分子的立体构型高考总复习.docx

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分子的立体构型高考总复习

分子的立体构型

知识点一、常见分子的立体构型

写出下列物质分子的电子式和结构式，并根据键角确定其分子构型：

分子类型

化学式

电子式

结构式

键角

分子立体构型

三原子分子

CO2

O==C==O

180°

直线形

H2O

105°

V形

四原子分子

CH2O

约120°

平面三角形

NH3

107°

三角锥形

五原子分子

CH4

109°28′

正四面体形

（1）分子的立体构型与键角的关系：

分子类型

键角

立体构型

实例

AB2

180°

直线形

CO2、BeCl2、CS2

<180°

V形

H2O、H2S

AB3

120°

平面三角形

BF3、BCl3

<120°

三角锥形

NH3、H3O＋、PH3

AB4

109°28′

正四面体形

CH4、NH

、CCl4

（2）典型有机物分子的立体结构：

C2H4、苯（C6H6）、CH2==CH—CH==CH2（1，3-丁二烯）、CH2==CH—C≡CH（乙烯基乙炔）等都是平面形分子；C2H2为直线形分子。

例1

　（2017·衡水中学高二调考）下列有关键角与分子立体构型的说法不正确的是（　　）

A.键角为180°的分子，立体构型是直线形

B.键角为120°的分子，立体构型是平面三角形

C.键角为60°的分子，立体构型可能是正四面体形

D.键角为90°～109°28′之间的分子，立体构型可能是V形

【考点】常见分子的立体构型

【题点】键角与分子立体构型的关系

答案　B

解析　键角为180°的分子，立体构型是直线形，例如CO2分子是直线形分子，A正确；苯分子的键角为120°，但其立体构型是平面正六边形，B错误；白磷分子的键角为60°，立体构型为正四面体形，C正确；水分子的键角为105°，立体构型为V形，D正确。

例2

　下列各组分子中所有原子都可能处于同一平面的是（　　）

A.CH4、CS2、BF3B.CO2、H2O、NH3

C.C2H4、C2H2、C6H6D.CCl4、BeCl2、PH3

【考点】常见分子的立体构型

【题点】常见分子立体构型的综合判断

答案　C

解析　题中的CH4和CCl4为正四面体形分子，NH3和PH3为三角锥形分子，这几种分子的所有原子不可能都在同一平面上。

CS2、CO2、C2H2和BeCl2为直线形分子，C2H4为平面形分子，C6H6为平面正六边形分子，这些分子都是平面形结构。

故选C项。

知识点二、价层电子对互斥理论

1.价层电子对互斥理论

分子中的价层电子对包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对，由于价层电子对相互排斥的作用，尽可能趋向彼此远离。

2.价层电子对的计算

（1）中心原子价层电子对数＝σ键电子对数＋孤电子对数。

（2）σ键电子对数的计算

由分子式确定，即中心原子形成几个σ键，就有几对σ键电子对。

如H2O分子中，O有2对σ键电子对。

NH3分子中，N有3对σ键电子对。

（3）中心原子上的孤电子对数的计算

中心原子上的孤电子对数＝

（a－xb）

①a表示中心原子的价电子数；

对主族元素：

a＝最外层电子数；

对于阳离子：

a＝价电子数－离子电荷数；

对于阴离子：

a＝价电子数＋离子电荷数。

②x表示与中心原子结合的原子数。

③b表示与中心原子结合的原子最多能接受的电子数，氢为1，其他原子＝8－该原子的价电子数。

3.常见分子的VSEPR模型和立体构型

实例

σ键电

子对数

孤电子

对数

价层电

子对数

电子对的排列方式

VSEPR模型

分子的立体构型

BeCl2、CO2

2

0

2

直线形

直线形

BF3、BCl3

3

0

3

平面三角形

平面三角形

SO2

2

1

V形

CH4、CCl4

4

0

4

四面体形

正四面体形

NH3

3

1

三角锥形

H2O

2

2

V形

利用VSEPR模型确定分子或离子的立体构型的注意事项

（1）对于ABn型分子，成键电子对数等于配位原子的原子个数。

（2）若ABn型分子中，A与B之间通过两对或三对电子（即通过双键或三键）结合而成，则价层电子对互斥理论把双键或三键作为一对电子对看待。

（3）分子的中心原子的孤电子对数为0时，VSEPR模型与分子立体构型相同，分子均为空间对称性结构。

（4）分子的立体构型与分子类型有关，如AB2型分子只能为直线形或V形结构，AB3型分子只能为平面正三角形或三角锥形结构。

故由分子类型（ABn型）和孤电子对数能很快确定分子的立体构型。

例3

　下列分子或离子的中心原子上未用于成键的价电子对最多的是（　　）

A.H2OB.HClC.NH

D.PCl3

【考点】价层电子对互斥理论

【题点】价层电子对数目的计算与判断

答案　A

解析　A项，氧原子有两对未成键的价电子对；B项，HCl分子属于AB型分子，没有中心原子；C项，NH

的中心原子的价电子全部参与成键；D项，磷原子有一对未成键的价电子对。

例4

　用价层电子对互斥理论（VSEPR）可以预测许多分子或离子的立体构型，有时也能用来推测键角大小。

下列判断正确的是（　　）

A.SO2、CS2、HI都是直线形的分子

B.BF3键角为120°，SnBr2键角大于120°

C.COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子

D.PCl3、NH3、PCl5都是三角锥形的分子

【考点】价层电子对互斥理论

【题点】价层电子对互斥理论的应用

答案　C

解析　SO2是V形分子，CS2、HI是直线形的分子，A错误；BF3键角为120°，是平面三角形结构，而Sn原子价电子数是4，在SnBr2中两个价电子与Br形成共价键，还有一对孤对电子，对成键电子有排斥作用，使键角小于120°，B错误；COCl2、BF3、SO3都是平面三角形的分子，键角是120°，C正确；PCl3、NH3都是三角锥形的分子，而PCl5是三角双锥形结构，D错误。

学习小结：

分子立体构型的确定方法

中心原子价层电子对数n＝σ键电子对数＋

（a－xb）

⇓

⇓

分子的立体构型——略去孤电子对在价层电子对互斥模型中占有的空间

注意　

（1）价层电子对互斥构型是价层电子对的立体构型，而分子的立体构型指的是成键电子对的立体构型，不包括孤电子对。

两者是否一致取决于中心原子上有无孤电子对（未用于形成共价键的电子对），当中心原子上无孤电子对时，两者的构型一致；当中心原子上有孤电子对时，两者的构型不一致。

（2）常见的分子立体构型：

直线形、V形、平面三角形、三角锥形、四面体形等。

知识点三、杂化轨道理论

1.用杂化轨道理论解释甲烷分子的形成

在形成CH4分子时，碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道发生混杂，形成四个能量相等的sp3杂化轨道。

四个sp3杂化轨道分别与四个H原子的1s轨道重叠成键形成CH4分子，所以四个C—H键是等同的。

碳原子的sp3杂化可表示如下：

2.轨道杂化与杂化轨道

3.杂化轨道类型及其立体构型

（1）sp杂化

①sp杂化：

sp杂化轨道是由一个ns轨道和一个np轨道杂化而得。

sp杂化轨道间的夹角为180°，呈直线形，如BeCl2分子。

②sp杂化后，未参与杂化的两个np轨道可以用于形成π键，如乙炔分子中的C≡C键的形成。

（2）sp2杂化

①sp2杂化：

sp2杂化轨道是由一个ns轨道和两个np轨道杂化而得。

sp2杂化轨道间的夹角为120°，呈平面三角形，如BF3分子。

②sp2杂化后，未参与杂化的一个np轨道可以用于形成π键，如乙烯分子中的C==C键的形成。

（3）sp3杂化

①sp3杂化：

sp3杂化轨道是由一个ns轨道和三个np轨道杂化而得。

sp3杂化轨道的夹角为109°28′，呈空间正四面体形（如CH4、CF4、CCl4）。

②sp3杂化后，所有的np轨道都形成σ键，不能形成π键。

（1）原子轨道的杂化过程

（2）杂化类型与分子的立体构型

中心原子（A）的杂化类型

参与杂化的轨道

生成杂化轨道数

成键

电子

对数

A原子的孤电子对数

分子的

立体构型

实例

分子式

结构式

sp

1个s

1个p

2

2

0

直线形

BeCl2

Cl—Be—Cl

sp2

1个s

2个p

3

3

0

平面三

角形

BF3

2

1

V形

SO2

sp3

1个s

3个p

4

4

0

正四面

体形

CH4

3

1

三角

锥形

NH3

2

2

V形

H2O

例5

　下列关于杂化轨道的说法错误的是（　　）

A.并不是所有的原子轨道都参与杂化

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.杂化轨道中一定有电子

【考点】杂化轨道理论

【题点】关于杂化轨道理论的理解

答案　D

解析　参与杂化的原子轨道，其能量不能相差太大，如1s与2s、2p的能量相差太大，不能形成杂化轨道，即只有能量相近的原子轨道才能参与杂化，故A、B项正确；杂化轨道的电子云一头大一头小，成键时利用大的一头，可使电子云的重叠程度更大，形成牢固的化学键，故C项正确；并不是所有的杂化轨道中都会有电子，也可以是空轨道，也可以有一对孤电子对（如NH3、H2O的形成），故D项错误。

例6

　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°28′、120°、180°

C.四面体形、三角锥形、V形分子的结构可以用sp3杂化轨道解释

D.杂化轨道全部参与形成化学键

【考点】杂化轨道理论

【题点】关于杂化轨道理论的理解

答案　D

解析　杂化轨道用于形成σ键和容纳孤电子对。

知识点四、杂化类型及分子构型的判断

1.杂化轨道的用途及其类型的判断

（1）用途：

杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳孤电子对，而两个原子之间只能形成一个σ键。

（2）判断方法：

杂化轨道数＝中心原子孤电子对数＋中心原子结合的原子数，再由杂化轨道数判断杂化类型。

2.杂化轨道的立体构型与微粒的立体构型

VSEPR模型和杂化轨道的立体构型是一致的，略去VSEPR模型中的孤电子对，就是分子（或离子）的立体构型。

　　　代表物

项目

CO2

CH2O

CH4

SO2

NH3

H2O

价层电子对数

2

3

4

3

4

4

杂化轨道数

2

3

4

3

4

4

杂化类型

sp

sp2

sp3

sp2

sp3

sp3

杂化轨道

立体构型

直线形

平面三角形

正四面体形

平面

三角形

四面体形

四面

体形

VSEPR模型

直线形

平面

三角形

正四

面体形

平面

三角形

四面

体形

四面

体形

分子构型

直线形

平面三角形

正四面体形

V形

三角锥形

V形

杂化类型的判断方法

（1）利用价层电子对互斥理论、杂化轨道理论判断分子构型的思路：

价层电子对

杂化轨道数

杂化类型

杂化轨道构型。

（2）根据杂化轨道之间的夹角判断：

若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化；若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化；若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化。

（3）有机物中碳原子杂化类型的判断：

饱和碳原子采取sp3杂化，连接双键的碳原子采取sp2杂化，连接三键的碳原子采取sp杂化。

例7

　（2018·深州中学期中）下列分子中中心原子的杂化方式和分子的立体构型均正确的是（　　）

A.C2H2：

sp2、直线形B.SO

：

sp3、三角锥形

C.H3O＋：

sp3、V形D.BF3：

sp2、平面三角形

【考点】分子立体构型的综合

【题点】杂化轨道理论的综合应用

答案　D

解析　乙炔的结构式为H—C≡C—H，每个碳原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，所以C原子采用sp杂化，为直线形结构；SO

中，价层电子对数＝4，孤电子对数为0，采取sp3杂化，为正四面体形；H3O＋离子中价层电子对＝3＋1＝4，所以中心原子原子轨道为sp3杂化，该离子中含有一个孤电子对，所以其立体构型为三角锥形；BF3分子中硼原子价层电子对数＝3＋0＝3，杂化轨道数为3，孤电子对数为0，所以其立体构型为平面三角形。

例8

　计算下列各微粒中心原子的杂化轨道数，判断中心原子的杂化轨道类型，写出VSEPR模型名称。

（1）CS2__________、__________、__________。

（2）NH

__________、__________、__________。

（3）H2O__________、__________、__________。

（4）PCl3__________、__________、__________。

（5）BCl3__________、__________、__________。

【考点】杂化轨道理论的应用

【题点】杂化轨道理论的综合应用

答案　

（1）2　sp　直线形　

（2）4　sp3　正四面体形　（3）4　sp3　四面体形　（4）4　sp3　四面体形　（5）3　sp2　平面三角形

学习小结：

杂化轨道类型

VSEPR模型

典型分子

立体构型

sp

CO2

直线形

sp2

SO2

V形

sp3

H2O

V形

sp2

SO3

平面三角形

sp3

NH3

三角锥形

sp3

CH4

正四面体形

知识点五、配位键的形成

1.NH3、NH

中共价键形成的比较

（1）用电子式表示NH3、NH

的形成

①N原子与H原子以共价键结合成NH3分子：

；

②NH3分子与H＋结合成NH

：

。

（2）②中共价键的形成与①相比较有何不同？

答案　②中形成共价键时，N原子一方提供孤电子对，H＋提供空轨道。

2.配位键的概念及表示方法

（1）概念：

成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的共价键。

（2）表示方法：

配位键常用A→B表示，其中A是提供孤电子对的原子，B是接受孤电子对或提供空轨道的原子。

3.特点

NH

的立体构型是正四面体形，四个N—H键的键长相同，键能相同，试从原子轨道杂化的角度分析其原因：

NH

中N原子的2s、2p轨道进行sp3杂化，形成4个能量完全相同的新轨道，故形成的四个N—H键的键长、键能都相同。

配位键的理解

（1）配位键是一种特殊的共价键。

配位键中的共用电子对是由成键单方提供的，而其他的共价键的共用电子对是由成键双方提供的。

（2）配位键的形成条件

①成键原子一方能提供孤电子对。

如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl－、OH－、CN－、SCN－等。

②成键原子另一方能提供空轨道。

如H＋、Al3＋、B及过渡金属的原子或离子。

（3）配位键同样具有饱和性和方向性。

一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag＋形成2个配位键；Cu2＋形成4个配位键等。

例9

　若X、Y两种粒子之间可形成配位键，则下列说法正确的是（　　）

A.X、Y只能是分子

B.X、Y只能是离子

C.若X提供空轨道，则Y至少要提供一对孤电子对

D.若X提供空轨道，则配位键表示为X→Y

【考点】配位键

【题点】配位键的形成及判断

答案　C

解析　形成配位键的两种微粒可以均是分子或者均是离子，还可以一种是分子、一种是离子，但必须是一种微粒提供空轨道、另一种微粒提供孤电子对，A、B项错误，C项正确；配位键中箭头应该指向提供空轨道的X，D项错误。

例10

　下列不能形成配位键的组合是（　　）

A.Ag＋、NH3B.H2O、H＋　C.Co3＋、COD.Ag＋、H＋

【考点】配位键

【题点】配位键的形成及判断

答案　D

解析　配位键的形成条件必须是一方能提供孤电子对，另一方能提供空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空轨道，NH3、H2O、CO能提供孤电子对，所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能提供空轨道，而无法提供孤电子对，所以不能形成配位键。

知识点六、配位化合物

1.配合物的概念

把金属离子（或原子）与某些分子或离子（称为配体）以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。

如[Cu（NH3）4]SO4、[Ag（NH3）2]OH、NH4Cl等均为配合物。

2.配合物的形成

实验操作

实验现象

有关离子方程式

滴加氨水后，试管中首先出现蓝色沉淀，氨水过量后沉淀逐渐溶解，滴加乙醇后析出深蓝色晶体[Cu（NH3）4]SO4·H2O

Cu2＋＋2NH3·H2O===Cu（OH）2↓＋2NH

、Cu（OH）2＋4NH3===[Cu（NH3）4]2＋＋2OH－

溶液颜色

变血红色

Fe3＋＋3SCN－===Fe（SCN）3

上述实验现象产生的原因主要是配离子的形成。

以配离子[Cu（NH3）4]2＋为例，NH3分子中氮原子的孤电子对进入Cu2＋的空轨道，Cu2＋与NH3分子中的氮原子通过共用氮原子提供的孤电子对形成配位键。

配离子[Cu（NH3）4]2＋可表示为

。

3.配合物的组成

配合物[Cu（NH3）4]SO4其组成如下图所示：

（1）中心原子是提供空轨道接受孤电子对的原子。

中心原子一般都是带正电荷的阳离子（此时又叫中心离子），过渡金属离子最常见的有Fe3＋、Ag＋、Cu2＋、Zn2＋等。

（2）配体是提供孤电子对的阴离子或分子，如Cl－、NH3、H2O等。

配体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。

配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。

（3）配位数是直接与中心原子形成的配位键的数目。

如[Fe（CN）6]4－中Fe2＋的配位数为6。

形成配合物的原理

形成配合物的中心原子（离子）必须存在空轨道，配体一般都存在着孤电子对。

当配体接近中心原子（离子）时，为了增加成键能力，中心原子（离子）用能量相近的空轨道杂化，配体的孤电子对填到中心原子（离子）已杂化的空轨道中形成配离子。

配离子的立体构型、配位数及稳定性等主要决定于杂化轨道的数目和类型。

例11

　下列不属于配位化合物的是（　　）

A.六氟合铝酸钠：

Na3[AlF6]

B.氢氧化二氨合银：

[Ag（NH3）2]OH

C.六氟合铁酸钾：

K3[FeF6]

D.十二水硫酸铝钾：

KAl（SO4）2·12H2O

【考点】常见的配合物及相关实验

【题点】配合物的概念及判断

答案　D

例12

　回答下列问题：

（1）配合物[Ag（NH3）2]OH的中心离子是_______，配位原子是________，配位数是________，它的电离方程式是__________________________________________________________。

（2）向盛有少量NaCl溶液的试管中滴入少量AgNO3溶液，再加入氨水，观察到的现象是__________________________________________________________________________。

（3）解释加入氨水后，现象发生变化的原因______________________________________。

【考点】配合物的综合考查

【题点】配合物组成的综合分析

答案　

（1）Ag＋　N　2　[Ag（NH3）2]OH===[Ag（NH3）2]＋＋OH－

（2）先产生白色沉淀，加入氨水后，白色沉淀溶解

（3）AgCl存在微弱的溶解平衡：

AgCl（s）Ag＋＋Cl－，向其中滴加氨水，Ag＋与NH3能发生如下反应：

Ag＋＋2NH3===[Ag（NH3）2]＋，会使沉淀溶解平衡向右移动，最终因生成[Ag（NH3）2]Cl而溶解

解析　在配合物[Ag（NH3）2]OH中，中心离子是Ag＋，配位原子是NH3分子中的N原子，配位数是2。

学习小结：

配位键与非极性键、极性键的区别与联系

类型

比较

共价键

非极性键

极性键

配位键

本质

相邻原子间的共用电子对（电子云重叠）与原子核间的静电作用

成键条件

（元素种类）

成键原子得、失电子能力相同（同种非金属）

成键原子得、失电子能力差别较小（不同非金属或少数金属与非金属）

成键原子一方有孤电子对（配体），另一方有空轨道（中心离子）

特征

有方向性、饱和性

随堂练习：

1.下列说法不正确的是（　　）

A. 某微粒空间构型为平面三角形，则中心原子一定是sp2杂化

B. 某微粒空间构型为V形，则中心原子一定有孤电子对

C. 某微粒空间构型为三角锥形，则该微粒一定是极性分子

D. 某微粒空间构型为正四面体，则键角一定是109°28’

2.用价层电子对互斥模型判断NH4+的构型是（　　）

A. V形                            

B. 正四面体形                            

C. 三角锥形                            

D. 平面三角形

3.向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液不能生成AgCl沉淀的是（  ）

A. [Co（NH3）4Cl2]Cl       B. [Co（NH3）3Cl3]       C. [Co（NH3）6]Cl3       D. [Co（NH3）5Cl]Cl2

4.下列分子中C原子是以sp3杂化轨道与其他原子成键的是（     ）

A. 金刚石                                     B. 石墨                                     C. 苯                                     D. 甲醛

5.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

课后作业：

一、单选题

1.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

2.关于配合物[Zn（NH3）4]Cl2的说法正确的是（  ）

A. 配位数为6      B. 配体为NH3和Cl﹣      C. [Zn（NH3）4]2+为内界      D. Zn2+和NH3以离子键结合

3.关于原子轨道的说法正确的是（  ）

A. 凡是中心原子采取sp3杂化轨道成键的分子其几何构型都是正四面体

B. CH4分子中的sp3杂化轨道是由4个H原子的1s轨道和C原子的2p轨道混合起来而形成的

C. 乙炔分子中，两个碳原子均采用sp2杂化轨道成键

D. sp3杂化轨道是由同一个原子中能量相近的s轨道和p轨道