正负电荷重心不重合H2O、H2SABC极性键直线形极性分子HCN四原子分子AB3极性键平面正三角形非极性分子空间结构对称，正负电荷重心重合BH3、BF3AB3极性键三角锥形极性分子空间结构不对称，正负电荷重心不重合NH3、PCl3五原子分子AB4极性键正四面体非极性分子空间结构对称，正负电荷重心重合CH4、CCl4AB3C极性键四面体极性分子与键的极性一致，正负电荷重心不重合CH3Cl、CHCl3 特别提示 ABn（n1）型，若中心原子A的化合价的绝对值等于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。如：BCl3、CF4、SO3等分子中，B、C、S等元素的化合价等于其主族序数，则BCl3、CF4、SO3等分子为非极性分子；SO2、H2O等分子是极性分子。 2实验验证（只适合于液态物质）：把一定量待验证分子极性的液体注入酸式滴定管中（在滴定管下端放一大烧杯，回收液体），并使其以细流流下，用摩擦带电的玻璃棒或塑料棒接近液体细流，若细流偏离原来的方向，则为极性分子（如下图），否则为非极性分子。 要点五、分子的极性对物质性质的影响 1分子的极性对物质的熔点、沸点有一定的影响。分子极性越大，分子间的电性作用越强，克服分子间的引力使物质熔化或气化所需要的外界能量越多，故物质的熔、沸点越高。 2分子的极性对物质的溶解度有一定的影响：“相似相溶规则”。由于极性分子的电性作用，使得极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，难溶于非极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂，难溶于极性分子组成的溶剂。例如：氯化氢气体易溶于水难溶于汽油，碘易溶于四氯化碳不易溶于水。【高清课堂：分子结构与性质#手性】要点六、手性碳原子的判断方法 连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子。含有手性碳原子的化合物存在手性异构体。一种有机物若具有手性异构体，其手性碳原子必须是饱和碳原子（形成四个单键的碳原子），饱和碳原子所连接的四个原子或基团必须不同。例如：中的*C就是手性碳原子。【典型例题】类型一：等电子体及8电子结构例1 下列各分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是(）ABeCl2 BPCl3 CPCl5DN2【思路点拨】本题考查8电子结构，较简单，明确分子结构后对最外层电子加和即可。【答案】BD【解析】单个氯原子最外层上有7个电子，当它与另一成键原子共用一对电子时，就成了最外层8电子结构，因此，在选项A、选项B、选项C中的三种化合物中，氯原子最外层都满足8电子结构每个Be原子最外层上有2个电子，若在反应中当它失去这2个电子形成离子化合物，则它的次外层变成了最外层，这时该层上只有2个电子；若与Cl2形成的化合物为共价化合物，则Be原子与2个Cl原子共用2个电子对，最外层上也不是8个电子；总之选项A不合题意每个P原子最外层上有5个电子，当形成PCl3分子时共用了3对电子，使得P原子最外层电子数恰好是8电子结构；当它与Cl元素形成PCl5分子时共用了五对电子，使得P原子最外层电子数是10个电子，因此，选项B符合题意，选项C则不合题意每个N原子最外层有5个电子，当N原子与N原子形成N2分子时共用了3对电子，使得它们的最外层电子数皆成为8电子结构，选项D符合题意【总结升华】8电子结构的判断技巧：可以根据价电子数与共价键数目之和快速计算. 价电子数与共价键数目之和=8举一反三：【变式1】六氧化四磷的分子结构中只含有单键，且每个原子的最外层都满足8个电子结构，则该分子中含有的共价键数目是：（ ）A10 B12 C24 D28【答案】B【解析】P4O6中每个原子单独满足8电子结构时需要80个电子，10个原子可提供的成键电子数56个，形成一个单键需2个电子，所以分子中含有共价键数目为（80-56）/2=12【变式2】下列分子中所有原子都满足8电子结构的是（ ）A光气（COCl2） B六氟化硫（SF6） C二氟化氙 D三氟化硼【答案】A【解析】A光气COCl2C:4+4=8 O:6+2=8 Cl:7+1=8BSF6S:6+6=12 F:7+1=8CXeF2Xe:8+2=10 F:7+1=8DBF3B:3+3=6 F:7+1=8例2 科学规定：分子中原子个数和价电子数都相等的互为等电子体；等电子体的结构性质均相似。最新研究表明生命起源于火山爆发，是因为火山爆发产生的气体中含有1%的羰基硫（COS），已知羰基硫分子中所有原子的最外层都满足8电子结构，结合等电子原理，判断有关说法不正确的是（ ）A. 羰基硫与CO2是等电子体B. 羰基硫的电子式为： C. 羰基硫沸点比CO2低D. 羰基硫分子中三个原子处于同一直线上【答案】C【解析】等电子体的理论，明确的给出了提示；COS 与CO2为等电子体。那么COS的结构与CO2存在相似，就会顺利确定。举一反三：【变式1】“笑气”(N2O)是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。有关理论认为N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式)，两者互为 关系；又已知N2O分子中氧原子只与一个氮原子相连，则N2O的电子式可表示为 ，由此可知它 (填“含有”或“不含”)非极性键。【答案】等电子体 含有 类型二：应用VSEPR理论预测分子或离子的构型例3 用价层电子对互斥模型推测下列分子或离子的空间构型。BeCl2_SCl2_SO32-_SF6_【思路点拨】VSEPR模型预测分子立体结构方法：首先确定中心原子的价层电子对数，然后确定中心原子有无孤对电子，再结合实际例子分析。若中心原子周围的原子数与孤对电子对数之和分别为2、3、4，则VSEPR理想模型（注：与分子的立体结构不同）分别是直线形、平面形、四面体形，再判断分子或离子的空间构型【答案】直线形 V形 三角锥形 正八面体形【解析】BeCl2分子中心原子Be，孤对电子数+结合的原子数=0+2=2，VSEPR理想模型为直线形，无孤对电子，VSEPR理想模型就是其空间构型，所以BeCl2分子为直线形。SCl2分子中心原子S，孤对电子数+结合的原子数=2+2=4，VSEPR理想模型为四面体形，有2对孤对电子，所以SCl2分子空间构型为V形。SO32-离子中心原子S，孤对电子数+结合的原子数=1+3=4，VSEPR理想模型为四面体形，有1对孤对电子，SO32-离子空间构型为三角锥形。SF6分子中心原子S，孤对电子数+结合的原子数=0+6=6，VSEPR理想模型为八面体形，无孤对电子，VSEPR理想模型就是其空间构型，所以SF6分子为正八面体形【总结升华】对于一个ABn型的共价型分子，中心原子A周围电子对排布的几何形状，主要取决于中心原子A的价电子层中的电子对数（成键电子对数+孤对电子数），这些电子对的位置倾向于分离得尽可能远，使它们之间的斥力最小。由于孤对电子对成键电子的斥力影响较大，所以含有孤对电子对的分子中键角比理想模型的键角要小一些举一反三：【变式1】填写下表中各分子或离子的中心原子的孤对电子对数及结合的原子数，据此应用VSEPR理论判断各分子或离子的构型化学式中心原子含有孤对电子对数中心原子结合的原子数空间构型H2SNH2 BF3 CHCl3 SiF4 【答案】化学式中心原子含有孤对电子对数中心原子结合的原子数空间构型H2S22V形NH2- 22V形BF3 03平面三角形CHCl3 04四面体SiF4 04正四面体 类型三：应用杂化轨道理论判断分子或离子的杂化方式例4 下列说法正确的是（ ）A、CHCl3是三角锥形 B、如果AB2分子是V形，其中心原子A可能为sp2杂化C、二氧化硅为sp杂化，是非极性分子D、NH4+是平面四边形结构【思路点拨】本题考查常见分子空间构型、杂化方式、分子极性的判断。【答案】B【解析】CHCl3是四面体形；二氧化硅不能称作分子；NH4+是正四面体形【总结升华】记忆常见分子（或离子）的空间构型、杂化方式。理解判断分子（或离子）的空间构型、杂化方式、分子极性的方法。举一反三：【变式1】下列常见微粒的中心原子的杂化轨道类型是sp3的是： A、CH3+ B、CH4 C、SO2 D、CO2【答案】B类型四：分子的极性及应用 例5 已知AB3易溶于有机溶剂，不溶于水，则下列说法正确的是（ ） AAB3是非极性分子 BA原子p能级中无空轨道CA原子为sp3杂化 DA岛为三角锥形结构 【思路点拨】本题考查分子的极性的应用，注意分子的极性与化学键的极性的判断以及“相似相溶”的应用。 【答案】A【解析】因为AB3易溶于有机溶剂，不溶于水，根据相似相溶规则可以判断AB3分子应为非极性分子，