《分子结构与性质》课件

《分子结构与性质》专题一

分子(离子)空间结构与杂化轨道类型的判断

1.利用价层电子对互斥模型判断共价分子的空间结构。由价层电子对互斥模型(VSEPR模型)判断分子的空间结构需要注意:当中心原子无孤电子对时,分子的空间结构与价层电子对互斥模型一致;当中心原子有孤电子对时,分子的空间结构与价层电子对互斥模型不一致。2.中心原子的杂化轨道类型与VSEPR模型名称。【典型例题1】下列分子的空间结构可用sp2杂化轨道来解释的是(

)。①BF3

②CH2=CH2

③

④CH≡CH

⑤NH3⑥CH4A.①②③

B.①⑤⑥C.②③④

D.③⑤⑥答案:A解析:sp2杂化轨道间夹角为120°,BF3为平面三角形且F—B—F的夹角为120°;②C2H4中碳原子以sp2杂化,未杂化的2p轨道重叠形成π键;③与②相似;④乙炔中的碳原子为sp杂化,未杂化的2p轨道重叠形成π键;⑤NH3中的氮原子为sp3杂化;⑥CH4中的碳原子为sp3杂化。专题二

分子极性的判断方法

1.从正、负电中心是否重合判断。当分子中正、负电中心重合时,为非极性分子;当分子中正、负电中心不重合时,为极性分子。

如SO3为平面正三角形结构,硫原子位于正三角形的中心,三个氧原子位于正三角形的三个顶点上,结构对称,正、负电中心重合,因此SO3为非极性分子。2.利用分子的对称性判断。当一个分子的对称元素(对称面、对称轴等)相交于一点时,该分子为非极性分子;当一个分子的对称元素相交于一条线时,该分子为极性分子。如甲烷分子的对称轴相交于中心碳原子上,所以甲烷分子为非极性分子。水分子、氨分子的对称元素相交于一条线,所以这些分子为极性分子。当中心原子指向不明时,需先预测它的结构,再判断其结构的空间对称性。如C5H12分子,若它的结构简式为C(CH3)4,把—CH3看成CH4分子中的—H,显然其为非极性分子。3.从分子的空间结构判断。当多原子分子的结构呈直线形、平面正三角形、正四面体形时,该分子为非极性分子;否则,为极性分子。如BeCl2、CO2、CS2分子呈直线形,SO3、BF3分子呈平面正三角形,CH4、CCl4、SiCl4等分子呈正四面体形,PCl5分子呈三角双锥形,它们都为非极性分子。H2O、SO2分子呈V形,NH3分子呈三角锥形,它们都为极性分子。4.从键角判断。对多原子分子来说,当键角全部为180°、120°、109°28'时,为非极性分子;否则,为极性分子。如CO2、C2H2、BeCl2、CS2等,键角均为180°;SO3、BF3等,键角均为120°;CH4、CCl4等,键角均为109°28'。5.从中心原子的化合价判断。不管中心原子是显正价还是显负价,只要其化合价的绝对值等于最外层电子数,该分子就为非极性分子;否则,为极性分子。如CO2、CS2、BF3等,其中心原子的正化合价数值都与其最外层电子数相等,均为非极性分子;NH3分子中,H为+1价,N为-3价,中心原子N的最外层有5个电子,N的负化合价绝对值与其最外层电子数不相等,NH3为极性分子。6.从中心原子的孤电子对判断。当多原子分子中心原子的最外层电子全部参与成键,即不存在孤电子对时,为非极性分子;否则,为极性分子。如CO2分子的中心原子C的最外层电子全部用于形成共价键,不存在孤电子对,CO2为非极性分子。SO2的中心原子S的最外层电子中存在1个孤电子对,SO2为极性分子。7.从分子在某溶剂中的溶解性判断。根据“相似相溶”规律,极性溶质易溶于极性溶剂,非极性溶质易溶于非极性溶剂。通过溶剂是否有极性,就可判断出分子是否有极性。如苯易溶于四氯化碳,而难溶于水,水为极性分子,而四氯化碳为非极性分子,则苯为非极性分子。【典型例题2】(1)有A、B、C三种物质,每个分子中都各有14个电子,其中A的分子属于非极性分子,且只有非极性键;B的分子也属于非极性分子,既有非极性键,又有极性键;C的分子属于极性分子。则A的电子式是

;B的结构式是

;C的名称是

。

(2)1,2-二氯乙烯存在两种同分异构体:其中属于极性分子的结构式是

(填字母,下同),属于非极性分子的结构式是

。

解析:(1)A分子中有14个电子,且只有非极性键,只能为单质N2;B分子中有14个电子,既有非极性键,又有极性键,则有两种元素,应为C2H2;由C分子中有14个电子且属于极性分子知C为CO。(2)正、负电中心完全重合的为非极性分子,否则为极性分子。专题一原子杂化类型和分子空间结构的判断典例1(1)磷酸根离子的空间结构为

,其中P的价层电子对数为

、杂化轨道类型为

。

(2)氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气:

的结构为

。在该反应中,B原子的杂化轨道类型由

变为

。

(3)(2019·全国Ⅰ卷)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种有机化合物,分子中氮、碳的杂化类型分别是

、

。

(4)(2018·全国Ⅰ卷)LiAlH4是有机合成中常用的还原剂,LiAlH4中的阴离子空间结构是

、中心原子的杂化形式为

。

(5)(2018·全国Ⅱ卷)①根据价层电子对互斥模型,H2S、SO2、SO3的气态分子中,中心原子价层电子对数不同于其他分子的是

。

②气态三氧化硫以单分子形式存在,其分子的空间结构为

形,固体三氧化硫中存在如图所示的三聚分子,该分子中S原子的杂化轨道类型为

。

答案

(1)正四面体4

sp3

(2)sp3

sp2

(3)sp3

sp3

(4)正四面体sp3

(5)①H2S

②平面三角sp3解析

(1)的中心原子P的价层电子对数为4,孤电子对数为0,中心原子P为sp3杂化,故

的空间结构为正四面体。(2)NH3BH3中B形成4个σ键,为sp3杂化,中B形成3个σ键,为sp2杂化。(3)乙二胺中N形成3个单键,含有1对孤电子对,属于sp3杂化;C形成4个单键,不存在孤电子对,也是sp3杂化。思维建模

判断分子空间结构及中心原子杂化类型的方法判断分子或离子的空间结构时,要能够正确计算价层电子对数:一是运用计算式推导出价层电子对数。二是看配位原子数;如下表:价层电子对数杂化类型配位原子数孤电子对数价电子对空间结构分子空间结构实例2sp20直线形直线形BeCl23sp230三角形三角形BF321V形SnBr24sp340四面体形正四面体形CH431三角锥形NH322V形H2O对点训练

1-1下列分子中,中心原子杂化轨道类型相同,分子的空间结构也相同的是(

)A.H2O、SO2 B.BeCl2、CO2C.H2O、NH3 D.NH3、CH2O答案

B解析

各选项分子中中心原子的杂化轨道类型和分子空间结构分别为:A项,H2O分子中心原子采取sp3杂化,V形;SO2分子中心原子采取sp2杂化,V形。B项中BeCl2和CO2分子中心原子都是采取sp杂化,直线形。C项,NH3分子中心原子采取sp3杂化,三角锥形;H2O分子中心原子采取sp3杂化,V形。D项,CH2O分子中心原子采取sp2杂化,平面三角形;NH3分子中心原子采取sp3杂化,三角锥形。对点训练

1-2按要求完成下列空白。(1)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的空间结构是

。

(2)①碳在形成化合物时,其键型以共价键为主,原因是

。

②CS2分子中,共价键的类型有

,C原子的杂化轨道类型是

。

(3)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子构型;C、D为同周期元素,C核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素最外层有一个未成对电子。回答下列问题:①C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E,E的空间结构为

,中心原子的杂化轨道类型为

。

②化合物D2A的空间结构为

,中心原子的价层电子对数为

。

答案

(1)正四面体(2)①C有4个价电子且半径小,难以通过得或失电子达到稳定电子结构②σ键和π键sp(3)①三角锥形sp3

②V形4解析

(1)根据价层电子对互斥模型,中S原子的价层电子对数为4,孤电子对数为

(6+2-4×2)=0,其空间结构为正四面体形。(2)①碳原子核外最外层有4个电子,在化学反应中很难失去4个电子形成阳离子,也很难得到4个电子形成阴离子。因此,碳在形成化合物时,主要通过共用电子对形成共价键。②CS2分子中存在σ键和π键。CS2分子中,C原子的价层电子对数为2,杂化轨道类型为sp。(3)C核外电子总数是最外层电子数的3倍,则C为P元素。A、B的原子序数小于C,且A2-和B+具有相同的电子构型,则A为O元素,B为Na元素。C、D为同周期元素,且D元素最外层有一个未成对电子,则D为Cl元素。①P和Cl元素形成的组成比为1∶3的化合物E为PCl3,中心原子P形成3个σ键且含有1对未成键的孤电子对,故P原子采取sp3杂化,分子空间结构为三角锥形。②化合物D2A为Cl2O,其中O原子形成2个σ键且含有2对未成键的孤电子对,则O原子采取sp3杂化,故Cl2O为V形结构,中心原子O的价层电子对数为4。专题二分子间作用力对物质性质的影响典例2按要求完成以下各题。(1)(2020山东等级考)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为

(填化学式,下同),还原性由强到弱的顺序为

,键角由大到小的顺序为

。

(2)(2019全国Ⅱ卷)元素As与N同族。预测As的氢化物分子的空间结构为

,其沸点比NH3的

(填“高”或“低”),其判断理由是

。

(3)(2019全国Ⅲ卷)苯胺()与甲苯()的相对分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9℃)、沸点(184.4℃)分别高于甲苯的熔点(-95.0℃)、沸点(110.6℃),原因是

。

(4)ZnF2为离子化合物,ZnF2不溶于有机溶剂而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能够溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,原因是

。

(5)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H2O)3(NH4)4Cl(用R代表)。图中虚线代表氢键,其表示式为()N—H…Cl、

、

。

答案

(1)NH3、AsH3、PH3

AsH3、PH3、NH3

NH3、PH3、AsH3(2)三角锥形低NH3分子间存在氢键(3)苯胺分子之间存在氢键(4)ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主、极性较小(5)(H3O+)O—H…N()

()N—H…N()解析

(1)NH3分子间存在氢键,氮元素的氢化物NH3比同主族的P、As元素的氢化物PH3、AsH3的沸点要高,而PH3、AsH3中均不存在分子间氢键,故影响PH3、AsH3沸点的因素为范德华力,相对分子质量越大,沸点越高,则沸点由高到低的顺序为NH3、AsH3、PH3。通常同主族元素随着原子序数的递增,气态氢化物的还原性逐渐增强,则还原性由强到弱的顺序是AsH3、PH3、NH3。同主族元素,随着原子序数的递增,电负性逐渐减弱,则其气态氢化物中的成键电子对逐渐远离中心原子,致使成键电子对的排斥力降低,键角逐渐减小,故键角由大到小的顺序是NH3、PH3、AsH3。(2)As与N同族,则AsH3分子的空间结构类似于NH3,为三角锥形;由于NH3分子间存在氢键,使沸点升高,故AsH3的沸点较NH3低。(3)苯胺分子中有N元素,可以形成分子间氢键。(4)由电负性:F>Cl>Br>I,结合4种物质溶解性的差别可推知溶解性不同的原因是ZnF2为离子化合物,ZnCl2、ZnBr2、ZnI2的化学键以共价键为主,且极性较小。(5)由题图知还存在氢键(H3O+)O—H…N()、()N—H…N()。思维建模

分子结构与性质“原因解释”型解题模型

规律总结

1.范德华力对物质性质的影响范德华力是普遍存在于分子间的作用力,其强度比化学键弱,对物质的熔点、沸点和硬度有影响,范德华力越大,熔、沸点越高,硬度越大。一般来讲,组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,范德华力越大;分子的极性越大,范德华力越大。2.氢键对物质性质的影响

对物质熔、沸点的影响(1)含有分子间氢键的物质,熔、沸点往往比同系列氢化物的熔、沸点高,如ⅤA、ⅥA、ⅦA三个主族中NH3、H2O和HF的熔、沸点反常高。(2)含有分子内氢键的物质,熔、沸点一般会有所降低,如有分子内氢键的邻硝基苯酚熔点比有分子间氢键的间硝基苯酚熔点和对硝基苯酚熔点都要低对溶解度的影响在极性溶剂中,如果溶质分子与溶剂分子之间可以形成氢键,则溶质的溶解度增大,如HF和NH3在水中的溶解度比较大。而溶质分子内如果能够形成氢键,它在极性溶剂中的溶解度则会有所降低对点训练

2-1下列说法正确的是(

)A.HF的稳定性很强,是因为HF分子之间能形成氢键B.水结成冰时,H—O的键长变长,密度减小C.含氢元素的化合物中一定有氢键D.能与水分子形成氢键的物质易溶于水答案

D解析

氢键是一种相对较强的分子间作用力,它主要影响物质的物理性质,如熔沸点、密度、溶解度等,而分子的稳定性由分子内共价键的强弱决定,与氢键无关,A项错误。在冰中,水分子之间以氢键结合,形成比较疏松的晶体,在晶体结构中有许多空隙,造成冰的密度比水的密度小,B项错误。形成氢键必须有电负性很大的非金属元素的原子,如N、O、F,C项错误。对点训练

2-2按要求填空。(1)硫的氢化物的沸点低于与其组成相似的氧的氢化物,其原因是

。

(2)Ge与C是同族元素,C原子之间可以形成双键、三键,但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析,原因是

。

(3)氨的沸点

(填“高于”或“低于”)膦(PH3),原因是

;氨是

(填“极性”或“非极性”)分子,中心原子的轨道杂化类型为

。

(4)①关于下列分子的说法不正确的是

。

A.既有σ键又有π键B.O—H的极性强于C—H的极性C.是非极性分子D.该物质的分子之间不能形成氢键,但它可以与水分子形成氢键②下列说法正确的是

。

A.HOCH2CH(OH)CH2OH与CH3CHClCH2CH3都是手性分子B.和