高二化学分子的立体结构知识精讲 苏教版

高二化学分子的立体结构知识精讲 苏教版一. 本周教学内容：分子的立体结构二. 教学目标：1、认识共价分子的多样性和复杂性和价层电子对互斥模型，能用VSEPR模型预测简单分子或离子的立体结构；2、了解杂化轨道理论的要点，能根据杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型；3、了解配位键、配位化合物的概念，掌握配位键、配位化合物的表示方法。三. 教学重点、难点：能用VSEPR模型和杂化轨道理论判断简单分子或离子的构型。四. 教学过程：（一）价层电子对互斥模型（VSEPR models）把分子分成两大类：一类是中心原子上的价电子都用于形成共价键。如CO2、CH2O、CH4等分子中的C原子。它们的立体结构可用中心原子周围的原子数来预测，概括如下：ABn立体结构范例n2直线形CO2n3平面三角形CH2On4正四面体形CH4另一类是中心原子上有孤对电子（未用于形成共价键的电子对）的分子。如H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间，并参与互相排斥。因而H2O分子呈V形，NH3分子呈三角锥形。说明：1、理论模型：分子中的价电子对(包括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以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。2、运用价层电子对互斥模型可预测分子或离子的空间构型，但要注意判断其价层电子对数，对ABn型分子或离子，其价层电子对数的判断方法为：n 3、在确定中心原子的价层电子对数时应注意如下规定： 作为配体原子，卤素原子和氢原子提供一个电子，氧族元素的原子不提供电子； 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； 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； 计算电子对数时，若剩余1个电子，也当作1对电子处理，双键、叁键等多重键作为1对电子看待。 4、价电子之间的斥力：电子对之间的夹角越小，排斥力越大；由于成键电子对受两个原子核的吸引，所以电子云比较紧缩，而孤对电子只受到中心原子的吸引，电子云比较“肥大”，对邻近电子对的斥力较大，所以电子对之间的斥力大小顺序如下：孤电子对孤电子对孤电子对成键电子成键电子成键电子由于三键、双键比单键包含的电子数多，所以其斥力大小顺序为：三键双键单键。5、价层电子对互斥模型说明的是价层电子对形成的键的共用电子对和孤对电子对的空间构型，而分子的空间构型指的是形成键电子对的空间构型，不包括孤对电子。 它包括两种类型：当中心原子无孤对电子时，两者的构型一致；当中心原子有孤对电子时，两者的构型不一致。如：物质H2ONH3CH4CCl4中心原子孤对电子对数21无无价层电子对互斥模型四面体四面体四面体四面体分子的空间构型V三角锥正四面体正四面体键角1051071092810928杂化类型sp3sp3sp3sp3（二）杂化轨道理论：杂化的概念：在形成多原子分子的过程中，中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合，形成一组新的轨道，这个过程叫做轨道的杂化，产生的新轨道叫杂化轨道。一般情况下，我们所考虑的杂化是指s和p轨道之间的杂化。根据参与杂化的s轨道与p轨道的数目，存在sp3、sp2 、sp三种杂化，sp3 杂化轨道表示由一个s轨道与叁个p轨道杂化形成的，sp2 杂化轨道表示由一个s轨道与两个p轨道杂化形成的，sp杂化轨道表示由一个s轨道与一个p轨道杂化形成的。说明：1、对于非过渡元素，由于ns和np能级接近，往往采取sp型杂化2、杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原则，键与键间排斥力的大小既决定于键的方向，又决定于杂化轨道间的夹角。由于键角越大化学键之间的排斥力越小。杂化轨道间的夹角与分子内的键角不一定相等，中心原子杂化类型相同时孤对电子对越多，键角越小，无孤对电子时，键角相同。三种杂化轨道的轨道形状，sp杂化夹角为180的直线形杂化轨道，sp2 杂化轨道为120的平面三角形，sp3杂化轨道为10928的正四面体构型；3、杂化轨道与参与杂化的原子轨道数相同，但能量不同；4、杂化轨道应尽量占据整个空间使它们之间的排斥力最小；5、杂化轨道的类型与分子的空间构型有关6、杂化类型的判断：公式：n；或：n中心原子的孤对电子对数配位原子总数根据n值判断杂化类型：n2时，sp杂化；n3时，sp2杂化；n4时，sp3杂化；当电荷数为正值时，公式中取“”，当电荷数为负值时，公式中取“”；当配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为0。杂化轨道所形成的化学键一般为单键，即为键。7、用短线表示共用电子对，和小黑点表示孤对电子的式子称为路易斯电子式，它既标出了成键电子对数，又标出了孤对电子对数，更有利于对物质空间结构的判断。（三）配位键和配位化合物：配位键：共用电子对由成键原子单方面提供所形成的共价键称为配位键配位化合物：金属离子或原子与某些分子或离子以配位键结合而形成的化合物称为配位化合物。配位化合物的组成如下：说明：1、配位键是一种特殊类型的共价键，但其性质与结构与共价键完全相同；2、形成配位键的条件是：中心原子有空轨道，配位体必须存在孤对电子；3、配位化合物具有一定的稳定性。配合物中的配位键越强，配合物越稳定。当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配位体的性质有关；4、配合物形成时可能导致性质的改变：如颜色的改变：如Fe(SCN)3的形成；也可以导致溶解度发生变化，如：AgClAg(NH3)2，由不溶于水的沉淀，转变为易溶于水的物质。5、配合物的命名关键在于配合物内界（即配离子）的命名。其命名顺序一般为：自左向右：配位体数（即配位体右下角的数字）配位体名称“合”字或“络”字中心离子的名称中心离子的化合价。如：Zn(NH3)2SO4内界合称为二氨合锌()K3Fe(CN)6内界合称为：六氰合铁()配合物可看作盐类，若内界为阳离子，则外界必为阴离子。若内界为阴离子，则外界必为阳离子。可按盐的命名方法命名：自右向左为：某酸某或某化某。 6、配合物易溶于水电离为内界配离子和外界离子，而内界的配体离子和分子通常不能电离。【典型例题】例1. 若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，运用价层电子对互斥模型，下列说法正确的是：A、若n2，则分子的立体构型为V形 B、若n3，则分子的立体构型为三角锥形C、若n4，则分子的立体构型为正四面体形 D、以上说法都不正确解析：若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤对电子，则根据斥力最小的原则，当n2时，分子结构为直线形；n3时，分子结构为平面三角形；n4时，分子结构为正四面体形。故本题答案为C答案：C例2. 向盛有少量NaCl溶液的试管中滴入少量的AgNO3溶液，再加入氨水，下列关于实验现象的叙述不正确的是 A、生成白色沉淀，加入足量氨水后沉淀消失 B、生成的沉淀为AgCl,它不溶于水，但溶于氨水，重新电离成Ag和Cl C、生成的沉淀为AgCl，加入氨水后生成可溶性的配合物Ag(NH3)2Cl D、若向AgNO3溶液直接滴加氨水，产生的现象也是先出现白色沉淀后消失解析：本题要从所学的配合物的知识解释沉淀消失的原因。Ag和NH3能发生如下的反应：AgNH3H2OAgOHNH4；AgOH2NH3Ag(NH3)2OH，而AgCl存在微弱的电离：AgClAgCl，向其中滴加氨水后会使电离平衡向右移动，最终因生成可溶性的Ag(NH3)2Cl而溶解。故本题答案为B答案：B例3. 试判断下列分子中中心原子的杂化类型：（1）NI3 （2）CH3Cl （3）CO2 （4）SO2解析：根据杂化轨道数的计算方法：n；或：n中心原子的孤对电子对数配位原子总数（1）中n134，属于sp3杂化（2）中n044，属于sp3杂化（3）中n022，属于sp杂化（4）中n123，属于sp2杂化答案：（1）sp3杂化（2）sp3杂化（3）sp杂化（4）sp2杂化 例4. 在短周期元素中，由三种元素组成的既有离子键又有共价键和配位键，且阴阳离子含电子总数相等的物质是，物质的电子式为。解析：配位键是单方提供孤对电子而另一方有接受孤对电子的空轨道，短周期元素中常见的如：NH4与H3O。本题中含有三种化学键的物质一般为铵盐，而铵根离子含有10个电子，所以阴离子必为10个电子，即为F，则该化合物为NH4F。有的同学可能会考虑到10个电子的OH，但OH与NH4会反应生成NH3H2O，是一种共价化合物，不含有离子键故不正确。答案：NH4F 电子式略【模拟试题】1、下列分子中心原子是sp2杂化的是A. PBr3 B. CH4 C. BF3 D. H2O2、氨气分子空间构型是三角锥形，而甲烷是正四面体形，这是因为A. 两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同，NH3为sp2型杂化，而CH4是sp3型杂化B. NH3分子中N原子形成三个杂化轨道，CH4分子中C原子形成4个杂化轨道C. NH3分子中有一对未成键的孤对电子，它对成键电子的排斥作用较强D. 氨气分子是极性分子而甲烷是非极性分子3、下列对sp3 、sp2 、sp杂化轨道的夹角的比较，得出结论正确的是A. sp杂化轨道的夹角最大 B. sp2杂化轨道的夹角最大C. sp3杂化轨道的夹角最大 D. sp3 、sp2 、sp杂化轨道的夹角相等4、有关苯分子中的化学键描述正确的是A. 每个碳原子的sp2杂化轨道中的其中一个形成大键B. 每个碳原子的未参加杂化的2p轨道形成大键C. 碳原子的三个sp2杂化轨道与其它形成三个键D. 碳原子的未参加杂化的2p轨道与其它形成键5、在Cu(NH3)42配离子中NH3与中心离子Cu2结合的化学键是A. 离子键 B. 非极性键 C. 极性键 D. 配位键6、与人体血液中血红蛋白以配位键结合的一种有毒气体是A. 氯气 B. 氮气 C. 一氧化碳 D. 甲烷7、向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，继续添加氨水，难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液。下列对此现象说法正确的是A. 反应后溶液中不存在任何沉淀，所以反应前后Cu2的浓度不变。B. 沉淀溶解后，将生成深蓝色的配合离子Cu（NH3）4 2。C. 向反应后的溶液加入乙醇，溶液将会没有发生变化，因为Cu（NH3）4 2不会与乙醇发生反应。D. 在Cu（NH3）4 2离子中，Cu2给出孤对电子，NH3提供空轨道。8、在AgNO3溶液中加入过量的氨水，先有沉淀，后沉淀溶解，沉淀溶解的原因是形成了A. AgNO3 B. Ag(NH3)2 C. NH3H2O D. NH4NO39、如图是卟啉配合物叶绿素的结构示意图(部分)，有关的叙述正确的是 A. 该叶绿素含有H、Mg、C、N元素 B. 该叶绿素是配合物，中心离子是镁离子C. 该叶绿素是配合物，其配体是N元素 D. 该叶绿素不是配合物，而是高分子化合物10、对盐类物质可有下列分类：如氯化硝酸钙Ca(NO3)Cl是一种混盐，硫酸铝钾KAl(SO4)2是一种复盐，冰晶石（六氟合铝酸钠）Na3AlF6是一种络盐。对于组成为CaOCl2的盐可归类于 A. 混盐 B. 复盐 C. 络盐 D. 无法归属于上述类别11、根据杂化轨道理论回答下列问题：分子CH4H2ONH3CO2C2H4键角109.5104.5107.3180120（1）上表中各物质的中心原子是否以杂化轨道成键？以何种杂化轨道成键（2）NH3和H2O的键角为什么比CH4小？CO2键角为什么是180？乙烯的键角又为何是120？12、根据价键理论，指出下列配合离子中中心离子与配位体的配位情况：（1）Fe(H2O)63（2）Cu(NH3)4213、有两种配合物A和B，它们的组成为21.95%的Co，39.64%的C，26.08%的N，6.38%的H，5.95%的O，并根据下面的实验结果确定它们的配离子、中心离子和配位数。（1）A和B的水溶液都呈微酸性，加入强碱并加热至沸腾时有氨放出，同时析出Co2O3沉淀。（2）向A和B的溶液中加入硝酸银溶液时都生成AgCl的沉淀。（3）过滤除去两种溶液中的沉淀后，再加硝酸银均无变化，但加热至沸腾时，在B的溶液中又有AgCl沉淀生成，其质量为原来析出沉淀的一半。参考答案1、C2、C3、A4、BC5、D6、C7、B8、B 9、B 10、A11、（1）表中所给的物质的中心原子都是以杂化轨道成键的：分子CH4H2ONH3CO2C2H4杂化类型sp3sp3sp3spsp2（2）NH3和H2O中的N和O原子都是采用Sp3杂化，但有的杂化轨道中由原子本身的孤对电子对占据着，电子云密度大，对其他成键的电子的杂化轨道有排斥作用，所以NH3和H2O中的键角都被压缩而小于109.5，CO2分子中C原子以sp杂化，形成两条spp键，分子为直线形，在C2H4分子中，两个C原子都采用s