苏教版 化学 选修3 专题4第1单元　分子构型与物质的性质

欢迎进入化学课堂 第一单元分子构型与物质的性质 学习目标1 以CH4为例分析杂化轨道理论 使学生能用杂化轨道理论解释简单分子的空间构型 2 通过应用杂化轨道理论 使学生理解并掌握常见分子的空间构型 3 了解极性共价键和非极性共价键 极性分子和非极性分子 4 了解 手性分子 等电子原理在生命科学等方面的应用 5 了解 相似相溶 原理 课时1杂化轨道理论与分子的空间构型 课堂互动讲练 探究整合应用 知能优化训练 课时1 课前自主学案 课前自主学案 一 杂化轨道理论1 原子轨道的杂化指在外界条件的影响下 原子内部 的原子轨道 组合的过程 杂化轨道在 分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更 从而使它与其他原子轨道的重叠程度更大 形成的共价键更 能量相近 重新 电子云 均匀 牢固 2 当发生sp杂化时 杂化轨道间的夹角为 形成的分子的空间构型为 形 例如CO2 当发生sp2杂化时 杂化轨道间的夹角为 分子的空间构型为 形 如BF3 当发生sp3杂化时 杂化轨道间的夹角为 分子的空间构型为 形 如CH4 或CCl4 180 直线 120 平面三角 109 5 正四面体 二 甲烷分子的形成及立体构型甲烷分子中碳原子的杂化轨道是由1个 轨道和3个 轨道重新组合而成 这种杂化称为 杂化 每两个sp3杂化轨道之间的夹角为 这4个sp3杂化轨道能量 据洪特规则 碳原子的价电子以 的方式分占每个轨道 因此 当碳原子与氢原子成键时 碳原子的每个杂化轨道与氢原子的1个 电子配对形成一个共价键 这样形成的4个共价键是 的 从而CH4分子具有 结构 s p sp3 109 5 相同 自旋方向相同 s轨道 相同 正四面体 思考感悟用杂化轨道理论分析NH3呈三角锥形的原因 提示 氨分子中的氮原子价电子的轨道表示式为1个2s轨道与3个2p轨道杂化后 形成4个sp3杂化轨道 其中3个杂化轨道中是成单电子 分别与3个氢原子形成 键 1个杂化轨道中是成对电子 不形成共价键 sp3杂化轨道应为正四面体构型 但由于孤电子对不形成化学键 故NH3分子为三角锥形 1 2011年常州高二检测 下列分子中 所有原子不可能共处在同一平面上的是 A C2H2B CS2C NH3D C6H6解析 选C C2H2 CS2为直线形 C6H6为平面正六边形 NH3为三角锥形 只有C选项的所有原子不可能在同一平面上 2 下列说法中 正确的是 A 由分子构成的物质中一定含有共价键B 形成共价键的元素不一定是非金属元素C 正四面体结构的分子中的键角一定是109 5 D CO2和SiO2都是直线形分子解析 选B 由分子构成的物质中不一定有共价键 如He AlCl3中Al与Cl之间以共价键结合 但Al为金属元素 P4为正四面体结构 键角为60 CO2分子的中心原子无孤电子对 为直线形结构 而SiO2晶体中不存在单个分子 3 2010年杭州高二检测 最近媒体报道了一些化学物质 如爆炸力极强的N5 结构类似白磷的N4 比黄金还贵的18O2 太空中的甲醇气团等 下列说法中 正确的是 A 18O2和16O2是两种不同的核素B 将ag铜丝灼烧成黑色后趁热插入甲醇中 铜丝变红 质量小于agC N4为正四面体结构 每个分子中含有6个共价键 键角为109 28 D 2N5 5N2是化学变化 解析 选D 核素是指具有一定质子数和中子数的原子 而18O2和16O2是单质 A错 将ag铜丝灼烧成黑色后趁热插入甲醇中 发生反应2Cu O22CuO和CuO CH3OHCu HCHO H2O 在反应前后铜的质量没变 B错 N4和白磷分子一样 为正四面体结构 含有6条共价键 键角应为60 C错 N5和N2互为同素异形体 其相互转化为化学变化 D正确 课堂互动讲练 特别提醒 1 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 孤电子对越多 键角越小 无孤电子对时 键角相同 2 杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相同 但能量不同 3 杂化轨道应尽量占据整个空间使它们之间的排斥力最小 4 杂化轨道的类型与分子的空间构型有关 有关乙炔分子中的化学键描述不正确的是 双选 A 两个碳原子采用sp杂化方式B 两个碳原子采用sp2杂化方式C 每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道形成 键D 两个碳原子之间的键为两个 键 思路点拨 乙炔的结构式为 每个碳原子形成2个 键和2个 键 没有孤电子对 故碳原子采取sp杂化方式 未杂化的2个2p轨道形成2个 键 解析 乙炔分子中的两个碳原子采用sp杂化方式 均形成2个sp杂化轨道 分别与1个氢原子形成1个 键 2个碳原子间形成1个 键 再用2个未杂化的2p轨道形成2个 键 所以碳碳原子之间为叁键 答案 BD 规律方法 解答这类问题 首先明确一般能量相近的ns轨道和np轨道发生杂化 所生成的杂化轨道数目等于参与杂化的ns轨道和np轨道的数目之和 且杂化轨道只能用来形成 键和容纳孤电子对 1 计算 键和孤电子对的数目 确定所生成的杂化轨道数 杂化轨道数 键数 孤电子对数 2 用杂化轨道数目减去1 ns轨道数 所得数值即为参与杂化的np轨道数 从而确定sp型杂化的类型 一般情况下 单键均为 键 双键中含有1个 键和1个 键 叁键中含有1个 键和2个 键 变式训练1下列分子中的中心原子的杂化轨道属于sp杂化的是 A CH4B C2H4C C2H2D NH3 解析 选C 本题考查了杂化轨道的类型 CH4分子中碳原子的杂化轨道是由一个2s轨道和3个2p轨道重新组合而成属sp3杂化 C2H4分子中碳原子的杂化类型属sp2杂化 C2H2分子中的碳原子的原子轨道发生sp杂化 NH3分子中的氮原子的原子轨道发生sp3杂化 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 在确定中心原子的价层电子对数时应注意如下规定 1 作为配体原子 卤素原子和氢原子提供1个电子 氧族元素的原子不提供电子 2 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 3 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 4 计算电子对数时 若剩余1个电子 也当作1对电子处理 5 双键 叁键等多重键作为1对电子看待 3 价电子对之间的斥力 1 电子对之间的夹角越小 排斥力越大 2 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 而孤电子对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 3 由于叁键 双键比单键包含的电子数多 所以其斥力大小次序为叁键 双键 单键 4 价层电子对互斥模型的两种类型价层电子对互斥模型说明的是价层电子对形成 键的共用电子对和孤电子对的空间构型 而分子的空间构型指的是形成 键电子对的空间构型 不包括孤电子对 1 当中心原子无孤电子对时 两者的构型一致 2 当中心原子有孤电子对时 两者的构型不一致 见下表 2011年无锡高二检测 若ABn的中心原子A上没有未用于形成共价键的孤电子对 运用价层电子对互斥理论 下列说法正确的是 A 若n 2 则分子的空间构型为V形B 若n 3 则分子的空间构型为三角锥形C 若n 4 则分子的空间构型为正四面体形D 以上说法都不正确 思路点拨 据价层电子对互斥理论可知 分子的稳定空间构型实际上是电子对排斥作用力最小的构型 本题亦可采用举反例论证的方法求解 对于ABn型分子 当n 2时分子结构为直线形 当n 3时 如BF3的立体结构为平面正三角形 当n 4时 如CH4 CCl4等均为正四面体形 解析 若中心原子A上没有未用于成键的孤电子对 则根据排斥作用力最小的原则 当n 2时 分子结构为直线形 当n 3时 分子结构为平面正三角形 当n 4时 分子结构为正四面体形 答案 C变式训练2用价层电子对互斥理论推测下列分子的空间构型 1 BeCl2 2 NH3 3 H2O 4 PCl3解析 1 中心原子Be的价电子都参与成键 则据中心原子的周围原子数来判断为直线形 2 3 4 中心原子有孤电子对 孤电子对占据中心原子周围的空间 价层电子对为4 故 2 为三角锥形 3 为角形或V形 4 为三角锥形 答案 1 直线形 2 三角锥形 3 角形或V形 4 三角锥形 具有相同价电子数 指全部电子总数或价电子总数 和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征 这个原理称为 等电子原理 符合此条件的分子或离子互为等电子体 利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的空间构型 1 N2 CO CN 都是双原子分子或离子 价电子总数为10 两个原子间都以叁键相结合 叁键中有1个 键 2个 键 6 等电子体不仅有相似的空间构型 而且有相似的性质 如晶体硅 锗是良好的半导体材料 它们的等电子体AlP GaAs也是良好的半导体材料 2011年浙江绍兴高二检测 已知化合物B3N3H6 硼氮苯 和C6H6 苯 为等电子体 人们把B3N3H6称作无机苯 其分子结构与苯相似 如图所示 下列说法中正确的是 双选 A B3N3H6是由极性键组成的非极性分子B B3N3H6能发生加成反应和取代反应C B3N3H6具有碱性D B3N3H6各原子不在一个平面内 思路点拨 B3N3H6和C6H6为等电子体 其结构与性质都相似 解题时应用苯的结构与性质来推测B3N3H6的结构与性质 类比与迁移是解题的关键 解析 根据互为等电子体的物质的结构和性质相似判断 B3N3H6应为平面形结构 B3N3H6分子中存在H N N B H B三种极性共价键 且为非极性分子 苯能够发生加成反应和取代反应 根据互为等电子体的物质的化学性质相似推测 B3N3H6也能够发生加成反应和取代反应 B3N3H6分子中的N H键不同于氨基中的N H键 不具有碱性 答案 AB 规律方法 解答有关等电子体的问题的关键是准确把握概念的要点 即具有相同的原子数和相同的价电子数 互为等电子体的分子或离子往往具有相似的几何构型和化学键情况 许多性质也是相近的 变式训练3现有一种新型层状结构的无机材料BN 平面结构示意图如图所示 请你根据所学的与其结构类似的物质的性质及等电子原理 判断该新材料可能具有的性质和用途 A 是一种高温润滑材料 也可用作电器材料B 是一种化学纤维 可用作织物C 是一种坚硬耐磨材料 也可用作钻具D 以上判断均不正确 解析 选A 本题运用的是 等电子原理 即等电子体具有相同的结构特征 从BN的平面网状结构联想到石墨的结构 将发现它们满足等电子体的条件 从而推导出BN也是一种高温润滑材料 也可用作电器材料 探究整合应用 确定分子立体构型的两种方法1 根据价层电子对互斥模型确定利用价层电子对互斥模型确定分子空间构型要分两步进行 1 首先要确定价层电子对的空间构型 由于价层电子对之间的相互排斥作用 它们趋向于尽可能相互远离 价层电子对的空间构型和价层电子对数目密切相关 其相互关系可简单表示如下 2 在确定了价层电子对空间构型的基础上 确定分子的空间构型 关键是比较分子中成键电子对数和孤电子对数之间的关系 确定相应的分子几何构型 2 根据杂化轨道理论确定sp杂化得直线形分子 sp2杂化得平面三角形或V形分子 sp3杂化得正四面体形或V形或三角锥形分子 用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构 两个结论都正确的是 A 直线形 三角锥形B V形 三角锥形C 直线形 平面三角形D V形 平面三角形 解析 H2S分子中的中心原子S与H成键后 还有两对孤电子对 存在着排斥力 故分子结构为V形 BF3分子中B的价电子均成键 故分子结构为平面三角形 是稳定状态 故正确答案为D 答案 D 知能优化训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 课时2分子的极性与手性分子 课堂互动讲练 探究整合应用 知能优化训练 课时2 课前自主学案 课前自主学案 一 分子的极性1 极性分子 正电荷重心和负电荷重心 的分子称为极性分子 2 非极性分子 正电荷重心和负电荷重心 的分子称为非极性分子 3 规律 1 双原子分子的极性取决于 以 不重合 重合 成键原子之间的共价键是否有极性 极性键结合的双原子分子是 分子 以 结合的双原子分子是非极性分子 2 以极性键结合的多原子分子 分子是否有极性取决于 4 相似相溶规则 极性 非极性键 分子的空间构型 一般情况下 由极性分子构成的物质易溶于极性溶剂 由非极性分子构成的物质易溶于非极性溶剂 思考感悟1 1 如何理解 相似相溶规则 2 相似相溶规则 有哪些应用 提示 1 一般情况下 由极性分子构成的物质易溶于极性溶剂 由非极性分子构成的物质易溶于非极性溶剂 例如 HCl和NH3易溶于水 难溶于CCl4 因为NH3 HCl和H2O都是极性分子 而CCl4是非极性分子 离子化合物可看作强极性物质 很多易溶于水 2 判断物质的溶解性大小 判断分子的极性或非极性 如乙醇 CH3CH2 OH 易溶于水 H OH 则二者都是极性分子 二 手性分子1 手性异构 具有完全相同的组成和原子排列的分子 如左手和右手一样互为 在三维空间里 的现象称为手性异构现象 2 手性分子 具有 的分子称为手性分子 镜像 不能重叠 手性异构体 3 手性碳原子 在有机物分子中 连有 的碳原子称为手性碳原子 如 四个不同的原子或原子团 思考感悟2 手性碳原子有什么特点 提示 连接四个不同的原子或基团的碳原子称为手性碳原子 具有手性的有机物 是因为其含有手性碳原子造成的 如果一个碳原子所连的四个原子或原子团各不相同 那么该碳原子称为手性碳原子 用 C表示 如 R1 R2 R3 R4是互不相同的原子或原子团 所以 判断一种有机物是否具有手性异构体 就看其含有的碳原子是否连有四个不同的原子或原子团 1 下列叙述中正确的是 A 离子化合物中不可能存在非极性键B 非极性分子中不可能既含极性键又含非极性键C 非极性分子中一定含有非极性键D 不同非金属元素原子之间形成的化学键都是极性键 解析 选D 判断 不可能存在 一定含有 都是 等类结论的正误时 一般可用反例法 即只要能举出一个可以成立的反例来 则可否定题中结论 如果不存在反例 则可认为题中结论正确 A项离子化合物中可能存在非极性键 如Na2O2是离子化合物 其中O O键是非极性键 故A错误 B项非极性分子中 既含非极性键又含极性键是可能的 如乙炔 H C C H 分子中 C H键是极性键 C C键是非极性键 C项由极性键组成的多原子分子 只要分子结构对称就是非极性分子 如CO2 O C O 是非极性分子 分子中所有化学键都是极性键 故C也是错误的 D项叙述正确 因为不同非金属原子吸引电子的能力不同 它们之间的共用电子对必偏向其中一方而形成极性共价键 2 判断下列分子为手性分子的是 答案 B 3 2011年镇江高二检测 膦又称磷化氢 化学式为PH3 在常温下是一种无色有大蒜气味的有毒气体 它的分子呈三角锥形 以下关于PH3的叙述中正确的是 A PH3是非极性分子B PH3中有未成键电子对C PH3是一种强氧化剂D PH3分子中P H键是非极性键解析 选B N P位于同一主族 故PH3的分子空间构型应与NH3的相似 即为极性键形成的极性分子 有一对孤电子对 无强氧化性 课堂互动讲练 1 分子的极性由共价键的极性和分子的空间构型两方面共同决定 1 只含非极性键的分子 一般都是非极性分子 单质分子即属此类 如H2 O2 P4 C60等 2 以极性键结合而形成的异核双原子分子 都是极性分子 即A B型分子 如HCl CO等均为极性分子 3 以极性键结合而形成的多原子分子 空间构型为中心对称的分子 是非极性分子 空间构型为非中心对称的分子 是极性分子 4 共价键的极性与分子的极性的关系可总结如下 特别提醒 1 极性分子中一定有极性键 而非极性分子中不一定只有非极性键 例如 CH4是非极性分子 只有极性键 2 含有非极性键的分子不一定为非极性分子 如H2O2是含有非极性键的极性分子 2 判断ABn型分子极性的经验规律若中心原子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 如下表 PH3的分子构型为三角锥形 BeCl2的分子构型为直线形 CH4的分子构型为正四面体形 CO2为直线形分子 BF3分子构型为平面正三角形 NF3分子构型为三角锥形 下面对分子极性的判断正确的是 A 为极性分子 为非极性分子B 只有 为非极性分子 其余为极性分子C 只有 是极性分子 其余为非极性分子D 只有 是非极性分子 其余是极性分子 思路点拨 判断共价键的极性主要看成键原子的种类是否相同 分子的极性主要看分子的正 负电荷重心是否重合 即取决于键的极性及分子的对称性 解析 CO2分子为直线形 键的极性抵消 为非极性分子 CH4为正四面体形分子 故键的极性也可抵消 为非极性分子 NF3中由于N原子的孤电子对对成键电子对的排斥作用 使电子不能均匀分布 故为极性分子 BeCl2分子构型为直线形 故键的极性可抵消 为非极性分子 BF3分子构型为平面正三角形 键的极性抵消 故为非极性分子 答案 A变式训练1在HF H2O NH3 CS2 CH4 N2分子中 1 以非极性键结合的非极性分子是 2 以极性键相结合 具有直线形结构的非极性分子是 3 以极性键相结合 具有三角锥形结构的极性分子是 4 以极性键相结合 具有正四面体结构的非极性分子是 5 以极性键相结合 具有V形结构的极性分子是 6 以极性键相结合 而且分子极性最大的是 解析 不同元素原子间形成的共价键均为极性键 以极性键形成的分子 立体构型完全对称的为非极性分子 不完全对称的为极性分子 全部以非极性键结合形成的分子一定为非极性分子 答案 1 N2 2 CS2 3 NH3 4 CH4 5 H2O 6 HF 1 相似相溶规则 非极性溶质一般能溶于非极性溶剂 极性溶质一般能溶于极性溶剂 2 影响物质溶解性的因素 1 外界因素主要有温度 压强等 2 从分子结构的角度有相似相溶规则 3 如果溶质与溶剂之间能形成氢键 则溶解度增大 且氢键作用力越大 溶解度越大 4 溶质与水发生反应时可增大其溶解度 如SO2与H2O生成H2SO3 NH3与H2O生成NH3 H2O等 5 相似相溶规则还适用于分子结构的相似性 如CH3OH中的 OH与H2O中的 OH相似 甲醇能与H2O互溶 而CH3CH2CH2CH2CH2OH中烃基较大 其中的 OH跟水分子中的 OH相似的因素小得多 因而戊醇在水中的溶解度明显减小 2011年福建厦门高二检测 关于CS2 SO2 NH3三种物质的说法中正确的是 双选 A CS2在水中的溶解度很小 是由于其属于非极性分子B SO2和NH3均易溶于水 原因之一是它们都是极性分子C CS2为非极性分子 所以在三种物质中熔 沸点最低D NH3在水中溶解度很大只是由于NH3分子有极性 思路点拨 CS2是非极性分子 SO2和NH3是极性分子 而溶剂分子H2O是极性分子 CS2 SO2和NH3在水中的溶解性与分子的极性有关 但NH3与H2O分子间易形成分子间氢键 增加了NH3在水中的溶解度 解析 根据 相似相溶规则 与溶剂极性相似的溶质的溶解度相对于与溶剂极性不同的溶质的溶解度要大 CS2是非极性分子 水是极性分子 A项正确 SO2和NH3都是极性分子 B项正确 分子晶体熔 沸点比较 1 氢键使熔 沸点升高 2 结构和组成相似的分子晶体相对分子质量越大 熔 沸点就越高 虽然NH3的相对分子质量是三种物质中最小的 但其分子间的氢键比较牢固 使得熔 沸点升高得较多而高于SO2的熔 沸点 CS2常温下是液体 SO2常温下是气体 C项错误 NH3在水中溶解度很大除了由于NH3分子有极性外 还因为NH3和H2O分子间可以形成氢键 D项错误 答案 AB 变式训练2在一个小试管里放入一小粒碘晶体 加入约5mL蒸馏水 观察碘在水中的溶解性 若有不溶的碘 可将碘水溶液倾倒在另一个试管里继续下面的实验 在碘水溶液中加入约1mL四氯化碳 振荡试管 观察到碘被四氯化碳萃取 形成紫红色的四氯化碳溶液 再向试管里加入1mL浓碘化钾 KI 水溶液 振荡试管 溶液紫色变浅 试解释该现象产生的原因 解析 实验中观察到当试管中加入水后 碘未能完全溶解 并且溶解得很少 表明碘在水中的溶解度很小 而在碘水溶液中加入CCl4后 振荡试管 水层颜色明显变浅 而CCl4层呈紫红色 表明碘在CCl4中溶解度较大 故可用CCl4萃取碘水中的碘 也验证了 相似相溶规则 的普遍性 而在碘水中加入浓碘化钾溶液后 由于发生化学反应 KI I2 KI3 所以在加入KI后 生成无色的KI3 使I2的浓度降低 因此溶液紫色变浅 答案 见解析 1 手性异构体具有完全相同的组成和原子排列的一对分子 如同左手与右手一样互为镜像 却在三维空间里不能重叠 互称手性异构体 2 手性分子有手性异构体的分子叫做手性分子 如乳酸 2011年无锡高二检测 在有机物中 若某个碳原子连接着四个不同的原子或原子团 则这种碳原子称为 手性碳原子 凡含有一个手性碳原子的物质一定具有光学活性 已知有光学活性 则发生下列反应后能生成无光学活性的有机物的是 双选 A 与甲酸发生酯化反应B 与NaOH水溶液共热C 在适当条件下醛基被氧化D 在催化剂存在下醛基与氢气发生加成反应 思路点拨 由题意知有机物含有手性碳原子 则具有光学活性 即有机物符合的形式 且a b c d 要使有机物失去光学活性 只需要使a b c d四个基团中的两个或两个以上相同就可以了 解析 题中所给的有机分子发生酯化反应后原来的手性碳原子上 CH2OH酯化成HCOOCH2 原手性碳原子连的四个原子或原子团都不同 仍然是手性碳原子 A项不合题意 该有机分子与NaOH水溶液共热后发生水解 原来手性碳原子上的CH3COOCH2 变成了 CH2OH 与原有的 CH2OH相同 失去手性 分子无光学活性 B项符合题意 有机分子的醛基被氧化后生成羧基 发生反应后原手性碳原子所连的四个原子和原子团互不相同 分子仍有光学活性 C与题意不符 有机分子中醛基与氢气发生加成反应后 原有手性碳原子上就有了两个相同的 CH2OH 分子失去手性 符合题意 答案 BD 变式训练3某有机物 经过下列反应后的生成物中一定不含手性碳原子的是 A 酯化B 水解C 催化氧化D 消去解析 选B 该物质与乙酸之外的有机酸反应 仍有手性 水解后原手性碳原子上连有两个 CH2OH 原子团 则无手性碳原子 催化氧化后 原手性碳原子未变 仍有手性 消去反应 即醇羟基消去也有手性碳原子 故选B 探究整合应用 分子极性与键的极性关系 下列叙述正确的是 A NH3是极性分子 分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心B CCl4是极性分子 分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心C H2O是极性分子 分子中O原子处在2个H原子所连直线的中央D CO2是非极性分子 分子中C原子处在2个O原子所连直线的中央 解析 A中NH3是三角锥形 B中CCl4为正四面体形 C中H2O为V形 D正确 答案 D 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全