苏教版化学选修3《分子构型与物质的性质》word同步测试.docx
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苏教版化学选修3《分子构型与物质的性质》word同步测试
专题4 分子空间结构与物质性质第一单元 分子构型与物质的性质
课前预习
问题导入
氮气的化学性质不活泼，通常难以与其他物质发生化学反应，以N2为例分析氮原子的原子轨道是如何重叠形成共价键的？
答：
氮原子的核外电子排布式为1s22s22p1x2p1y2p1z,有3个未成对电子，当结合成分子时，Px-Py轨道“头碰头”方式重叠，Py-Py和Pz-Pz轨道“肩并肩”方式重叠，我们把原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键叫π键。
所以在N2分子中有一个δ键和两个π键。
氮分子的结构式为N，电子式：
。
知识预览
1.分子的立体构型：
__________常称为分子的立体构型。
2.杂化与杂化轨道的概念
（1）轨道的杂化：
____________________的过程。
（2）杂化轨道：
____________________叫杂化原子轨道。
3.对称性的概念：
对称性是指一个物体包含若干等同部分，这些部分__________，它们经过不改变物体内任意两点间距离的操作__________，即操作前在物体某个地方有的部分，经操作后____________________，也就是说，____________________。
4.极性分子和非极性分子的概念
（1）极性分子：
______________________________称为极性分子。
（2）非极性分子：
______________________________称为非极性分子。
5.杂化轨道的类型：
（1）sp1杂化：
sp1杂化轨道是由__________个s轨道和__________个p轨道组合而成。
每个sp1杂化轨道含有__________s和__________p的成分。
sp1杂化轨道之间的夹角为__________,呈__________形，如__________。
（2）sp2杂化轨道是由__________个s轨道和__________个p轨道组合而成。
每个sp2杂化轨道含有__________s和__________p的成分。
sp2杂化轨道之间的夹角为__________，呈__________形，如__________。
（3）sp3杂化轨道是由__________个s轨道和__________个p轨道组合而成。
每个sp3杂化轨道含有__________s和__________p的成分。
sp3杂化轨道之间的夹角为__________，呈 __________形，如__________。
6.分子极性的判断
（1）双原子分子的极性：
不同种原子形成的双原子分子为__________，同种原子形成的双原子分子为__________。
（2）多原子分子的极性：
多原子分子的极性与分子中键的极性关系比较复杂，如果组成分子的所有化学键均为非极性键，则分子通常为__________；但组成分子的化学键为极性键时，则分子可能是__________，也可能是__________。
这是由于多原子分子的极性除了与键的极性有关外，还与__________有关。
答案：
1.分子的空间结构
2.
（1）原子内部能量相近的原子轨道重新组合生成一组新轨道
（2）杂化后形成的新的能量相同的一组原子轨道
3.相互对应且相称 能够复原 在原有的地方依旧存在相同的部分 无法区别操作前后的物体
4.
（1）分子内存在正、负两极的分子
（2）分子内没有正、负两极的分子
5.
（1）1 1 12 12 180° 直线 BeCl2
（2）1 2 13 23 120° 平面三角 BF3
（3）1 3 14 34 109.5° 空间正四面体 CH4
6.
（1）极性分子 非极性分子
（2）非极性分子 极性分子 非极性分子 分子立体构型
课堂互动
三点剖析
一、分子的空间构型
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。
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轨道形成4个相同的σ键,从而形成CH4分子。
由于4个C—H键完全相同，所以形成的CH4分子为正四面体形，键角是109.5°。
C原子的杂化轨道
注意：
a.杂化轨道理论认为：
在形成分子时，通常存在激发、杂化、轨道重叠等过程。
但应注意，原子轨道的杂化，只有在形成分子的过程中才会发生，而孤立的原子是不可能发生杂化的。
同时只有能量相近的原子轨道（如2s\,2p等）才能发生杂化，而1s轨道与2p轨道由于能量相差较大，它是不能发生杂化的。
b.杂化轨道成键时，要满足能量最低原理，键与键间排斥力大小决定键的方向，即决定杂化轨道间的夹角。
由于键角越大化学键之间的排斥力越小，对sp1杂化来说，当键角为180°时，其能量最小，所以sp1杂化轨道成键时分子呈直线形；对sp2杂化来说，当键角为120°时，其能量最小，所以sp2杂化轨道成键时，分子呈平面三角形。
由于杂化轨道类型不同，杂化轨道间夹角也不相同，其成键时键角也就不相同，故杂化轨道的类型与分子的空间构型有关。
杂化轨道类型、空间构型以及成键能力之间的关系
杂化类型
sp1
sp2
sp3
dsp2
sp3d
sp3d2
用于杂化的原子轨道数
2
3
4
4
5
6
杂化轨道的数目
2
3
4
4
5
6
杂化轨道的夹角
180°
120°
109.5°
90°、180°
120°、90°、180°
90°、180°
空间构型
直线
平面三角形
四面体
平面正方形
三角双锥形
八面体
二、分子的极性
1.分子对称性
有机化合物分子中的对称轴
对称性是指一个物体包含若干等同部分，这些部分相互对应且相称，它们经过不改变物体内任意两点间距离的操作能够复原，即操作前在物体某个地方有的部分，经操作后在原有的地方依旧存在相同的部分，也就是说，无法区别操作前后的物体。
例如，上图中的有机化合物分子，以通过两个碳原子的连线为轴旋转120°或240°时，分子完全恢复原状，我们称这根连线为对称轴。
同样，对于甲烷分子而言，相对于通过其中两个氢和碳所构成的平面，分子被分割成相同的两部分，我们称这个平面为对称面。
分子的许多性质如极性、旋光性及化学反应都与分子的对称性有关。
2.分子的极性
（1）极性分子和非极性分子。
极性分子：
分子内存在着正、负两极的分子；非极性分子；分子内没有正、负两极的分子。
（2）分子极性的判断方法：
①双原子分子的极性：
不同种原子形成的双原子分子——为极性分子。
同种原子形成的双原子分子——为非极性分子。
②多原子分子的极性：
多原子分子的极性与分子中键的极性关系比较复杂，如果组成分子的所有化学键均为非极性键，则分子通常为非极性分子，如白磷分子（P4）；但组成分子的化学键为极性键时，则分子可能是极性分子如H2O、NH3等，也可能是非极性分子如CO2、CH4等。
这是由于多原子分子的极性除了与键的极性有关外，还与分子的立体构型有关。
水分子和二氧化碳分子都是由三个原子组成的分子，但二氧化碳分子为直线形，分子内两个C====O极性键位于碳原子的两侧，所以两个键的极性互相抵消，使正负电荷重心重合，因此二氧化碳分子无极性，是非极性分子。
在水分子中，分子内的两个O—H键的夹角为104.5°，所以分子的正电荷重心位于两个氢原子核连线的中点，正、负电荷重心不重合，所以水分子具有极性，是极性分子。
③判断ABn型分子极性有一经验规律：
若中心原子A的化合价（在分子ABn中所呈现的）的绝对值等于该元素所在的主族序数，则ABn为非极性分子；若二者不相等，则ABn为极性分子。
三、物质的溶解性和手性
1.物质的溶解性：
物质的溶解性一般有“相似相溶”的规律：
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。
水是常见的极性溶剂，故一般极性物质比非极性物质在水中溶解度大。
此外，分子结构相似也能用相似相溶原理去解释，如乙醇和水中均含—OH，因而乙醇与水能互溶。
氢键也能影响物质的溶解性，氢键作用力越大，溶解性越好。
2.手性：
具有完全相同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，在三维空间里不能重叠，互称手性异构体，有手性异构的分子叫做手性分子。
手性分子的性质差别很大，经常需要用手性催化剂在合成线路中将其按所需的产品合成。
下图为一对酒石酸盐晶体的手性分子。
一对手性酒石酸盐晶体
各个击破
【例1】说明在下列分子中是由哪些轨道或杂化轨道重叠成键的ICl，NI3，CH3Cl，CO2
解析：
ICl：
Cl以一个3p轨道与I以一个5p轨道重合组成一对共价键；
NI3：
N原子不等性sp3杂化，除一孤电子对外的三个杂化轨道分别与三个I原子的各一5p轨道杂化成键；
CH3Cl：
C原子sp3杂化形成四个杂化轨道，其中三个与三个H原子的1s轨道重叠形成三对sp3-sδ共价键，另一杂化轨道与Cl原子的含单电子的3p轨道重叠，形成一个sp3-pδ共价键；
CO2：
C原子的一个2s轨道与一个2p轨道实行sp杂化，形成两个成分相同，能量相等的sp杂化轨道，再与两个O原子中各一个含单电子的2p轨道重叠，形成sp-pδ键；C原子中余下的两个2p轨道（各含一个电子）再分别与一个O原子（共两个）中的另一个2p轨道重叠形成sp-pπ键。
因此每一对碳—氧组合间含有一个δ键和一个π键，为双键结构。
类题演练 1
指出下列化合物可能采取的杂化类型，并预测其分子的几何构型：
BeH2；BBr3；SiH4；PH3。
分子
杂化轨道类型
几何构型
图形
BeH2
BBr3
SiH4
PH3
答案：
分子
杂化轨道类型
几何构型
图形
BeH2
sp1杂化
直线形
H－Be－H
BBr3
sp2杂化
平面三角形
SiH4
sp3杂化
正四面体
PH3
sp3不等性杂化
三角锥形
变式提升 1
关于原子轨道的说法正确的是（ ）
A.凡中心原子采取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.sp3杂化轨道是由同一原子中能量相近的s轨道和p轨道混合起来形成的一组能量相近的新轨道
D.凡AB3型的共价化合物，其中心原子A均采用sp3杂化轨道成键
解析：
凡中心原子采取sp3杂化的分子构型都是四面体形，但是根据孤对电子占据杂化轨道数目的多少，造成了其分子几何构型可以呈现V形（H2O）、三角锥形（NH3）；CH4sp3杂化轨道是由中心碳原子的能量相近2s轨道和3个2p轨道杂化形成，与氢原子结合时，四个杂化轨道分别和四个氢原子的1s轨道重叠，形成4个C-Hσ键；BF3采用sp2杂化。
答案：
C
变式提升 2
（2006全国高考理综Ⅱ，11）下列叙述正确的是（ ）
A.NH3是极性分子，分子中N原子是在3个H原子所组成的三角形的中心
B.CCl4是非极性分子，分子中C原子处在
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